汽机旁路控制系统

上海汽轮机有限公司旁路与启动上海汽轮机有限公司目次1.汽轮机及锅炉旁路系统2.旁路与汽轮机运行2.1汽轮机启动2.2旁路容量匹配2.3保证安全运行的设计与控制3.三种启动规范上海汽轮机有限公司LPTurbine锅炉产生的蒸汽全部或部分-绕过汽机、过热器-减温、减压-进入凝汽器HIPTurbineCondenserBoilerMSV/GVRSV/ICVHPBypassValveLPBypassValveNon-returnValve(withaforcedclosefunction)VentilatorValve5%boilerdrainbypass1.汽轮机及锅炉旁路系统单双回路幻灯片30上海汽轮机有限公司不设旁路-美国一级旁路-主蒸汽直接进入凝汽器。不保护再热器；Pr及Tr提升慢，不利于热态启动-国内部分：长兴、铁岭等，锅炉一级5%疏水旁路旁路系统的配置分类初期来源于直流炉：一定压力和流量才能运行；必须设置点火系统清洗水质幻灯片3二级串联旁路-满足快速启动要求，保护再热器，Pr及Tr满足汽机热态启动要求-目前国内主要大容量具有启动-溢流-安全功能的旁路系统；除启动外，还具备快速降负荷功能；FCB带厂用电；代替锅炉过热安全门—三用旁路控制阀-欧洲,如石洞口二厂上海汽轮机有限公司提高灵活性、使锅炉与汽机能独立运行冲转前循环保证参数要求、水质、硬质颗粒、提供辅助蒸汽。缩短参数协调时间。再热压力提前增压升温，对热态快速特别重要。旁路的功能保护再热器，有利于锅炉（目前锅炉并不坚持）快速负荷变化，接受机炉流量不平衡量，回收工质。电厂特殊运行工况要求：甩负荷停机不停炉，带厂用电运行。（保证电网安全）替代过热器安全阀、再热安全阀等释放阀（环保要求）。上海汽轮机有限公司2。旁路与汽轮机运行2.1汽轮机启动启动基本要求汽机对蒸汽参数的要求温差、速率及寿命损耗上海汽轮机有限公司汽轮机启动及运行的基本要求使汽轮机部件维持适当的热应力水平，保证足够的使用寿命，避免局部热(冷）损伤是汽轮机在启动、负荷变化、甩负荷等各种工况运行中最基本的要求主蒸汽工况之间温差带旁路不带旁路再热蒸汽金属与蒸汽之间温差金属温度寿命损耗变化速率按（温差、寿命损耗、变化速率）规律避免热应力损伤按气动原理，注意小容积流量下（高背压）的鼓风发热损伤幻灯片12上海汽轮机有限公司汽机启动前参数的要求汽机的参数是个范围一定温差范围内可不计寿命损耗;冷冲击温差要求更严汽机对压力限制更松;压力要求往往来自锅炉*汽包炉4.2MPa,甚至可更低*杨柳青6MPa;聊城≻5MPa(冷),≻10MPa(热)*超临界(日立)≯5.4MPa;ABB超-8MPa；三菱超8.92MPa要注意启动阀门流量-压力特性的匹配*STC主汽门小阀启动，切换转速与阀门的能力；*西门子、三菱及STC核电主调门启动上海汽轮机有限公司STC汽机启动参数的要求冷态最高温度≼426℃（最高压力不大于12.8MPa)56℃过热度（其他20℃、50℃）再热温度260℃;再热压力≼0.828MPa(*)热态对转子(第一级后温度)的冷冲击≺56℃？（日立-28，其他0℃）点评:参数要求全面、合理，统一以温差为基准主汽门前启动蒸汽参数要求2002503003504004505005501357911131517192123主蒸汽压力MPa温度℃冷态启动阀切换时最低的主蒸汽进口温度阀切换时最低的蒸汽室温度（饱和温度）启动时最小的主蒸汽进口温度（55.6℃的过热度）25030035040045050055001234567891011121314低压缸排汽压力kPa汽轮机进口处再热蒸汽温度℃5%最大保证负荷全速-空负荷对于再热式汽轮机的运行建议再热压力与背压对背压要求，考虑温度影响-保护低压缸上海汽轮机有限公司超、超超临界冷态：主蒸汽温度:360-400℃;最高压力9MPa;冷态（150℃）：360-440℃;压力无限制.西门子启动参数要求-冷态点评：360℃，压力超过9MPa，过热度小于56℃，压力无限制是？上海汽轮机有限公司超临界热态：主蒸汽温度:min-430℃;压力无限制.超超热态：主蒸汽温度:min-560℃;压力无限制.西门子启动参数要求-热态点评：超临界热态430℃，意味着第一级约-56℃的冷温差。超超临界热态560℃，意味着第一级0℃的冷温差。双重热应力标准？--欧洲大旁路，炉不停，易满足热态启动0温差要求上海汽轮机有限公司汽机进汽参数范围按选定的进汽参数求出第一级处蒸汽温度第一级处的转子与蒸汽温差由温差决定寿命损耗和变化速率温差，变化速率及寿命损耗幻灯片7弹性计算力学理论-局部应力（应力集中）超过材料的屈服极限，应力重新分配，材料的硬化。重复一定次数出现足够引起损伤的裂纹，为低周疲劳极限。它与应力大小有关。应力由两部分组成—转速有关的离心力；热应力。作为合理的设计，离心力应为低周疲劳应力的40%以下。对一特定的机组，可控的是热应力-大小取决于温差和变化速率；该大小又决定了疲劳次数。上海汽轮机有限公司0501001502002503000501005%负荷保持时间分钟调节级后温度-金属温度的差值℃050150200100在保证时间内蒸汽的温升200300400500调节级后温度℃金属温度0100150200250300350400500450535-100-50050100150200250300050100冲转时间分钟调节级后温度-金属温度的差值最小负荷冲转并网后所带的最小部分负荷%510152025302800290030003100320033003400350036003700051015主蒸汽压力MPa焓值kJ/kg小于55.6℃过热度350400425450475500525550200250300350400450500550调节级后温度℃汽轮机冲转曲线举例:金属温度250℃,启动参数8MPa/425℃,并网5%负荷时,温度升到475℃,则启动时间为40min+30min=70min上海汽轮机有限公司380400420440460480500520020406080100120负荷变化率%当主蒸汽温度为535℃时，调节级后温度℃6MPa9MPa12MPa15MPa16.18MP定压运行滑压运行四组喷嘴全开滑压三组喷嘴全开滑压二组喷嘴全开滑压050100150200250300350020406080100120变负荷时间分钟调节级后温度℃20000cycle100020003000500010000变负荷曲线举例:5%负荷蒸汽475℃,8MPa,升到满负荷-调节级后温升80℃(由430到510),蒸汽温度升高63℃(由475到538),总温升80+63=143℃按0.01%寿命损耗,求得时间83min;从冲转到满负荷共153min幻灯片47上海汽轮机有限公司转子寿命损耗计算对高中压转子分别以高压调节级后，中压以第三级后按图表决定寿命损耗率，取大的数值作为转子的损耗。高中压可采用同样的图表寿命损耗对应一个回合的升降负荷，如升降损耗率不同，应求取当量损耗率还要单独计算启动及停机时，转子汽封处温差变化引起的寿命损耗，显然温差越大，损耗越大在其他规定的运行参数内，不另计寿命损耗幻灯片13上海汽轮机有限公司2.2旁路容量匹配高低压旁路设置旁路容量上海汽轮机有限公司HP旁路由锅炉厂提供为实现锅炉启动及保护过热器满足锅炉启动要求，汽包炉5%；超临界25-35%为满足汽机的参数要求，容量越大，时间越短为调峰、过热器安全门功能、甩负荷的稳定安全，欧洲普遍配100%容量高压旁路高旁容量定义通常为BMCR压力下的流量与BMCR流量之比上海汽轮机有限公司锅炉再热器可干烧时，锅炉方面没容量要求；但LP旁配置可加快提升再热压力及温度；高低串联流量连续。LP旁路由设计院配置容量定义：按额定负荷再热压力下通流量与额定再热量之比；也有按70%负荷再热压力下通流量与额定再热量之比—基准压力越低，同样比例下的旁路容量越大。汽机对再热压力有限制（取决于锅炉负荷、LP容量）；35%容量满足冷、热态汽机参数要求（包括主汽56℃过热度及中压大于260℃）冷态可省时间3小时。45%-50%满足极热态汽机启动参数要求85%以上可满足甩负荷时，锅炉维持在40%负荷不投油；FCB功能；替代再热安全门功能。上海汽轮机有限公司旁路容量匹配高旁容量由锅炉决定；容量定义为XX%的BMCR流量，额定压力低旁流量=HP的流量+喷水量；低旁容量确定：（1）容量（GV）还取决于LP的压力定义；（2）校核能否满足汽机对旁路压力的要求；（3）校核能否满足启停及特别工况的溢流要求上海汽轮机有限公司LP旁路进口压力定义影响容量的大小以及通流量LP压力越低，容量（尺寸及通流量）越大-见下例LP压力按BMCR定义LP压力按70%负荷定义高旁进口高旁出口低旁进口高旁出口低旁进口低旁出口Po-MPa17.274.03.62.492.25G-t/h30%BMCR=608608+HP喷水(如100t/h)608+HP喷水+LP喷水To-℃541305537305537600MW举例(BMCR=2028t/h)上海汽轮机有限公司启动时LP旁路容量的校核按BMCR压力定义,30%高旁容量配置的LP旁路在启动再热压力0.828MPa时的通流量为:GLP≅0.828/3.61(30%BMCR+HP喷水量)约等于9%的额定主流量按70%负荷的压力定义,30%高旁容量配置的LP旁路在启动再热压力0.828MPa时的通流量为:GLP≅0.828/2.25(30%BMCR+HP喷水量)约等于15%的额定主流量进入凝汽器的低旁出口流量为GLP再加低旁喷水流量。上海汽轮机有限公司FCB要求的LP旁路容量(锅炉40%BMCR)举例甩负荷,汽机空转,锅炉不投油40%工况:*高旁出口流量40%=712t/h;LP旁路容量计算(按额定再热参数定义)为:*折算到基准压力下的通流量GHP≅3.234/1.354712=1700t/h;*考虑温度修正，通流量GHP为1400t/h;*空载流量5%,约90t/h;*应配置低旁通流量GLP≅1310t/h;容量比例约为90%上海汽轮机有限公司2.3保证安全运行的设计与控制带与不带旁路启动防HP鼓风损伤关键技术*单、双回路*各种带旁路启动模式*高排压力及温度保护*高中压流量调节流量升程特性设计*高中压阀门流量升程曲线*通风阀、主门小阀启动上海汽轮机有限公司汽机带旁路启动汽机不带旁路启动锅炉再热压力、温度提升快，易满足汽机启动参数要求锅炉再热量汽机再热量；汽机再热压力Pr由旁路决定,与中压进汽量不成比例，中压调门必须控制。除低压排汽端外，高压排汽端要防鼓风发热损伤要求旁路压力稳定、可控锅炉再热压力、温度提升慢；对冷态的260℃;对热态造成冷冲击锅炉再热量=汽机再热量；汽机再热压力Pr与中压进汽量成比例，中压调门全开,不控制。仅低压排汽端要防鼓风发热损伤上海汽轮机有限公司汽机不带旁路启动旁路系统状况（1）仅锅炉5%的启动疏水旁路，不配低压旁路-如大多美国机组（2）仍配容量30%左右的高低压两级串联旁路-中国电厂，加快参数到位的时间-冷态省3小时，极热态难以升温。锅炉点火到汽机冲转前，带旁路运行。当参数达到汽机要求时，旁路切除。再热器处在“干烧”状态。仅控制高压进汽，中压门全开-称高压缸启动模式；单回路蒸汽系统。上海汽轮机有限公司高压缸启动-不带旁路的单回路蒸汽启动时间长，热态与汽机无限制的快速启动不匹配单回路-主调门进汽→高压缸排再热器→进中压缸→低压缸→凝汽器各段压力∞流量；2640r/min-3%额定流量；3000r/min5%额定流量；并网5%负荷-10%额定流量。安全性节点：25030035040045050055001234567891011121314低压缸排汽压力kPa汽轮机进口处再热蒸汽温度℃5%最大保证负荷全速-空负荷对于再热