第九章 汽轮机热力系统概述

甘电投张掖发电有限责任公司2×300MW汽机专业培训教材建设一流火力发电厂，培育行业名牌员工-----“张电人”1汽轮机热力系统概述第一节主、再热蒸汽及旁路系统本机组主蒸汽及再热蒸汽系统采用单元制、一次中间再热型式。通常我们将进入高压缸的蒸汽称为主蒸汽；高压缸排汽称为冷再热蒸汽；冷再热蒸汽经锅炉再热器重新加热后进入中压缸的蒸汽称为热再热蒸汽；从主蒸汽管道经高压旁路控制阀至冷再热蒸汽管道称为高压旁路管道；从热再热蒸汽管道经低压旁路控制阀以及喷水减温器后至凝汽器的管道称为低压旁路管道。一、主蒸汽系统１、主蒸汽管道主蒸汽管道采用A335P91优质合金钢。最大蒸汽流量为锅炉B-MCR工况时的最大连续蒸发量1025t/h。设计蒸汽压力18.2Mpa，设计蒸汽温度546℃，主蒸汽管道计算压力降约为0.6556MPa(MCR工况)。主蒸汽从锅炉过热器出口联箱，由单根管道接出通往汽机房。至汽机主汽门前分成两根支管，各自接到汽轮机高压缸左右侧主汽及调节汽阀。然后再由四根高压主汽管导入高压缸。在高压缸内作功后的蒸汽通过两个高压排汽止回阀，在出口不远处汇合成单根管道进入锅炉再热器。这种单管系统的优点〈比较双管系统〉是简化管道布置，并能节省管材投资费用，同时，还有利于消除进汽轮机的主蒸汽和热再热蒸汽由于锅炉可能产生的热偏差，以及由于管道阻力不同产生的压力偏差。两个主汽门出口与汽轮机调速汽门阀壳相接。主汽门的主要功用是在汽轮机故障或甩负荷情况下迅速切断进入缸内的主蒸汽，汽轮机正常停机时，主汽门也用于切断主蒸汽，调速汽门通过各自蒸汽导管进汽到汽轮机第一级喷嘴。调速汽门用于调节进入汽轮机的蒸汽流量，以适应机组负荷变化的要求。由过热器出口至汽轮机主汽门入口的范围内，在主蒸汽管道上依次设有两只电动对空排汽阀、一只高整定压力的弹簧安全阀、一只低整定压力的弹簧安全阀和一个电磁释放阀、水压试验堵阀。水压试验堵阀的作用是当过热器水压试验时，隔离主蒸汽管道，防止由于主汽门密封不严而造成汽轮机进水。由主汽主管上沿汽流方向依次接出的管道有：汽机高压旁路接管及启动初期向汽机汽封系统及汽机夹层加热的供汽管。2、安全阀甘电投张掖发电有限责任公司2×300MW汽机专业培训教材建设一流火力发电厂，培育行业名牌员工-----“张电人”2两只电动对空排汽阀、一只高整定压力的弹簧安全阀、一只低整定压力的弹簧安全阀和一个电磁释放阀、装在锅炉过热器出口的主蒸汽管道上。每根排汽管道上设置消音器，安全阀的整定压力与锅炉压力部件的最大允许压力相一致。两只电动对空排汽阀的作用有两点：1)锅炉启动阶段排出过热汽系统的空气；2)当发生过热蒸汽超压时开启调整压力，防止超压。锅炉过热器出口主蒸汽管道上弹簧安全阀与锅炉汽包上弹簧安全阀为过热器和汽包提供超压保护。过热器出口安全阀的整定值低于汽包安全阀，以便超压时过热器出口安全阀的开启先于汽包安全阀，以保证安全阀动作时有足够的蒸汽流经过热器，防止过热器管束超温。过热器出口主蒸汽管道上电磁泄压阀是作为过热器超压保护的附加措施，设置电磁泄压阀的目的是为了避免弹簧安全阀过于频繁动作。尽量减少弹簧安全阀动作频度，可以减少弹簧安全阀的维修工作量。所以电磁泄压阀的整定值应低于弹簧安全阀的动作压力。而且运行人员可在控制室内操作。每只电磁泄压阀前各装一只隔离阀，以供泄压阀隔离检修。该阀在正常运行期间应处于开启位置。3、疏水主蒸汽管道设计有通畅的疏水系统，其作用有以下二方面:１）起动期间及停机后一段时间内，由于主蒸汽管道内蒸汽遇冷凝结成水，这些凝结水若不及时排除，则进入汽轮机的危险性很大。２）起动暖管期间，为加速暖管温升，应及时将蒸汽凝结水及冷蒸汽排掉。主蒸汽管道疏水点的设置一般来说，在管道低位点，暖管终端关断门前，以及蒸汽不流通的死端，均设置疏水点。在主蒸汽主管末端靠近分支处，每一支管进主汽门前，设有疏水点。主蒸汽主管及到汽轮机每一支管上的疏水管道，其管径为φ76×10，材料为12CrlMoV，每一根疏水管道上装一只通流断面与疏水管道内径相等的气动薄膜疏水阀。疏水阀出口管道的口径大于其进口管道的口径，以防止管道内疏水汽化后造成流动壅塞。气动薄膜疏水阀在机组起动期间开启，以便排除主蒸汽管道暖管的蒸汽凝结水，待机组负荷达到10%时疏水阀自动关闭，疏水阀在机组负荷降到10%时或汽轮机跳闸时自动开启，也可以在控制室内手动操作，这些气动疏水阀均设计成当空气供应系统失去空气时自动开启。每一根疏水管道单独接到疏水扩容器的疏水集管，所有疏水管道在接入疏水集管之前，以顺汽流成45度方向接入以保证疏水畅通。二、冷再热蒸汽系统１、冷再热蒸汽管道甘电投张掖发电有限责任公司2×300MW汽机专业培训教材建设一流火力发电厂，培育行业名牌员工-----“张电人”3冷再热蒸汽管道设计压力4.593MPa，设计温度348℃。冷再热蒸汽管道最大流量930.86t/h（VWO工况）。冷再热蒸汽管道主管采用A672B70CL32电熔焊有缝钢管，支管采用A106B无缝碳素钢。冷再热蒸汽从汽轮机高压排汽接口经两只气动逆止阀后合成一根总管，至锅炉房内约34.0M标高靠近锅炉再热器处，分为两根支管经大小头接入减温器，减温器后各自接到再热器入口。安全阀设置在减温器入口管段上。冷再热蒸汽管道计算压降约为0.0546MPa〈MCR工况〉。按冷再热蒸汽的流向，从冷再热蒸汽总管上连接下列支管；１）高中压缸预暖蒸汽管路。２）高压旁路排汽管。３）至辅助蒸汽系统高压母管、2号高压加热器加热蒸汽、小汽轮机的高压汽源供汽管道。在再热器进口处的两根冷再热蒸汽管道上均依次装有：一只事故喷水减温器、一个水压试验堵阀、一个角式弹簧安全阀；再热器出口总管上装有三个角式弹簧安全阀和一个水压试验检修堵阀。事故喷水减温器作用为控制热再热蒸汽温度，装在再热器进口处的两根冷再热蒸汽支管上，正常运行时，再热蒸汽温度由摆动式喷燃器控制。当再热蒸汽超温、喷燃器无法控制时，快速投入事故喷水减温器。减温器减温水来自给水泵中间抽头。水压试验堵阀装在靠近再热器入口处的冷再热蒸汽两根支管上，以便再热器水压试验期间，隔离汽轮机高压缸排汽管，防止汽机进水。由于汽轮机高压旁路阀出口管接在冷再热蒸汽管道上，为防止高压旁路运行期间其排汽倒入汽轮机高压缸，在汽轮机高压缸两个排汽支管上分别装设气动止回阀即高排止回阀。该止回阀设置位置是考虑汽轮机旁路系统运行期间，旁路蒸汽可通过冷再热蒸汽管道供给辅助蒸汽系统及汽封系统，且防止其它蒸汽倒流入高压缸引起汽机超速。２、安全阀在再热器入口的冷再热蒸汽两根支管上共装两只弹簧安全阀。在再热器出口热再热蒸汽主管上装有三只弹簧安全阀，每根排汽管道上设置消音器。３、疏水冷再热蒸汽管道上可能潜在的水源有三处:１）暖管、冲转期间以及停机期间形成的凝结水；２）高旁减温器及再热蒸汽事故喷水减温器的减温水系统故障时，有大量的未经雾化的减温水进入冷再热蒸汽管道；３）2号高压加热器管束破裂时，可能有大量给水进入冷再热蒸汽管道。高旁减温器及再热蒸汽事故喷水减温器的减温水系统故障时，未经雾化的减温水进入冷再热蒸汽管道，其水量是很大的。设计足以排除这种进水的庞大的疏水系统是不现实的。因此，疏水系统及其控制系统在设计上采取如下措施：一是在汽轮机下面的冷再热蒸汽管道水平段管甘电投张掖发电有限责任公司2×300MW汽机专业培训教材建设一流火力发电厂，培育行业名牌员工-----“张电人”4道装一组热电偶温度计，如果管道进水，则上、下两点热电偶温度计产生温度差，CRT报警；二是疏水系统出现高一高水位信号，运行人员在报警后应采取措施，防止汽轮机进水。根据冷再热蒸汽管道的布置情况，冷再热蒸汽管道在可能积水处设置三个疏水点，逆止阀后两排汽支管汇合水平管道低位点布置一个疏水点；分别在两高排止回阀前水平管道低位点布置一个疏水点；另一个疏水点布置在冷再热蒸汽管道低位点。每一根疏水管道系统由一个疏水罐、一只疏水手动阀和气动阀串联、疏水管道等组成。疏水阀在机组启动期间开启，以便排除冷再热管道起动暖管期间形成的凝结水。待负荷达到20%时，控制系统给疏水阀关闭信号。机组负荷降到20%以下时或汽机跳闸时，疏水阀自动开启，疏水阀也可以在控制室内手动操作。疏水罐上安装两个水位开关，当水位到高水位时，高水位开关开启气动疏水阀并延时关闭，同时在控制室报警；当水位到高一高水位时，高一高水位开关在CRT报警并再次开启疏水阀。气动薄膜疏水阀在失气时自动开启。疏水阀出口管道的口径大于其进口管道的口径，以防止管道内疏水汽化后造成“流动壅塞”。各疏水管均接至本体疏水扩容器，三、热再热蒸汽系统１、热再热蒸汽管道热再热蒸汽管道设计压力4.08MPa，设计温度546℃，热再热蒸汽管道最大流量为846.1t/h（VWO工况），热再热蒸汽管道计算压降为0.1441MPa（MCR工况）热再热蒸汽管道采用A335P22合金钢。从锅炉高温再热器出口联箱由二个热再热蒸汽管接出，在联箱出口不远处由两根合成一根主管，通往汽机房。在汽机处，热再热蒸汽主管又分成两根支管，各自接到汽轮机中压缸的左右侧中压联合汽门。中压联合汽门的功用是当汽轮机跳闸时快速切断从锅炉再热器到汽轮机中压缸的热再热蒸汽，以防汽轮机超速。在高温再热器出口管上设置一水压试验堵阀，以便再热器水压试验时，隔离热再热蒸汽管道，防止由于中压主汽门不严密而漏水进入汽轮机。２、安全阀同上所述，三只弹簧安全阀装在再热器出口的热再热蒸汽主管上。再热器出口弹簧安全阀的整定值低于再热器入口的弹簧安全阀，以便超压时再热器出口安全阔的开启先于其入口的安全阀，保证安全阀动作时有足够的蒸汽流经再热器，防止再热器管束超温。３疏水热再热蒸汽管道上设计有通畅的疏水系统，其作用有以下二方面:１）起动、冲转和低负荷期间，以及停机后一段时间内，由于热再热蒸汽管道内蒸汽遇冷凝结成水，这些凝结水若不及时排除，则进入汽轮机的危险性很大:2）起动暖管期间，特别是热态起动期间，为加速暖管温升，应及时将蒸汽凝结水和冷蒸汽排除掉。热再热蒸汽主管上及每一支管在中压联合汽门前设有疏水点。汽轮机在起动冲转之前，热再热蒸汽管道处于凝汽器的压力下，去凝汽器的疏水仅依靠重力疏水。为便于重力疏水，疏水甘电投张掖发电有限责任公司2×300MW汽机专业培训教材建设一流火力发电厂，培育行业名牌员工-----“张电人”5管道设计成管径为φ194×14，长约250m的疏水接管，然后，在疏水阀前管径减为φ76×3.5，疏水阀后管径又增大到φ89×4以防止管内疏水汽化后造成“流动壅塞”。疏水阀靠近本体疏水扩容器的附近，以减少阀后管道两相流体的冲刷和振动。气动薄膜疏水阀前设有手动隔离阀。疏水阀在机组起动时开启，以排除热再热蒸汽管道暖管的蒸汽凝结水。机组负荷达20%时疏水阀自动关闭。机组负荷降到20%或汽轮机跳闸时疏水阀自动开启。疏水阀也可以在控制室内手动操作。所有这些气动疏水阀设计成在压缩空气供应系统失压时能自动开启。每一根疏水管单独接至本体疏水扩容器。在接入本体疏水扩容器之前，以顺汽流成45度方向接入一根疏水集管。四、汽轮机旁路系统１、旁路系统的作用汽轮机旁路系统是本机组重要外部系统之一，它具有改善机组启动性能，减少汽轮机寿命损耗和快速跟踪负荷等功能。合理的旁路设置能满足机组中压缸启动。我公司采用35%B—MCR容量的2级串联旁路，2级减压3级减温的旁路系统。其作用如下：１）加快启动速度、改善启动条件大容量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。在机组热态启动过程中也可以用来提高主蒸汽或再热蒸汽温度，从而加快启动速度，改善启动条件。２）保护锅炉再热器机组在启、停和甩负荷过程中，再热器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入再热器，使再热器不至于因干烧而损坏．３）回收工质，减少汽水损失，减少噪音机组在启停或甩负荷过程中，有时需要维持汽轮机空转，由于机炉蒸汽