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大型汽轮机运行摘要：随着我国国民经济的发展，工农业生产的需要和人民生活水平的提高，作为基础工 业的电力工业也得到了迅速发展一大批大、中型火电厂相继建成投产在电力工业的发 展过程中，单机容量不断增大，机组参数逐渐提高，从单机操作管理到机、炉、电协调控 制，自动化水平迅速发展这标志着我国电力工业的运行管理水平有了较大的提高作为 火力发电厂和原子能发电厂发电机的原动机，汽轮机是一种高速回转式动力机械材料工 业的发展，计算机技术的应用，自动化水平的提高，极大地促进了大型汽轮机机组的生产 和使用关键词： 汽轮机 热力性能目录： 摘要1.汽轮机的热力性能2．汽轮机部件暂态工况下的热状态及寿命损耗3. 汽轮机的运行调整与可靠性4. 汽轮机调峰运行5. 特种汽轮机的运行6. 主要参考文献1 汽轮机的热力特性汽轮机功率规范及基础热力性能保证（1） 汽轮机运行，就是要使现在服役的机组能够以最安全的方式、最经济的过程，达到该机组所能达到的出力汽轮发电机组的规范已有国际电工委员会（IEC）制定国 际电工委员会对汽轮发电机组功率的术语的一般定义在（IEC 45-1,1991）说明了①发电 机功率②净电功率③经济功率④保证最大连续功率⑤调节气阀全开工况的功率⑥最大过 负荷能力中国的相关规定，早期中国发电设备容量较小，技术落后，当时汽轮机出力的概念仅 局限于额定出力（或铭牌出力，最大出力）和经济出力两种提法，它们均是以冷却水温20°C 和0%补水率为基础，并且只要求在夏季33C冷却水温下，仍能保证机组发额定出力。

随 着国民经济和电力工业迅猛发展，发电机组的容量日益增长，陆续从国外引进技术，开始 出现最大连续出力，阀门全开出了力的一些新提法表 1-1 汽轮机工况与功率的关系汽轮机工况汽轮机功率主要技术条件对应的流量能力工况铭牌功率排水压力11.8KPa,补水率3%设计值最大连续工况最大连续功率额定排水压力，补水率0%与能力工况相同阀门全开工况阀门全开功率额定排水压力，补水率0%最大连续进气量经济工况经济功率额定排水压力，补水率0%额定进气量表 1-1 给出了汽轮机的工况和功率的关系，铭牌出力与传统的额定出力的根本区别在于铭 牌出力是以33°C的冷却水温和3%补水率为基点，而额定出力以20°C冷却水温和0%补水率 为基点，因此造成同一出力数字下机组实际发电能力的巨大差别2) 热耗率或汽耗率的保证值，按照 IEC 规定，保证的热耗率和汽耗率是与负荷相对 应的因此应规定一个或几个负荷，而当保证值是用一系列负荷下的加权平均值表示时，则 应明确计算方法为了校验保证值，试验所测得的热耗率和汽耗率，应考虑试验工况与规 定工况的差别3) 最高转速，每台汽轮机转子均需做超速试验超速试验的试验转速应为：当调速 器失灵而且最高转速只由超速脱扣装置的动作来限制所能出现的最大转速再加 2%。

超速试 验的延续时间不得超过2min，超速试验只能进行一次在任何情况下，超速试验不得超过 额定转速 20%4) 汽轮机振动可在轴承座或轴上测出直接在轴上测出的振动，往往要比轴承座上 测出的值大得多，这取决于中欧的节点、拾振器的轴向位置以及轴承设计等因素汽轮机 轴系的临界转速应避开额定转速并有一定的余量，以避免机组在斌率变化，超速脱扣和超 速试验的转速范围内运行时影响到安全性5) 为了保证加工质量和材料强度，所有在工作时承受蒸汽压力的部件，当其工作压 力超过大气压力是应做水压试验试验时水压至少应超过该部件工作时最高压力的 50%6) 额定汽压、汽温的变化限制，在任何 12 个月的运行周期内，汽轮机进口的平均压 力不得超过额定压力在保持此平均值的情况下，压力不得超过额定压力的 110%.在例外 情况下可允许达到额定压力的 120%，但在任何 12 个月的运行周期内，这些压力波动的累 计运行时间不得超过12H.额定温度在564C及以下者，其允许的变化如下：在任何12个 月的运行周期内，汽轮机的任何进口处平均蒸汽温度不得超过额定温度在保证此平均值 的情况下，温度一般不得超过额定温度8.3C在例外情况如温度超过额定温度8.3C， 温度瞬时值可在超过额定温度8.3-14C的范围内变化，但在任何12个月的运行周期内， 在此温度范围内的运行时间不得超过400h，在超过额定温度14-28C的范围内运行也可允 许，但在任何12个月的运行周期内，在此温度范围总运行时间不得超过80h,任何情况下， 温度不得超过额定温度28°C以上。

汽轮机的基本蒸汽参数及规律（1） 蒸汽参数的特点，中小型汽轮机采用的蒸汽参数较低，大多以中温中压机组为 多，新蒸汽参数一般为3.43MPa、435C，机组尺寸较小，运行时易于控制现在打功率机 组采用的心蒸汽参数越来越高，从高温高压机组，发展到超高压，亚参数机组、超临界和 超超临界参数的机组现在高参数汽轮机采用更高的蒸汽参数，有的将超过 30MPa,700C 值的提出的是，在蒸汽参数逐渐提高的过程中，再热蒸汽温度的提高往往早于主蒸汽温度 的提高，也就是说，有些机组的再热蒸汽温度比主蒸汽温度还要高这是因为从锅炉的角 度提高主蒸汽温度容易实现，另外再热蒸汽温度对于发电厂初始投资成本的影响小2） 蒸汽参数与经济性的关系根据汽轮机原理和热力学理论，要提高整个机组的 经济性，就要提高汽轮机的蒸汽初参数一般的规律是：在提高蒸汽初压力的同时应提高 蒸汽温度由于温度提高受到材料强度等限制，故必须采用再热的方法以限制汽轮机的末 级湿度提高初参数，采用适当的再热参数，可以提高循环忍效率；提高末级干度后，既 改善了末级的工况，又减少了湿汽损失，提高了汽轮机的相对内效率现代大功率汽轮机 均采用了这些措施，有些机组甚至采用了二级再热。

3） 亚临界以上蒸汽参数的特点，对于采用了亚临界或超临界参数的汽轮机组，由 于蒸汽性质的特点，给运行带来一定的影响如提高蒸汽温度，则由于高温区内的等温的 下弯程度相对比低温区有所减少，故节流后温度值减小基于这一特点，汽轮机启动时， 应考虑这一蒸汽温度的变化，使蒸汽温度与金属温度达最佳匹配另外在负荷变化时也应 考虑这一现象的影响4） 汽轮机的主蒸汽参数与锅炉过热器出口处主蒸汽参数参数存在着匹配关系，这 个匹配关系与蒸汽能量损失及投资费用有关，应进行技术比较才能确定锅炉出口与汽轮 机进口的蒸汽参数匹配关系与机炉间蒸汽压降数值有很大的关系蒸汽压降主要取决于主 蒸汽管道内蒸汽流速的选择，并与管道长度、走向、布置形式、管道上阀门型式和个数等 因素有关一般情况下，亚临界参数机组锅炉过热器出口至汽轮机进口的压降设计值在汽 轮机额定进汽压力的 5%以内对于超临界参数机组，应考虑压降和蒸汽温度下降的关系允许的压降越大，则产生的节流温度下降也大当蒸汽压力小于28MPa时，可选主蒸汽温 降为4C,机炉间压降为3%-4%，以3.5%为宜；当蒸汽压力为28MPa及以上时，主蒸汽温 降为5°C时，机炉压降选择为4%-5%，以4.5%为宜。

5） 提高蒸汽参数对于汽轮机设计的影响，蒸汽参数的提高，尤其是蒸汽初温度的提高，会给汽轮机设计带来以下影响：①耐高温金属材料的研制；②高参数蒸汽造成初期 容积流量减小，汽轮机的二次流损失会增大；③高参数蒸汽带来的汽流激振；④蒸汽速度 提高，会造成严重冲蚀；⑤对于汽轮机部件的冷却设计要求提高；⑥可能产生更高的热应 力，更大的热膨胀和更严重的热变形；⑦漏气的可能性更大，对于汽封的性能要求更高1.3 汽轮机流量变化对于热力特征的影响汽轮机不可能经常在设计的蒸汽流量下运行，因为它的输出功率不可能长期保持额 定供热式汽轮机的蒸汽流量更是时常变化，即使输出功率不变，由于热负荷的变动，也 会带来各级蒸汽流量的变化蒸汽流量的变化将使各级蒸汽压力和焓降重新分配，引起汽 轮机输出功率，机组效率和通流部分应力的变化1） 对于蒸汽参数的影响，如果在给定级组的某一级中，蒸汽的速度等于或超过声速，即处于临界或者超临界状态，此时级后压力的变化对其前面各级的参数不会产生影响， 而在通流截面面积不变的情况下，蒸汽流量将仅与级前参数有关2） 当蒸汽流量改变时，不仅会影响到汽轮机级前后的压力，因而会影响到各级的焓降变化只要知道了变工况时各级间压力的分布规律，变工况下级中的焓降就可以确定。

1.4 汽轮机调节方式对于热力特性的影响蒸汽量改变时对汽轮机热力过程的影响还取决于汽轮机的调节方式，即采用节流调节 还是喷嘴调节节流调节时，进入汽轮机的全部蒸汽由一个或几个同时开启的阀门来调节， 阀门后的蒸汽进入所有阀门公用的喷嘴组喷嘴调节时，蒸汽流过几个调节阀门，每个调 节汽门对应于一组喷嘴，各个阀门的开启时依次进行的1） 在节流调节的情况下，负荷降低时进入汽轮机的全部蒸汽量都要受到节流这 一过程可以认为是压力降低而节流前后焓值不变的过程，伴随着压力的降低，产生熵增， 因而产生损失这一损失就是节流损失蒸汽流量减少时，汽轮机通流部分的理想焓降将 减少，汽轮机的相对内效率也会变小2） 喷嘴调节时进入汽轮机的蒸汽由按规定顺序开启几个调节阀门所控制蒸汽从 每个阀门通向各自的喷嘴弧段因此负荷减小时的节流损失不像节流调节那样，波及全部 蒸汽量，而只是涉及流过部分开启阀门的那部分蒸汽当所有的调节阀门全开或几个阀门 全开而剩下的阀门全关时，一般说来就没有节流损失所以负荷变动时，具有喷嘴调节方 式的汽轮机的经济性比具有节流调节的汽轮机高对于喷嘴调节，应区别两股汽流：流经 全开调节阀门的主汽流几乎无节流地进入调节级的喷嘴段，扣除全开进汽机构中的损失之 后，初压力接近新蒸汽压力P;第二股汽流流经部分开启的阀门，节流损失与阀门开启的 程度有关。

阀门开度越小，汽流受到的节流就越大，所以喷嘴前的蒸汽压力 Pn 比新蒸汽 压力P要低得多因此，第一股汽流的焓降和蒸汽从喷嘴叶栅流出的绝对速度要比第二股 汽流大3） 对于旁通汽室以后的各级，以凝汽式机组的分析方法相同，各中间级的效率在 很宽的蒸汽流量变化范围内可以认为是恒定的通过汽轮机的蒸汽流量变化时，末级的焓 降最大，效率变化也最大被旁通的级数越多，由蒸汽节流引起的经济性越低，然而可以 达到的额外功率越大为了减小由于旁通蒸汽的节流而引起的损失，有时采用双重，甚至 三重旁通调节，即在汽轮机通流部分的两个或三个汽室中有新蒸汽的流入应当指出，旁 通调节方式在亚临界参数机组，超临界参数机组中已经很少使用，但是西门子公司的机组， 尤其是近几年发展的超超临界参数 1000MW 机组，就是采用了这种方式，又称之为过载补 汽，用于机组的过负荷1.5 汽轮机蒸汽参数变化对于热力特性的影响（1） 汽轮机经常处于变工况运行状态，除蒸汽流量变化外，蒸汽参数也经常偏离设 计值运行时对汽轮机蒸汽参数的变化有严格的要求，运行规定了这些参数允许的变化范 围①当主气压力上升时可降低汽耗率，只要排汽湿度末超过规定值，流量，功率末超过 设计最大值，并能避开第一个调节阀全开，第二个调节阀即将开启的危险工况，汽机运行 一般还是安全的，但会增加承压部件和紧固件的寿命损耗。

运行中通常规定主汽压上限为 额定汽压的 103%-105%,当主汽压力超限时，应通过对锅炉的控制尽快恢复主汽压力在主 汽压力，排汽压力不变时，如果主汽压力下降，则整机理想焓降下降，排汽湿度减少在 调速汽门开度不变的条件下，主汽流量，机组功率降低，汽耗率增加，经济性降低调节 级和各中间级理想焓降基本不变，末几级的理想焓降减少，则部件应力低于设计值，机组 运行偏于安全②在调节汽门全开的情况下，若主蒸汽压力升高，除调节级外，汽轮机其 他各级均会于理想焓降的增大而过负荷，末。