大容量机组冷态启动优化方案研究

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1、第一章前言随着世界经济的高速发展，人类对能源的需求越来越大，能源的供应口趋紧张，能源的地位显得尤为重要。我国是世界第一产煤炭大国，煤炭产量约占世界的37%,煤炭是我国的主要能源,分别山一次能源生产和消费总量的76%和69%,这就决定了我国电力的发展主要以火电为主。到2009年底，我国总装机容量达87407万KW,火电的装机容量就达到了65205万KW,约占74.6%。但火电的发展需要耗费大量的土地、水、煤、油等资源。以2004年环境统计公报数据为例：2004年，火力发电消耗原煤7.7亿吨，占全国工业燃料消费的66%

2、；火电企业新鲜水用量406.6亿吨，占全国工业新鲜水用量的59%；火电企业燃料油消耗量999万吨，占全国工业燃料油消费量的37%。但随着社会的发展，环境问题变的越來越突出，燃煤电厂大量耗煤产生大量废水、废气、废渣，对生态环境造成了严重的影响。随着世界能源危机的加深，煤炭的价格也一路走高，这使我国的火电企业陷入了大面积的亏损。随着我国各电网容量的扩大，高参数大容量机组的采用，在电网的组成上承担尖峰负荷的中小机组的比例相对减少解决峰谷差的矛盾H益突出。目前，各大电网的峰谷差值达最高负荷的30%,个别地区已达50%,预计

3、今后缺电局面缓解后，各电网的峰谷差值还会加大。由于我国各大电网的组成结构大都以火电为主,尤其是北方地区，水电比重较小，且水电机组又多为径流式，不宜弃水调峰，另外，为保持良好的运行经济性，原子能发电厂须承担基本负荷，因此大容量火屯机组参与调峰吋必然趋势。我们知道汽轮机的寿命是汽轮机从初次投入运行到转子岀现第一条裂纹期间能承受的交变应力的周次。汽轮机寿命取决于其最危险部件的寿命。汽轮机的寿命实质上是汽轮机主要部件金属材料永久性破坏的标志。转子寿命一般分为无裂纹寿命和残余寿命两种。所谓无裂纹寿命是指转子从第…次投运开始直

4、到产*第一条工程裂纹（约0.5mm长，0.15mm深）所经过的交变载荷的次数。第一条裂纹产生并不意味着转了寿命的终结，还有一定的剩余寿命。所谓剩余寿命是指从产生第一条工程裂纹开始直到裂纹扩展到临近裂纹所经历的交变载荷的次数。这部分寿命约占汽轮机寿命的10%左右，也有人认为此段时间会更长。无裂纹寿命和剩余寿命之和就是转子的总寿命。而冷态启动是汽轮机各种启动中最重要的启动，是汽轮机最大的动态过程，在冷态启动中汽轮机从冷状态到热状态、从静止到额定转速转动、从空负荷到满负荷,这个过程中，各种参数的变化最大，运行人员的操作最

5、多，需要掌握好很多关键问题。不仅关系到汽轮发电机的安全，而冃关到汽轮发电机组转子的寿命，所以应给予极大的重视。汽轮机中的蒸汽流动是连续的、高速的，单位面积中能通过的流量大，因而能发出较大的功率。大功率汽轮机可以采用较高的蒸汽压力和温度，故热效率较高。为了保证汽轮机组的安全启动和缩短启动时间，充分做好启动前的准备丁作是丁分必要的。在机组大、小修后的启动前，更应该认真仔细地检查、调整，使每个系统都处于机组启动前的止常状态。如果准备工作有疏忽，启动中某些末准备好的设备系统等将可能发生临时故障，使启动过程延长，甚至使启动工

6、作半途而废。2002年以来，随着电力改革的推进，厂网分家以后，发电企业市原来的一个发电车间变成了自主经营、自负盈亏的独立经济实体。在煤炭、石油等不可再生能源价格飙升，以及目前发电装机容量较为富裕的电力市场环境下，发电企业面临的竞争H益激烈，如何以最低的发电成本获得最大的效益是每个发电企业追求的目标。由于煤炭等能源价格和售电单价发电企业不能掌控，那么如何降低可控成本就成了发电企业最为关注的问题，发电企业可控成本一方面是降低机组正常运行中的成本，另一方面就是要降低机组启动费用。而如何安全、经济地完成每一次发电机组整套启

7、动，控制好每一次的机组启动费用，是各发电企业一直在研究的课题。通过对机组启动方案的优化研究，不仅可以使机组快速、安全的启动，而且也可以提高启动的经济性，节约工质和燃料，同时也保护了环境。本文将系统地介绍220MW机组冷态启动过程分析。首先介绍热应力计算的基本概念以及机组冷态启动的过程，其次介绍热应力计算公式的推导过程，为分析汽轮机的冷态启动奠定了理论基础。第二章转子的温度场和应力场的基本理论本章主要对在后续热应力计算中所涉及到的名词进行解释说明，同时还详细的描述了冷态启动的全过程。现代汽轮机的容量和尺寸不断增人，温

8、度分布不均和应力分布不仅将极人的威胁启动过程的安全性。本章的描述可以在一定范围内解释影响这些分布不均的因素，也为后面的热应力计算奠定基础。第一节转子的温度场和应力场的基本概念设计工况：汽轮机的实际运行条件与其设计条件相符合吋的工作状况称为汽轮机的设计工况。变工况：在汽轮机运行时，汽轮机实际发出的功率将根据外界的需求而改变，汽轮机的运行参数将会偏离原来的设计值