精品汽轮机原则性热力系统资料.docx
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精品汽轮机原则性热力系统资料
汽轮机原则性热力系统资料
汽轮机原则性热力系统
根据热力循环的特征，以安全和经济为原则，将汽轮机与锅炉本体由管道、阀门及其辅助设备连接起来，组成发电厂的热力系统。
汽轮机热力系统是指主蒸汽、再热蒸汽系统，旁路系统，轴封系统，辅助蒸汽系统和回热抽汽系统等。
下面着重介绍主蒸汽系统及旁路系统。
第一节主蒸汽及再热蒸汽系统
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主、再热蒸汽系统。
本机组的主蒸汽及再热蒸汽采用单元制连接方式，即一机一炉相配合的连接系统，如图3-1所示。
该连接方式结构简单、阀门少、管道短而阻力小，便于自动化的集中控制。
一、主蒸汽系统
主、再热蒸汽管道均为单元双—单—双管制系统，主蒸汽管道上不装设隔断阀，主蒸汽可作为汽动给水泵及轴封在机组启动或低负荷时备用汽源。
主蒸汽从锅炉过热器的两个出口由两根蒸汽管道引出后汇合成一根主蒸汽管道送至汽轮机，再分成两根蒸汽管道进入2只高压自动主汽阀、4只调节阀，然后借助4根导汽管进入高压缸，在高压缸内做功后的蒸汽经过2只高压排汽逆止阀，再经过蒸汽管道（冷段管）回到锅炉的再热器重新加热。
经过再热后的蒸汽温度由335℃升高到538℃，压力由3.483MPa降至3.135MPa，由于主、再热蒸汽流量变化不多蒸汽比容增加将近一倍。
再热后蒸汽由两根蒸汽管道引出后汇合成一根再蒸汽管道送至汽轮机，再分成两根蒸汽管道经过2只再热联合汽阀（中压自动主汽阀及中压调节阀的组合）进入中压缸。
它设有两级旁路，I级旁路从高压自动主汽阀前引出，蒸汽经减压减温后排至再热器冷段管，采用给水作为减温水。
II级旁路从中压缸自动主汽阀前引出，蒸汽经减压减温后送至凝汽器，用凝结水泵出口的凝结水作为减温水。
带动给水泵的小汽轮机是利用中压缸排汽作为工作汽源（第4段抽汽，下称低压蒸汽）。
由于低压蒸汽的参数随主机的负荷降低而降低，当负荷下降至额定负荷的40％时，该汽源已不能满足要求，所以需采用新蒸汽（下称高压蒸汽）作为低负荷的补充汽源或独立汽源。
当低压蒸汽的调节阀开足后，高压蒸汽的调节阀才逐步开启，使功率达到新的平衡。
主蒸汽管道上还接出轴封备用及启动供汽管道。
主蒸汽管道设计有通畅的疏水系统，在主蒸汽管道主管末端最低点，去驱动给水泵的小汽轮机的新蒸汽管道的低位点，以及靠近给水泵汽轮机高压主汽阀前，均设有疏水点，每一根疏水管道分别引至凝汽器的热水井。
主蒸汽管道主管及支管的疏水管道上各安装一只疏水阀，不再装设其它隔离阀。
疏水阀在机组启动时开启，排除主蒸汽管道内暖管时产生的凝结水，避免汽轮机进水，并可加速暖管时的温升。
待机组负荷达到10%时，疏水阀自动关闭；当汽轮机负荷降至10%时或跳闸时，疏水阀自动开启，也可以在单元控制室手动操作。
冷再热蒸汽管道从汽轮机高压缸排汽接出，先由单管引至靠近锅炉再热器处，再分为两根支管接到再热器入口联箱的两个接口上。
在再热蒸汽冷段管道上接出2号高压加热器抽汽管道。
汽轮机主汽阀及调节汽阀的阀杆漏汽、高压旁路的排汽均送入本系统。
在再热器入口的两根支管上各装一个喷水减温装置，当事故时，喷水减温以防止再热器超温。
减温水来自给水泵中间抽头。
由于汽轮机高压旁路排汽接入再热蒸汽冷段上，为防止高压旁路排汽在运行期间倒流入汽轮机，故在高压缸出口装设一逆止阀。
冷再热蒸汽管道内的积水为暖管、冲转、停机时的蒸汽凝结水。
此外事故喷水减温器的减温水系统故障时，也会有大量未雾化的水进入冷再热蒸汽管道。
2号高压加热器管束破裂时也可能有给水进入冷再热蒸汽管道。
为防止2号高加的给水倒流入汽轮机，冷再热蒸汽管道靠近汽轮机处设置了逆止阀，并设有疏水点。
从锅炉再热器两个出口接出两根再热蒸汽管道汇合成一根主管后通往汽轮机中压缸，在进入中压缸前分为两路通往高中压缸中部左右两侧的再热联合汽阀。
再热联合汽阀的作用是当汽轮机跳闸时，快速切断从锅炉再热器到中压缸的热再热蒸汽，以防止汽轮机超速。
在热再热蒸汽管道还装有4只安全阀，并设计了通畅的疏水系统。
第二节旁路系统
汽轮机旁路系统是热力系统的一个重要组成部分。
它在机组启动、停机和事故情况下起调节及保护作用。
中间再热式汽轮机一般都装有旁路系统。
旁路系统是指高参数的蒸汽不进入汽轮机的通流部分做功，而是经过该汽轮机并联的减温减压器，降压降温后，进入低一级参数的蒸汽管道或凝汽器的连接系统。
本机组的旁路系统如图参见图3-1。
一、旁路系统的作用
1．加快启动速度、改善启动条件
大容量单元再热机组普遍采用滑参数启动方式，为适应这种启动方式，应在整个启动过程中不断地调整汽温、汽压和蒸汽流量，以满足汽轮机启动过程中不同阶段（暖管、冲转、暖机（升速、带负荷）的要求。
如果单纯调整锅炉燃烧或调整汽压是很难适应上述要求的，因此一般都要设置旁路系统来配合解决这一问题。
在机组热态启动时也可以用来提高主蒸汽或再热蒸汽汽温，从而加快了启动速度，改善启动条件。
2．保护锅炉再热器
机组在启、停和甩负荷时，再热器内无蒸汽或中断了蒸汽，此时可经旁路把新蒸汽减温
减压后送人再热器，使再热器不至于因干烧而损坏。
3．回收工质与消除噪声
机组在启、停和甩负荷过程中，有时需要维持汽轮机空转，由于机、炉蒸汽量不匹配，锅炉最低负荷一般为额定蒸发量的30％左右，而对大容量汽轮机而言，汽轮机维持空转的空载汽耗量一般为额定汽耗量的7％～10％。
因此需要将多余的蒸汽及时排掉。
如果排人大气，不但损失了工质和热量，而且制造排汽噪声和热污染，设置旁路系统则可以达到既回收工质又保护环境的目的。
此外，当汽轮机组快速减负荷或甩负荷时，利用旁路系统可以防止锅炉超压，减少锅炉
安全阀动作的次数。
二、旁路系统的型式及功能
1．旁路系统的型式
本机组配置了一套德国西门子公司制造的汽轮机旁路系统，该旁路为30%MCR高低压串联旁路系统。
旁路热力系统原理示意图如图3-2所示，每台机组配置1套高压旁路装置及2套低压旁路装置。
旁路系统参数见表3-1。
图3-2旁路系统原理图
高压旁路：
锅炉出口蒸汽，绕过汽机高压缸，经过减压减温进入再热器冷段。
在此过程中，通过调节旁路门开度，来控制锅炉出口汽压和再热器冷段蒸汽温度。
低压旁路：
再热器出口蒸汽，绕过中低压缸，经过减压减温器进入凝汽器。
可用来控制再热器出口汽压及进入凝汽器的汽温。
2．旁路系统的功能
（1）使锅炉具备独立运行条件：
当发电机负荷减小或解列只担负厂用电负荷，或当汽机王汽门关闭汽机停运时，旁路系统能在几秒钟内完全打开，使锅炉逐渐地调整负荷，并保持在最低燃煤负荷下稳定运行而不必停炉，同时在故障消除后可快速恢复发电，减少停机时间，有利于系统稳定。
表3-1旁路系统设备参数
阀门
介质参数名称
单位
极热态启动
VWO工况
强度设计参数
高
压
旁
路
阀
入口蒸汽压力
MPa.a
10
16.67
17.6
入口蒸汽温度
℃
525
538
546
入口蒸汽流量Q1
t/h
220
610
出口蒸汽压力
MPa.a
1.12
3.965
4.545
出口蒸汽温度
℃
~253.5
326.8
332.74
高压
喷水
减温
阀
入口减温水压力
MPa.g
~17.34
~20.43
28
入口减温水温度
℃
135.1
178.5
200
计算流量Q2
t/h
45.66
96.95
入口减温水最低压力
MPa.g
~7.6
~12.0
入口减温水最低温度
℃
~110
~110
低
压
旁
路
阀
入口蒸汽压力
MPa.a
1
3.569
4.148
入口蒸汽温度
℃
510
538
546
入口蒸汽流量Q3
t/h
2x132.83
2x353.48
出口蒸汽压力
MPa.a
0.80
0.8
出口蒸汽温度
℃
180
180
出口流量
t/h
2x167.84
2x451.38
低压喷水减温阀
入口减温水压力
MPa.g
3.43
3.43
4.6
入口减温水温度
℃
31.5
31.5
49.5
计算流量Q4
t/h
2x35.01
2x97.9
（2）实现机组滑参数启动：
机组采用滑参数启动时，先以低参数蒸汽冲转汽轮机，然后在启动过程中随着汽轮机的暖机和带负荷的要求，不断提高锅炉的汽压，汽温和蒸汽流量，使锅炉产生的蒸汽参数与汽机金属温度相适应。
采用旁路系统既可满足上述要求又可改善起动条件，尤其在机组热态启动时，能控制锅炉汽温，减小由于温差引起汽机转子的热应力，从而缩短启动时间，延长汽机使用寿命。
（3）在汽机跳闸锅炉带最小稳定负荷运行时，保护锅炉再热器不致过热烧坏：
在正常运行工况下，汽机接纳锅炉产生的蒸汽，高压缸的排汽通过再热器加热至额定温度，在这一过程中，再热器得以冷却。
而在汽轮机跳闸时，汽机不接纳锅炉产生的蒸汽，高压缸也没有蒸汽排出，再热器未能冷却，加了旁路系统后就可以使蒸汽构成新通流回路，使再热器能得到足够的冷却。
（4）高压旁路系统能起到协助机组可靠运行的作用，亦可避免锅炉侧安全门频繁起座。
（5）机组负荷变化时．旁路系统具有调节蒸汽流量的作用，并满足汽机滑压运行的要求。
（6）旁路系统在完成自身的功能同时，考虑了接受协调控制系统和DEH系统的信一号和监督，并向协调控制系统，DEH系统和BMS系统提供信号仁包括模拟信号和投入／切除信号）。
3．旁路系统的控制
（1）高压旁路的控制原理
高压旁路站的降压部分包括了一个蒸汽转换阀和一个安装于其上的电动执行机构。
减温水通过喷水阀被送到蒸汽转换阀，然后使蒸汽得到冷却。
喷水阀也安装了一个电动执行机构。
两个阀的执行机构均由快速执行方式开启阀门。
蒸汽转换阀的执行机构是由一个单独的电机提供快速动作的，此时喷水阀的双速变极电动机将与之相适应。
高压旁路站安装在汽轮机高压级的旁路管线上，并在锅炉启动、减负荷及故障情况下，将蒸汽旁通到再热器。
对于不同的故障情况，旁路阀的动作速度及其开度是不同的，这要由内部程序决定。
在操作台上，设有选择“定压和滑压”以及手动按钮。
锅炉启动时，高旁阀的初始位置应是全关的，当压力增加到大约0.2MPa时，高旁阀开始打开，并保持现压力。
高旁阀的开度应能校正，一旦设定值定了，开度也就定了。
压力设定值的增加速率实际上取决于产生的蒸汽量。
在全部蒸汽量都被汽机吸收的情况下，在选择滑压或是定压运行前，高旁站的压力设定值应高于汽机压力大约0.6MPa，这是通过一个可调的P（大约0.4MPa）来完成。
1）当在操作台上选择：
“滑压”方式时，压力设定值形成如下，参见图3-3。
当存贮器模件（65）通过手操（66）切到滑压操作方式时，传感器
（1）测得的蒸汽压力通过大值选择器（53）和基准点（19）作为设定点主模件（20）的输入。
在基准点（19），通过调整器（21）使实际压力增加大约0.2MPa。
在接点（22）断开时，在设定值主模件（20）的输入处测得的蒸汽压力将比实际压力高出0.2Mpa。
设定值主模件（20）总有让输出信号跟踪输入信号的趋势，只有当正向限幅器（23）也是正值时，模件在正方向才能做到这一点。
只有当负值限幅器（24）也是负值时，才能在负向做到这一点。
例如在锅炉冷态的情况下：
在没有蒸汽的情况下，传感器（25）的测量值为0，此时调整器（26）的定值约为15％，而小值选择器（27）的输出，接点（37）的基准点以及限幅器（24）的输入都是负的。
为使设定值主模件（20）的输出信号能在负的方向依据实际压力值
（1）跟踪缓慢冷却的锅炉，因此增加（21）值。
经过小值选择器（28）和模拟量存贮器（29），将设定值加到基准点（30），该设定值比实际压力值（l）高出0.2MPao在锅炉冷却期间这套控制将使高压旁路关闭，并且，大值选择器（55）的输出信号总是比定值主模件（20）的输出信号高。
在锅炉点火以后，蒸汽压力开始逐渐上升，一旦传感器
（1）的最大测量信号超过。
．2MPa,基准点（30）的输出就从负变为。
，然后高旁装置就由压力控制器（3）打开。
因此，电子位置测量位置（6）的输出信号将随之改变。
只有当此信号和可调压力信号的和，通过放大器（62），比调节器（31）值高（例如40％）时；正向输入限幅器（23）通过大值选择器（32），放大器（33）和小值选择器（34）获得一个正信号。
设定值将随之增加。
压力增加的最大值在调节器（35）上选择。
图3-3高压旁路控制原理图
切换开关（36）和（37）以及调节器（38）和（39），在手动时用作快速平衡时，“与”门（40）在汽机并网并带满负荷时才有输出。
“与”信号使接点（22）和（41）断开。
通过接点（22）设定值的差异将增加到0.6MPao在高旁关闭时，接点（41）释放，主控设定值增加，主汽机入口压力高0.6MPa,允许的最大压力值由调整器（42）设定。
在锅炉启动期间和达到放大器（56），调整器（57），设定值主模件（58），大值选择器（55）设定的滑压运行条件后，设定值主模件（20）将通过继电器dl切换到跟踪。
如果大值选择器（55）比小值选择器（28）先起主导作用，那么予调节滑压特性就达到了。
继电器d1被存贮器模件（63）励磁。
为了使设定值主模件（20）的输出总是高于滑压运行条件。
将通过调节器（64）给设定值主模件（20）的输入加一个值，从而达到给实际设定值加一个值的目的。
模拟量存贮器能在自动情况下跟踪，而在手动时经过操作台（43）操作。
在手动操作情况下，压力设定值能经过操作台（13）进行调节。
调节的值能从指示器上看到。
2）当在操作台上选择“定压”运行方式时，压力设定值形成如下：
通过操作台（66）和存贮器模件（63）将在原状态基础上被激活。
继电器dl将失磁。
通过接触器（67），调节器（68）上的设定值被切换为大值选择器（55）的输人。
现在就保证了大值选择器（55）的输出总是高于小值选择器（28）的两个输入值。
在定压操作方式中，通过调节器（42）压力设定值升高的限值只决于设定值控制器（20）。
3）压力控制
实际压力值是在新蒸汽管道上适当地点用测量传感器
（1）测量。
最大测量信一号从大值选择器（53）获得并与压力设定值
（2）相比较。
实际压力和压力设定值之间的差送到压力控制器（3），它的脉冲输出信号经过动力箱（4）去驱动蒸汽转换阀（7）上的控制马达（5）。
蒸汽转换阀（7）的位置由电子位置传感器（6）测量并在控制台上指示出来。
“手动”和“自动”方式用操作台（8）选择。
在“手动”方式，蒸汽转换阀（7）的位置可以通过手动操作台（8）上的按钮控制。
阀门位置和控制偏差由双刻度指示器指示。
4）温度控制
减温减压后的蒸汽温度是在高旁后的适当地点用传感器（10）测量的，并与操作台手动设置的设定值相比较。
差值送到温度控制器（12），它的脉冲输出信号通过动力转换开关（13）驱动喷水阀（15）上的控制马达（14）0阀门电动头（14）通过喷水阀（15）改变冷却水量，直到蒸汽温度达到要求。
电子位置发送器，操作台（17）和双刻度指示器（18）完成和压力控制器同样的功能。
在蒸汽转换阀关闭的情况下，冷却水阀也正好关闭。
5）高速驱动
在甩负荷或故瘴时，为了防止出现超压，已制定了蒸汽转换阀和喷水阀高速打开的预防措施。
此种措施采用了以下依据：
a.用积分器（50）反馈来求取发电机有功功率的微分。
一旦负斜率超过限值监视器（50）设定的值，高旁阀和喷水阀将通过高速驱动器立即打开。
b.当负的压力调节差值超过限值监视器（52）的设定值时，控制信一号也将送到高速驱动器。
c.用户也可以经过接点给出脉冲，触发高速驱动器。
（2）低压旁路的控制原理
低压旁路门安装在汽机低压段的管道上，此旁路装置允许蒸汽在规定的运行状态之下，比如启动期间和甩负荷时，中间再热器管路向凝汽器流通。
低压旁路装置的减压部分包括有一个配有电动头的蒸汽转换阀。
蒸汽冷却是通过减温水喷入蒸汽转换阀实现的，减温水通过喷水阀喷射，此阀也配有电动头。
两个阀门电动头都有快动方式。
快动是指两个阀门快开和快关蒸汽转换阀，而对于喷水阀只能是快开。
蒸汽转换阀的快速驱动单独用一个马达，而喷水阀是用多极变速马达，控制图见3-4。
1）压力控制
实际压力值在中间再热器管道上的适当的地点，用变送器
（1）测量的，并与大值选择器
（2）的输出比较。
大值选择器
（2）的输出值是主调设定值，它主要来自汽机速度级压力（3），最小压力设定值由调整器（26）和根据压力对负荷设定的调整器（27）和乘法器（28）设置。
设定值这样调整，在负荷正常的操作期间，压力设定值比实际存在的压力值高，这样情况下低旁阀将保持关。
实际压力值和主调设定值之差送到限幅器（6）和（7），同时也通过小值选择器（31）送到压力控制器（4）和限幅监视器（5）。
压力调整器（的的输出信号控制动力转换开关（8），转换开关（8）控制蒸汽转换阀（l0）的电动头。
在压力偏差很大的情况下，快动马达（12）由限值监视器（5）通过动力转换开关（11）控制在开方向。
同时，快速驱动喷水阀（13）由限值监视器（5）通过动力转换开关（21）启动。
蒸汽转换阀的位置用电子位置传感器（14）测量，并在操作台上用双刻度指示仪（15）指示。
压力调节器（4）的控制偏差也由指示器（15）指示。
“手动”和“自动”方式可由控制台（16）选择。
2）喷水控制
蒸汽转换阀（10）的位置作为喷水调节器（17）的调节基准。
阀门位置用电子位置发送器（14）测量。
经乘法器（32）等过程后，与喷水阀实际位置（18）相比较。
差值送到喷水阀调节器（17），它的输出信号经过动力换向开关（19），以正常速度去驱动喷水阀（13）0喷水调节器（17）的释放是由限值监视器（6）和（7）及其以后的存储器（20）引起的。
操作台上组合片（22）和双刻度指示表（23）完成与上述汽压部分相同的功能。
3）凝汽器保护
为了保护凝汽器，以防止压力和温度超过规定，采取了快速关闭蒸汽转换阀的预防措施。
经过三个对应的压力真空监视器（24）、（25）、（42），把它们安排成三中取一，控制和管理凝汽器的压力。
除了监视凝汽器的压力之外，还有低旁阀后的温度需要测量，测点设在阀后较长一段距离处，用温度计（43）测量并向限值监视器（99）发出信号，当达到温度极限值时，低旁阀门将关闭。
快速马达和控制马达在达到终端位置前一直是同时一起工作的。
快速马达的停止是靠“阀门关位置”行程开关来实现，控制马达的停止是靠“阀门关位置”力矩开关来断开。
4）蒸汽流量限制
再热器压力在正常负载运行时比空载时高。
设计时以空载压力作为低旁阀的计算压力，如果低旁阀处于打开位置，在运行压力增加时，过大的蒸汽流量将通过低旁阀。
为避免此阀开过限值，采用下述办法：
图3-4低压旁路控制原理图
随着中间再热器热管路压力增加，在超过予定值（29）后，低旁阀门的开度将逐渐地减小，开度的减小可由乘法模件（30）连续地设定。
调节器（4）经过小值选择器（3l）得到相应的控制偏差。
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