汽轮机原理及运行.docx

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汽轮机原理及运行

汽轮机原理及运行

随着工业生产的蓬勃发展，工业污染物的排放，对大气、自然环境的影响和危害越来越大。

国家为保护环境，加大了对工业生产污染物排放的监管力度，国务院专门召开会议部署全国节能降耗减排的工作。

我省焦化、炭黑、水泥等高温冶炼企业比较多，这些企业在生产过程中必然产生大量焦煤气、热量，而这些能源和热能大都没有被再利用，而以不同的排放方式，白白地浪费掉了，还造成了大气环境污染。

事实上，要做到脱硫除尘、净化排放，必须将余热温度降到250゜C以下才能实现，而排放的余热全都在250゜C上，是根本无法脱硫除尘的。

那么，唯一的办法就是将余热再利用，首选发电，实现能量再利用，既提高了原材料利用率，又净化了排放物，大大减少CO2、SO2排放量。

一直以来，这样的好事为什麽没有企业做呢？

原因就在于，利用余热、余气进行发电的机组功率较小，不易并入大电网，或是地处与系统弱联系的区域，根本无网可并。

自发自用，单独运行，又苦于发电机组不能稳定运行。

故而形成目前不能不生产、可排放又超标的困难局面。

余热减排发供电微电网稳定运行综合控制系统的研发，是针对利用余热发电、热电联产的自备电厂运行不稳定、耗能高的问题而进行的。

主要应用于焦化、炭黑、水泥等高温冶炼企业，利用余热发电、热电联产的自备电厂的微电网设备在线数字化状态检测与监控的工艺改造，彻底改造通过气门排放蒸汽调节负荷的传统方法，实现了既稳定运行，又节能降耗减排。

其适用范围和区域主要是产生余热、余气的高温冶炼企业，电网覆盖薄弱地区、电网末端或电网未到达区域，自建的供、用电微电网。

针对这种状况，山西博赛克电力技术有限公司潜心研究开发余热减排发供电微电网稳定运行综合控制系统技术，彻底解决了这些发电机组的运行不稳定问题，真正实现了无网支撑、无忧运行，被称为“自备电厂的革命性技术”，具有国内领先水平。

是一项电力、电网节能降耗技术。

其社会经济意义主要是：

能为上述状况提供完整的工艺改造解决方案，可使这些企业的余热自备电厂的发电设施充分发挥效能，既节能又高效，净化污染物排放，而且用电用户可以使用到与大电网等质的电能，满足生产、生活需求。

山西省长治地区沁新公司2×6000KW煤矸石自备电厂的工艺改造和2×12MW焦化余热自备电厂建设，都是采用了余热减排发供电微电网自稳定综合控制系统技术。

事实雄辩地说明，应用该技术改造余热自备电厂通过气门排空进行负荷调节的传统方法，彻底解决了自备电厂运行的弊端，使之高效节能、安全稳定运行。

肯定可以带动一大批焦化、炭黑、水泥等高温冶炼企业，充分利用余热、余气进行发电。

一是由于余热、余气的充分利用，提高了原材料利用率，大大减少了工业污染物的排放量，而增强了企业的发展后劲，实现了保护环境目标。

二是由于企业的发展，创造了新的就业岗位，惠及百姓，使他们实实在在地分享到了科技创新的经济成果，能够实现很好的社会效益和经济效益，可为构建和谐社会奠定坚实的经济基础。

目前的进展情况，余热减排发供电微电网稳定运行综合控制系统技术，已获得国家发明专利（ZL200610065761.0）和实用新型专利（ZL200620008044X）。

山西省科学技术情报研究所查新称“尚未见其它与本项目上述设计和控制方法相同的公开文献报道。

本项目研制的电力负荷调节系统在控制原理和系统设计方面均具有新颖性。

”其设计缜密巧妙，技术应用全面合理，方案完整有效，能真正解决余热自备电厂的运行问题。

在山西省长治地区沁新煤焦股份有限公司的余热、煤矸石自备电厂无故障运行已达2年时间。

经中国电力科学院检测，其电能质量完全符合国家标准。

本科技项目具有技术设计方案支持，制造工艺保障，是一项可广泛应用于焦化、炭黑、水泥等高温冶炼企业，余热发电机组的能源环保型的创新技术，也是具有自主知识产权的成果在企业开展的中间试验和应用转化项目。

1、汽轮机的级：

一列喷嘴叶栅和其后相邻的一列动叶栅构成的基本作功单元。

2、选择填空：

在膨胀流动过程中，亚音速汽流的速度变化率大于其比体积变化率，通道截面积将随速度的增大而减小；超音速汽流的速度变化率小于其比体积变化率，通道面积将随速度的增大而增大。

3、填空：

（喷嘴损失）是蒸汽在流道内的磨擦而损耗的动能。

4、根据蒸汽在汽轮机内能量转换的特点，可将汽轮机的级分为（纯冲动机）、（反动级）、（带反动度的冲动级）和（复速级）。

5、纯冲动级：

嘴叶栅中进行膨胀，而在动叶栅中蒸汽不膨胀的级称为纯冲动级。

6、带反动度的冲动级：

蒸汽的膨胀大部分在喷嘴叶栅中进行，只有一小部分在动叶栅中进行的级称为冲动级。

7、最佳值使轮周效率达到最大值。

8、最佳速度比为：

（x1）op=1/2cosα1

9、反动级的最佳速度比为：

（x1）op=cosα1

10、简答：

外部损失包括

（1）、轴封漏汽损失；

（2）机械损失

11、多级汽轮机中的余速利用和重热现象，可以使多级汽轮机的内效率与单级汽轮机的内率之比大于1。

12、填空：

汽轮机的内功率减去机械损失，得到（轴端功率）

13、名词：

彭台门系数：

通过喷嘴的任一理想流量与同一初始状态下临界流量的比值为彭台门系数。

14、填空：

当初压降低时，要保持汽轮机的功率不变，则要开大调节阀，（增加进汽量），机组的轴向推力（相应增大）。

15、汽轮机的初温升高，蒸汽在锅炉内的平均吸热温度提高，循环效率提高，（热耗率降低）。

16、排汽压力升高，使（排汽温度）升高。

17、当外负荷增加时，使汽轮发电机组的转速降低。

18、汽轮机内效率的大小主要取决于汽轮机通流部分的结构和机组运行中所带负荷的水平。

19、汽轮机的调节方式有喷嘴调节、节流调节、滑压调节和复合调节。

20、

（1）、喷嘴调节在调节过程中，随着各调节阀的逐个依次开启。

（2）、节流调节同时改变几个调节阀的开度。

（3）、滑压调节，滑压运行在部分负荷下节流损失最小。

（4）、复合调节方式是定压运行和滑压运行的组合。

21、名词:

调节系统的静态特性:

稳定工况时，机组功率与转速的对应关系称为调节系统的静态特性。

22、调节系统设置同步器后不改变其静态特性，只是将静态特性曲线近似平移。

23、名词：

迟缓率：

是在外负荷变化、机组输出功率未变的时间内，转速的最大变化量与额定转速的比值。

24、调节系统的动态品质：

（1）、调节系统的动态稳定性；

（2）动态超调量；（3）过渡时间

25、名词：

动态稳定性：

是指机组受到扰动时，能由一个稳定工况过渡到新的稳定工况，扰动的动态响应曲线是收敛的。

26、转子飞升时间常数越小，表明转子越易加速，超速可能性越大，转子飞升时间常数的大小与机组额定功率的比值成反比。

27、提高油动机工作油压，可减小油动机活塞直径，相应减小油动机时间常数。

28、填空：

为了补偿再热器容积所造成的机组功率滞后，可在调节系统中增设（动太校正器）。

29、简答：

危急跳闸系统主要监视汽轮机转速超限、推力瓦磨损、润滑油压低、EH油压低、凝汽器真空低。

30、问答：

功率校正有两个作用：

其一是在调节的动态过程中，造成高压调节阀动态过调，以补偿中、低压缸功率变化的滞后；其二是对发电机输出功率进行细调，达到精确控制机组输出电功率的目的。

31、单元机组协调控制的主要目的是在外负荷变化时，尽快调整锅炉燃烧率和汽轮机的阀门开度，使能量供求达到新的平衡。

32、为什么增设协调控制的主调节器？

答：

用以改变机炉调节系统的调节指令，协调机炉之间的能量平衡，控制运行方式的切换。

33、名词：

热耗量Q0：

在单位时间（每小时）内消耗的热量称为热耗量。

34、汽耗率d0:

机组单位发电量（KW。

h）所消耗的蒸汽量（kg）称为

35、热耗率是单位发电量所消耗的热量，可以反映不同容量、不同参数机组的热经济性。

36、问答：

造成加热器端差上升的原因：

（1）因加热器水管破裂造成水从管内流出或者因疏水器失灵以至汽侧水位升高而淹没加热器水管，致使蒸汽凝结放热的面积减小，表现为加热不足，端差上升。

（2）加热器抽气系统故障或者加热器漏气严重（对于处于真空状态的加热器而言），致使加热器内不凝结气体积聚。

这些气体附着在水管外侧，致使传热恶化，端差上升。

（3）加热水管的表面被污染或结垢，使传热热阻增加，端差上升。

（4）、电厂常采用堵管的方法来临时解决加热器水管破裂的问题，而不至完全切除加热器，但是当堵塞的管束过多时，就会造成传热面积减小而引起端差的上升。

37、机组运行时，抽汽压损增加将使加热器内压力降低，若端差不变，则加热器出口水温降低。

38、加热器切除机组的热经济性会因此而降低。

切除高压加热器后在新汽流量保持不变且通流部分又允许时，将获得可观的超额功率，但热经济性降低。

39、加热器的疏水方式一般有两种，一种是逐级自流，一种是采用疏水泵将疏水送入回热器出口凝结水管道。

40、凝汽器水位过高，真空降低，过冷度增大。

41、滑压运行负荷调节优点：

（1）、滑压运行可以提高汽轮机对外负荷变化的适应性。

（2）滑压运行可以延长机组使用寿命（3）、滑压运行在一定程度上提高了机组热经济性。

42、为什么滑压运行与定压运行相比，在相同的部分负荷下，汽轮机的相对内效率相应提高？

答：

（1）部分负荷下保持开启的调节阀处于全开状态，进汽节流损失相应减小。

（2）调节级具有压力级的特性，在部分负荷下可保持级效率不变，（3）末级组各级的湿度相对减小，而减少了湿气损失，从而提高了末级的级效率。

43、为什么在相同的部分负荷下可降低水泵的耗功量，减少厂用电的消耗？

答：

滑压运行低负荷时，锅炉给水流量和压力随之减少，给水泵可以低转速运行，因此可以采用调速给水泵，特别是采用变速小汽轮机带动给水泵。

44、高负荷时，主蒸汽压力采用定-滑-定方式

45、调峰：

电网对负荷进行调节，使系统的发电量和供电量保持平衡，电网的这一调节过程称为调峰。

46、汽耗率不但与有效汽耗，而且与空载汽耗有关。

47、填空：

对于包括锅炉在内的单元机组，其负荷的经济分配应按能耗微增率相等的原则进行，即当总负荷一定时，各单元机组所分配的负荷使其微增率相等，总的能耗达到最小。

48、金属材料在受力较大时，可能产生塑性变形，称为屈服现象。

试件受拉力时的应力值，称为材料的屈服极限。

49、金属材料在一定的温度和拉力持续作用下，会发生断裂。

温度愈高、应为愈大，其断裂前的承载时间愈短。

50、工程上定义材料试件经历10ˇ7次应力循环才断裂的应力变化幅值为材料的疲劳极限。

51、汽缸壁的平均应力与其汽缸内、外压力差成正比。

52、喷嘴叶栅流道积垢，将使隔板两侧蒸汽的压力差增大。

53、转子内每一层都承受其外层质量产生的离心力，因此其中心孔表面、叶轮轴向中心线处的切向离心拉应力最大。

54、等截面直叶片型线根部截面的弯矩最大，弯曲应力也最大。

55、蒸汽对动叶作用力的方向是动叶片型线背弧的弯曲应力为压应力。

56、影响转子相对胀差的因素：

（1）、通流部分各级蒸汽温度的变化速度。

（2）、轴封供汽温度。

（3）、汽缸法兰内、外壁温差。

（4）汽缸夹层的蒸汽温度。

（5）、汽缸排汽温度。

（6）、摩擦鼓风损失。

（7）转子的回转效应。

57、对一个动叶片而言，每经过一个喷嘴流道，蒸汽对动叶片的冲击力变化一次。

这种交变的蒸汽作用力称为高频激振力。

58、动叶片振动的分类：

B型振动其顶点平衡位置不动，振幅为零。

59、频率分散度是同一级叶片自振率的最大值fmax-和最小值fmin之差与其平均值之比。

60、不调频叶片的安全准则为：

Ab≥［Ab］。

61、不允许叶片或叶片组在共振条件下工作，称为调频叶片。

62、综合题：

衡的离心力的原因：

（1）、转子质量不平衡。

（2）、转子弯曲造成质量不平衡。

（3）、转子上套装零件松动造成的质量不平衡。

转子质量不平衡引起各自振动的特征：

由于不平衡离心力与转速的平方成正比，受迫振动的振幅也与转速的平方成正比。

对于转子弯曲造成的质量不平衡，不平衡离心力的方向与转子弯曲的方向一致。

转速不变，其最大振幅的相位与晃度相位的夹角不变；转速升高，此夹角随之增大。

对于套装件松动造成的质量不平衡，其定位键限制质量偏心的方向，最大振幅的相位与其定位键的相位有关。

转速升高，最大振幅的相位与其定位键相位的夹角增大，且松动间隙加大，振幅随转速升高增加的比例大于转速的平方。

63、工作转速高于临界转速的为挠性转子。

64、额定参数启动采用母管制连接的汽轮机。

65、对于采用滑参数启动的机组，锅炉点火前，凝汽器内应建立适当的真空。

66、冲转前减小转子偏心率的方法是进行较长时间的连续盘车。

67、冲转时进入汽轮机的蒸汽，其过热度应大于50℃

68、汽轮机启动的冲转方式：

（1）、主汽门或其旁路阀控制冲转。

（2）、调节阀控制冲转。

（3）中压调节阀控制冲转。

69、中压缸启动：

启动冲转时，高压缸处于隔离状态，主蒸汽经高压旁路进入再热器，从而保证再热蒸汽温度符合热态启动中压缸对进汽参数的要求。

在机组并网前后，切换为高压缸进汽，这种启动方式称为中压缸启动。

70、所谓“并网”就是将发电机的输出端通过隔离开关与电网相接通，使发电机输出的电功率送入电网，供用户使用。

并网条件：

隔离开关两侧电压相等，其相位对应，且频率相同。

71、同步发电机输出电压的频率与电网供电频率相同。

72、主汽门关闭是停机过程的重要标志。

在主汽门关闭后，切断汽轮机的进汽，*转子旋转惯性克服摩擦的降速过程称为“惰走过程”。

73、与冷态启动比，热态启动要求轴封供汽温度较高。

74、汽轮机启动过程的优化原则（目标）：

启动过程的优化目标是在确保机组安全的前提下，尽可能加快启动速度。

75、大修停机应尽可能利用停机过程，对汽缸和转子进行冷却，故大修停机多采用滑参数停机。

76、造成汽轮机转子失效的原因：

（1）、交变应力的反复作用下，造成转子材料脆化而产生疲劳裂纹。

（2）、另一原因是材料的高温蠕变。

77、从新机转子出现第一条可风裂纹到转子失效，所经历的低周交变应力的循环次数，定义为残余寿命。