单元机组启停时锅炉与汽轮机的热状态.pptx
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1、 单元机组的启动是指将机组由静止状态转变为运行单元机组的启动是指将机组由静止状态转变为运行状态的过程,包括锅炉点火、升温升压,汽轮机冲转升状态的过程,包括锅炉点火、升温升压,汽轮机冲转升速、暖机、并网带初负荷直到带至额定负荷的全过程,速、暖机、并网带初负荷直到带至额定负荷的全过程,单元机组的启动过程实质上是一个对设备进行加热升温单元机组的启动过程实质上是一个对设备进行加热升温的过程。的过程。单元机组的停运是指机组从带负荷运行到减去全部单元机组的停运是指机组从带负荷运行到减去全部负荷,直至发电机与电网解列,汽轮机打闸,锅炉灭火,负荷,直至发电机与电网解列,汽轮机打闸,锅炉灭火,汽轮发电机组惰走停
2、转及盘车,锅炉降压和机炉冷却的汽轮发电机组惰走停转及盘车,锅炉降压和机炉冷却的全过程。单元机组的停机过程实质上是一个对设备进行全过程。单元机组的停机过程实质上是一个对设备进行冷却降温的过程。冷却降温的过程。1.11.1单元机组启停时锅炉、汽轮机的热状单元机组启停时锅炉、汽轮机的热状态态 在机组启、停过程中,锅炉和汽轮机中工质的温度、在机组启、停过程中,锅炉和汽轮机中工质的温度、压力不断变化,是一个不稳定的过程,使机、炉各部件压力不断变化,是一个不稳定的过程,使机、炉各部件产生产生热膨胀热膨胀、热变形热变形和和热应力热应力,严重时造成锅炉部分受,严重时造成锅炉部分受热面超温,汽轮机转子和汽缸之间
3、动静间隙缩小,甚至热面超温,汽轮机转子和汽缸之间动静间隙缩小,甚至产生摩擦。实践证明,一些对设备最危险、最不利的工产生摩擦。实践证明,一些对设备最危险、最不利的工况往往出现在启停过程中。况往往出现在启停过程中。所谓合理的启停方式就是寻求合理的加热或降温的所谓合理的启停方式就是寻求合理的加热或降温的方式,使启停过程中机组各部件的方式,使启停过程中机组各部件的热膨胀热膨胀、热应力热应力、热热变形变形、锅炉受热面的、锅炉受热面的温差温差、汽轮机转子与汽缸的、汽轮机转子与汽缸的胀差胀差和和转动部件的转动部件的振动振动均维持在较好的水平上。均维持在较好的水平上。l 热膨胀热膨胀:金属材料受热后体积增大。
4、金属材料受热后体积增大。l 热变形热变形:金属材料由于温度变化引起的变形金属材料由于温度变化引起的变形。l 热应力:热应力:金属材料的热变形受到约束而在其内部产生的应力。金属材料的热变形受到约束而在其内部产生的应力。l 塑性变形:塑性变形:金属在超过屈服极限的应力作用下产生的永久变形。金属在超过屈服极限的应力作用下产生的永久变形。l 金属疲劳:金属疲劳:金属材料在交变应力长期作用下发生断裂破坏。金属材料在交变应力长期作用下发生断裂破坏。1.1.1 启停过程中锅炉的热状态启停过程中锅炉的热状态(1)锅炉汽包的温差和热应力锅炉汽包的温差和热应力l 上水过程上水过程 汽包汽包内壁温度高于外壁温度内壁
5、温度高于外壁温度,下壁温度高于上壁温度下壁温度高于上壁温度,温差,温差产生的热应力使产生的热应力使汽包汽包内侧内侧和和下半部下半部受到受到压缩压缩,外侧外侧和和上半部上半部受到受到拉伸拉伸。压缩部位产生压缩热应力,拉伸部位产生拉伸热应力,且。压缩部位产生压缩热应力,拉伸部位产生拉伸热应力,且温差愈大,所产生的热应力也愈大温差愈大,所产生的热应力也愈大,应限制上水温度和速度应限制上水温度和速度。l 升压过程升压过程 汽包上壁汽包上壁温度温度高于下壁高于下壁温度温度,形成上高下低的温差,产生热,形成上高下低的温差,产生热应力。随着压力的升高,温差加大,热应力也随之加大,在汽包应力。随着压力的升高,
6、温差加大,热应力也随之加大,在汽包上半部产生压缩热应力,而下半部则产生拉伸热应力,使汽包产上半部产生压缩热应力,而下半部则产生拉伸热应力,使汽包产生拱背变形,严重时会损坏汽包生拱背变形,严重时会损坏汽包,应限制升压速度应限制升压速度,并,并促进汽包促进汽包与水冷壁间的水循环与水冷壁间的水循环(加热下联箱或加强放水)。(加热下联箱或加强放水)。l 停炉过程停炉过程 上壁温度大于下壁温度,形成温差,上壁温度大于下壁温度,形成温差,产生热应力,且产生热应力,且降压速降压速度越快,度越快,产生的产生的温差温差和热应力和热应力越大。越大。(2)锅炉水冷壁的温差和热应力锅炉水冷壁的温差和热应力 外壁温度高
7、于内壁温度,外壁承受压缩应力,内壁承受拉伸外壁温度高于内壁温度,外壁承受压缩应力,内壁承受拉伸应力。水冷壁管内外壁温差与壁厚成正比,管壁越厚温差越大,应力。水冷壁管内外壁温差与壁厚成正比,管壁越厚温差越大,产生的热应力也越大。产生的热应力也越大。对对于于多次强制循环锅炉,多次强制循环锅炉,水冷壁中水流分布均匀,水冷壁中水流分布均匀,水冷壁管水冷壁管之间的温差很小之间的温差很小。对采用螺旋管圈水冷壁的直流炉,管内质量流速能保证,因对采用螺旋管圈水冷壁的直流炉,管内质量流速能保证,因而可防止膜态沸腾。水冷壁温度分布均匀,而可防止膜态沸腾。水冷壁温度分布均匀,温差较小,温差较小,热膨胀舒热膨胀舒畅,
8、故可快速启动,缩短启动时间。畅,故可快速启动,缩短启动时间。(3)锅炉过热器的温差和热应力锅炉过热器的温差和热应力 在锅炉蒸发量在锅炉蒸发量小于小于10%10%额定值额定值时,必须时,必须限制过热器入口烟温限制过热器入口烟温。控制烟温的方法主要是控制烟温的方法主要是限制燃烧率限制燃烧率(控制燃料)或(控制燃料)或调整火焰中心调整火焰中心的位置的位置(控制炉膛出口温度)。(控制炉膛出口温度)。随着压力的升高,可逐渐提高烟温,同时必须限制出口蒸汽随着压力的升高,可逐渐提高烟温,同时必须限制出口蒸汽温度。过热器出口汽温主要取决于当时温度。过热器出口汽温主要取决于当时锅炉的燃烧率锅炉的燃烧率及及汽轮机
9、启汽轮机启动加热状态动加热状态,也与炉内,也与炉内火焰中心位置火焰中心位置和和过量空气系数过量空气系数有关。有关。(4)锅炉再热器的温差和热应力锅炉再热器的温差和热应力 启动过程中,再热器的安全主要与旁路系统的型式、受热面启动过程中,再热器的安全主要与旁路系统的型式、受热面所处的烟气温度、启动方式所处的烟气温度、启动方式(主要指汽轮机冲转的蒸汽参数主要指汽轮机冲转的蒸汽参数)以及以及再热器所用的钢材性能有关。再热器所用的钢材性能有关。(5)锅炉省煤器的温差和热应力锅炉省煤器的温差和热应力 在停止给水时,省煤器内局部的水可能汽化,容易形成较大在停止给水时,省煤器内局部的水可能汽化,容易形成较大的
10、热应力的热应力;省煤器间断上水的过程中,省煤器内的水温间断地变省煤器间断上水的过程中,省煤器内的水温间断地变化,使管壁金属产生交变热应力,导致金属和焊缝产生疲劳。化,使管壁金属产生交变热应力,导致金属和焊缝产生疲劳。一一般通过般通过汽包与省煤器下联箱之间汽包与省煤器下联箱之间的的再循环管再循环管冷却省煤器。冷却省煤器。对对于于多次强制循环锅炉,在点火升压期间依靠多次强制循环锅炉,在点火升压期间依靠炉炉水循环泵对水循环泵对省煤器进行强迫循环,省煤器内的水温省煤器进行强迫循环,省煤器内的水温和热应力和热应力波动较小。波动较小。1.1.2 启停过程中汽轮机的热状态启停过程中汽轮机的热状态(一)(一)
11、汽轮机的热膨胀汽轮机的热膨胀 汽轮机在启停和工况变动时,各部件金属温度都将汽轮机在启停和工况变动时,各部件金属温度都将发生变化,产生热膨胀。为保证汽轮机汽缸和转子之间发生变化,产生热膨胀。为保证汽轮机汽缸和转子之间有足够的间隙,必须对其绝对热膨胀和相对热膨胀进行有足够的间隙,必须对其绝对热膨胀和相对热膨胀进行分析研究。分析研究。(1)汽缸和转子的绝对热膨胀汽缸和转子的绝对热膨胀 汽轮机启停和工况变化时,汽缸和转子的膨胀、收缩是否自汽轮机启停和工况变化时,汽缸和转子的膨胀、收缩是否自由,直接决定机组能否正常运行。由,直接决定机组能否正常运行。汽缸汽缸和转子绝对热和转子绝对热膨胀的数值取决于汽缸膨
12、胀的数值取决于汽缸和转子和转子的长度、材的长度、材质和汽轮机的热力过程质和汽轮机的热力过程,通常设有法兰加热装置。,通常设有法兰加热装置。此外,还要防止汽缸左右两侧膨胀不均匀,造成此外,还要防止汽缸左右两侧膨胀不均匀,造成汽缸汽缸和转子和转子卡涩和动静部分的磨损。卡涩和动静部分的磨损。汽轮机正常运行时,沿轴向各级金属温度汽轮机正常运行时,沿轴向各级金属温度的的分布分布具具有一定规有一定规律,可以测出调节级处汽缸或法兰的金属温度与汽缸自由膨胀的律,可以测出调节级处汽缸或法兰的金属温度与汽缸自由膨胀的对应关系,以便于运行监督。对应关系,以便于运行监督。(2)汽缸和转子的相对热膨胀汽缸和转子的相对热
13、膨胀 汽轮机启停和工况变化时,转子随蒸汽温度变化而汽轮机启停和工况变化时,转子随蒸汽温度变化而产生的膨胀或收缩与汽缸相比更为迅速,二者沿轴向绝产生的膨胀或收缩与汽缸相比更为迅速,二者沿轴向绝对热膨胀的差值,称为转子与汽缸的相对热膨胀差,简对热膨胀的差值,称为转子与汽缸的相对热膨胀差,简称胀差。称胀差。l 正胀差正胀差转子轴向转子轴向热热膨胀值大于汽缸膨胀值大于汽缸热热膨胀值膨胀值。l 负胀差负胀差转子轴向转子轴向热热膨胀值膨胀值小小于汽缸于汽缸热热膨胀值膨胀值。u 启动时胀差的变化规律启动时胀差的变化规律 从冲转到定速阶段,汽缸和转子温度要发生变化,因为转子从冲转到定速阶段,汽缸和转子温度要发
14、生变化,因为转子加热快,轴向膨胀速度快于汽缸,因此汽机的正胀差呈较均匀的加热快,轴向膨胀速度快于汽缸,因此汽机的正胀差呈较均匀的上升趋势,且主要出现在高压缸的上升趋势,且主要出现在高压缸的调节级调节级或或中压缸中压缸,对于低压缸,对于低压缸还受到还受到摩擦鼓风热量摩擦鼓风热量和和转子离心力转子离心力的影响。的影响。当机组并网带负荷后,正胀差增加的幅度加大,对于启动性当机组并网带负荷后,正胀差增加的幅度加大,对于启动性能较差的机组,要能较差的机组,要进行进行多次暖机,多次暖机,避免避免胀差胀差过大过大。汽轮机甩负荷或停机时,流过汽轮机通流部分的蒸汽温度会汽轮机甩负荷或停机时,流过汽轮机通流部分的
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