汽轮机运行启动与停运讲解

发布时间:2019-03-21 10:53            

①启动:汽轮机从静止状态到工作状态的过程。启动前的准备→冲转→升速→并网→带负荷

②停机:汽轮机从工作状态到静止(或带盘车)状态。减负荷→解列→转子惰走 →投盘车

③启动是加热过程,而停机则是降温过程。对汽轮机而言,一次起停(负荷变化)经历一次应力交变,造成低周疲劳损伤,最后导致裂纹。

汽轮机的启动

一、启动方式的分类

1. 按新汽参数分:额定参数启动、滑参数启动

1) 滑参数启动的优点:

①相对于额定参数启动,滑参数启动的进汽参数低、流量大,对汽轮机加热均匀,减小热应力、胀差;

②进汽参数低,可减少启动汽水损失,缩短启动时间,提高启动经济性;

③流量大,防止末级超温。

2)滑参数启动分两种:

①压力法启动

冲转前主汽门前蒸汽有一定压力和温度,升速过程逐渐开大调门,利用调门控制转速,直到额定转速调门全开

②真空法启动

锅炉点火前,从锅炉到调节级前所有阀门打开,投入抽气设备使炉,机都处于真空状态,升速带负荷全部由锅炉控制。

2. 按冲转方式分:高压缸启动、中压缸启动、高中压缸联合启动

1)中压缸启动

①启动时蒸汽不经过高压缸,直接从中压缸进汽冲转。为维持高压缸温度水平,可采用通风阀或倒暖的方式。当转速升到一定转速或并网带一定负荷(如 5% 负荷)后再切换到高压缸进汽。安全性较高,但启动时间延长。

②进汽时经过热器、再热器两次加热,缩短了加热到预定参数的时间,汽缸加热均匀,采用中压缸进汽方法,同样冲转功率下焓降小、流量大;

③高压转子同时被加热。

2)高中压缸联合启动

①带旁路;

②冷态或热态;

③启动时,高中压缸同时进汽冲动转子,对合缸机组有好处,减少热应力,缩短启动时间。

3. 按启动前汽轮机金属温度分:

冷态启动(150~180

停机时间大于 72 小时 (汽缸金属温度约低于该测点满负荷温度的 40%)

温态启动(180~350

停机 10~56 小时(汽缸金属温度约在该测点满负荷温度的 40%~80%)

热态启动(> 350

停机小于 10 小时(汽缸金属温度约高于该测点满负荷温度的 80%)

极热态启动:停机小于 1 小时

4. 按照汽轮机转子温度是否在低温脆性转变温度以上划分:

低温脆性转变温度(FATT):转子材料在该温度以下体现出冷脆性,容易产生裂纹。

5. 按控制进汽的阀门分:

1) 调节汽门启动

电动主闸门和自动主汽门全开,进入汽轮机的蒸汽由调节汽门控制。

2) 自动主汽门和电动主闸门(或旁路门)启动

调节汽门全开,进入汽轮机的蒸汽由自动主汽门和电动主闸门(或旁路门)控制。

二、冷态启动 

1. 冷态滑参数启动的主要步骤

①启动前的准备工作

②抽真空

③暖管

④冲转、升速和定速暖机

⑤并列接待初始负荷

⑥加负荷至额定值

2. 冲转前操作程序

配汽包炉的机组:

油循环~发电机水冷系统投用~启动盘车~轴冷系统投用及循环水母管冲压~低压清洗及凝结水循环~除氧器加热~锅炉上水~凝汽器抽真空~轴封送汽~锅炉点火后汽机进汽管暖管。

配直流炉的机组:

油循环~发电机水冷系统投用~启动盘车~轴冷系统投用及循环水母管冲压~低压清洗及凝结水循环~高压清洗、给水循环一除氧器加热~凝汽器抽真空~锅炉点火后汽机进汽管暖管~轴封送汽。

轴冷系统投用及循环水母管冲压有时放在最前面进行。

由于每台机组的型式不同,所以冷态冲转前的操作内容会有区别,而且操作顺序也会有些不同,但大部分操作内容和程序都是相同的。

1)启动前的准备工作

疏水门全开,油泵试转供油正常,盘车马达试运转正常。

油泵、给水泵、凝结水泵联动试验。

真空系统、循环水系统检查。

重要表计正常:转速、晃动、汽缸金属温度、水位计等。

除氧器水位 2/3,凝结器水位 3/4,油箱油位 2/3。

油循环:

①目的:检查油系统完好程度,进一步净化油系统,提高透平油油质,调节油温,维持冷油器出口,轴承入口 35-45℃(油温过高,粘度低,油膜薄, 轴承易干磨,油易老化, 油温过低,粘度大,油膜厚,稳定性差,油膜振荡引发振动增大) 。

②主要操作:投启动油泵,开冷油器油侧进、出口门,水侧进口门开、出口门关注意油箱油位变化。

2) 启动盘车

汽轮机启动前必须先投盘车,原因:

①启动盘车后可先对机组进行检查;

②汽机冲转前会有部分蒸汽进入机内,若转子静置,会产生热弯曲。

3)低压清洗和凝结水循环

凝结水以及除氧器系统的冲洗——低压清洗

给水系统的冲洗——高压清洗

低压清洗和凝结水循环的目的:清洗凝汽器、轴封加热器、低压加热器、除氧器及其管系,并使系统内水质达到要求。

检查设备系统工作情况是否正常,并建立凝结水系统循环,以便启动给水循环。

4) 除氧器加热

汽包炉进水前及直流炉点火前应对除氧器的水进行加热,将其加热到微正压下的饱和温度,进行热力除氧(除气),以保证锅炉点火时炉内给水水质合格,防止锅炉腐蚀。

注意事项:

①除氧器加热的条件:凝结水系统清洗结束;除氧器系统已按加热前要求检查过,阀门位置已按规定设置完毕;除氧器汽压联锁及高水位、低水位保护已校验正常,已处在准备充水加热的状态;除氧器水位已由凝结水补水泵加至规定值;除氧器备用汽源正常,备用汽管道已经充分暖管。 

②除氧器进汽前需启动除氧循环泵,并确保除氧循环泵运转正常。 

③除氧器进汽加热时,应维持正常水位。

④给水箱出水含氧量应合格。 

5) 高压清洗和大循环

机组启动时,高压清洗指高压给水管道冲洗和锅炉冷态水冲洗;大循环即指锅炉点火前给水的正常循环。对汽包炉来说没有大循环,只有向锅炉上水。 

配直流炉机组的高压清洗和大循环配直流炉的机组,锅炉的进水、低温冲洗都用给水泵进行。

6) 抽真空,投入轴封系统

目的:创造暖管、冲转条件

操作顺序:投循环水→投凝结水→投盘车→投抽气器→投汽封  (防止轴承油中带水)

轴封供汽过热度大于 14 度。供汽压力用启动曲线推荐值。

在除氧器加热凝结水后进行,因为这时已可能会有热水进入凝汽器,待到锅炉点火汽机进汽管暖管时,更会有大量的蒸汽进入凝汽器。如果凝汽器内没有建立一定的真空,汽水进入凝汽器,会使凝汽器内形成正压,损坏排汽缸安全门等设备。

凝汽设备建立真空更是汽轮机冲转必不可少的条件!

注意事项:

①必须在盘车状态下,才能投入轴封供汽。

②轴封送汽时间尽可能短

③将真空维持到冲转要求的数值。

特别注意: 

①冷态启动,应该先投入抽气设备和轴封加热器,后投入轴封供汽。

②热态启动,应该先投入轴封供汽,后投入抽气设备和轴封加热器。

7)暖管

①暖管内容:主、再热蒸汽管道,辅助用汽管道。

②暖管温升速度:不大于 3~5℃/min。

③暖管时间:10-15min。

④暖管目的:防止蒸汽带水进入汽轮机;减小管道热应力。 

注意事项:

①疏水及时排放。

②暖管前,投循环水(因暖管疏水排至凝汽器),投凝结水系统,投抽气器。

③暖管及旁路投运后,控制排汽室温度在 80℃以内。

旁路系统投入使用后,排汽室温度会逐渐升高,此时要控制低压旁路排入凝汽器蒸汽的温度,并控制排汽室温度,以免对低压缸膨胀差造成过大影响。

打开疏水门,保证疏水及时排出同时使管内蒸汽流动,才能顺利预热管道,并使蒸汽本身的温度逐渐提高至能满足冲转的要求。

3. 冲转参数选择

传热方式: 凝结放热—对流放热—导热

启动参数的选择,主要是考虑金属部件的热应力,而热应力的大小主要是取决于蒸汽与金属部件之间的温差和放热系数。

压力过低,加热效果差,暖机时间长;过高,热冲击大,且流量过小,暖机时间延长,开机时间延长。

高压过热蒸汽    低压微过热蒸汽    湿蒸汽

低压过热蒸汽的放热系数较小(α =58.15~174.45 W/(m2· K)),相当于额定参数时

的 1/10。

进汽温度要求蒸汽至少有 50℃的过热度。

适宜的启动蒸汽温度对汽轮机的启动具有决定的意义。

再热蒸汽往往难于同时达到要求过热度要求。常延迟冲转时间,从而延长了整个机组的启动时间。

为了减小这种矛盾,常采用尽量开足再热蒸汽管疏水阀门以增加疏水量的办法。有汽机旁路的机组,还采用在暖管时有意关小汽机低压旁路阀,从而提高再热蒸汽压力以增加疏水量,达到提高中压主汽门前再热汽升温速度,赶上主蒸汽升温速度的目的。

为什么凝汽式汽轮机启动时要建立必要的真空?

①可使汽缸内气体密度减小,转子转动时与气体摩擦鼓风损失也减小;

②汽缸内保持一定的真空,可增大进汽做功的能力,减少汽耗量,并使低压缸排汽温度降低。

若启动时真空太低,冲转时可能使凝汽器内产生正压,引起大气安全门动作或排汽室温度过高,使凝汽器铜管急剧膨胀,造成胀口松弛,导致凝汽器漏水。

真空也不需要太高,过高,抽真空时间延长,流量过小,暖机时间延长,开机时间延长。

真空 450-500mmHg。

主汽为低压微过热蒸汽,温度高于金属温度 50-100 度(不应大于 426 度),过热度不低于50 度。

两侧主汽温度差小于 17 度;

上下缸温差不大于 50℃

高、中压缸合缸,主、再热蒸汽温度差一般为 28 度,短时可允许在 42 度,不得大于 80度。

润滑油压及轴承油流正常,油温 35-45 度。

晃动变化:  不大于原始的±0.02mm。 

4. 汽轮机冷态启动步骤

1) 冲转和摩擦检查

①对 300MW 机组冷态启动时,用主汽门冲转暖机,以 100~150r/min 的升速率将转速升至600r/min,盘车装置自动退出

②600r/min 摩擦检查。切断进汽 5min 内快速完成检查,确认无金属声后,迅速冲转至 600 转/分,升速率 100~150r/min。

2)升速到中速暖机

1500 rpm(随机组不同有变化),暖机。

中速暖机转速确定的原则

①避开临界转速 (以实测的为准)

②避开低压缸长叶片共振频率

部分机组选用 1500r /min 作为中速暖机转速,上汽厂引进型 300MW 机组,中速暖机转速选用 2000~2080r/min 原因是考虑避开低压缸长叶片共振频率。

过临界时注意的问题:迅速通过,严格监视振动

机组过临界转速时的升速率大多为 300r/min

暖机时间需 60~90 min,引进型 300MW 机组中速暖机时间长达 180min

中速暖机阶段是否结束,要看高中压缸的温度水平。 

3)升至全速

中速暖机结束,升速到 3000 rpm,向电气发出信号。

机组达到升速条件后,即可进行升速操作。机组在 3000r/min 时,一般不安排暖机时间,只安排进行少量的操作,并进行全面检查。操作和全面检查结束并确认没有问题后,将机组并入电网。 

冲转过程基本要求

升速率小于 100-150r/min;汽缸金属温升率小于 2-2.5 度/min

快速平稳过临界转速,严格监视振动

防止振动超过规定值,轴承振动小于 0.03mm,监视好机组膨胀及胀差情况。

轴温和轴承瓦温、回油温度加强监视汽轮机的热应力监视,可控制汽轮机启动的速度变化率,同时整个启动过程中控制负荷的变化率。 

4) 机组带负荷暖机和并网后的操作

300MW 机组并网后低负荷暖机到带满负荷,共分 15,30,60,120MW 四个阶段。

初始负荷 3-5%,上汽要求 l min 内使机组带上 15MW 负荷,防止逆功率保护动作。

初始负荷暖机时间:30min。在此期间锅炉应尽量保持汽压、汽温稳定。否则主汽温度每升高1.7 度,增加暖机时间 1 分钟。

凝结水回收,凝结水放水门关,至除氧器门开。

注意检查汽缸上下温差、转子振动、缸胀、胀差、轴向位移、轴承油压油温是否正常。 

5) 超速试验和 FATT

负荷加至 30MW,暖机 4 小时后超速试验;

30CrMoV 的 FATT 约为 100℃,运行一段时间后时间,FATT 变高。

6) 重新并网带负荷,直至额定负荷

升负荷中注意事项:

① 15%负荷,停排汽缸喷水减温;

②负荷 60-80%,投高加或随机组启动投高加;

③升负荷速率,主、再热汽温升率不得大于规定值(参考规程或启动曲线)。 

汽轮机启动、停运过程中的参数控制原则

蒸汽温升率→蒸汽金属间温差→金属温升率→金属温差→热应力、热膨胀、热变形

蒸汽温升率:主蒸汽 1-1.5/min,再热蒸汽 2-2.5/min

金属温升率:不大于 1.5/min

三、热态启动

冷热态的分界温度为 150℃,汽缸达此温度时,高中压转子的中心孔温度已通过材料脆性转变温度,各部分金属温度及膨胀已达到或超过空负荷全速时的水平。

原则上在此温度启动,冲转后可不必暖机,只要检查工作和操作能跟上,就可直接升到 3000 r/min 。但不同机组启动性能差别,其冷热态分界温度的规定各制造厂不尽相同。

经验说明:对于某些国产机组 高中压内缸内下壁温度即使达 200℃,都不能不经暖机直接升到3000 r/min 。更多机组经验表明:冷态启动高中压内缸内下壁温度大于等于 250 是升到全速的条件。

因此机组热态启动界限较高,有些机组以缸温 400 ℃为准。 

脆性转变温度 FATT:在不同温度下,对金属材料进行冲击试验,脆性断口占试验断口 50%的温度。

材料工作在 FATT 温度以下,冲击韧性显著下降,容易发生脆性破坏。

 CrMoV 合金钢的 FATT 为 80~130 ℃

1. 热态启动注意问题

1)控制启动前汽缸上下温差不超出允许范围:防止间隙变化,造成动静摩擦。

2)热态启动时投用高温轴封汽,轴封供汽温度应和汽缸温度相匹配,且必须充分暖管,以防止转子轴封段受热冲击和高中压负差胀的增大。

3)送轴封汽前先投盘车。

4)严格控制大轴弯曲值和盘车的使用。

热态启动要特别注意大轴弯曲(晃动度)不能越过规定值;

在盘车状态仔细听声音,检查轴封和机组内有没有摩擦现象,若发现动静摩擦不能启动机组,动静摩擦严重时,还应停止连续盘车改用手动盘车。

大轴晃度增大且有金属摩擦声时,采用手动盘车,目的:调直大轴。

5) 热态启动的冲转参数

要求主蒸汽温度和再热蒸汽温度要高于汽缸金属温度 50~100℃,且蒸汽过热度不少于56℃。启动时,必须选择与高中压缸金属温度相匹配的主蒸汽温度和再热蒸汽温度。

如果冲转参数比汽缸金属温度低,将在汽缸内表面和转子外表面产生拉应力,过大 的拉应力容易引起裂纹。

调节级后的蒸汽温度比主蒸汽温要低 50~100℃,同样,进入中压缸的再热蒸汽到达第一级出口时温度也有所降低。

6)严格监测振动:特别是中速之下,振动超限立即打闸,并投入连续盘车

2. 热态启动操作注意问题

1) 热态启动时,应先送轴封汽然后再抽真空,因为热态启动凝汽器抽真空时,如果轴封尚未供汽,转子轴封处会受到强烈的冷却。高中压汽缸轴封送汽温度必须与金属温度匹配,热态启动时轴封是最易受到热冲击的部位。在向轴封送汽前,对系统要进行充分暖管。轴封送汽前先投盘车。(热态启动操作与冷态启动操作的重要区别之一)

2)冷油器出口温度不低于 38 度

3)热态启动真空应该高些

4)热态启动时,严格控制振动

5) 热态启动时胀差的控制热态启动更容易遇到升速时发生异常振动的情况。振幅超过允许值,应停机测量大轴弯曲,排除大轴弯曲的可能;当振动异常而未超标时,可暂停升速寻找原因,如无好转,仍需停机处理。

启动时根据制造厂提供的热态启动曲线和寿命损耗曲线,确定升速率、带负荷速度、暖机时间 。启动时监测热应力,关键是不让热态的转子和汽缸受到冷却。

汽轮机的停运

一、 分类

①滑参数停机

②额定参数停机:多为事故停机,先打闸再切断进汽,以空气冷却机,会造成危害。

停机过程是汽轮机冷却过程,产生的是拉应力和负胀差,故更容易出现事故。

二、 停机步骤 

准备工作 →减负荷 → 打闸 → 发电机解列 → 转子惰走 → 投盘车

1.减负荷

①开机 3℃/min,停机缸壁温下降速率 1.5℃/min;

②蒸汽温度低于金属温度20~35℃,开机时高于金属温度50~100℃;

③投入备用汽封汽源,防止高压轴封出现局部负胀差。

2.打闸和拉闸

①打闸:卸油压,汽门不动作

②拉闸:油动机动作,挂油压,汽门动作

3.发电机解列

注意确认自动主汽门无卡涩。

4.转子惰走

①标准惰走时间:发电机解列后,从自动主汽门和调节汽门关闭时起,到转子静止的一段时间。

②标准惰走曲线:新机组投运一段时间后,正常后,可在停机时所测绘的 n-t 曲 线。

③记录转子惰走时间的意义:每次停机都要记录转子惰走时间,与标准惰走时间比对,可以反映出设备的缺陷。

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