1、超臨界機組調峰與變壓運行第1頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三調峰機組的主要性能要求是：（1）良好的啟停特性。在夜間負荷低谷時停機數小時后，于次日的負荷高峰期能在短時間內帶滿負荷，且啟動損失小，設備可靠性高，熱應力和壽命損耗小。（2）能維持低負荷穩定運行。（3）能夠以足夠快的變負荷速率安全穩定地升降負荷。（4）在低負荷運行時仍能保持較高的熱效率。第2頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三機組參與調峰時可能的方式有以下幾種：負荷跟隨方式定壓運行或變壓運行；兩班制運行方式機組白天滿負荷運行，夜間停機68h，早上熱態啟動。 少汽無負荷方式夜間電網負荷低谷時將機

2、組負荷減到零，不解列，從電網吸取少量電力，保持空轉帶無功功率運行；同時，為及時將送風摩擦產生的熱量帶走，不斷向汽輪機供給少量低參數蒸汽。到早晨電網走出低谷時，再帶負荷，轉為發動機方式運行。 低速旋轉熱備用減負荷至零后與電網解列，并向汽輪機通入少量低參數蒸汽，使汽輪機轉子在低于第一臨界轉速狀態下旋轉。 第3頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三一、變壓運行 單元機組的運行目前有兩種基本形式，即定壓運行（或稱等壓運行）和變壓運行（或稱滑壓運行）。定壓運行是指汽輪機在不同工況運行時，依靠調節汽輪機調節汽門的開度來改變機組的功率，而汽輪機前的新汽壓力維持不變。變壓運行，是指汽輪機在不

3、同工況運行時，不僅主汽門是全開的，而且調節汽門也是全開的（或部分全開），機組功率的變動是靠汽輪機前主蒸汽壓力的改變來實現的，但主蒸汽溫度維持額定值不變。 第4頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三 采用定壓方法跟蹤負荷調峰時，在汽輪機內將產生較大的溫度變化，且低負荷時主蒸汽的節流損失很大，機組的熱效率下降。 變壓運行中的單元機組，當外界負荷變動時，在汽輪機跟隨的控制方式中，負荷變動指令直接下達給鍋爐的燃燒調節系統和給水調節系統，鍋爐就按指令要求改變燃燒工況和給水量，使出口主蒸汽的壓力和流量適應外界負荷變動后的需要。而在定壓運行時，該負荷指令是送給汽輪機調節系統改變調節汽門的開

4、度。第5頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三（一） 變壓運行方式分類1 純變壓運行 是在整個負荷變化范圍內，汽輪機調門全開的運行方式。它單純依靠鍋爐汽壓變化來調節機組負荷。這種方式由于無節流損失，高壓缸可獲得最佳效率和最小熱應力，給水泵耗電也最小。其缺點是對負荷的適應能力差，因為鍋爐調節時滯大，因而不能滿足電網一次調頻的要求，一般較少采用。第6頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三2 節流變壓運行 為彌補純變壓運行負荷適應性差的缺點，采用正常情況下汽輪機調門不全開，節流5%15%，以備負荷突然增加時開啟，利用鍋爐的儲熱量來暫時滿足負荷增加的需要。待鍋爐出力

5、增加、汽壓升高后，調速汽門開度的變化予以吸收。這種方式有節流損失，不如純變壓運行經濟，但能吸收負荷變動，調峰能力強。 第7頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三3 復合變壓運行 在高負荷區（約為額定出力的100%90%）保持定壓運行，用增減噴嘴的開度來調節負荷；在中低負荷區（90%50%），全開部分調速汽門（如三閥全開）進行變壓運行；在極低負荷區，在低壓力下恢復到定壓運行方式。這種運行方式使汽輪機在全負荷范圍內均保持較高的效率，同時還有較好的負荷響應性能，所以得到普遍的采用。第8頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三第9頁，共27頁，2022年，5月20日，

6、9點56分，星期三（二）變壓運行的特點 與定壓運行相比，變壓運行具有以下一些優點： 1、可以延伸鍋爐的汽溫控制點 變壓運行時，負荷降低時壓力也同時降低，汽壓降低使工質過熱熱與蒸發熱的比例發生變化，過熱熱減少。每千克蒸汽從飽和溫度加熱到同樣的主蒸汽溫度需要吸收的熱量減少。汽壓降低使蒸汽的比定壓熱容減少。與定壓運行相比，等量蒸汽吸收相同煙氣熱量時，其溫升大。第10頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三 汽壓降低，蒸汽比體積增大，流過過熱器的蒸汽容積流量幾乎同額定負荷時的相同，即蒸汽流速幾乎不變； 過熱器外壁的煙溫雖然隨負荷減少而降低，但由于壓力降低后飽和蒸汽溫度也相應下降，所以過

7、熱器的傳熱溫差變化不大。 綜合上述各因素，在變壓運行時主蒸汽溫度可以在很寬的負荷范圍內基本維持額定值。 第11頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三 變壓運行對再熱汽溫變化的影響與過熱汽溫相似。但汽溫特性的改善更好些。這是因為定壓運行時，高壓缸排汽溫度和再熱汽溫隨負荷的降低而減小。而變壓運行時，由于高壓缸的容積流量基本不變，使高壓缸的排汽溫度（再熱器進口溫度）變化不大，甚至略有上升。此外，滑壓下的主蒸汽焓在汽溫相同時要高于定壓運行，也使高壓缸的排汽焓升高。因此再熱汽溫也能在很寬的負荷范圍內維持額定值。 第12頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三 變壓運行時

8、的汽溫特性曲線 圖中在采用變壓運行時，過熱汽溫可在40%100%負荷范圍內維持額定值；再熱汽溫可在55%100%負荷范圍內維持額定值。變壓運行的這種汽溫特性無疑將改善機組低負荷工況下的循環熱效率。第13頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三 2、低負荷時汽輪機內效率高于定壓運行 變壓運行時，汽輪機調速汽門處于全開（或部分閥全開），節流損失小，調節級前后的壓力比及其后各級的壓力比都基本不變；另一方面，主蒸汽壓力隨負荷而升降，低負荷時壓力也低，蒸汽容積流量基本不變。汽輪機的級效率同級的前后壓力比以及通過級的蒸汽容積流量有關，這兩項基本不變。第14頁，共27頁，2022年，5月20

9、日，9點56分，星期三 3、負荷變化時汽輪機熱應力小、壽命延長 負荷變化時，汽輪機高壓缸各級溫度幾乎基本不變（中、低壓缸也同樣可以維持各級溫度不變），從而改善汽輪機的熱力狀態，降低熱應力和熱變形，提高使用壽命。 機組全變壓運行時，調節級的溫度變化實際上很??；復合變壓運行時，調節級的溫度變化也不超過78。所以變壓運行中，高壓缸不再受溫度變化率過大而產生應力的限制，機組負荷變動率可大為增加（取決于鍋爐應力）。在變壓運行中負荷變動率如維持不變，則機組的壽命將得到延長。第15頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三 4、給水泵耗電少 變壓運行機組均采用變速給水泵。在低負荷運行時，給水泵

10、不僅流量減小，而且給水壓力也降低，因此給水泵的功率消耗可減少。下圖為某亞臨界機組在不同運行方式下給水泵功率的比較。由圖可見，機組在50%負荷下運行時，變壓運行給水泵的功率消耗僅為定壓運行時的55%。第16頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三5、 延長鍋爐承壓部件和汽輪機調速汽門的壽命 低負荷時壓力降低，減輕了從給水泵一直至汽輪機高壓缸之間的所有部件（包括鍋爐、主蒸汽管道、閥門等）的負載，延長系統各部件的壽命。汽輪機調速汽門由于經常處于全開狀態而大大減輕了磨蝕并可減少維修工作量。第17頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三變壓運行也存在一些固有的缺點：（1）

11、 負荷變動時，汽包等厚壁部件會產生附加溫度應力，限制機組變化速率。（2）機組的循環熱效率隨負荷下降而降低。（3）變壓運行會使水循環發生變化。（4）變壓運行的汽包鍋爐汽包水室容易發生汽化，可能出現汽水共騰現象。第18頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三（5）超臨界壓力鍋爐變壓運行，工質經過亞臨界壓力、臨界壓力、超臨界壓力三個區域。在亞臨界參數范圍內，水冷壁中工質的飽和溫度只隨壓力變化，不隨水冷壁吸熱量變化。而在臨界壓力和超臨界壓力范圍內，水冷壁中工質的飽和溫度不僅隨壓力提高而上升，而且隨水冷壁吸熱量增加而升高。汽溫受到水冷壁出口工質溫度的影響，汽溫調更加困難。第19頁，共27

12、頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三（三）變壓運行的適應范圍 變壓運行具有在低負荷下提高高壓缸內效率、提高主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度、降低給水泵電耗、使汽輪機偏于安全等優點，但也有由于壓力的降低使循環熱效率降低的缺點。因此是否采用變壓運行，要進行綜合經濟技術比較，并非所有負荷下都是變壓運行經濟。第20頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三（四）變壓運行對鍋爐運行的影響1 負荷變化率 當采用變壓運行時，蒸汽溫度和汽輪機各部位的溫度基本穩定，負荷變化率對汽輪機影響不大，而關鍵在鍋爐。而限制負荷變化率的因素主要是飽和溫度變化速度和汽包上下壁溫差。汽包飽和溫度變化速率一般按制

13、造廠提供的數據在規程中作出規定（國內一般為90 /h）。汽包上下壁溫差一般以不超過40 為標準。 第21頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三2 鍋爐最低負荷運行問題 機組的最低負荷界限一般來說取決于鍋爐。而鍋爐負荷的下限又主要取決于燃燒的穩定性和水動力工況的安全性。鍋爐低負荷運行時主要遇到的問題及解決辦法是：（1）低負荷的燃燒穩定性。 （2）空氣預熱器堵灰、腐蝕和煙道煙囪腐蝕。 （3）過熱蒸汽、再熱蒸汽溫度過低。 （4）過熱器管超溫和左右汽溫偏差。 第22頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三3 水動力工況安全性 低負荷時爐膛燃燒的不均勻程度較大，對于汽包

14、鍋爐，受熱太弱的水冷壁管有可能發生循環停滯或倒流現象。一般對大容量鍋爐，在50%額定負荷以上，發生水循環事故的可能性不大。 對于直流鍋爐，當變壓運行至某一較低負荷時，水冷壁系統壓力低，汽水比體積變化較大，水動力特性變差，有可能影響到各側墻的后墻水冷壁的流量分配，發生部分水冷壁出口管的超溫現象。運行中一是限制最低負荷，二是燃燒器運行方式要做適當調整，如采用高位磨煤機運行以減輕上述管壁的過熱情況。第23頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三4 對運行調節的影響 變壓運行時，壓力變化速度慢，溫度變化速度快，過熱器、再熱器容易超溫，需要加強汽溫和金屬壁溫的監視； 由于水冷壁儲熱能力高

15、，過熱器、再熱器儲熱能力低，所以為了調節壓力，需要過度調節燃燒量，汽溫變化幅度增大； 低負荷運行時壓力低，汽水比體積變化大，水位波動也會加劇，需要根據水位超前信號控制水位。此外，由于汽包的壁溫差變化較大，鍋爐的升溫升壓速度也要受到限制。第24頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三幾種典型鍋爐的調峰性能（一）自然循環鍋爐的調峰性能1 變負荷速度首先決定于汽包的疲勞壽命。2 從鍋爐點火到與汽機同步運行，變負荷速度決定于汽包和集汽聯箱的壁溫差、燃燒速率、過熱汽溫、再熱汽溫以及汽機升轉速等因素。以后決定于汽輪機的熱應力和脹差。3 自燃循環鍋爐的循環倍率最大，水冷壁金屬耗量最多，熱慣性最大，進一步影響了鍋爐的變負荷速度。第25頁，共27頁，2022年，5月20日，9點56分，星期三（二）控制循環鍋爐的調峰性能汽包有汽水夾層，變負荷速度不受汽包壁溫差的限制。循環倍率小，水冷壁金屬耗量也相應減小，熱慣性較小。同時，低負荷時可利用循環泵加快循環，提高蒸發速度，進一步提高變負荷速度。溫態和熱態啟動時，變負荷速度