汽机系统概述及本体

汽机系统概述及本体关运夺汽轮机相关系统简要概述(一)主蒸汽、再热蒸汽系统锅炉与汽轮机之间的蒸汽管道与通往各用汽点的支管及其附件称为发电厂主蒸汽系统，对于再热式机组还包括再热蒸汽管道。再热蒸汽系统可分为冷再热蒸汽系统以及热再热蒸汽系统。发电厂主蒸汽管道输送的工质流量大，参数高，所以对金属材料要求也高，它对发电厂运行的安全性、可靠性和经济性的影响很大。因此主蒸汽系统应力求简单、安全、可靠，要便于安装、扩建，并且使投资及运行费用较小。600MW超临界机组属于再热机组，因此采用单元制系统，即一机配一炉，组成一个独立的单元，与其它机组之间无母管联系。单元制系统的优点是系统简单，管道短，管道附件少，投资省，压力损失和散热损失小，系统本身事故率低，便于集中控制，有利于实现控制和调节操作自动化。与母管制相比，其缺点是：相邻单元不能互相支援，锅炉之间也不能切换运行，单元内与蒸汽管道相连的主要设备或附件发生故障，整个单元都要被迫停止运行，显然单元内设备必须同时检修。一、主蒸汽系统主蒸汽管道是指从锅炉过热器出口输送新蒸汽到汽轮机高压主汽门的管道，同时还包括管道上的疏水管道以及锅炉过热器出口的安全阀及排汽管道。主蒸汽系统采用“2－1—2”布置。主蒸汽由锅炉过热器出口集箱经两根支管接出，汇流成一根单管通往汽轮机房，在进汽轮机前用一个45°斜三通分为两根管道，分别接至汽轮机高压缸进口的左右侧主汽门。汽轮机高压缸两侧分别设一个主汽门，主要作用是在汽轮机故障或甩负荷时迅速切断进入汽轮机的主蒸汽。主汽门直接与汽轮机调速汽门蒸汽室相连接，汽轮机正常停机时，主汽门也用于切断主蒸汽，防止水或主蒸汽管道中其它杂物进入主汽门区域。一个主汽门对应两个调速汽门。调速汽门用于调节进入汽轮机的蒸汽流量，以适应机组负荷变化的需要。采用单管系统，使锅炉过热器出口联箱左右两侧汽流能够充分混合，有利于消除可能的温度偏差，减少汽缸的温差应力、防止轴封摩擦；并且有利于减少主蒸汽的压降，以及由于管道布置阻力不同产生的压力偏差。同时还可以节省管道投资费用。主蒸汽管道上不安装流量测量装置，主蒸汽流量根据主蒸汽压力与汽轮机调节级后的蒸汽压力之差确定，避免了压力损失，提高了热经济性。汽轮机进口处的自动主汽门具有可靠的严密性，因此主蒸汽管道上不装设电动隔离门。这样，既减少了主蒸汽管道上的压损，又提高了可靠性，减少了运行维护费用。锅炉过热器出口管道上设置水压试验用堵阀，在锅炉水压试验时隔离锅炉和汽轮机。二、热再热蒸汽系统热再热蒸汽管道是指从锅炉再热器出口输送高温再热蒸汽到汽轮机中压缸联合汽门进口的管道，同时还包括管道上的疏水管道以及锅炉再热器出口的安全阀及排汽管道。热再热蒸汽系统同样采用“2－1—2”布置。高温再热蒸汽由锅炉再热器出口集箱经两根支管接出，汇流成一根单管通向汽轮机中压缸，在汽轮机中压联合汽门前用一个45°斜三通分为两根管道，分别接至汽轮机中压联合汽门。由于再热蒸汽压损对机组的热经济性影响比新蒸汽更大，采用单管系统更能够有效地降低压损，保障蒸汽的做功能力。此外，还能消除进入汽轮机中压缸的高温再热蒸汽的温度偏差。中压联合汽门是由一个滤网、一个中压主汽门和一个中压调节汽门组成的组合式阀门。其作用是当汽轮机跳闸时快速切断从锅炉再热器到汽轮机中压缸的高温再热蒸汽，以防止汽轮机超速。汽轮机相关系统简要概述(二)高低压旁路系统汽轮机旁路系统是现代单元机组热力系统的一个组成部分。它的功能是，当锅炉和汽轮机的运行情况不相匹配时，即锅炉产生的蒸汽量大于汽轮机所需要的蒸汽量时，多余部分可以不进入汽轮机而经过旁路减温减压后直接引入排汽装置。此外，高压旁路还承担着将锅炉的主蒸汽经减温减压后直接引入再热器的任务，以保护再热器的安全。旁路系统的这些功能在机组启动、降负荷或甩负荷时是十分需要的。高压旁路可使多余蒸汽不进入汽轮机高压缸而直接进入再热器，蒸汽的压力和温度通过减温减压装置使蒸汽参数降至再热器人口处的蒸汽参数。低压旁路可使再热器出来的蒸汽部分进入或不进入汽轮机的中低压缸而直接进入排汽装置，通过减压减温装置将再热器出口蒸汽参数降至凝汽器的相应参数。旁路系统由旁路阀、旁路管道、暖管设施以及相应的控制装置和必要的隔音设施组成，旁路的系统的流量不是越大越好，一般必须和机组的运行情况相适应。衡量旁路系统的指标主要是响应时间，响应时间越短越好。一般要求在1～2s内完成旁路开通动作，在2～3s内完成关闭动作。汽轮机旁路系统的主要作用有：1.保护再热器。机组正常运行中，汽轮机高压缸排汽进入再热器，再热器可以得到充分冷却。但在启动过程中，汽轮机冲车前，或在机组甩负荷而高压缸无排汽时，再热器因无蒸汽流过或蒸汽流量不足，就有超温烧坏的危险。设置旁路系统，使蒸汽流过再热器，便达到冷却再热器的目的；2.改善启动条件，加快启动速度。单元机组普遍采用滑参数启动方式，为了适应汽轮机启动过程中在不同阶段（暖管、冲车、暖机、升速、带负荷）对蒸汽参数的要求，锅炉要不断地调整汽压、汽温和蒸汽流量。单纯调整锅炉燃烧或运行压力，很难达到上述要求。采用旁路系统就可改善启动条件，尤其在机组热态启动时，利用旁路系统能很快地提高主蒸汽和再热蒸汽的温度，缩短启动时间，延长汽轮机寿命。对于大容量机组，当发电机负荷减少、解列或只带厂用电负荷，以及汽轮机甩负荷时，旁路系统能在几秒钟内完全打开，使锅炉逐渐调整负荷，并保持在最低稳定燃烧负荷下运行，而不必停炉，在故障消除后可快速恢复发电，从而减少停机时间和锅炉的启停次数，大大缩短了单元机组的重新启动时间，有利于系统稳定；3.回收工质，消除噪声。机组在启停过程中，锅炉的蒸发量大于汽轮机的消耗量，在负荷突降和甩负荷时，有大量的蒸汽需要排出。多余的蒸汽若直接排向大气，不仅损失了工质，而且对环境产生很大的噪声污染。设置旁路系统，可以达到回收工质和消除噪声的目的。另外，在机组突降负荷或甩负荷时，利用旁路系统排放蒸汽，可减少锅炉安全门的动作。4.利用旁路实现中压缸启动。汽轮机相关系统简要概述(三)轴封蒸汽系统轴封蒸汽系统的主要功能是向汽轮机、给水泵小汽轮机的轴封和主汽阀、调节阀的阀杆汽封供送密封蒸汽，同时将各汽封的漏气合理导向和抽出。在汽轮机的高压段，轴封系统的正常功能是防止蒸汽向外泄漏，以确保汽轮机运行时有较高的效率；在汽轮机的低压段，则是防止外界的空气进入汽轮机内部，保证汽轮机有尽可能高的真空也是保证汽轮机的高效率。轴封系统主要由密封装置、轴封蒸汽母管、轴封加热器等设备以及相应的阀门、管路系统构成。为了控制轴封系统蒸汽的温度和压力，系统内除管道、阀门之外，还设有压力调节装置和温度调节装置。汽轮机组的高、中、低压缸轴封均由若干个轴封组成。相邻两个轴封段之间形成一个汽室，并经各自的管道接至轴封系统。在汽轮机组启动前，汽轮机内部必须建立必要的真空。此时，利用辅助蒸汽向汽轮机的轴封装置送汽。在汽轮机组正常运行时，汽轮机的高压区段的蒸汽向外泄漏，同时，为了防止空气进入轴封系统，在高压区段的最外侧一个轴封汽室，则必须将蒸汽和空气的混合物抽出。由此看来，轴封蒸汽系统包括：送汽、回（抽）汽和漏汽三部分。为了汽轮机本体部件的安全，对送汽的压力和温度有一定的要求。因为送汽温度如果与汽轮机本体部件温度（特别是转子的金属温度）差别太大，将使汽轮机部件产生很大的热应力，这种热应力将造成汽轮机部件寿命损耗的加剧，同时还会造成汽轮机动、静部分的相对膨胀失调，这将直接影响汽轮机组的安全。为了控制轴封系统蒸汽的温度和压力，系统内除管道、阀门之外，还设有压力调节装置和温度调节装置。在汽轮机组正常运行时，轴封系统的蒸汽由系统内自行平衡。但此时压力调节装置、温度调节装置仍然进行跟踪监视和调节。此时，通过汽轮机高压轴封装置泄漏出来的蒸汽，分别被接到凝汽器、轴封加热器，尽可能地回收能量，确保汽轮机组的效率。当汽轮机紧急停机时，高、中压缸的进汽阀迅速关闭。此时，高压缸内的蒸汽压力仍然较高，而中、低压缸内的蒸汽压力接近于凝汽器内的压力。于是，高压缸内的蒸汽将通过轴封蒸汽系统泄漏到中、低压缸内做功，造成汽轮机的超速。为了避免这种危险，轴封系统应设置有溢流阀，当轴封系统的压力超限时，溢流阀立即打开，将轴封系统与凝汽器接通。轴封蒸汽系统通常有两路外接汽源。一路是来自其他机组或辅助锅炉（对于新建电厂的第一台机组）的辅助蒸汽、经温度、压力调节阀之后，接至轴封蒸汽母管，并分别向各轴封送汽；另一路是主蒸汽经压力调节后供汽至轴封系统，作为轴封系统的备用汽源。轴封系统的作用可概括为：（1）防止汽缸内蒸汽向外泄漏，同时防止空气漏入汽缸的真空部分；（2）回收汽封漏汽，减少系统能虽和工质损失。大机组都采用具有自动调节装置的闭式轴封系统，不同机组的轴封系统各不相同，但作用是一致的。汽轮机相关系统简要概述(四)辅助蒸汽系统单元制机组均设置辅助蒸汽系统。辅助蒸汽系统的作用是保证机组安全可靠地启动和停机，及在低负荷和异常工况下提供必要的、参数和数量都符合要求的汽源，同时向有关设备提供生产加热用汽。辅助蒸汽系统主要包括：辅助蒸汽联箱、供汽汽源、用汽支管、减温减压装置、疏水装置及其连接管道和阀门等。辅助蒸汽联箱是辅助蒸汽系统的核心部件。本期工程600MW超临界机组设置的辅助蒸汽联箱，其设计压力为0.8～1.0MPa，设计温度为290～380℃。辅助蒸汽系统一般有三路汽源，分别考虑到机组启动、低负荷、正常运行及厂区的用汽情况。这三路汽源是一期供汽、再热蒸汽冷段（即二段抽汽）和四段抽汽。设置三路启动汽源的目的是减少启动供汽损失，减少启动工况的经济性。系统的用途1．向除氧器供汽（1）机组启动时，为除氧器提供加热用汽。（2）低负荷或停机过程中，四段抽汽压力降至无法维持除氧器的最低压力时，自动切换至辅助蒸汽，以维持除氧器定压运行。（3）甩负荷时，辅助蒸汽自动投入，以维持除氧器内具有一定压力。（4）停机情况下，向除氧器供应一定量的辅助蒸汽，使除氧器内储存的凝结水表面形成一层蒸汽，防止凝结水直接与大气相通，造成凝结水溶氧量增加。（5）机组负荷突升时，为除氧器水箱内的再沸腾管提供加热用汽，保证除氧效果。2．汽轮机轴封用汽：600MW超临界机组采用自密封平衡供汽的轴封系统，因此，辅助蒸汽系统仅在机组启停及低负荷工况下向汽轮机提供轴封用汽。3．小汽轮机的调试、启动用汽：机组启动之前，如果给水泵驱动小汽轮机需要调试用汽，可由辅助蒸汽供给。供汽管道接在小汽轮机主汽门前。4．锅炉暖风用汽：启动和低负荷运行时，锅炉等离子点火系统暖风用汽由辅助蒸汽系统供汽。5．其它用汽：辅助蒸汽系统还提供空气预热器启动吹灰用汽、油区吹扫、燃油伴热及燃油雾化、油库加热，以及空调及采暖用汽、全厂生活用汽。汽轮机相关系统简要概述(五)回热抽汽系统回热抽汽系统用来加热进入锅炉的给水（主凝结水）。我厂600MW等级的汽轮机组，采用7段回热抽汽。3段用于高压加热器的抽汽，1段用于除氧器的抽汽，3段用于低压加热器的抽汽。通常，用于高压加热器和除氧器的抽汽，由高、中压缸（或它们的排汽管）处引出，而用于低压加热器的抽汽由低压缸引出。理论上，回热抽汽的级数越多越好，但是考虑经济因素，不可能设置太多。回热抽汽系统主要设备包括高压加热器、除氧器、低压加热器和轴封冷却器等。至今为止，汽轮机回热系统大多数采用表面式回热加热器。表面式回热加热器从结构上可分为两种，联箱－盘香管式和管板－U型管（或直管）式。目前采用最多的是管板－U形管形式的回热加热器。布置方式主要由立式布置和卧式布置。回热抽汽系统是原则性热力系统中主要组成部分，即采用作过一部分功的蒸汽来加热进入锅炉的给水，采用抽汽加热锅炉给水的目的在于减少冷源损失，一定抽汽量的蒸汽作了部分功后不再至凝汽器中向冷却水放热，既避免了蒸汽的热量被带走，使蒸汽热量得到充分利用，热耗率下降。同时由于利用了在汽轮机作过部分功的蒸汽来加热给水，提高了给水温度，减少了锅炉受热面的传热温差，从而减少了给水加热过程的不可逆损失，在锅炉中的吸热量也相应减少。综合以上原因说