熱力發(fā)電廠第九章

1、1第九章第九章 發(fā)電廠的運行發(fā)電廠的運行熱力發(fā)電廠系統(tǒng)是由各種復(fù)雜的主輔熱力主輔設(shè)備組成的，同時由于很多設(shè)備處于高溫高壓的工作環(huán)境，根據(jù)設(shè)備的特點按照合理的過程，在保證安全、可靠，并符合環(huán)境保護要求的前提下，力求經(jīng)濟運行是任何一個電廠追求的目標。本章先介紹發(fā)電廠單元機組的運行，再介紹火電機廠的熱工自動化以及火電機組的計算機控制系統(tǒng)及培訓仿真機。2第九章第九章 發(fā)電廠的運行發(fā)電廠的運行第一節(jié)第一節(jié) 單元機組的運行單元機組的運行第二節(jié)第二節(jié) 火電廠的熱工自動化火電廠的熱工自動化第三節(jié)第三節(jié) 火電機組的計算機控制系統(tǒng)及培火電機組的計算機控制系統(tǒng)及培訓仿真機訓仿真機本章提要本章提要3第一節(jié)第一節(jié) 單元

2、式機組的運行單元式機組的運行一 單元機組的滑參數(shù)啟動與停機（一）滑參數(shù)啟動的優(yōu)點 滑參數(shù)啟動又稱聯(lián)合啟動，即在啟動鍋爐的同時，以低參數(shù)蒸汽進行暖管、暖機并啟動汽輪機，鍋爐出口的蒸汽參數(shù)隨著汽輪機的轉(zhuǎn)速和負荷的逐漸增加而提高，當完成升速，帶到額定負荷時，鍋爐的出口蒸汽參數(shù)即達到額定參數(shù)。4（二）滑參數(shù)啟動方式（二）滑參數(shù)啟動方式單元機組滑參數(shù)啟動有真空法、壓力法兩種啟動方式。1. 真空法滑參數(shù)啟動優(yōu)點：啟動時間短，熱損失和工質(zhì)損失小；因系容積流量大的低參數(shù)蒸汽流經(jīng)過熱器、管道和汽輪機，溫差和熱應(yīng)力都較小。缺點：汽輪機沖轉(zhuǎn)和升速時的汽壓很低，鍋爐操作的微小失當都會引起汽輪機轉(zhuǎn)速波動，甚至會損傷汽輪

3、機；另沖轉(zhuǎn)汽輪機的汽溫很低，水分很大，易引起水擊。5（二）滑參數(shù)啟動方式（續(xù)）（二）滑參數(shù)啟動方式（續(xù)）2. 壓力法滑參數(shù)啟動 鍋爐產(chǎn)生的蒸汽至一定的壓力、溫度后，才沖轉(zhuǎn)汽輪機的啟動方式，主要特點：啟動前汽機主汽門是關(guān)閉的；沖轉(zhuǎn)汽輪機的蒸汽參數(shù)較真空法高；機組起動過程中，再熱器的保護、鍋爐和汽輪機對蒸汽參數(shù)的不同要求，都是通過旁路系統(tǒng)調(diào)節(jié)進行的；鍋爐點火的初始燃料量，以滿足汽輪機沖轉(zhuǎn)及升至額定轉(zhuǎn)速即可，過小不利于汽溫汽壓的調(diào)節(jié)和控制，過大使鍋爐升溫升壓太快，對安全不利。6（三）沖轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇和啟動控制指標（三）沖轉(zhuǎn)參數(shù)的選擇和啟動控制指標電廠應(yīng)根據(jù)制造廠提供的啟動曲線來啟動機組。啟動曲線為新汽

4、壓力、一、二次汽溫、轉(zhuǎn)速、負荷等參量與時間的變化關(guān)系曲線。 圖圖9-1（a） 國產(chǎn)國產(chǎn)300MW單元再熱機組的冷態(tài)滑參數(shù)啟動曲線單元再熱機組的冷態(tài)滑參數(shù)啟動曲線 冷態(tài)沖轉(zhuǎn)參數(shù)約為：冷態(tài)沖轉(zhuǎn)參數(shù)約為：3.54.2MPa，320360，再熱蒸汽溫度大于再熱蒸汽溫度大于200。 7圖圖9-1 （b）國產(chǎn)）國產(chǎn)600MW超臨界機組冷態(tài)啟動超臨界機組冷態(tài)啟動（長期停機）（長期停機）中壓缸啟動曲線圖中壓缸啟動曲線圖冷態(tài)沖轉(zhuǎn)參數(shù)約為：冷態(tài)沖轉(zhuǎn)參數(shù)約為：5.98.73MPa，340420，再熱蒸汽溫度，再熱蒸汽溫度大于大于330。8（四）熱態(tài)滑參數(shù)啟動（四）熱態(tài)滑參數(shù)啟動 熱態(tài)啟動時，金屬溫度較高，但短時間停

5、機后，各部金屬由于冷卻條件不同會出現(xiàn)溫差，其值隨停機時間長短而異，有時甚至超過允許值，導致動靜間隙有很大變化，此時啟動汽輪機，如無恰當措施會發(fā)生動靜部分摩擦乃至大軸彎曲等事故。 熱態(tài)啟動時，汽輪機升速不必暖機，要求鍋爐出口蒸汽參數(shù)盡快達到高壓缸上缸內(nèi)壁金屬溫度相應(yīng)水平（可對應(yīng)于冷態(tài)啟動曲線上一次汽溫、汽壓的相應(yīng)值），再按冷態(tài)滑參數(shù)啟動曲線升溫、升壓升速和接帶負荷。9（五）滑參數(shù)停機（五）滑參數(shù)停機 停機過程中，保持調(diào)速汽門全開，采用逐漸降低新汽、再熱蒸汽參數(shù)來減負荷，直至解列停機，稱為滑參數(shù)停機。 停機方法有兩種：用同步器將負荷減到零，發(fā)電機解列，打閘停機，同時鍋爐熄火。這種方法停機后的汽缸溫

6、度通常在250以上。鍋爐維持最低負荷燃燒后熄火，利用鍋爐的余熱繼續(xù)發(fā)電，負荷到零解列停機，仍利用鍋爐余汽維持汽機空轉(zhuǎn)，以冷卻汽輪機。 10圖圖9-2 國產(chǎn)國產(chǎn)300MW單元式再熱機組熱態(tài)滑參數(shù)啟動曲線單元式再熱機組熱態(tài)滑參數(shù)啟動曲線11二二 單元機組的調(diào)峰運行單元機組的調(diào)峰運行大型火電機組調(diào)峰運行的方式：（一）低負荷運行 火電機組在低負荷運行，其經(jīng)濟性恒低于額定工況。低負荷運行方式有：額定參數(shù)運行，簡稱定壓運行；變壓或滑壓運行；定壓變壓混合運行。（二）兩班制運行 為了適應(yīng)電網(wǎng)低谷調(diào)整負荷的需要，有的機組要改為兩班制運行方式，即從滿負荷開始降負荷，直至停機；電網(wǎng)低谷過去，機組又重新啟動、并列直至

7、帶滿負荷。它是全負荷調(diào)峰的一種運行方式，又簡稱為啟停方式。12（三）停爐不停機運行 主蒸汽為母管制機組，或單元機組間加裝了聯(lián)絡(luò)母管的機組，可采用停爐不停機的調(diào)峰運行方式。（四）少蒸汽無功運行 少蒸汽無負荷運行也是停爐不停機的全負荷調(diào)峰運行，其特點是不與電網(wǎng)解列，維持汽輪機空轉(zhuǎn)帶無功功率，但汽缸尾部由于摩擦鼓風而發(fā)熱，為防止其超溫，必須供給一定的冷卻蒸汽，故又簡稱少蒸汽運行。當電網(wǎng)負荷增大時，汽輪機可迅速由旋轉(zhuǎn)熱備用狀態(tài)帶上負荷，適應(yīng)調(diào)峰的急需，其特定條件是電網(wǎng)中要有無功功率的需要。冷卻蒸汽的汽源可取自母管或鄰機，由汽缸尾部或一抽汽口送入汽缸。13三三 變壓運行變壓運行（一）單元機組變壓運行的概

8、念 單元機組有兩種不同運行方式：定壓運行和變壓運行。前者是指汽輪機前的主蒸汽壓力和溫度為一定，以調(diào)速汽門開度來適應(yīng)負荷波動。后者是在調(diào)速汽門全開情況下，主汽溫度基本不變，由鍋爐調(diào)整主汽壓力和流量，以適應(yīng)負荷變動。變壓運行又稱滑壓運行。滑壓啟動時不僅汽壓滑升，而且汽溫也相應(yīng)滑升，是變壓運行的一種特殊方式。14（二）變壓運行的優(yōu)點（二）變壓運行的優(yōu)點 高機組可靠性，延長使用壽命 由下圖可知變壓運行時汽溫基本不變，從而大大減小了機組各部件因溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力、熱變形。 圖9-4 不同調(diào)節(jié)方法的汽輪機第一級蒸汽溫度變化 15適應(yīng)負荷變動和調(diào)峰 變壓運行時一、二次汽溫基本不變，汽輪機高溫部件的溫度變化較

9、小，不會引起汽缸和轉(zhuǎn)子過大的熱應(yīng)力、熱變形。 提高機組的經(jīng)濟性 變壓運行時調(diào)速汽門全開，節(jié)流損失不同程度地降低圖9-5 全周進汽機組變壓運行與定壓運行熱耗比較 16（三）變壓運行方式（三）變壓運行方式（a）高負荷變壓運行；（）高負荷變壓運行；（b）低負荷變壓運行；（）低負荷變壓運行；（c）定）定-滑滑-定運行定運行圖圖9-6 復(fù)合變壓運行復(fù)合變壓運行17 純變壓運行 整個負荷變化范圍內(nèi)，所有調(diào)速汽門全開，以調(diào)節(jié)鍋爐出口壓力來適應(yīng)負荷變動 節(jié)流變壓運行 通過調(diào)整調(diào)速汽門的開度，利用鍋爐的蓄能，快速達到增加負荷目的 復(fù)合變壓運行 定壓與變壓運行相結(jié)合的方式，成為復(fù)合變壓運行。18（四）超臨界壓力機

10、組的運行（四）超臨界壓力機組的運行超臨界壓力機組運行，要掌握的技術(shù)措施主要是：1. 防止汽輪機本體及相關(guān)管道進水或積水2. 控制熱應(yīng)力和差脹3. 避免蒸汽攜帶的固體顆粒對汽流通道的沖蝕4. 防止汽輪機通流部分積垢5. 防止汽輪機轉(zhuǎn)子強烈振動19第二節(jié)第二節(jié) 火電廠的熱工自動化火電廠的熱工自動化 火電廠的熱工自動化系統(tǒng)的設(shè)計，必須按照“安全可靠、經(jīng)濟適用、符合國情”的原則，針對機組特點進行，以滿足機組安全、經(jīng)濟運行和啟停的要求。同時，應(yīng)選用技術(shù)先進、質(zhì)量可靠的設(shè)備和元件。20一一 熱工檢測與報警熱工檢測與報警火力發(fā)電機組的熱工檢測應(yīng)該包括下列內(nèi)容： 工藝系統(tǒng)的運行參數(shù) 輔機的運行狀態(tài) 電動、氣動

11、和液動閥門的啟閉狀態(tài)和調(diào)節(jié)閥門的開度； 儀表和控制用電源、氣源、水源及其他必要條件的供給狀態(tài)和運行參數(shù) 必要的環(huán)境參數(shù)21 （二）熱工報警（二）熱工報警22二二 熱工保護與聯(lián)鎖熱工保護與聯(lián)鎖 熱工保護是通過對機組的工作狀態(tài)和運行參數(shù)進行監(jiān)視和控制而起保護作用的。當機組發(fā)生異常時，保護裝置及時發(fā)出報警信號，必要時自動啟動或切除某些設(shè)備或系統(tǒng)，使機組仍然維持原負荷運行或減負荷運行。當發(fā)生重大故障而危及機組設(shè)備安全時，停止機組（或某一部分）運行，避免事故進一步擴大。 作用：在主、輔設(shè)備或電網(wǎng)發(fā)生故障時，熱工保護裝置使機組自動進行減負荷，改變運行方式或停止運行，以安全運行為前提，盡量縮小事故的范圍。2

12、3（一）汽輪機的熱工保護（一）汽輪機的熱工保護 汽輪機保護系統(tǒng)由監(jiān)視保護裝置和液壓系統(tǒng)組成。 汽輪機熱工保護系統(tǒng)： 汽輪機超速、凝汽器真空過低、軸向位移大、軸承振動大、潤滑油壓過低、發(fā)電機冷卻系統(tǒng)故障、手動停機；以及汽輪機進水保護、抽汽阻逆流保護、低壓缸排汽超溫保護、汽輪機真空低保護，高低壓加熱器水位、除氧器水位和壓力保護，汽輪機旁路系統(tǒng)的減溫水壓力低和出口水溫高保護，空冷機組的有關(guān)保護以及旁路保護等，以保障汽輪機的正常啟停和安全運行。24（二）鍋爐的熱工保護（二）鍋爐的熱工保護 爐膛安全監(jiān)控保護爐膛安全監(jiān)控保護 鍋爐的熱工保護鍋爐的熱工保護 主燃料跳閘保護主燃料跳閘保護 鍋爐快速切回負荷保護

13、鍋爐快速切回負荷保護 機組快速切斷保護機組快速切斷保護 25（三）爐機電聯(lián)鎖保護（三）爐機電聯(lián)鎖保護 單元機組的鍋爐、汽輪機、發(fā)電機三大主機是一個完整的整體。每部分都具有自己的保護系統(tǒng)，而任何部分的保護系統(tǒng)動作都將影響其它部分的安全運行。因此需要綜合處理故障情況下的爐、機、電三者之間的關(guān)系，目前大型單元機組逐漸發(fā)展成具有較完整的邏輯判斷和控制功能的專用裝置進行處理，這就是單元機組的大聯(lián)鎖保護系統(tǒng)。 單元機組大聯(lián)鎖保護系統(tǒng)主要是指鍋爐、汽輪機、發(fā)電機等主機之間以及與給水泵、送風機、引風機等主要輔機之間的聯(lián)鎖保護。根據(jù)電網(wǎng)故障或機組主要設(shè)備的故障情況自動進行減負荷、投旁路系統(tǒng)、停機、停爐等事故處理

14、。26 圖圖9-7 爐、機、電大聯(lián)鎖保護系統(tǒng)框圖爐、機、電大聯(lián)鎖保護系統(tǒng)框圖 1 爐、機、電大聯(lián)鎖保護系統(tǒng)爐、機、電大聯(lián)鎖保護系統(tǒng)27其動作如下： 當鍋爐故障而產(chǎn)生鍋爐MFT跳閘條件時，延時聯(lián)鎖汽輪機跳閘、發(fā)電機跳閘，以保證鍋爐的泄壓和充分利用蓄熱。 汽輪機和發(fā)電機互為聯(lián)鎖，即汽輪機跳閘條件滿足而緊急跳閘系統(tǒng)(ETS)動作時，將引起發(fā)電機跳閘；而發(fā)電機跳閘條件滿足而跳閘時，也會導致汽輪機緊急跳閘。 當發(fā)電機變壓器組故障，或電網(wǎng)故障引起主斷路器跳閘時，將導致FCB動作。282 爐、機、電大聯(lián)鎖保護實例爐、機、電大聯(lián)鎖保護實例圖圖9-8 單元機組聯(lián)鎖保護框圖單元機組聯(lián)鎖保護框圖29 鍋爐停爐保護動

15、作或鍋爐給水泵全停時，機組保護動作進行緊急停爐。 當汽輪機發(fā)電機組因保護動作而緊急停機時，單元機組保護系統(tǒng)應(yīng)自動投入旁路系統(tǒng)，開啟凝汽器噴水門，跳開發(fā)電機斷路器，將鍋爐負荷減到點火負荷(最低負荷)。 發(fā)電機甩負荷或鍋爐汽壓過高，則機組保護動作，同時投入旁路系統(tǒng)并開啟凝汽器噴水門，鍋爐減至點火負荷。 1號或2號汽動給水泵有一臺故障而停止運行，或給水壓力低時，機組保護動作， 有關(guān)輔機出力不足，系指送風機、引風機等重要輔機的出力不足。30第三節(jié)第三節(jié) 火電機組計算機控制系統(tǒng)火電機組計算機控制系統(tǒng) 及培訓仿真機及培訓仿真機31一一 火電機組的計算機監(jiān)視系統(tǒng)火電機組的計算機監(jiān)視系統(tǒng) 凡配備有計算機控制（

16、包括DCS）的機組，一般都包括了DAS（Data Acquisition System）功能。32二二 單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（CCS ）（一）模擬量控制系統(tǒng) 模擬量控制的目標是使被調(diào)參數(shù)維持在給定值 圖中 為控制參數(shù)， 為給定值， 為控制量， 稱為偏差。 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器受控對象受控對象spy模擬量控制回路模擬量控制回路-espyspye33 以常用的PID控制規(guī)律為例： 比例 積分 微分增益( )( )( )( )pidde tu tK e tKe t dtKdt=+pKiKdK34（二）單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（二）單元機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 基本設(shè)計思想： 把鍋爐和汽輪機發(fā)電機組

17、作為一個整體,采用了分級、遞階的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，把參數(shù)調(diào)節(jié)、邏輯控制和聯(lián)鎖保護等控制功能結(jié)合在一起，構(gòu)成一種滿足機組在額定工況、變工況、以至于故障條件下控制功能的綜合控制系統(tǒng)。35基本的控制目標1中調(diào)及電網(wǎng)對機組負荷需求變化時，具有快速的負荷響應(yīng)能力，并保證機組運行參數(shù)控制在允許范圍內(nèi)。2主輔機設(shè)備故障時，能自動采取控制措施，保證設(shè)備安全，并盡可能維持故障條件下的運行，不致使機組全停。3正常工況或額定負荷下運行時，克服內(nèi)部擾動，維持各被控參數(shù)在最佳狀態(tài)。 36圖圖9-10單單元元機機組組協(xié)協(xié)調(diào)調(diào)控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖圖直流鍋爐直流鍋爐37 9-10圖中，負荷指令中心接收中調(diào)指令、頻差信號以及反映

18、機組運行工況的參數(shù)，經(jīng)邏輯運算處理，形成機組的實際負荷指令；機爐協(xié)調(diào)器接受以及過程被控參數(shù)、(實發(fā)功率，機前壓力)，壓力設(shè)定值，根據(jù)協(xié)調(diào)控制算法，形成汽輪機指令和鍋爐指令；局部回路控制系統(tǒng)根據(jù)協(xié)調(diào)器輸出的、指令，控制進入汽輪機的進汽量、燃料量、送風量和進水量（直流鍋爐），控制機組的輸出功率，機前壓力和中間點溫度（直流鍋爐）。38圖9-11 單元機組負荷指令中心原理框圖 39常見的協(xié)調(diào)控制策略可分：間接能量平衡和直接能量平衡 間接能量平衡（IEB）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 把機前壓力 作為機爐之間能量是否平衡的標志，并以此進行控制。 直接能量平衡（DEB）協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 則是構(gòu)造出一個表征汽輪機能量需求的信號

19、，并以此信號直接對鍋爐輸入進行控制。 tp40一種常見的一種常見的DEB協(xié)調(diào)控制方案協(xié)調(diào)控制方案使用使用為能量需求信號為能量需求信號 ()1/tspppp()1/tspppp圖圖9-12 使用使用 為能量需求信號的的為能量需求信號的的DEB協(xié)調(diào)控制方案協(xié)調(diào)控制方案()1/tspppp41（三）汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（三）汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH） 汽輪機控制的主要任務(wù)通過控制進入汽輪機的蒸汽量，對汽輪機的負荷、轉(zhuǎn)速以及機前壓力進行控制。 DEH的構(gòu)成以微機裝置（或DCS）作為數(shù)字控制器，通過電液轉(zhuǎn)換驅(qū)動液壓執(zhí)行機構(gòu)，構(gòu)成汽輪機DEH系統(tǒng)。 DEH的功能轉(zhuǎn)速和負荷的自動控制、汽輪機自啟動、

20、主汽壓力控制、自動減負荷（RB）、超速保護（OPC）和閥門測試等。42（四）順序控制系統(tǒng)（四）順序控制系統(tǒng)（SCS） 順序控制一般可分為時間定序式和過程定序式兩種: 時間定序式是按預(yù)定的時間順序而觸發(fā)控制作用的發(fā)生（如啟動/停止、閉合/斷開等）； 過程定序式是依據(jù)生產(chǎn)過程進行的狀態(tài)決定下一步控制作用是否發(fā)生。 順序控制系統(tǒng)接受狀態(tài)信號和操作指令、順序控制系統(tǒng)接受狀態(tài)信號和操作指令、輸出控制信號均為二進制（輸出控制信號均為二進制（0/1）信號；控）信號；控制規(guī)律通過二進制邏輯運算形成。制規(guī)律通過二進制邏輯運算形成。4344 汽輪機停止程序框圖汽輪機停止程序框圖45（五）爐膛安全保護監(jiān)控系統(tǒng)（五）

21、爐膛安全保護監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS ） FSSS的安全功能主要有：1鍋爐點火前的爐膛吹掃2確定點燃暖爐油燃料的條件3確定點燃主燃料（煤粉）和帶負荷的條件4主要輔機設(shè)備故障時的自動減負荷（RB）5主要跳閘時的負荷快速切除（FCB）,實現(xiàn)停機不停爐工況下的鍋爐安全運行6主燃料跳閘（MFT）時的停爐保護7鍋爐發(fā)生MFT或停爐后的爐膛吹掃46（六）分散式控制系統(tǒng)（六）分散式控制系統(tǒng)（DCS） DCS自1975年問世以來，仍然堅持著“三點一線”的結(jié)構(gòu)，但功能和性能都取到了巨大的提高1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的標準化2統(tǒng)軟件及設(shè)備的通用化3組態(tài)語言標準化4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化除此之外，現(xiàn)代DCS還采用了多媒體技術(shù)，使圖像和聲音更加豐富

22、，增強了人機交換功能。47三三 培訓仿真機培訓仿真機 火電機組仿真機是指利用火電機組建模技術(shù)，計算機軟、硬件技術(shù)，儀器儀表技術(shù)及多媒體等技術(shù)而開發(fā)的對火電機組運行、調(diào)試、管理人員進行機組實時運行特性知識及運行技能培訓的裝置。48（一）火電機組仿真機基本原理（一）火電機組仿真機基本原理49（二）仿真機主要部分的作用（二）仿真機主要部分的作用 模型機用于實時數(shù)學模型的計算及其他功能軟件的運行。 盤臺設(shè)備或操作站盤臺儀表系統(tǒng)、大屏幕顯示系統(tǒng)以及DCS操作員站仿真系統(tǒng)是受訓人員進行操作訓練的重要界面，一般與實際機組相同或相似，并實現(xiàn)相同的功能。 教練員站使培訓教員可以啟停仿真機系統(tǒng)，并控制整個培訓過程。 就地操作站用于