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1、第四章单元机组的启动和停运 一 单元机组的启动一般是指从锅炉点火开始 经过升温升压 暖管 当锅炉出口蒸汽参数达到一定值时 开始冲转汽轮机 将汽轮机转子由静止状态加速到额定转速 暖机 发电机并网带初负荷 直至逐步升负荷到额定负荷的全部过程 而停运过程与启动过程相反 一般指机组从一定负荷 经过降温 降压 减负荷 待负荷减至一定数值后机组解列 锅炉熄火 汽轮机转子惰走 直到停止的全部过程 单元机组在启停过程中 锅炉 汽轮机的各个部件以及管道的温度和应力状态都要发生很大的变化 特别是大容量高参数机组 由于体积庞大 结构复杂 它们的各个部件如锅炉汽包 各受热面以及汽轮机的汽缸 转子 法兰等所处条件不同
2、火焰及工质对它们的加热或冷却速度不一致 因而各部件之间或部件本身沿金属壁厚方向产生明显的温差 温差导致膨胀不均匀 因而产生了热应力 汽轮机设备结构复杂 汽缸有一定的厚度 又有高速旋转的转子 金属温差容易导致膨胀不均匀 因而在汽缸和转子之间易出现膨胀差 使汽轮机本来很小的动静间隙进一步减少 甚至会发生摩擦 引起事故 实践证明 一些对设备最危险 最不利的工况往往出现在启停过程之中 有一些启停中的问题虽然不会立即引起明显的设备损坏 但却会给设备带来 隐患 降低设备使用寿命 第一节单元机组启动和停运方式及特点 一 单元机组的启动方式结合机组的具体情况 根据不同的分类方法 可以将单元机组的启动方式分为以
3、下四类 1 根据新蒸汽参数分类单元机组的启动方式按新蒸汽参数分类 可以分为以下两大类 1 额定参数启动 额定参数启动是指从冲转到机组带额定负荷的整个启动过程中 锅炉应保证自动主汽阀前的蒸汽参数 压力和温度 始终为额定值的启动方式 由于蒸汽经过调节阀门节流后 节流损失大 蒸汽参数较高 经济性较差 调节级后温度变化剧烈 汽轮机的零部件受到很大的热冲击 热应力大 冲转时因为部分进汽 蒸汽流量少 各部件受热不均匀 容易产生热弯曲 所以 目前单元机组已很少采用这种启动方式 2 滑参数启动滑参数启动方式就是在启动过程中锅炉点火与暖管 汽轮机冲转 暖机和增加负荷同时进行 在蒸汽参数逐渐升至额定值的过程中 机
4、组可带一定负荷或满负荷 汽轮机的自动主汽阀前的蒸汽参数 温度和压力 随机组负荷的变化而变化 故这种启动方式称为滑参数启动 这种启动方式要求锅炉产生的蒸汽应该随时适应汽轮机的要求 对喷嘴调节的汽轮机 定速后调节阀门可保持全开位置 由于这种方式经济性好 具有零部件加热均匀等优点 在现代大型机组启动中 得到广泛的应用 滑参数启动方式按冲转时主汽阀前的压力大小又可分为 真空法启动和压力法启动 1 真空法启动 2 压力法启动 2 根据冲转时的进汽方式分类根据汽轮机冲转时蒸汽的进汽方式不同 可分为高中压缸联合启动 中压缸启动 高压缸启动等 1 高中 压缸联合启动采用该方式启动时 蒸汽同时进入高 中压缸冲动
5、转子 高中 压缸同时受热 可以使汽缸和转子所受热冲击较小 加热均匀 降低热应力 缩短启动时间 但是 对于高中 压缸反向布置的机组 控制相对胀差不利 2 中压缸启动对于高 中压缸反向布置的机组 为了避免中压缸发生最大胀差的危险 在启动冲转时 高压缸不进汽隔绝 中压缸进汽冲动转子 待汽轮机转速达2300 2600r min或者负荷达到一定值时 才开始向高压缸送汽 这样就排除了高压缸胀差的影响 但是为了防止高压缸过热 有的机组设置了高压缸冷却系统 这种启动方式对控制机组相对胀差有利 可以将高压缸的相对胀差排除在外 但是操作比较复杂 3 根据控制进汽流量的阀门分类为了控制进入汽轮机的流量 可以使用调节
6、阀 自动主汽阀或电动主汽门的旁路门冲转 根据阀门不同可分为 1 调节阀启动 即GV governorvalve控制方式 启动时 电动主汽门和自动主汽阀处于全开位置 进入汽轮机的蒸汽流量由依次开启的调节阀门控制 这种控制方式由于调节阀门较小易于控制流量 但由于调节门依次开启 汽机头部进汽不匀 易造成受热不匀 这种方式在高压机组中较少采用 2 自动主汽阀启动 即TV throttlevalve控制方式 启动时 电动主汽门和调节阀处于全开位置 由自动主汽阀控制进入汽轮机的蒸汽流量 控制汽机转速 当转速达到2900rpm时 切换为调节阀进汽方式 即由TV方式切换为GV方式 继续升速到定值 3 电动主汽
7、门的旁路门启动启动前 调节阀门全开 用电动主汽门的旁路门控制蒸汽流量 4 根据启动前汽轮机金属温度 内缸或转子表面温度 或停机时间分类高压缸启动时按调节级金属温度划分 中压缸启动时按中压缸第一压力级处金属温度划分 结合停机时间划分为 1 冷态启动停机时间超过72h 或金属温度已下降到其额定负荷值的40 以下 例如调节级处下汽缸金属温度在150 200 左右 2 温态启动停机时间在8 72h之间 或金属温度已下降至其额定负荷值的40 80 之间 例如调节级处下缸金属温度在200 350 左右 3 热态启动停机时间在2 8h之间 或金属温度已下降至其额定负荷值的80 以上 例如调节级处下缸金属温度
8、在350 以上 4 极热态启动停机时间在2h以内 或金属温度仍维持或接近其额定负荷值 例如调节级处下缸金属温度在400 以上 由于金属温度水平不同 在安全性能满足的条件下 为了提高经济性 不同的启动方式可以选择不同的升速率 升负荷率 个别设备的启停顺序也有所不同 二 单元机组的停运方式 单元机组的停运是指机组从带负荷运行状态到减去全部负荷 发电机解列 汽轮机惰走 锅炉熄火及机组降压降温的全部过程 它是单元机组启动的逆过程 根据实际情况 单元机组的停运 简称停机 可以划分为以下几种方式 根据停机目的不同 单元机组的停机方式可分为事故停机和正常停机两种 1 事故停机由于机组本身或电力系统设备故障
9、为了防止故障扩大 造成设备损坏或因机组无法承担发电任务 必须在短时间内把故障设备甚至整个机组停下的全过程称为事故停机 根据事故的严重程度 事故停机又分为紧急停机和故障停机 紧急停机是指所发生的异常情况已严重威胁机组的安全运行 必须采取措施立即停机 故障停机是指所发生的异常情况 还不会对机组的设备及系统造成严重后果 但机组已不宜继续运行 必须在一定时间内停机 2 正常停机正常停机是非事故时停机 有充裕的停机时间 停下来是为了机组检修或备用的目的 通常机组正常停机又可分为额定参数停机和滑参数停机 根据停机需要 正常停机又可以分为停运备用和停运检修两种 由于外界负荷减小 经计划调度要求机组处于热备用
10、状态 称为备用停机 根据停机备用时间的长短又可以分为热备用停机与冷备用停机 检修停机则是按照预定计划机组进行大 小修或临修 以提高或者恢复机组运行性能 根据停机过程中蒸汽参数是否变化 又可分为额定参数停机 滑参数停机 额定参数停机是指整个停机过程中基本上在额定参数下进行 停机过程中 保持主蒸汽参数不变 用关小调节汽门 减少进入汽轮机蒸汽流量来降低机组负荷 发电机解列 打闸停机 该方式多用于设备和系统有一些小缺陷处理 但只需短时间停机 待缺陷处理后就可立即恢复运行 这种情况除事故设备需冷却到检修条件外 其余设备并不希望降温降压 以便重新启动时节省时间 大多数汽轮机都可以在30min内均匀地减负荷
11、至安全停机 而不产生过大应力 滑参数停机是锅炉和汽机的联合停运 保持调节汽门全开或接近全开位置 在逐渐降低汽温 汽压的情况下 进行锅炉和汽机的减负荷 这种方式可以使机组冷却更快而且均匀 对于停运后需要检修的机组 采用滑参数停机 可以缩短停机到揭缸的时间 但锅炉在低负荷下运行时燃烧稳定性较差 该方式多用于计划大 小修停机 以保持较低的缸体温度 缩短揭缸时间 提早开工 三 单元机组的启停特点 单元机组是炉机电纵向联系的一条龙式的整体生产系统 不同单元之间无横向联系 因而启停操作方式有其特点 另外 单元机组均为大容量高参数机组 故单元机组的启停又体现了大容量高参数机组的某些特殊要求 在母管制系统中
12、机炉的启停是分别进行的 锅炉启动是先点火 再升温升压直至蒸汽参数略低于额定参数 然后并入母管 逐步提高蒸发量至预定值 锅炉启动结束 汽轮机启动则是从蒸汽母管引来额定参数蒸汽 先进行暖管 然后冲动转子 升速暖机 并网和带负荷 最终升负荷到预定值 汽机启动结束 由于机炉的启停是分别进行的 所以它们的启停速度分别取决于它们各自的特性 互不影响 母管制系统的这种启停方式耗用时间长 热损失和工质损失大 不经济 金属部件本身及金属部件间温差大 不安全 操作也较复杂 单元机组的启停是整组启停 炉机电之间互相联系 互相制约 各环节的操作必须协调一致 互相配合 才能顺利完成 由于单元机组采用了集中控制方式 这又
13、为整组启停创造了条件 单元机组的启 停是机 炉 电之间互相联系 互相配合 协调一致的操作过程 这一过程机组内部工况变化极其复杂 机组启 停要在保证机组安全可靠的前提下 尽量缩短时间 并有效地降低热能 电能及工质损失 这要求采用尽可能合理的启 停方式 所谓合理的启停方式就是寻求合理的加热或降温方式 使启停过程中机组各部件的热应力 热变形 汽轮机转子与汽缸的胀差和转动部件的振动等指标均维持在较好的水平上 近年来 国内外对大容量单元机组的启停进行了大量的实践和研究 积累了不少经验 对单元机组的启停方式提出了下列原则要求 1 应在最佳工况下启动机炉和增加负荷 并尽可能地在不同的温度情况下实现自动化程序
14、启停 2 在机组启停期间 工质损失和热损失最小 3 在任何情况下都要严格保证锅炉给水 4 根据负荷曲线的要求 对蒸汽参数和蒸汽流量应能自动调节 5 只能用过热蒸汽 过热度最低为40 60 启动汽轮机 6 汽轮机进汽部分的金属与蒸汽之间的温度差在热态启动时 应不超过50 四 滑参数启停方式的主要优点 1 安全可靠性好滑参数启动时 由于采用体积流量大的低参数蒸汽来加热设备部件 使金属温差小 对锅炉汽包 汽轮机转子及汽缸等加热比较均匀 热应力小 从而使启动时的安全可靠性好 2 经济性高单元机组滑参数启动时 由于主蒸汽管道上的所有阀门全开 减少了节流损失 主蒸汽的热能几乎全部用来暖管 暖机 自锅炉点火
15、至发电机并网发电 时间短 可多发电 辅机用电量也相应减少 锅炉不必向空大量排汽 减少了热量和汽水损失 从而也减少了燃料消耗 叶片在启停过程中可得到清洗 使汽轮机效率得到提高 3 提高设备的利用率和增加运行调度的灵活性采用滑参数启动 可以缩短启动时间 提前并网发电 采用滑参数停机 余汽 余热被用来发电的同时 也加速了汽轮机的冷却过程 所以可以提前揭缸检修 缩短了检修工期 增加了设备利用小时数 这样就提高了设备的利用率 增加了运行调度的灵活性 4 操作简化在滑参数启动过程中 当汽轮机采用全周进汽时 汽轮机的调节阀门处于全开位置 操作调节简单 而且给水加热器也可随主机进行滑参数运行 简化了操作 这些
16、都在一定程度上为实现机组自动化顺序启停创造了条件 5 改善环境由于减少了蒸汽排放所产生的噪声 故改善了环境 现代大容量单元机组启动均采用滑参数启动方式 而不采用额定参数启动 而单元机组停运则根据具体情况来定 或采用滑参数停机 或采用额定参数停机 第二节单元机组旁路系统及其控制 一 采用中间再热带来的新问题 在低负荷工况下 锅炉的最小允许负荷为额定蒸发量的30 左右 低于此值运行 会引起锅炉燃烧不稳定 水循环被破坏等一系列问题 汽轮机允许空载运行时的蒸汽量只有额定进汽量的5 8 单元机组不再有储备蒸汽的蒸汽母管 就必须解决锅炉的过剩蒸汽 否则锅炉对空排汽将损失大量的凝结水 其次 为了保证再热器不超温 要求再热器内有一定的蒸汽以冷却其管路 根据再热器选用的金属材料及炉内的布置情况 通常要求冷却再热器的蒸汽流量约为额定值的14 左右 而汽轮机空载时的进汽量仅为额定值的5 8 特别是汽机甩负荷时瞬时流量为零 停机不停炉运行时汽轮机完全不进汽 由此可见 中间再热式机组必须解决再热器保护问题 中间再热式单元机组需解决两个问题 1 机组低负荷下 如何处理锅炉的过剩蒸汽 2 再热器的保护 实践表明 在
