300MW汽轮机启动和变负荷推荐值说明书

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1、73.000.6.10SM共 7 页 第 1 页 启动和变负荷推荐值1 目 的规定的启动和变负荷推荐值的目的，是防止汽轮机的零件在其内部温度变 化时产生热疲劳裂纹。本说明书中“热态启动推荐值” ， “变负荷推荐值”和 “不同速率加减负荷的循环指数”图表，给出了根据汽轮机转子中产生的热应 力选择合适的启动和负荷变化率的方法。从热应力的观点来看，由于转子的直 径比较大，因此，热应力也比较大被认为是汽轮机最危险的零件。而静子部分 由于径向厚度较小，而且其结构允许自由热膨胀，因此，静子部分中的热应力 比转子中的小。由此可见，运行规程如果防止了转子产生热疲劳裂纹，也就防 止了静子造成这一类的损坏。具体地

2、说，这些运行推荐值的目的，是给出转子 在出现疲劳裂纹之前所要求的汽轮机运行的循环次数。汽轮机在小于所要求的 疲劳循环次数的情况下运行，将会促使热疲劳的累积，从而加速裂纹的产生。 转子裂纹通常发生在其表面上的圆角，半径突变和叶根槽的部位。一般地说， 裂纹出现以后，其扩展是缓慢的。因此，在裂纹扩大的初期，可以用加工方法 将它去除从而恢复转子承受疲劳循环的能力。按照推荐值进行机组的启动和变负荷，是为了避免或尽量减小故障检修， 从而提高汽轮机的可用率。本汽轮机可以采用汽轮机自动控制（或简称 ATC） 。司机自动或手动三种控制方式运行。采用 ATC 控制方式时，机组从盘车 转速到并网再到满负荷均由 DE

3、H 自动控制。要尽量采用这种方式来启动（机 组初始起动除外） 。因此这种方式根据汽轮机的最大可用率，连续监测机组的 各种参数，并对汽轮机进行控制，汽轮机“手动和司机自动”方式是完全由运 行人员来控制的。运行人员必须学习下列说明，弄懂运行推荐值并掌握运行图 表和曲线的使用方法。2 汽轮机转子热应力通流部分蒸汽温度的变化将会在转子内产生热应力，只要转子的表面和内 部有温差存在，这种热应力就一直存在。因为热量从转子的表面传递到内部需73.000.6.10SM共 7 页 第 2 页 要一定的时间，所以正当或者紧接着转子表面一个温度的变化，就存在着一个 温差热应力与此温差成正比，并在转子表面为最大。这种

4、热应力叫做瞬时热应 力。当转子表面和内部的温度均匀一致时，此应力也即消失，转子表面一次加 热，接着又一次等量的冷却，便形成一个热循环，同时作用于转子上一个变应 力的循环。转子材料承受应力循环的能力是有限的。经过许多次循环以后，裂 纹就会产生，这决定于应力的大小。转子开始产生裂纹所需要的应力循环次数 是可以计算的。对于一定的温度变化，当这个变化是突变时热应力最大，如果将这个温度 变化分配在某一时间间隔内，热应力便可减小，因而增加了裂纹产生前的应力 循环次数。对于较大的温度变化，选择合适的时间间隔便可使应力限制在任何 期望的水平。3 汽轮机启动规程确定启动规程的准则，是汽轮机进汽前高压或中压汽轮机

5、转子的金属温度。冷态启动规程是高压或中压转子金属的初始温度低于 121时遵守的启动 规则。热态启动规程是高压或中压转子金属的初始温度等于或高于 121时遵守 的启动规则。高压转子的金属温度用第一级金属热电偶测量。中压转子的金属温度用中压隔板套热电偶测量。3.1 冷态启动规程主汽阀入口处的蒸汽温度至少具有 56的过热度，但总温度不得超过427。主汽阀入口蒸汽温度和压力应在“启动时的主蒸汽参数”曲线所示的区域内。这些蒸汽参数为均匀加热和最佳的差胀提供了条件，同时当转速控制 从主汽门切换到调节门时，避免了对蒸汽室的热冲击现象。73.000.6.10SM共 7 页 第 3 页 按照图表“汽轮机转速推荐

6、值”中规定，将机组加速到转子加热转速范围 内的一个转速。然后汽轮机在这个转速下停留足够长的时间，以加热高中压 转子的中心孔，使其温度在机组到达同步转速之前，至少等于材料的脆性转变 温度（121） 。对转子在这一段时间加热定速的目的，是为了当转子温度低于 121时限 制其内孔应力，从而避免脆性断裂的危险。定速的时间可由图表“冷态启动转 子加热规程”来确定。当再热主汽阀的进汽温度达到或超过 260时，才能开 始这个加热阶段。必须指出，尽管在某些紧急情况下，运行人员急于在短时间内将机组并网， 但是转子的加热时间是不允许缩短的。用上述方法选择的转子加热过程是最合 理的，最安全和最经济的。在转子定速加热

7、阶段结束以后，机组可根据带负荷要求加速到并网转速， 然后并网并开始带负荷。对于采用无中心孔转子的机组，转子温度不低于 116即可。3.2 热态启动蒸汽进入汽轮机时至少有 56的过热度。 “启动时的主蒸汽参数”曲线表 示了转速控制从主汽阀切换到调节阀之前主汽阀进口的蒸汽温度和压力。汽轮机从盘车到并网转速所需要的时间，决定于第一级蒸汽温度和金属温 度间的差值。根据图表“热态启动推荐值”可以确定合适的机组升速时间。为了尽量缩短冲转时间，主蒸汽参数应调整到在 5%负荷下的主蒸汽温度， 使第一级蒸汽温度与冲转前的转子金属温度的温差不超过 56。在这种情况下， 所推荐的加速时间仅 10 分钟。从热应力的角

8、度看当温差很小时，完全可以不 花时间把转子的转速升到同步转速，但是实际上还是选取 10 分钟作为最短时 间。当旁路系统投入时，再热后蒸汽温度与高中压缸转子温度的匹配应不超过 锅炉的极限能力。为了减小热应力，旁路系统投入情况下的启动采用单阀运行 方式。当机组达到并网转速时，可根据“热态启动推荐值”图表进行并网和带负73.000.6.10SM共 7 页 第 4 页 荷。4 变负荷推荐值4.1 负荷变化概述在负荷变化的同时，通流部分的蒸汽温度也发生变化。这时，转子中的热 应力决定于负荷变化的大小和速度。如果把应力限制到相应于所选择的疲劳能 力的水平，则不能以同一个负荷变化率用于汽轮机所有的运行工况。

9、在经过一 个没有超过限制值的稳定过程以后，允许负荷有几个小的瞬时变化，而较大的 负荷变化必须以较小的负荷变化率。在负荷变化过程中，蒸汽温度的最大波动发生在高压缸的第一级。第一级 蒸汽温度随负荷的变化量又与调节阀的运行方式有关。负荷变化有下列几种控 制方式（1） “顺序阀”方式，各调节阀在恒定的或变化的主蒸汽参数下按照给 定的顺序开启或关闭， （2） “单阀”或“节流”方式，此时所有调节阀同时开 启或关闭，以改变阀门的流通面积， （3） “滑压”方式，此时一组调节阀全开 或维持相同开启的位置，以主蒸汽的压力变化来改变汽轮机的流量。当所有的调节阀都开启时，调节阀把蒸汽分别供给布置在 3600圆周上

10、的单 独的喷嘴室而进入第一级动叶片。这样，每个调节阀向 3600圆周的一部分供汽。 当采用“顺序阀”方式时，由于阀按顺序开和闭，所以蒸汽是通过变化的进汽 弧段进入动叶片的。通蒸汽的弧段的尺寸可以用全周的一个百分数（即部分进 汽度）来表示。当采用“单阀”方式时，所有调节阀以改变开度来变化流量， 向 360全周供汽。当采用“滑压”方式时，调节阀保持某一固定开度，以不 变的弧段或部分进汽度向动叶片供汽。在部分负荷下，调节级的载荷在使用“单阀”运行方式时比“顺序阀”运 行方式时为小。此时调节级的温度也比较高，这一点从叶片和转子连接部位载 荷的均匀性来看是有利的。因此，在最初六个月运行期间应采用“单阀”

11、方式， 在此期间以后，如果用户认为电厂的控制正确无误，所有系统都工作正常，则 可采用“顺序阀”方式运行。在低负荷下， “顺序阀”方式运行的经济性高于“单阀”和“滑压”运行 方式。但当负荷变化时， “顺序阀”方式运行第一级蒸汽温度的变化最大，因 此负荷变化所需要的时间较长。如果滑压方式运行，所有调节阀都保持全开的73.000.6.10SM共 7 页 第 5 页 位置，主蒸汽压力是变化的，这时第一级变化最小，因而允许较快地改变负荷。 但是，机组能否“滑压”方式运行，取决于锅炉和锅炉控制系统。当负荷变化时，采用“单阀”方式第一级温度变化比采用“顺序阀”方式 为小。但是大于上述“滑压”运行方式，为了指

12、导运行人员。本说明书给出了 在 5%100%负荷范围内这些运行方式相应的负荷变化图表。应用这些图表， 运行人员可以选择相应于任何给定的寿命循环的负荷变化率。所有负荷变化都假定调节级区域的金属温度处于稳定状态下而开始的，并 以均匀的速度进行，汽轮机稳定的金属温度和稳定的差胀、汽缸绝对膨胀和转 子位置，说明蒸汽参数也是稳定的。可参见“汽轮机蒸汽和金属热电偶”和 “监视仪表”这两部分内容。4.2 采用“顺序号”和“单阀”方式变负荷。根据“变负荷推荐值定压方式”图表，可计算变负荷所需要的时间，从 而确定一个均匀的负荷变化率。在低负荷下改变负荷，一般会随之产生进汽压 力和温度的变化，后者都会影响第一级温

13、度，由于在低负荷下锅炉特性的不稳 定，因而汽轮机制造厂不可能对机组在低负荷范围内的运行制订出一个统一的 规程来。为选择相应于 10000 次循环推荐值或其它所选定的循环寿命的负荷变 化率，必须考虑进汽能数对第一级温度的影响。 “变负荷推荐值定压方式” 图表中的图 1 和图 2 给出了必要的数据，用来计算在负荷和进汽参数同时变化 时的第一级温度变化。在图 2 中“顺序阀”方式运行曲线适用于某一特定的最 小进汽度。此时，调节阀以某一给定的顺序开启，使蒸汽通过在足够的大弧度 上的喷嘴进入第一级动叶片不会引起第一级叶片过载。 “单阀”方式曲线适用 于 100%进汽度，这时所有调节阀都同时打开。由上图

14、2 中的变负荷曲线，确定第一级蒸汽温度的变化，再由这个温度变 化投影到图 3 中选择的循环指数曲线上，便可以计算出变负荷所需要的时间。 这样确定的时间适用于升降负荷。由图 3 可以看出，一次负荷突变引起 69以下的内部温度变化，并不至于 产生超过相应于疲劳能力 10000 次循环的应力。如图中 10000 次循环线与零时 间座标轴的交点所示。但这不意味着在很短一段时间内，只要第一级温度变化 不超过 69，负荷便可以出现一系列的突变。例如，如果负荷增加 40%，引起 第一级变化为 69，那么不允许在 15 分钟后再出现一次 40%的升负荷（又引73.000.6.10SM共 7 页 第 6 页 起

15、 69的温升） 。在两次负荷变化之间的 15 分钟内，温度不可能达到稳定状态， 运行人员应当根据曲线来确定实现总的负荷变化（例如 80%）所需要的时间或 变化率。“单阀”运行比“顺序阀”运行允许有较快的负荷变化。这一点可以从图 2 看出在相同的负荷变化范围内， “单阀”的第一级蒸汽温度变化带比“顺序阀” 的陡。如果在运行中利用 DEH 控制从“顺序阀”切换到“单阀”运行，则由 于两种方式的水平不同，使第一级蒸汽温度立即升高，如图 2 所示。4.3 采用滑压和顺序阀方式以及混合方式变负荷。根据“变负荷推荐值滑压和顺序阀方式”图表可确定采用主蒸汽滑压或 阶梯变压来改变负荷的时间和变负荷率。图 1

16、主要用于滑压运行，也可用于变 负荷的“单阀”和“顺序阀”方式。在该图表上所示的实例中，阀门的三种运 行方式都用于负荷从 5%到 100%的升负荷情况。上述三种方式联合使用的方式， 称之为“混合”方式“单阀”方式用于从 5%开始的升负荷过程，滑压方式用 于在一定的阀门开度下主蒸汽压力从最低压力滑变到额定压力的升负荷过程， 而“顺序阀”方式用于主蒸汽压力保持一定时，继续升负荷到 100%负荷的过 程。图 2 可以确定在负荷变化期间第一级蒸汽温度的变化。这个温度变化是基 于当负荷变化期间主蒸汽温度保持恒定，因此，这样确定的温度变化，必须根 据主蒸汽温度的任一个变化按图 2 中的温度变化曲线加以修正，把图 3 中的这 个温度变化投影到所期望的疲劳循环曲线上，便可确定负荷变化所需要的时间。根据图 1，我们可以得到不同运行方式下的第一级温度变化。由图可见， 在主蒸汽压力为额定值不变的情况下，如果先采用“单阀”方式，然后采用 “顺序阀”方式来改变负荷，第一级温度的变化比采用“混合”方式时大得多。 因此“混合”方式允许较快的负荷变化。5 转子疲劳寿命