发电厂生产过程汽轮机.ppt

1、第六章 汽轮机设备,电厂设备照片,整体1 整体2 晾水塔 磨煤机 集控室1 集控室2 集控室3 变电站1 变电站2 吹灰器1 吹灰器2 吹灰器3,燃烧器1 燃烧器2 除尘设备 下降管 主蒸汽和再热蒸汽管 风压仪 汽包 汽包水位计 一次风机 送风机,汽轮机房 加热器1 加热器2 除氧器,第六章 汽轮机设备,汽轮机基本概念和基本结构 汽轮机内工作过程 汽轮机的主要辅助设备,某厂汽轮机房 8300MW,汽轮机房三维模型,火力电厂生产过程,高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。 汽轮机的转子与发电机的转子通过连轴器联在一起。当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。 发电机把汽轮机的机械能转变为

2、电能。电能经变压器将电压升压后，由输电线送至电用户。,火力电厂生产过程,释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排汽口排出，称为乏汽。 乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却，重新凝结成水。 凝结水由凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧器内，完成一个循环。 高、底压加热器是为提高循环的热效率所采用的装置，除氧器是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀。,第一节 汽轮机的一般概念,一、汽轮机的级,汽轮机是由串联在同一轴上的多个级组合而成的。 汽轮机的级是由一列周向布置的静叶栅和与之相配合的动叶栅构成的。 静叶栅中每相邻的两个静叶片构成一个喷嘴(即喷管); 动叶栅中每相邻两个动叶片则构成一个动

3、叶流道。,汽轮机内的能量转换,工作蒸汽先在喷管内进行膨胀，压力降低而速度增大，形成一股高速汽流，此高速汽流喷射到动叶上，推动转子转动，因而使蒸汽的热能转变为机械能。,蒸汽热能,汽流的动能,机轴上的机械能,喷管内,动叶内,汽轮机的基本作功单元“级”,级：汽轮机的基本做功单元。,一、汽轮机的级,蒸汽从汽轮机的进口开始，依次轴向通过串联布置的各个级，在每一级内都将一部分热能转变为机械功。 多级转换使得蒸汽在汽轮机中的整机焓降(即各级焓降之和)很大，在进汽流量较大时，汽轮机可以获得很大的单机功率。,级内的汽流,16,蒸汽在喷嘴中膨胀加速时，压力、温度降低归之为焓降低、速度提高，蒸汽的热能转变为汽流的动

4、能。,一、汽轮机的级,由于蒸汽离开动叶栅时仍具有一定的速度，其动能因不能被本级所利用而造成本级的一项能量损失，称为余速损失。 在多级汽轮机中，一级的余速损失常可部份或全部被下一级所利用。,一、汽轮机的级,一、汽轮机的级,按照受力形式，汽轮机的级分为： 冲动级 反动级 按照工作特点，汽轮机的级分为： 速度级 压力级 汽轮机第一级的通流面积随负荷而改变，故该级又称为调节级。调节级以后的其他级统称为压力级。,二、汽轮机设备的组成及工作概况,汽轮机：将蒸汽热能转变为机械功，借以带动发电机旋转的原动机。 汽轮机辅助设备：凝汽设备、回热加热设备、除氧器、调节保安装置、供油系统等。 汽轮机设备：汽轮机本体及

5、其辅助设备由管道和阀门连成一个整体。 汽轮发电机组：汽轮机与发电机的组合。,二、汽轮机设备的组成及工作概况,高温高压的蒸汽流经主汽阀、调节阀进入汽轮机，因进汽压力远远高于汽轮机排汽口处的压力，此压力差促使蒸汽依次通过各级向排汽口处流动。 在流动中，蒸汽的压力、温度逐级降低，逐级将热能转变为机械功。从最末级出来的蒸汽，即汽轮机的排汽(或称乏汽)，其压力、温度己很低，己无动力利用的价值，需使其进入凝汽设备，被冷凝成凝结水后循环使用。,二、汽轮机设备的组成及工作概况,凝汽设备：凝汽器、抽气器、水泵。 主要作用： 造成汽轮机排汽口的高度真空 回收乏汽凝结水。,二、汽轮机设备的组成及工作概况,汇集于凝汽

6、器热井中的乏汽凝结水(称为主凝结水)，由凝结水泵不断抽出，顺序送往由若干表面式加热器和除氧器所构成的回热加热系统中。 主凝结水经34台低压加热器被抽汽逐级加热后送入除氧器。除过氧的水作为锅炉给水由给水泵经23台高压加热器加热后送入锅炉。,二、汽轮机设备的组成及工作概况,汽轮机的调节系统：调节进汽量，以适应外界负荷的变化，保证供电的数量和质量。 保护装置：用于监测汽轮机的运行，在危急情况下保证汽轮机的安全。 油系统：调节系统和保护装置中用来传递信号和操纵有关部件的压力油，以及用来润滑和冷却汽轮机各轴承的用油。,三、汽轮机的分类和型号,按工作原理分类 冲动式：由冲动级组成的汽轮机。 反动式：由反动

7、级组成的汽轮机。 按进汽压力分类 超高压：13.2MPa 亚临界压力： 16.2MPa 超临界压力： 24.2，25.3，26.4MPa,三、汽轮机的分类和型号,按热力过程的特点： 凝汽式：进入汽轮机的蒸汽除回热抽汽及轴封漏汽外，全部排入凝汽器。 背压式：进入汽轮机的蒸汽做功后以高于当地大气压的压力排出，并用于对外供热。 调整抽汽式：汽轮机中间的某些级后抽出部分蒸汽去对外供热，其余的蒸汽做功后仍然排入凝汽器，且抽汽压力可以在一定范围内调整。,三、汽轮机的分类和型号,汽轮机的型号用来表示汽轮机的热力特点、出力及进汽参数规范等。,N30016.7538538 凝汽式汽轮机、额定功率300MW、新蒸

8、汽压力16.7MPa、温度538、再热蒸汽温度538。,三、汽轮机的分类和型号,第二节 汽轮机本体主要结构,汽轮机本体主要结构,汽轮机本体可分为固定和转动两大部分，它们分别称为汽轮机的静子和转子。 静子：汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承等； 转子：主轴、叶轮、动叶、联轴器等。,高压缸转子,高压外上缸扣缸,汽机高压缸测定,一、汽缸,汽缸是汽轮机的外壳 作用：将工作蒸汽与大气隔开。 内壁：支撑喷嘴静叶片、隔板、汽封环等零部件； 外部：与进汽管、抽汽管、排汽管、疏水管等相接。 汽缸截面沿轴向由高压到低压随之扩大。,一、汽缸,由于汽缸承受蒸汽的高温、高压，为了减少汽缸壁的热应力及加快启停速度，特大型汽轮机

9、的汽缸做成分层结构，形成内缸和外缸； 为了安装、检修等方便，汽缸一般从水平中分面处分开。形成上缸和下缸、上下缸之间通过法兰用螺栓连接； 由于大型汽轮机的初参数高、级数多，需要按工作蒸汽压力的高低，将汽缸分成高压缸、中压缸和低压缸。,1.高压缸,新蒸汽分两路经置于高压缸两侧的一个主汽阀和二或三个调节阀后，进入高压缸调节级的四或六个喷嘴室，并从调节级开始依次流经各压力级绝热膨胀做功。 高压缸均采用双层缸 目的：使由一层汽缸承受的巨大压差和温差改为由两层汽缸来承受，使每层汽缸的厚度及法兰厚度大为减薄，相应连接上下缸法兰的螺栓尺寸减小。,2.中压缸,再热蒸汽经布置于中压缸两侧的再热主汽门和再热调节汽门

10、进入中压缸的进汽室，并逐级流向排汽口。 进入中压缸的蒸汽压力虽不高，但温度却很高。为减少中压缸的热应力，仍采用双层汽缸。,3.低压缸,低压缸全部采用对称分流结构，除了适应低压时容积流量增大的要求外，还可平衡轴向推力。 中压缸的排汽经联通管进入低压缸中部，经导向板分左右两路均衡分流进入对称布置的低压缸，逐级做功后通过排汽口进入凝汽器。 低压缸(尤其是排汽处)体积庞大。,3.低压缸,虽然流入低压缸蒸汽的温度不高，但进汽、排汽间的温差大。为改善低压缸的热膨胀、低压缸仍然采用双层或三层结构，使体积较小的内缸承受温度变化，而外缸及庞大的排汽缸均处于低温状态。 低压缸的正常排汽温度为3435，但在启动或低

11、负荷(小于15额定工况)时，因蒸汽流量过小，不足以将摩擦等损失变成的热量带走，致使排汽温度升高至80以上。,3.低压缸,排汽温度过高的危害 造成排汽缸热膨胀较大。造成固定在排汽缸上的低压缸轴承位置抬升，使轴系中心线改变而引起机组振动， 使凝汽器铜管管口因膨胀过大而损坏，造成泄漏。 在排汽缸导流板上装有自动投入的喷水减温装置，以降低排汽温度。,4.汽缸的支撑及滑销系统,滑销系统：为了正确引导汽缸部件的热胀冷缩，以保持动、静部件间合理的轴向间隙，保证汽缸和转子中心的一致。 当由于某种原因使滑销系统卡涩时，机组的膨胀就会受到限制，当机组的膨胀受到限制时就会引起机组较大的振动，严重时以至于不能开机或者

12、引起动静碰磨，从而造成更大的破坏。,二、喷嘴与隔板,喷嘴：是汽轮机通流部分的重要部件。 把蒸汽的热能转变成动能，使蒸汽膨胀降压，增加流速，按一定的方向喷射出来的推动动叶片而做功。 通过隔板固定在汽缸上。,喷嘴,调节级喷嘴叶片与喷嘴叶栅 压力级喷嘴、隔板,三、转子和动叶片,汽轮机的转动部分总称为转子。 从径向上分：主轴、叶轮、叶片。 从轴向上分：高压转子、中压转子和低压转子。 各转子之间一般采用刚性连轴器连接，并通过轴承箱内的推力轴承轴向定位、径向轴承支撑。,某汽轮机高压转子,三、转子和动叶片,临界转速：在汽轮发电机组的启动或停机过程中，当转速达到某一数值时，机组出现剧烈振动，而越过这一转速后，

13、振动又减少到正常值。 共振现象：临界转速下的转子剧烈振动现象。 轻则使转子振动加剧 重则产生动、静体的摩擦、碰撞事故 特别是当转子动平衡没有校好时，振动将更大，可能导致主轴弯曲甚至断裂等重大事故。,三、转子和动叶片,汽轮机转子按其工作转速是否高于它的临界转速，又可分为 刚性转子：工作转速小于临界转速。 柔性转子：工作转速大于临界转速，在启动或停机时，应尽快越过其临界转速，以免引起转子的强烈振动。,三、转子和动叶片,动叶流道：相邻的两个动叶片构成。 动叶片：叶根、叶型(或称工作部分、通流部分)、连接件(围带或拉筋) 叶片通过叶根安装在叶轮轮缘上，叶型则决定动叶流道的形状。许许多多的动叶片以同样的

14、间隔和角度安装在叶轮的轮缘上，排列成动叶栅，形成汽轮机的一级动叶流道。 变截面扭曲叶片 等截面直叶片,四、汽封及轴封系统,漏汽损失：为了防止运行中发生碰摩，汽轮机的动、静体之间必须留有间隙。这样，部分蒸汽就会在压力差的作用下从间隙中漏过，造成损失。 汽封装置：在汽轮机的各动、静间隙处设置。减少漏气损失、避免加热轴承。,四、汽封及轴封系统,叶顶汽封：装在动叶栅顶部围带处的汽封。 隔板汽封：装在隔板内圆与主轴间的汽。 轴端汽封：装在各转子两端与汽缸之间的汽封。 低压缸排汽端轴封用于防止外界空气漏入汽轮机 其他处的轴封用于防止蒸汽外漏。,五、轴承,采用油膜润滑的滑动轴承，而非滚动轴承。 支持轴承：用

15、于支持转子的重量以及由于转子振动所引起的冲击力等，并固定转子的径向位置，保证转子与静子同心。 推力轴承：用于承受转子上的轴向推力，确定转子的轴向位置，以保持通流部分动、静部件间合理的轴向间隙。,六、联轴器及盘车装置,联轴器俗称靠背轮 作用：连接汽轮机的高、中、低压转子，及汽轮机与发电机转子。 现代大功率汽轮机的各转子之间，采用刚性联轴器连接，联轴器法兰直接用螺栓连接。,六、联轴器及盘车装置,采用刚性联轴器连接 优点：结构简单、轴向尺寸紧凑、传递扭矩大、工作可靠，并能传通轴向推力，使多个转子可共用一个推力轴承，机组结构简化。 缺点：对被连接转子的同心度要求严格，而且，某个转子振动会造成整个机组转

16、子的振动，使得查明振动原因困难。,六、联轴器及盘车装置,盘车装置功能： 在汽轮机启动冲转前，以检查汽轮机的动、静部件是否存在碰接和摩擦，主轴弯曲度是否正常等。 汽轮机停机后，为使转子在上下温度不同的汽缸内受热均匀，避免转子冷却不均而产生过大弯曲，也要启动盘车，保持转子的低速转动。 盘车装置可在汽轮机停机后自动投入，并可在冲转过程中转子转速高于盘车转速时自动解列。,第五节 汽轮机的主要辅助设备,一、凝汽设备,作用： 建立并维持高度真空，使进入汽轮机的蒸汽充分膨胀到尽可能低的背压，从而使汽轮机的理想焓降增大，提高循环效率； 将汽轮机的排汽凝结为水，以便回收工质，重新送回锅炉作为给水使用。(目前普遍

17、使用表面式凝汽器，使凝结水在不受到污染的情况下得到回收),凝汽设备,凝汽器：汽水两相共存，凝汽器压力为乏汽凝结温度所对应的饱和压力。 在通常的循环冷却水温下，蒸汽的凝结温度若为30，所对应的饱和压力则为4.2kPa，远远低于大气压力，因此在凝汽器内形成了高度真空。 由抽气器不断抽出从不严密处漏入凝汽器的空气，以保持这一真空。,一、凝汽设备,凝汽设备主要包括：凝汽器、抽气器、凝结水泵等。 汽轮机的排汽(即乏汽)引入凝汽器后，被循环水泵输入的冷却水冷却。乏汽变成凝结水并汇集于凝汽器底部的热井内，然后被凝结水泵抽出送往回热加热设备。,1.凝汽器,1.凝汽器,凝汽器管板,凝汽器管板,2.抽气器,抽气器

18、的作用是将漏入凝汽器中的空气不断抽出，以保持凝汽器的真空和传热良好。 抽气器分为 射流式抽气器：小型机组和200MW机组 水环式真空泵：300MW以上的机组,二、回热加热设备,回热加热器：利用从汽轮机中间级引来的、作过部分功的抽汽来加热主凝结水或给水，可减少乏汽在凝汽器中的热量损失（即冷源损失），从而提高循环热效率。 按其传热方式的不同，分为： 混合式加热器：除氧器 表面式加热器：高压加热器和低压加热器(简称高加和低加),二、回热加热设备,根据回热加热器所承受的水侧压力是给水泵出口压力，还是凝结水出口压力，把它们分成高压回热加热器和低压回热加热器两种，分别简称为“高加”和“低加”。 低加：位于

19、凝结水泵和除氧器之间，其水侧压力为凝结水泵的出口压力； 高加：位于除氧器下的给水泵与锅炉给水操作台之间，其水侧压力为给水泵出口压力。,300MW以上的机组，其回热系统一般采用八级回热，即三台高加、四台低加和一台除氧器，简称“三高、四低、一除氧”。,1.低加,2.高加,三、除氧器,凝汽系统的漏气和化学补充水中含有溶解气体，所以由主凝结水和化学补充水所构成的锅炉给水中含有溶解的氧气及其他气体。 氧气危害 会积聚在换热设备的管壁上形成气体层，造成传热热阻增大、传热效率降低， 会对高温下的设备金属产生腐蚀，造成热力设备不同程度的损坏，降低其使用寿命。,三、除氧器,加热除氧的方法：在除氧器内将一定压力下

20、的水加热至该压力下的饱和温度，使原来溶解于水中的各种气体全部从水中迅速逸出，并设法及时予以排除。 除氧器在多级回热加热器系统中同时还起着一级加热器的作用,四、给水泵、凝结水泵、循环水泵,电厂的水泵很多，主要有给水泵、凝结水泵和循环水泵等。 这些泵按其工作原理可分为离心式和轴流式两大类。,给水泵,给水泵安装在除氧器给水箱的下方。 作用：将给水箱内的水加压引出，使其经各级高压加热器、锅炉省煤器后送到汽包。 给水泵出口水压应为汽包压力、汽包所处位置相当的水拄高度静压与途经各换热设备及管路的流动阻力之和。,给水泵,给水泵按其原动机的型式分为 汽动给水泵：节省厂用电，热经济性较高，并且调节特性较好。 电

21、动给水泵：启动迅速、系统简单、设备投资少。 我国300MW以上的大型机组一般采用两台汽动给水泵运行，一台电动给水泵事故备用。,凝结水泵,凝结水泵的作用：将凝汽器热井的主凝结水引出、升压，经各级低压加热器后送往除氧器。 凝结水泵的出口水压：除氧器压力、除氧器位置相当的水柱高度静压与途经各换热器、管路等的阻力之和。,循环水泵,循环水泵布置于循环冷却水管路中。 循环水泵任务： 不断地把大量的冷却水加压输送入凝汽器中，去冷却汽轮机的乏汽； 吸收了乏汽汽化潜热的冷却水被送往提供此冷却水的水源(如河流、水库或冷却塔水池等)。,第七章 汽轮机运行,第七章 汽轮机运行,汽轮机调节的基本知识、汽轮机的保安系统及

22、油系统等。 汽轮机的启动、停机、负荷变动及其影响因素。,第一节 汽轮机的调节与保护,第一节 汽轮机的调节与保护,一、汽轮机调节的任务 使汽轮发电机组的发电量随时满足电用户的需要。 保证供电的质量。 供电质量指标：电压；频率。 必须控制转速为额定值。,一、汽轮机调节的任务,若不考虑摩擦阻力影响，汽轮发电机组的转速主要是由作用在转于上的蒸汽主力矩和发电机的反抗力矩的平衡关系所决定的。 I ：汽轮发电机转子的转动惯量； ：转子的机械角加速度。,二、汽轮机调节系统的基本原理,调节系统的基本原理：,外界干扰,调节系统,新的平衡,转速变化,改变进汽量,二、汽轮机调节系统的基本原理,汽轮机的调节方法,喷管调

23、节法： 把汽轮机第一级的喷管分成四组，根据负荷的大小，由调节系统依次开闭各个调节阀。,二、汽轮机调节系统的基本原理,三、功频电液调节系统及DEH控制系统简介,组成：测速机构、信号放大机构、执行机构及反馈机构 调运器飞锤、错油门、油动机和反馈杠杆。 液压调节系统和电液调节系统： 将测速机构由调速器飞锤改为调速泵或电子测速元件， 放大执行机构仍为错油门和油动机。,功频电液调节系统,功频电液调节系统：在电液调节系统中，测取的信号除了机械(或液压)调节系统所测的转速信号外，还增加了测功信号，即测量发电机的有功功率。,DEH控制系统,DEH调节系统（Digital ElectroHydraulic Co

24、ntrol System） 用数字计算机代替PID调节器，调节算法程序存于计算机中。 DEH系统：也是一种功率频率调节系统 调节系统：机械式液压式功频电液DEH 模拟电调 连续控制 DEH 离散控制（采样控制）,四、汽轮机的保安系统,作用：对汽轮机的转速、轴向位移、排汽口真空、润滑油压和抗燃油压(调节系统用油)等参数进行测量、监视、限值判断。当任何一项测量值超出允许范围时，通过中间转换及执行机构使汽轮机的所有进汽阀关闭，迫使汽轮机停机，以保证设备的安全。,四、汽轮机的保安系统,(1)机械超速保护及手动脱扣保护系统 (2)电气信号危急跳闸保护系统 (3)超速防护系统,五、汽轮机的油系统,油系统承

25、担两方面的任务： 为调节和保护系统提供工作用油； 向汽轮机各个轴承供应大量的润滑及冷却用油。,第二节 汽轮机运行基本知识,一、汽轮机的启动与停机 启动：将汽轮机转子由静止或盘车状态加速至额定转速，并将其负荷由零逐步增加到额定值的过程。 停机：和启动完全相反的过程。 启动方式：按新蒸汽参数分类 额定参数启动 滑参数启动,第二节 汽轮机运行基本知识,额定参数启动 在整个启动过程中，从冲转直至汽轮机组带额定负荷，电动主汽门前的蒸汽压力和温度始终保持为额定值，通过调整调节汽门的开度来适应机组在启动过程中不同阶段的要求。 特点：热经济性差、金属部件加热不均以及热冲击较大。大容量机组已不再采用。,1.启动

26、方式,滑参数启动： 在启动过程中，电动主汽门前的蒸汽压力和温度随机组转速或负荷的变化而滑升。对喷嘴调节的汽轮机，定速后调节阀保持全开，完全靠蒸汽参数的调整来适应机组启动过程中不同阶段的要求。 特点：热经济性好，金属部件加热均匀，金属温度随蒸汽温度的逐步升高而升高，不会受到强烈的热冲击，有利于设备安全。现代大型汽轮机广泛采用。,1.启动方式,按启动前汽轮机金属温度的高低，可以分为冷态、温态和热态启动。 冷态启动：启动前标志点金属温度低于150180的启动； 温态启动：标志点温度在180350之间的启动； 热态启动：标志点金属温度高于350的启动。,2.机组的停机,汽轮机的停机方式：额定参数、滑参数停机。 额定参数停机： 在机组减负荷及降速过程中，蒸汽参数保持不变，靠关小调节汽门，即减小蒸汽流量的办法来达到停机的目的。 缺点：停机过程中金属不能得到均匀冷却，并且停机后温度水平较高，延长了停机待修时间。,2.机组的停机,滑参数停机： 在停机过程中，调节汽门全开，依靠新蒸汽参数的逐渐降低使负荷减小、转速降低、直至停机。 调节汽门全开，进汽均匀，以低参数大流量的蒸汽冷却汽轮机，能使金属部件获得均匀冷却，使金属温度降至较低水平。,二、变压运行,正常运行监视 主蒸汽及再热蒸汽压力和温度，高压缸排