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超临界机组热力系统本讲稿第一页，共二十二页热力系统概述热力系统概述 定义：锅炉、汽轮机与有关的辅助设备用管道和附件按照生产要求定义：锅炉、汽轮机与有关的辅助设备用管道和附件按照生产要求连接起来的系统。连接起来的系统。1.1.机、炉容量的配置机、炉容量的配置uu机、炉容量根据系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因机、炉容量根据系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素选择。素选择。uu选用效率高的选用效率高的300MW300MW、600MW600MW机组机组uu电厂机组总台数不超过六台，机组容量不超过两种为宜。电厂机组总台数不超过六台，机组容量不超过两种为宜。uu根据电力负荷的需要，采用单元制，不设备用锅炉。根据电力负荷的需要，采用单元制，不设备用锅炉。本讲稿第二页，共二十二页uu汽轮机组铭牌出力（汽轮机组铭牌出力（turbine rated capacity,turbine turbine rated capacity,turbine name-plate ratingname-plate rating）汽轮机在额定进汽和再热参数工况下，）汽轮机在额定进汽和再热参数工况下，排汽压力为排汽压力为11.8kPa11.8kPa，补水率为，补水率为3 3时汽轮机组的保证出力。时汽轮机组的保证出力。uu汽轮机组保证最大出力汽轮机组保证最大出力tuibine maximum continous tuibine maximum continous rating,TMCR,rating,TMCR,是指汽轮机在通过铭牌出力所保证的进汽量、是指汽轮机在通过铭牌出力所保证的进汽量、额定主蒸汽和再热蒸汽参数工况下，并在正常的排汽压力下额定主蒸汽和再热蒸汽参数工况下，并在正常的排汽压力下4.9Kpa4.9Kpa，补水率为，补水率为0 0时，汽轮发电机达到的出力。时，汽轮发电机达到的出力。uu汽轮机在调节汽门全开时汽轮机在调节汽门全开时valve wide open,VWOvalve wide open,VWO最大计算出力最大计算出力是指汽轮机调节汽门全开时通过计算最大进汽量和额定的主蒸是指汽轮机调节汽门全开时通过计算最大进汽量和额定的主蒸汽再热蒸汽参数工况下，并在正常的排汽压力下汽再热蒸汽参数工况下，并在正常的排汽压力下4.9Kpa4.9Kpa，补水，补水率为率为0 0时，汽轮发电机达到的出力。时，汽轮发电机达到的出力。本讲稿第三页，共二十二页uu美国设计的大容量火电机组（核电机组除外）都要求汽轮机组应美国设计的大容量火电机组（核电机组除外）都要求汽轮机组应具有在调节汽门全开和所有回热加热器全部投运的条件下，可超具有在调节汽门全开和所有回热加热器全部投运的条件下，可超压压5 5，5 5overpressure,5%OPoverpressure,5%OP连续运行的能力，以适应调峰的连续运行的能力，以适应调峰的需要。此运行方式下，又可增加需要。此运行方式下，又可增加5%5%的通流能力，出力也比的通流能力，出力也比vwovwo工况下再增加工况下再增加4.54.5。本讲稿第四页，共二十二页2 N10002 N100025.0-600/60025.0-600/600型汽轮机原则性热力系统型汽轮机原则性热力系统uu超超临界、冲动式、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、超超临界、冲动式、一次中间再热、四缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式汽轮机。配用双背压、凝汽式汽轮机。配用DG300/26.15DG300/26.15型变压直流、单型变压直流、单炉膛、一次再热、平衡通风、前后墙对冲燃烧、运转层以上露天布炉膛、一次再热、平衡通风、前后墙对冲燃烧、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构型锅炉。型锅炉。本讲稿第五页，共二十二页uu机组有机组有8 8段不可调整抽汽，高压缸两段抽汽，分别作为段不可调整抽汽，高压缸两段抽汽，分别作为1.21.2号高号高加的加热蒸汽，中压缸两段抽汽，作为加的加热蒸汽，中压缸两段抽汽，作为3 3号高加和除氧器的加号高加和除氧器的加热蒸汽，低压缸有四段抽汽，分别作为热蒸汽，低压缸有四段抽汽，分别作为5-85-8号低加加热抽汽。回号低加加热抽汽。回热系统为热系统为“三高四低一除氧三高四低一除氧”。三台高加均设有内置式过热蒸汽。三台高加均设有内置式过热蒸汽冷却段和疏水冷却段，均为双列布置，四台低加均设有内置式冷却段和疏水冷却段，均为双列布置，四台低加均设有内置式疏水冷却段。高加疏水采用逐级自流，最后流入除氧器，低加疏水冷却段。高加疏水采用逐级自流，最后流入除氧器，低加疏水采用疏水自流，最后流入凝汽器。给水系统装有两台疏水采用疏水自流，最后流入凝汽器。给水系统装有两台5050容量的汽动调速给水泵，驱动小汽机为凝汽式，汽源来源于三容量的汽动调速给水泵，驱动小汽机为凝汽式，汽源来源于三段抽汽。系统设置一台轴封加热器及两台轴封风机（其中一台段抽汽。系统设置一台轴封加热器及两台轴封风机（其中一台备用），轴封加热器的疏水自流入凝汽器。额定工况下该机组备用），轴封加热器的疏水自流入凝汽器。额定工况下该机组热耗率为热耗率为7355kj/kg7355kj/kg。本讲稿第六页，共二十二页主蒸汽管道系统主蒸汽管道系统1 1 主蒸汽管道系统概述主蒸汽管道系统概述 从锅炉过热器出口联箱至汽轮机自动主汽门之间的管道和从锅炉过热器出口联箱至汽轮机自动主汽门之间的管道和附件以及通往用新蒸汽设备的蒸汽支管所组成的系统，称附件以及通往用新蒸汽设备的蒸汽支管所组成的系统，称为主蒸汽管道系统。对于再热机组，还包括从汽轮机高压为主蒸汽管道系统。对于再热机组，还包括从汽轮机高压缸排汽至锅炉再热汽进口联箱的再热冷段管道及附件和从缸排汽至锅炉再热汽进口联箱的再热冷段管道及附件和从再热器出口联箱至汽轮机中压缸进口阀门的再热热段管道再热器出口联箱至汽轮机中压缸进口阀门的再热热段管道及其附件。及其附件。本讲稿第七页，共二十二页2 2 典型典型1000MW1000MW机组的主蒸汽系统和再热蒸汽系统机组的主蒸汽系统和再热蒸汽系统 主蒸汽管道和再热热段管道均采用双管系统。在锅炉过热器出口主蒸汽管道和再热热段管道均采用双管系统。在锅炉过热器出口联箱两侧各有一根主蒸汽引出管，到主汽门前每一根蒸汽管道再联箱两侧各有一根主蒸汽引出管，到主汽门前每一根蒸汽管道再分成两根管道，经过四个自动主汽门和调速汽门进入汽轮机左右分成两根管道，经过四个自动主汽门和调速汽门进入汽轮机左右两侧，在锅炉过热器出口联箱两侧的主蒸汽管道上，各连接一路两侧，在锅炉过热器出口联箱两侧的主蒸汽管道上，各连接一路放气管（启动放气用）、一个弹簧式安全阀和一个电磁式安全阀，放气管（启动放气用）、一个弹簧式安全阀和一个电磁式安全阀，靠近主汽门前两侧主蒸汽管道上，装设疏水管和暖管用的疏汽管靠近主汽门前两侧主蒸汽管道上，装设疏水管和暖管用的疏汽管道。在锅炉再热器出口联箱两侧各引出一根再热热段管道，分别道。在锅炉再热器出口联箱两侧各引出一根再热热段管道，分别引入对称布置的两个中压联合汽门，从两侧进入汽轮机中压缸。引入对称布置的两个中压联合汽门，从两侧进入汽轮机中压缸。在主蒸汽管道和再热热段管道上均设置了中间联络管，以减少汽在主蒸汽管道和再热热段管道上均设置了中间联络管，以减少汽轮机高、中压缸两侧主蒸汽和再热蒸汽的温度偏差。轮机高、中压缸两侧主蒸汽和再热蒸汽的温度偏差。本讲稿第八页，共二十二页uu再热冷段管道采用了双管单管双管系统，高压缸排汽经过两再热冷段管道采用了双管单管双管系统，高压缸排汽经过两根排汽管排出，然后汇集到一根管道引到锅炉再热器，在进入再根排汽管排出，然后汇集到一根管道引到锅炉再热器，在进入再热器前又分成两根管道，分别从两侧进入再热器进口联箱。热器前又分成两根管道，分别从两侧进入再热器进口联箱。本讲稿第九页，共二十二页uu该系统高压缸排汽管道上不设逆止门，原因是机组采用一级旁路该系统高压缸排汽管道上不设逆止门，原因是机组采用一级旁路系统，如果采用两级旁路系统，在机组甩负荷时，高压旁路阀将系统，如果采用两级旁路系统，在机组甩负荷时，高压旁路阀将被打开，主蒸汽经过高压旁路流到再热冷段管道，为了防止主蒸被打开，主蒸汽经过高压旁路流到再热冷段管道，为了防止主蒸汽倒灌入高压缸，高压缸排汽管上必须设置逆止门，如果采用一汽倒灌入高压缸，高压缸排汽管上必须设置逆止门，如果采用一级旁路系统，则没有必要设置高排逆止门。取消高排逆止门后，级旁路系统，则没有必要设置高排逆止门。取消高排逆止门后，在机组启动和低负荷运行时，可以防止高排逆止门频繁开关而产在机组启动和低负荷运行时，可以防止高排逆止门频繁开关而产生的损伤；取消高排逆止门后，通风管道设置在高压导汽管路上，生的损伤；取消高排逆止门后，通风管道设置在高压导汽管路上，在机组甩负荷时，冷段再热汽通过通风管道引到高压缸，防止高在机组甩负荷时，冷段再热汽通过通风管道引到高压缸，防止高压部分超温；取消高排逆止门后，机组启动时，为减少预暖过程压部分超温；取消高排逆止门后，机组启动时，为减少预暖过程中辅助蒸汽的消耗，主汽导管二次疏水阀门、高压缸二次疏水阀、中辅助蒸汽的消耗，主汽导管二次疏水阀门、高压缸二次疏水阀、中联阀疏水门上阀座疏水阀、中压缸冷却蒸汽关断阀进口二次疏中联阀疏水门上阀座疏水阀、中压缸冷却蒸汽关断阀进口二次疏水阀、中压缸冷却蒸汽关断阀出口二次疏水阀等必须处于部分开水阀、中压缸冷却蒸汽关断阀出口二次疏水阀等必须处于部分开启状态。启状态。本讲稿第十页，共二十二页3 3 主蒸汽管道系统的运行主蒸汽管道系统的运行 高温高压蒸汽管道及其附件运行中容易产生裂纹而损坏。原因有两高温高压蒸汽管道及其附件运行中容易产生裂纹而损坏。原因有两个：一是高温蠕胀，即管道及其附件经过长期高温高压运行逐渐产个：一是高温蠕胀，即管道及其附件经过长期高温高压运行逐渐产生裂纹，最后导致破裂。二是机组启停时管道及其附件中工质温度生裂纹，最后导致破裂。二是机组启停时管道及其附件中工质温度的改变，使管道承受温差热应力，在交变应力的作用下，材料产生的改变，使管道承受温差热应力，在交变应力的作用下，材料产生疲劳形成裂纹，最后导致破裂。疲劳形成裂纹，最后导致破裂。本讲稿第十一页，共二十二页1 1）机组启动时）机组启动时uu冷态启动时，机炉和蒸汽管道的金属温度比较低，锅炉点火冷态启动时，机炉和蒸汽管道的金属温度比较低，锅炉点火后，应开启主蒸汽管道上的所有暖管疏水阀进行暖管。在暖后，应开启主蒸汽管道上的所有暖管疏水阀进行暖管。在暖管过程中要监视管道内外壁温差不能太大，采用调节疏水阀管过程中要监视管道内外壁温差不能太大，采用调节疏水阀开度的方法控制管壁温升率在规定范围内，避免管道因为热开度的方法控制管壁温升率在规定范围内，避免管道因为热胀不均而引起裂纹。当锅炉汽压上升，烟气温度增加到再热胀不均而引起裂纹。当锅炉汽压上升，烟气温度增加到再热器需要通汽冷却时，应该投入旁路系统运行。旁路系统投运器需要通汽冷却时，应该投入旁路系统运行。旁路系统投运后，应开启再热热段管道上全部低位点的疏水阀，进行暖管，后，应开启再热热段管道上全部低位点的疏水阀，进行暖管，此时同样要控制再热蒸汽管道系统的管壁温升率在允许范围此时同样要控制再热蒸汽管道系统的管壁温升率在允许范围内。内。本讲稿第十二页，共二十二页uu机组温态热态启动时，汽轮机本体内部的金属温度较高，而汽轮机组温态热态启动时，汽轮机本体内部的金属温度较高，而汽轮机冲转的条件要求主蒸汽、再热蒸汽温度应该高于高、中压内下机冲转的条件要求主蒸汽、再热蒸汽温度应该高于高、中压内下缸壁温约缸壁温约5050度。因此锅炉升温升压速度比较快，这时应该尽快投度。因此锅炉升温升压速度比较快，这时应该尽快投入旁路系统，提高主蒸汽再热蒸汽温度，以满足汽轮机对蒸汽参入旁路系统，提高主蒸汽再热蒸汽温度，以满足汽轮机对蒸汽参数的要求。由于停机时主蒸汽再热蒸汽管道冷却速度比汽轮机冷数的要求。由于停机时主蒸汽再热蒸汽管道冷却速度比汽轮机冷却快，管道温度低一些，所以热态启动暖管时，也要注意控制管却快，管道温度低一些，所以热态启动暖管时，也要注意控制管道温升率。道温升率。本讲稿第十三页，共二十二页2 2）机组正常运行时）机组正常运行时 此时旁路系统应该处于热备用状态，以便需要时及时投运。主蒸汽系此时旁路系统应该处于热备用状态，以便需要时及时投运。主蒸汽系统按照机组负荷，提高参数符合要求的蒸汽，根据汽轮机负荷的变化，统按照机组负荷，提高参数符合要求的蒸汽，根据汽轮机负荷的变化，由高压缸的调节汽门控制进汽量、中压缸的调节汽门全开，不调节进由高压缸的调节汽门控制进汽量、中压缸的调节汽门全开，不调节进汽量。中压缸进汽量随高压缸排汽量而定。汽量。中压缸进汽量随高压缸排汽量而定。本讲稿第十四页，共二十二页3 3）故障甩负荷）故障甩负荷uu汽轮机带厂用电或空载运行、停机不停炉的情况下，锅炉维汽轮机带厂用电或空载运行、停机不停炉的情况下，锅炉维持最低稳定燃烧负荷运行，一般只维持持最低稳定燃烧负荷运行，一般只维持0.5-10.5-1小时，故障排除小时，故障排除后，立即向汽轮机供汽。应尽快投入旁路系统，排放多余蒸汽，后，立即向汽轮机供汽。应尽快投入旁路系统，排放多余蒸汽，协调机炉运行，同时可以避免锅炉安全阀动作。协调机炉运行，同时可以避免锅炉安全阀动作。uu在锅炉故障停机停炉的情况下，投入旁路系统，排放多余蒸汽，回在锅炉故障停机停炉的情况下，投入旁路系统，排放多余蒸汽，回收工质，也可避免锅炉安全阀动作或减少动作安全阀个数。收工质，也可避免锅炉安全阀动作或减少动作安全阀个数。本讲稿第十五页，共二十二页4)4)停机停机 不论采用滑参数停机方式还是正常停机方式，为了使汽轮机温不论采用滑参数停机方式还是正常停机方式，为了使汽轮机温差、胀差不超限，应严格控制主蒸汽、再热蒸汽的温降率在允差、胀差不超限，应严格控制主蒸汽、再热蒸汽的温降率在允许范围内。采用滑参数停机时，还应该注意主蒸汽要有不小于许范围内。采用滑参数停机时，还应该注意主蒸汽要有不小于5050度的过热度。机组停运时，通过锅炉蒸发量大于汽轮机汽耗量，度的过热度。机组停运时，通过锅炉蒸发量大于汽轮机汽耗量，投入旁路系统，将多余蒸汽排入凝汽器，可以协调机炉停用，回收投入旁路系统，将多余蒸汽排入凝汽器，可以协调机炉停用，回收工质。如果长时间停用，应放尽管道中的积水，并进行防腐保护。工质。如果长时间停用，应放尽管道中的积水，并进行防腐保护。本讲稿第十六页，共二十二页机组旁路系统机组旁路系统1 1 旁路系统及其作用旁路系统及其作用 旁路系统主要是协调锅炉和汽机用汽量间的不平衡，在机组启旁路系统主要是协调锅炉和汽机用汽量间的不平衡，在机组启动期间，对过热器和再热器进行预热，加快启动速度。在机组动期间，对过热器和再热器进行预热，加快启动速度。在机组甩负荷时，将剩余蒸汽通过旁路系统，使锅炉过渡工况运行稳甩负荷时，将剩余蒸汽通过旁路系统，使锅炉过渡工况运行稳定。定。2 2 旁路系统的形式旁路系统的形式uu一级旁路或高压旁路：新蒸汽绕过汽轮机高压缸进入再热一级旁路或高压旁路：新蒸汽绕过汽轮机高压缸进入再热冷段。冷段。uu二级旁路或低压旁路：通过与汽轮机中、低压缸并联的管道，二级旁路或低压旁路：通过与汽轮机中、低压缸并联的管道，再热后的蒸汽绕过中、低压缸进入凝汽器再热后的蒸汽绕过中、低压缸进入凝汽器uu整机大旁路：新蒸汽绕过整个汽轮机进入凝汽器。整机大旁路：新蒸汽绕过整个汽轮机进入凝汽器。uu三级旁路：两级串联旁路和大旁路三级旁路：两级串联旁路和大旁路uu三用阀旁路：高低压旁路串联，高旁容量三用阀旁路：高低压旁路串联，高旁容量100100，低压旁路，低压旁路60607070。高压旁路阀有启动调节阀、减压阀和安全阀的作用。高压旁路阀有启动调节阀、减压阀和安全阀的作用。本讲稿第十七页，共二十二页3 1000MW3 1000MW机组旁路系统的设置机组旁路系统的设置uu大旁路：优点系统简单、投资少，便于操作。缺点是再热系统大旁路：优点系统简单、投资少，便于操作。缺点是再热系统启动受限制。三级旁路系统复杂，钢材耗量大，现在已经基本启动受限制。三级旁路系统复杂，钢材耗量大，现在已经基本不用。不用。uu两级串联旁路：可以保护再热器，得到普遍应用。两级串联旁路：可以保护再热器，得到普遍应用。uu三用阀对热控和调节系统要求高，液压控制难度大，功耗高，三用阀对热控和调节系统要求高，液压控制难度大，功耗高，投资贵。设计上违反国家有关规程规定。投资贵。设计上违反国家有关规程规定。uu基本负荷用简单旁路，调峰机组尤其是两班制机组，每天需要热态基本负荷用简单旁路，调峰机组尤其是两班制机组，每天需要热态启动，选用启停损失小，便于调节的两级串联旁路系统。启动，选用启停损失小，便于调节的两级串联旁路系统。本讲稿第十八页，共二十二页回热抽气系统回热抽气系统uu回热抽汽管道一侧是汽轮机，一侧是具有一定水位的加热器和回热抽汽管道一侧是汽轮机，一侧是具有一定水位的加热器和除氧器。汽轮机负荷突然降低和甩负荷时，可能使蒸汽和水倒除氧器。汽轮机负荷突然降低和甩负荷时，可能使蒸汽和水倒流入汽轮机，引起汽轮机超速和水击。流入汽轮机，引起汽轮机超速和水击。uu措施：装设液动或气动止回阀。措施：装设液动或气动止回阀。本讲稿第十九页，共二十二页主凝结水系统主凝结水系统uu主凝结水系统的组成和作用主凝结水系统的组成和作用 把凝结水从凝汽器热井送到除氧器。同时提供有关设备的减温水、把凝结水从凝汽器热井送到除氧器。同时提供有关设备的减温水、密封水、冷却水和控制水。还补充热力循环过程中的汽水损失。密封水、冷却水和控制水。还补充热力循环过程中的汽水损失。uu主凝结水系统一般由凝结水泵、轴封加热器低加等主要设备主凝结水系统一般由凝结水泵、轴封加热器低加等主要设备和管道组成。凝泵后一般有除盐装置。国产机组由于除盐装和管道组成。凝泵后一般有除盐装置。国产机组由于除盐装置耐压条件的限制，凝结水采用二级升压，因此除盐装置后置耐压条件的限制，凝结水采用二级升压，因此除盐装置后一般还装设凝结水升压泵。一般还装设凝结水升压泵。uu低加有主凝结水旁路，设置凝结水最小流量再循环，各种减低加有主凝结水旁路，设置凝结水最小流量再循环，各种减温水及杂项用水管道接在凝泵出口或除盐装置后，凝汽器热温水及杂项用水管道接在凝泵出口或除盐装置后，凝汽器热井底部，最后一台低加出口管道、除氧器水箱底部有接地沟井底部，最后一台低加出口管道、除氧器水箱底部有接地沟的支管。的支管。uu化学补充水通过补充水条件阀进入凝汽器。化学补充水通过补充水条件阀进入凝汽器。本讲稿第二十页，共二十二页给水除氧系统uu主给水除氧器系统是指除氧器与锅炉省煤器之间的设备、主给水除氧器系统是指除氧器与锅炉省煤器之间的设备、管路及附件等。管路及附件等。uu主要作用是将除氧器水箱中的主凝结水通过给水泵提高压力，经主要作用是将除氧器水箱中的主凝结水通过给水泵提高压力，经过高加后，送到省煤器。过高加后，送到省煤器。uu给水系统还提供锅炉再热器减温水、过热器减温水以及汽轮机高给水系统还提供锅炉再热器减温水、过热器减温水以及汽轮机高压旁路装置的减温水。压旁路装置的减温水。uu给水中的氧气会腐蚀热力设备和管道，水中二氧化碳会加速氧的给水中的氧气会腐蚀热力设备和管道，水中二氧化碳会加速氧的腐蚀。所有不凝结气体在换热设备中均会使热阻增加，传热效果腐蚀。所有不凝结气体在换热设备中均会使热阻增加，传热效果恶化。恶化。uu单元制给水系统管道短，阀门少，阻力小，可靠性高，便于单元制给水系统管道短，阀门少，阻力小，可靠性高，便于集中控制。集中控制。uu给水系统一般配两台给水系统一般配两台5050容量的汽动给水泵，一台容量的汽动给水泵，一台3030容量的容量的电动给水泵。电动给水泵。本讲稿第二十一页，共二十二页发电厂疏水系统发电厂疏水系统uu蒸汽管道疏水蒸汽管道疏水uu汽轮机本体疏水汽轮机本体疏水uu正常运行高加疏水采用逐级自流的方式，正常运行高加疏水采用逐级自流的方式，1 1号高加疏水到号高加疏水到2 2号、号、3 3号，进入除氧器。号，进入除氧器。uu在进入下一级加热器时疏水会迅速降压汽化，所以疏水在进入下一级加热器时疏水会迅速降压汽化，所以疏水调节阀门后管径会放大一级，减小流动阻力。调节阀门后管径会放大一级，减小流动阻力。本讲稿第二十二页，共二十二页