600MW汽轮机运行

1、600MW汽轮机运行热动教研室王建梅第一章 汽轮机的启动汽轮机启动速度受到以下因素的制约：汽轮机启动速度受到以下因素的制约：n1汽轮机零部件的热应力和热疲劳；n2转子和汽缸的胀差；n3各主要部件的热变形以及机组的振动等。汽轮机合理启动汽轮机合理启动n汽缸和转子的热应力、热变形、转子与汽缸的胀差均与蒸汽的温升率有关。 第一节 启动状态的划分划分启动状态的目的：划分启动状态的目的：n1）根据不同的启动状态决定汽轮机的启动参数；n2）根据不同的启动状态决定汽轮机启动过程中的暖机时间；n3）根据不同的启动状态决定汽轮机不同的转速变化率；n4）根据不同的启动状态决定汽轮机启动过程中应注意的问题。 在各种

2、状态下，各台600MW机组启动状态划分温度如表6-1所示。具体规定参数如表6-2所示。n一、按新蒸汽参数分类一、按新蒸汽参数分类1额定参数启动2滑参数启动（1）压力法启动（2）真空法启动 n二、按冲转时的进汽方式分类二、按冲转时的进汽方式分类1高中压缸联合冲动2中压缸启动 n三三 、按控制进汽的阀门分类、按控制进汽的阀门分类1调节汽门启动2自动主汽门或电动主汽门的旁路门启动n四四 、按汽轮机金属的温度分类、按汽轮机金属的温度分类1冷态2温态3热态4极热态第二节 汽轮机的启动特点 n一、快速启动（结构上的改进）一、快速启动（结构上的改进）1、采用双层汽缸2、高压缸采用套筒式汽缸3、采用焊接转子（

3、焊接式转鼓型转子）4、组焊式调节级 n二、由热应力控制启停二、由热应力控制启停 热应力控制TURBOMAX6n三、旁路参与启停控制三、旁路参与启停控制高压旁路容量为100%BMCR低压旁路容量为65%BMCRn四、注意的问题四、注意的问题1、汽轮机启动准备工作提前2、长时间轴封加热，引起胀差增加。3、严密注意蒸汽的泄漏。对焊接式、无中心孔的整锻转子和有中心孔的整锻转子等三种型式转子的应力进行计算分析表明：n焊接转子具有中空腔室，传热较好，因而热应力较低。调节级叶轮的外表面最大热应力比整锻转子（无中心孔和有中心孔）约低40%，对尺寸相似的焊接转子和实心整锻转子，用相当的边界条件进行对比计算，结果

4、为：机组冷态和停机56h后的温态启动，焊接转子的寿命损耗仅为实心整锻转子的1/3；热态启动和负荷变化时，焊接转子的寿命损耗仅为实心整锻转子的50%。 启动时间比较 第二章 汽轮机冲转及加载 第一节 TURBOTROL5的组成和作用n一、一、TURBOTROL5具有的特点具有的特点 ABB采用TURBOTROL技术，目前超临界600MW机组上采用的调节系统，已是TURBOTROL5，它具有以下主要特点：n1）自动启动和加负荷；n2）随负荷调节有关的出力和频率；n3）汽轮机和锅炉协调运行；n4）受干扰情况下的自动限制；n5）根据不同运行工况，自动切换调节方式；n6）信号应用简单可靠；n7）显示机械

5、操作器报警状态；n8）具有较高的适应性，以满足用户的需要；n9）采用积木块（组件）设计。二、TT5具有以下功能块：n1）手动操作控制器 TT51n2）主操作控制器 TT52n3）自动化设备 TT53(由N-90代替)n4）TT51和TT52的组合n5）TT52和TURBOMAX6(TRX)的结合三、TT51的主要功能n1）转速调节;n2）负荷调节;n3）与锅炉相匹配的特性;n4）与高、中压调节汽门行程的匹配;n5）对中压调节汽门开度YIP与高压调节汽门开度YHP开度比（YIP/YHP）的调节。四、TT52的主要功能有：n1、监视汽轮机的热应力。n2、升速程序。n3、加负荷程序。n4、汽轮机的升

6、速和加负荷。n5、转速调节。n6、负荷调节。n7、初压调节。n8、中压调节汽门调节。n9、汽轮机在部分辅机出故障的情况下，对汽轮机负荷恰当地进行限制，能够提高部分负荷运行的利用率。n10、运行方式。n11、TT5内部跟踪补偿。TT52的不足之处是没有阀门管理功能，各调节汽门开启顺序是固定的。TT52有下列限制器：n1、压力梯度限制器n2、凝汽器压力限制器n3、新蒸汽压力限制器n4、最大负荷限制器n5、最小负荷限制器n6、快速减负荷至部分负荷n7、最小再热器压力限制器n8、高压缸排汽温度限制器n9、高压缸排汽冷却限制器 第二节 汽轮机冲转升速n一、汽轮机冲转条件n1、盘车装置运行正常且已满足时间

7、要求。n2、凝汽器真空系统正常。n3、全部辅助系统运行正常。n4、发电机启动前检查完毕并符合启动要求。n5、冲转参数满足要求。n 6、润滑油泵自启动试验合格。n 7、事故油泵自启动试验合格。n8、油系统正常。盘车的有关规定n ABB对超临界600MW汽轮机的盘车时间给予了严格的规定： n如果以上盘车时间因某种原因不能满足，则必须在汽轮机启动以后，转速升到400450rmin范围内，稳定运行20min，才能继续升速。n转子停止超过4h以上，或转子停止后，轮系有过检修工作，在启动 盘 车 前 ， 必 须 手 动 盘 转 子360（此时顶轴油泵必须启动投入运行）。经手动盘车确认转子转动正常以后，方能

8、够启动盘车。n对处于紧急备用的汽轮发电机组，必须定期进行盘车，ABB规定，处于紧急备用的机组，每周必须盘车6h。 转子停用时间 必须满足的盘车时间 少于 1d 2h 17d 6h 730d 12h 大于 30d 24h 油系统压力和温度n ABB的超临界600MW机组，其主机控制油系统和主机润滑油系统使用同一个油箱，油种相同。 高压油源管路n主机控制油系统 用户管路n主机控制油系统正常运行时，一台高压油泵运行，一台备用，工作压力为4MPa，当压力降低至3.6MPa时，备用泵自动投入。n主机润滑油系统主要由主油泵、辅助油泵、事故油泵、顶轴油泵、冷油器和主油箱等设备和一系列管道组成。n主油泵为AB

9、B的传统产品，为齿轮式，通常由主机大轴带动。主油泵出口压力为0.49MPa。n在机组启停过程中在机组启停过程中，当转速低于2700rmin时，主油泵尚不能正常工作，此时，由辅助油泵供油。 机组正常运行时机组正常运行时：n当轴承油压低于 60额定压力时，辅助油泵自动投入；n当轴承油压低于 60 40额定压力时，事故油泵自动投入；n如轴承油压降到 60，延长 30s脱扣，降到 40汽轮机立即脱扣；n轴承油温为4045左右。 二、冲转前准备 ABB汽轮机冲转的操作在PROCONTROL盘上进行： n1、TT52控制方式运行灯亮；n2、汽轮机控制状态“运行准备”灯亮；n3、TT51、TT52、TURB

10、OMAX故障灯灭；n4、“功率控制”方式切除，处于OFF状态；n5、“初压控制”方式切除，处于OFF状态；n6、“频率死区”功能切除，处于OFF状态；n7、“Ky”系数处于自动调节，指针显示在“1”的位置；n8、汽轮机目标转速指针显示在“3000rmin”。三、汽轮机的冲转操作 在PROCONTROL盘上，同时按一下“IF”（确认）和“GO”（进行）按钮，汽轮机自动升速程序就按一定的转速变化率进行升速。1. 从CRT上和现场确认盘车已经脱开，当转速大于20rmin时，确认盘车电动机自动停止，否则，应立即手动停止。2. 确认TT52从“运行准备”方式自动转为“启动方式”；TT51处于跟踪状态，“

11、运行准备”和“启动方式”灯亮；同时TT51的转速设定值跟踪汽轮机的实际转速值，TT51阀位设定跟踪汽轮机的实际阀位。3. 确认PROCONTRO盘上YHP和YIP的指针都有显示，同时高、中压调节汽门开启。 4. 汽轮机冲转后，运行人员还应到现场检查各道轴承和各道轴封的转动声音，听听是否有摩擦。5. 在整个升速过程中，运行人员都必须注意监视和记录。6. 当汽轮机转速升到1500rmin时，确认低压缸喷水调节门自动打开。7. 当汽轮机转速升到2700rmin时，确认盘车油泵和顶轴油泵A、B、C、D自动停止，盘车功能组保持“ON”，润滑油压正常。四、汽轮机的升速 n1. 汽轮机升速的转速变化率的决定

12、汽轮机升速的转速变化率的决定n（1）由高压转子温度探针温度决定的转速变化率为： t 200时(冷态)，转速变化率为 3%，即90r.min-1min， t = 300，自动转换为10%，即300r.min-1min； 200 t 300(热态和极热态)，转速变化率为10%,即300r.min-1min。n（2）由临界转速范围决定的转速变化率为： 过临界转速范围，转速变化率为10%，即300r.min-1 min； 做超速试验时，转速变化率为7，即210r.min-1 min。n（3）由热应力决定的转速变化率为： 2. 自动升速程序的停止 n 在升速过程中，运行人员遇到特殊情况需要汽轮机停止升速

13、时，必须同时按一下“IF”按钮和“STOP”按钮，汽轮机的自动升速程序就会自动停止。n 注意，在汽轮机的临界转速范围，“STOP”是操作无效的，自动升速程不会停止，直到临界转速范围过去，自动升速程序才可能停止。n石洞口二厂600MW容量超临界汽轮机的临界转速范围为： 550 850rmin， 11002500rmin第三节 冲转过程中的监视和检查n一、汽轮机的膨胀和差胀n1. 差胀：转子轴向膨胀量与汽缸轴向膨胀量之差。 正差胀、负差胀n2. 差胀产生的原因n3. 差胀的危害n4. 差胀与热应力的关系n5. 控制差胀的方法控制速度变化率或负荷变化率控制中、高压调门开度比n6. ABB机组的特点在

14、整个冷态启动过程中，汽轮机的差胀基本上不成问题，从来没有超过限额。7. ABB机组规定的差胀值nABB设计的超临界600MW汽轮机的差胀信号，仅有正常显示和报警，没有自动保护信号。 nABB规定的差胀值为：0高压差胀 105% 0中压差胀 100% 0低压差胀1105% 0低压差胀 2 95%n二、汽轮机的振动ABB规定的振动报警值为：125m ，振动脱扣值为：280m 。n三、汽轮机各点的温度三、汽轮机各点的温度n1. 高、中压转子的温度探针温度n2 高、中压缸的上下缸温差 上下缸温差 50 。n3 各轴承的轴承金属温度ABB规定：正常运行时，轴承金属温度 t 110 。轴承金属温度报警值为

15、：t=110，脱扣值为：t=120 。正常运行时：轴承金属温度t=7090 ，轴承回油温度 375 300375 250300 200250 200150 1 15 50 0 允许停盘车的时间(min) 10 20 30 120 360 无时间限制 第四 章 汽轮机的热应力及寿命管理n第一节 基本概念n一、汽轮机寿命无裂纹寿命指从机组正式投入运行到出现第一条宏观裂纹为止总的运行时间。 n二、热应力热变形受到某种约束时会产生物体的内力，这种内力对应的应力称为温度应力或热应力。热变形受到某种约束时会产生物体的内力，这种内力对应的应力称为温度应力或热应力。1、热应力大小2、计算方法: 限元法和有限差

16、分法 3、应力集中 4、应力最大的部位 EtmthTE1三、交变热应力及转子的寿命损耗n有效寿命工程上将致裂疲劳循环周次（致裂寿命）称为有效寿命。n残余寿命产生宏观初始裂纹至断裂之间的循环周次（即断裂寿命与致裂寿命之差）为残余寿命。n低周疲劳这种交变热应力循环的特点是交变循环周期长、频率低，疲劳裂纹萌发的循环次数少。n四、热冲击四、热冲击金属材料受到剧烈的加热或冷却，引起内部产生很大的温差，于是形成很大的冲击热应力的现象称为热冲击。n五、低温脆性五、低温脆性n低温脆性高强度合金钢在某一低温范围内，韧性特性显著下降的一种现象。n材料的脆性转变温度（FATT）：指在工程上，进行材料冲击试验时断口形

17、貌中韧性和脆性破坏面积各占50%时所对应的试验温度。 n对CrMoV转子钢而言，其FATT为80130。 六、高温蠕变n高温蠕变金属在高温下，长期承受一定的工作应力，即使应力不超过金属在该温度下的许用应力，也将发生缓慢而连续的塑性变形热冲击。n在工作应力和工作温度一定时，蠕变发展过程呈现三个阶段。蠕变不稳定阶段蠕变稳定阶段蠕变速度增加很快阶段n蠕变寿命是应力和温度的函数，因此，汽轮机转子的最小蠕变寿命部位为转子上温度最高的部位，即高压转子调节级叶轮根部或中压转子第一级叶轮根部附近。n蠕变寿命随工作应力的增加而缩短，也随工作温度的升高而缩短。第二节 汽轮机寿命损耗管理 根据机组的带负荷方式进行寿

18、命预分配，制定汽轮机寿命分配表。 进行汽轮机寿命的离线或在线监测。n在分配寿命损耗时，既要考虑汽轮机寿命的合理损耗，又要考虑到电网的调峰需要。表151是ABB的超临界600MW汽轮机的寿命分配表。机组能满足调峰运行的要求，预期的年运行小时数不应小于7800h，具体分配是： 满负荷 4800h75额定负荷2000h50额定负荷1000h一、汽轮机寿命的合理分配ABB 600MW 机组汽轮机寿命分配 运行方式 寿命损耗（%） 30a 内使用次数 每 年 寿 命 损 耗（%） 30a 内寿命损耗（%） 冷态启动 0.0050 100 0.0167 0.50 温态启动（周末停机后） 0.0030 12

19、00 0.12 3.6 热态启动（停机约 8h） 0.0013 4500 0.195 5.85 极热态启动（停机小于 2h） 0.0010 500 0.0167 0.50 负荷突变（25%额定出力） 0.00025 4500 0.0375 1.125 合计 0.3859 11.575 G/A 600MW机组汽轮机寿命分配 东芝600NW机组汽轮机寿命分配 二、汽轮机寿命监测n1汽轮机寿命监测的含义汽轮机寿命监测的含义 定期或不定期（每次启、停中或启、停后）地对汽轮机的寿命的实际损耗情况进行核算，以确保机组的安全运行。n2汽轮机寿命监测装置汽轮机寿命监测装置 nABB的600MW机组热应力 TU

20、RBOMAX控制系统该控制系统以高压缸调节级温度探针和中压缸第一级后温度探针所测温度为输入信号，送给热应力计算机TURBOMAX进行热应力和寿命损耗计算，而TURBOMAX和主机控制系统TT52联系在一起，二者协调对机组进行控制，而且能确保汽轮机的寿命损耗率控制在允许的范围内。n3转子温度的测量转子温度的测量 4汽轮机寿命监测方法 第五章第五章 在线监测及故障诊断水平的提高在线监测及故障诊断水平的提高n第一节第一节 已有监测装置投用率和正调率的提高已有监测装置投用率和正调率的提高n一、目前状况一、目前状况n专用的数字式电调系统：WH600MW机组所用电液调节系统为由美国西屋公司生产的DEH型。

21、 G/A机组上所用电液调节系统为法国阿尔斯通公司生产的MICROREC型。n通用型数字式电调系统：ABB600MW超临界机组上用的电调为ABB公司用ProcontrolP组成。东芝机组上的电调是由日本东芝公司用TOSMAP组成。n特点：通用型数字式电调的软件透明、直观，使运行人员和维修人员对系统的结构能较深入的了解。专用数字式电调由于专用化程度高，电厂运行人员和维修人员对系统了解较差。ABB两台600MW机组配备的汽轮机TSI监测装置为美国本特利公司的7200系列产品n每台机组共有轴承振动27点、轴向位移1点、绝对膨胀2点、差胀4点。n其中轴向位移1点、轴承振动27点为监测带保护装置，绝对膨胀

22、2点、差胀4点为监测装置。汽轮机TSI监测装置的投用率为100，但监测装置正确率却未达到100，主要原因有以下一些：n（1）差胀监测装置的复合式探头的倾斜角度原设计有误，故中压缸和低压缸1的测量显示不正确；n（2）轴承振动的速度探头寿命较短，引起轴承振动显示偏高；n（3）轴向位移探头和高压缸绝对膨胀探头的耐热性较差，曾经发生过烧坏探头的情况。二、现有监测及控制系统二、现有监测及控制系统nABB机组的事故追忆系统设计不够合理，在接口上存在一定问题。虽经外方专家修改后投用但效果并不理想，经常死机，该打印时不打印，造成重要信息丢失，给事故分析带来了很多不便。n电厂选用了新的事故追忆系统，与原系统并列

23、运行。新的事故追忆系统还增加了信息保存的功能，可以将信息保存在计算机的硬盘上。这样就大大地提高了事故追忆系统的投用率和正确率。新的事故追忆系统需经过一段时间运行的考验，不断提高完善后将原事故追忆系统拆除。 第二节第二节 状态监测和故障诊断技术的完善和开发状态监测和故障诊断技术的完善和开发 n一、对汽轮机组状态的监测和故障诊断一、对汽轮机组状态的监测和故障诊断汽轮机组的状态监测和故障诊断，大致可分为机械类和热参数类两大类：n（1）机械类的主要有转子不平衡、转子弯曲、转子涡动、转子碰擦、轴承不稳定、转子不均匀、短路电流转矩、热膨胀、叶片断裂、进冷汽冷水、阀门门杆卡涩、热疲劳裂纹、阀门开度等；n（2）热参数类的主要有压力、温度、温差、压差、温度变化率、压力变化率、转速、流量、流速等。热参数在线监测及故障诊断系统，它可由系统硬件和系统软件组成：n（1）系统硬件包括前置的传感器仿真器、计算机、打印机、接口、彩显和键盘等。n（2）系统软件可由热应力计算及寿命估计、热参数监测、热耗分析、显示、打印和与振动系统分接口等几部分组成。二、状态检修二、状态检修n运用综合性的技术手段，准确掌握设备状态，预测设备故障发生、发展情况，借助技术经济分析，进行检修决策和管理