汽轮机热工知识培训课件

汽轮机热工知识培训课件第一章汽轮机基础概述汽轮机的定义与分类发电用汽轮机船用汽轮机工业用汽轮机应用于火力发电厂将蒸汽热能转换为电能用于大型船舶动力推进系统具有结构紧应用于化工、冶金、制药等工业领域既提,,,,是电力系统的核心设备功率范围从几十兆凑、可靠性高的特点广泛应用于军舰、大供机械动力又可实现热电联产综合能源利,瓦到超过千兆瓦的超超临界机组型货轮和豪华邮轮用效率高按用途分类按结构分类根据汽轮机的应用场景和服务对象可分为发电用、船用和工业用三大类凝汽式汽轮机蒸汽在汽轮机内完全膨胀至真空状态热效率最高,:,型各具特定的技术特点和性能要求,背压式汽轮机排汽压力高于大气压适合热电联产:,汽轮机的工作原理热能输入锅炉产生的高温高压蒸汽携带大量热能进入汽轮机,蒸汽参数通常为540-600℃、15-30MPa膨胀做功蒸汽在喷嘴和动叶片中膨胀,压力和温度降低,将热能转化为动能,推动转子高速旋转机械输出转子带动发电机转子旋转,机械能最终转化为电能输出,实现能量的梯级利用朗肯循环中的核心作用汽轮机是朗肯热力循环的膨胀部件,与锅炉、凝汽器、给水泵共同构成完整的热力循环系统蒸汽在汽轮机中经历等熵膨胀过程,理想状态下可达到最高理论效率实际运行中,由于摩擦损失、漏汽损失等因素,实际效率约为理想效率的85-90%汽轮机主要部件介绍转子系统1转子是汽轮机的旋转部件,包括主轴和安装在轴上的叶轮转子需承受高温、高压和高速旋转产生的巨大应力,对材料强度和加工精度要求极高现代大型汽轮机转子通常采用整锻转子,重量可达数百吨静止部件2包括汽缸、隔板、喷嘴等定子部件,构成蒸汽流动通道汽缸分为高压缸、中压缸和低压缸,采用内外缸双层结构以减少热应力隔板上安装导向叶片,引导蒸汽以最佳角度进入动叶片轴承与密封3轴承支撑转子并承受径向和轴向载荷,通常采用滑动轴承和推力轴承组合密封系统包括轴端密封、隔板密封等,防止蒸汽泄漏,提高效率现代汽轮机多采用汽封和碳环密封相结合的方式辅助系统汽轮机内部结构剖面高压级中压级低压级叶片短小承受最高蒸汽参数材料要求严格蒸汽再热后进入温度高但压力适中叶片长大蒸汽湿度增加需防止水蚀,,,,,第二章汽轮机热工系统详解热工系统是汽轮机组的血液循环系统包括蒸汽系统、给水系统、凝结水系统等多个子系统这些系统相互关联共同构成完整的热力循环直接影响机,,,组的热效率、安全性和经济性本章将深入剖析各热工系统的工作原理、热工特性及优化策略蒸汽系统及其热工特性主蒸汽系统再热蒸汽系统锅炉产生的新蒸汽通过主蒸汽管道进入汽轮机高压缸主蒸汽参数是决定热效高压缸排汽返回锅炉再热器加热后,进入中压缸继续做功再热技术可有效提率的关键因素,现代超超临界机组主蒸汽压力可达30MPa以上,温度达高循环热效率2-3个百分点,同时降低低压缸末级蒸汽湿度600℃•再热蒸汽温度通常与主蒸汽温度相同•主蒸汽压力控制精度要求±

0.5MPa•再热压力约为主蒸汽压力的1/4-1/5•温度波动需控制在±5℃范围内•再热减温水量需精确控制•管道热膨胀补偿和应力监测至关重要蒸汽参数对热效率的影响主蒸汽压力MPa热效率%从图表可以看出,提高主蒸汽压力可显著提升热效率,但边际效益递减同时需考虑材料、制造成本和运行安全性的平衡蒸汽流动过程中的节流损失、摩擦损失和漏汽损失是主要热损失来源,需通过优化管道设计、改进密封技术和加强运行管理来降低回热系统与热效率提升回热加热器的作用回热系统从汽轮机不同压力级抽取部分蒸汽,加热凝结水和给水,提高进入锅炉的水温,减少锅炉热负荷,显著提升循环热效率01低压加热器3-4级,加热凝结水至130-160℃02除氧器

0.6-

1.2MPa,加热至对应饱和温度03高压加热器2-3级,加热给水至280-300℃回热循环热工参数分析抽汽压力:根据加热器压力等级匹配,需考虑管道压降端差:加热器出口水温与加热蒸汽温度的差值,一般控制在2-5℃疏水冷却段:充分利用疏水余热,提高回热效率最佳抽汽量:平衡回热效益与汽轮机功率损失典型案例机组回热系统:600MW某600MW超临界机组配置8级回热加热器3级低加+除氧器+4级高加,给水温度从33℃提升至290℃,循环热效率提高约5个百分点年节约标煤约3万吨,经济效益显著给水系统与除氧系统凝结水泵1将凝汽器热井中的凝结水升压送至低压加热器,扬程约

1.5-

2.0MPa2低压加热器利用低压抽汽逐级加热凝结水,温度逐步升高除氧器3热力除氧去除水中溶解氧,防止设备腐蚀,同时继续加热4给水泵将除氧后的水加压至高于锅炉工作压力,扬程可达30-35MPa高压加热器5利用高压抽汽进一步加热给水至接近饱和温度6进入锅炉高温高压给水进入锅炉省煤器,完成热力循环除氧器工作原理及热工影响除氧器采用热力除氧原理,利用汽轮机抽汽加热给水至饱和温度,根据亨利定律,水中溶解氧的溶解度随温度升高而降低,在饱和状态下接近于零关键热工参数•除氧器压力:

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1.2MPa对应饱和温度158-188℃•出水含氧量:≤7μg/L国标要求•除氧器水位:维持在正常水位范围•抽汽量调节:根据负荷变化自动调整凝结水系统与排污系统凝结水回收热量利用乏汽在凝汽器中凝结成水,温度约33-40℃,水质纯净,凝结水携带的热量通过低压加热器回收利用,提高给水是宝贵的二次能源凝结水回收率直接影响补充水量温度若凝结水回收率下降,需增加补充水量,相当于向和除盐水处理成本外界排放大量低品位热能水质管理凝结水水质要求高,需严格控制硬度、含氧量、电导率等指标精处理系统进一步净化凝结水,防止锅炉结垢和腐蚀排污系统的热工管理锅炉排污分为连续排污和定期排污,目的是控制锅炉水综合节能策略质,排出炉水中的盐分、水渣和泥垢排污水温度高达

1.优化排污率,平衡水质要求与热损失350℃以上,含有大量热能

2.提高凝结水回收率,减少补充水量排污热量回收

3.加强凝汽器端差管理,降低背压•连续排污扩容器:降压扩容产生二次蒸汽

4.定期清洗加热器,保持良好传热性能•排污水冷却器:加热凝结水或补充水

5.实施疏水回收,杜绝跑冒滴漏•热量回收率可达60-80%通过系统化的热工管理,可使机组热耗率降低100-200kJ/kWh,年节约标煤数千吨热力循环系统全景给水循环凝结水经加热、除氧、加压后进入锅炉,完成水循环给水品质和温度直接影响锅炉效率和安全蒸汽循环高温高压蒸汽在汽轮机内膨胀做功,经再热、多级膨胀后进入凝汽器,将热能转化为机械能冷却循环循环冷却水带走凝汽器热量,维持真空冷却水温度和流量影响凝汽器端差和机组背压整个热力系统是一个有机整体,各子系统相互影响、相互制约只有深入理解各系统的热工特性及相互关系,才能实现机组的优化运行第三章汽轮机运行与热工监测汽轮机运行状态的实时监测和准确诊断是保障机组安全、经济运行的关键热工参数是反映机组运行状态的生命体征通过对温度、压力、流量等参数的精密测量和科学分,析可以及时发现异常预防事故优化运行本章将重点介绍热工参数监测要点、故障分,,,析方法和维护管理策略汽轮机热工参数监测要点123温度测量压力测量流量测量关键测点:关键测点:关键测点:•主蒸汽温度、再热蒸汽温度精度±2℃•主蒸汽压力、再热蒸汽压力精度

0.2级•主蒸汽流量热量平衡计算基准•各级抽汽温度、排汽温度•各级抽汽压力、背压•给水流量、凝结水流量•轴承温度、油温报警值65℃,跳闸值75℃•凝汽器真空度影响效率和安全•各级抽汽流量•汽缸金属温度、法兰温度•轴封供汽压力、油压•循环冷却水流量测量方式:热电偶、热电阻、红外测温测量方式:压力变送器、真空表、差压变送器测量方式:孔板流量计、文丘里管、涡街流量计热工参数异常识别监测仪表维护主蒸汽温度偏低:锅炉燃烧异常、减温水过量

1.定期校验,确保测量精度一般每年一次真空度下降:凝汽器泄漏、真空泵故障、循环水量不足

2.检查取样管路,防止堵塞和泄漏轴承温度升高:润滑油质量差、轴承磨损、油温过高

3.清洁传感器,保证灵敏度振动增大:转子不平衡、轴承损坏、基础松动

4.维护记录完整,建立仪表台账

5.备品备件充足,快速响应故障热工故障及异常分析过热故障冷凝系统故障泄漏故障汽轮机过热可能导致金属强凝汽器真空度下降导致排汽蒸汽泄漏导致效率下降和安度下降、变形甚至烧损主压力升高机组效率降低严全隐患油系统泄漏可能引发,,,要原因包括冷却不足、摩擦重时影响安全运行常见原火灾泄漏部位法兰接口、:发热、蒸汽温度过高等过因凝汽器管泄漏、循环水量阀门填料、轴封、管道焊缝:热征兆金属温度异常升高、不足、真空系统泄漏、射水等征兆现场有蒸汽冒出、::轴承温度超标、油温升高、泵或真空泵故障温度场异常、流量异常、油振动增大位下降应对措施氦检漏查找泄漏:应对措施立即降负荷或停点、清洗凝汽器管束、检查应对措施加强巡检、红外::机检查、加强冷却、检查润循环水泵、修复真空系统密热像仪检测、及时紧固或更滑系统、分析蒸汽参数异常封换密封、停机检修处理严重原因泄漏典型故障案例某电厂机组运行中真空度突然下降排汽温度升高经检查发现凝汽器铜管泄漏循环水进入凝结水系统立即切换备用凝300MW2kPa,5℃,汽器管段查找并堵漏真空恢复正常此故障如不及时处理可能导致水质恶化、锅炉结垢甚至被迫停机,,,,热工系统的日常维护与管理日常巡检1每班次巡检热工设备运行状态,记录关键参数,检查有无泄漏、异响、振动异常重点关注轴承温度、油压、真空度等关键指标2周期维护每周清洁过滤器、检查油质、紧固螺栓;每月校验重要仪表、检查安全阀、清理疏水器;每季度进行系统漏点查找和保温检查年度检修3小修:清洗加热器、检查阀门、更换密封件、校验仪表1-2周中修:解体检查转子、叶片、轴承,更换磨损部件1个月大修:全面检修,性能试4技术管理验2-3个月建立热工台账和技术档案、编制操作规程和维护手册、开展技术培训和应急演练、实施状态检修和预知性维护、推广先进技术和管理经验节能运行管理规章制度技术监督•优化运行参数•运行规程•热工保护定期试验•保持设备清洁•检修规程•热工参数验收•减少能量损失•安全规定•热耗率考核•提高负荷率•应急预案•设备缺陷管理现场热工监测与操作分散控制系统就地仪表便携式仪器DCS集中显示、操作和控制热工参数实现机组自安装在设备现场的温度计、压力表等作为红外测温仪、测振仪、内窥镜等用于设备状,,,动化运行提供历史数据查询和趋势分析功能的补充和备用便于现场快速判断设备状态检测和故障诊断是技术人员的重要工具,DCS,,态第四章汽轮机热工优化与节能技术随着能源资源日益紧张和环保要求不断提高汽轮机热工优化和节能技术成为电力行业的重要研究方向通过提高蒸汽参数、优化循环系统、应用新材,料新技术、实施智能化管理可以显著提升机组效率降低能耗和排放本章将介绍当前先进的热工优化技术和节能措施为机组改造升级提供参考,,,提高汽轮机热效率的技术路径第二步增加再热级数:第一步提高蒸汽参数:采用一次再热或二次再热技术,提高平均吸热温度,降低排汽湿度二次再热可使采用超超临界技术,主蒸汽压力提升至30MPa以上,温度达600-620℃每提高效率再提高2-3个百分点,700℃超超临界机组已实现商业化应用蒸汽温度10℃,热效率可提高约

0.6-

0.8个百分点材料技术是关键制约因素第四步降低各项损失:第三步优化回热系统:减少机械损失、电气损失和热损失改进叶片型线,降低叶栅损失;改善密封,减少增加回热级数,优化抽汽参数,采用先进的加热器设计合理配置高、中、低压加漏汽损失;优化冷却系统,降低排汽背压热器,使给水温度逐级升高,最大限度回收蒸汽热能余热回收利用技术乏汽余热利用:供热、海水淡化、余热发电排污水余热回收:扩容器、换热器烟气余热利用:空气预热器、省煤器冷却水余热:循环利用、梯级利用新型热工材料与涂层技术高温合金材料耐热钢镍基高温合金、钴基合金等可承受700℃以上高温,具有优P

91、P

92、P122等新型耐热钢,铬含量9-12%,加入钼、异的蠕变强度和抗氧化性能应用于汽缸、转子、叶片等钨、钒等合金元素,提高高温强度和抗氧化性广泛用于高高温部件,是实现高参数机组的物质基础最新开发的单晶温蒸汽管道、集箱、汽缸等部件使用温度可达620-高温合金可承受750℃工作温度650℃陶瓷涂层热障涂层TBC在金属表面喷涂氧化锆等陶瓷材料,隔热效果显著,可使金属基体温度降低100-200℃应用于叶片、燃烧室等高温部件,延长使用寿命,提高可靠性叶片冷却与热保护技术高温燃气轮机和蒸汽轮机高温级叶片需要采用复杂的冷却结构性能提升案例和先进的热保护措施:某电厂对600MW机组高压缸采用新型P92钢改造,更换关键部内部冷却:叶片内部设计冷却通道,通入冷却介质件,主蒸汽温度从540℃提高到600℃,机组热效率提高

1.2个气膜冷却:通过叶片表面小孔喷出冷却气体,形成隔热气膜百分点,年节约标煤

1.5万吨投资回收期约5年,经济效益和社会效益显著发汗冷却:通过多孔材料渗出冷却介质,降低表面温度热障涂层:陶瓷涂层保护,降低热应力智能监测与热工诊断技术数据采集数据传输高密度传感器网络实时采集温度、压力、振动、应变通过工业以太网、无线网络将海量数据传输至集中服等数百个参数,采样频率可达千赫兹级务器,保证数据完整性和实时性持续优化智能分析通过数据反馈和经验积累,不断完善算法模型,提高利用大数据分析、机器学习算法对运行数据进行挖诊断准确率和预警提前量掘,识别异常模式,诊断故障征兆预测维护预警决策根据设备状态评估结果,制定科学的维护计划,实现从建立专家系统和知识库,实现故障早期预警,提供维护定期维护到状态维护的转变建议和优化方案,指导运行决策大数据与在热工优化中的应用AI性能优化:基于历史数据建立机组性能基准模型,实时对比分析,发现效率下降原因智能化案例负荷预测:利用深度学习预测电力需求,优化机组调度和启停某集团公司建立了覆盖全部火电机组的智能监测平台,接入50余台机组故障诊断:训练神经网络识别故障特征,实现自动诊断的实时数据,累计数据量超过100TB通过AI算法分析,成功预警故障寿命预测:根据运行工况和材料特性,预测部件剩余寿命200余次,避免非计划停机损失超过1亿元,机组平均热耗率降低50kJ/kWh智能热工监测系统架构12感知层传输层传感器、变送器、智能仪表工业总线、以太网、5G网络34平台层应用层数据库、云计算、边缘计算监测、诊断、优化、决策关键技术核心功能应用价值•物联网技术•实时监测•提高可靠性•数字孪生•故障预警•降低维护成本•云边协同•性能评估•提升效率•机器学习•优化建议•延长寿命第五章汽轮机热工安全与环保汽轮机热工系统涉及高温、高压、高速旋转等危险因素安全管理至关重要同时火力,,发电对环境的影响不容忽视必须采取有效措施控制污染排放本章将系统阐述热工系统,的安全风险、防范措施、环保要求和绿色发展趋势树立安全第

一、绿色发展的理念,热工系统安全风险与防范高温蒸汽安全管理设备泄漏与爆炸风险主要风险:泄漏危害:•蒸汽管道爆裂:高压蒸汽瞬间释放,产生冲击波和高温喷射•蒸汽泄漏:能量损失、环境湿度大、影响视线•人员烫伤:接触高温表面或蒸汽泄漏•氢气泄漏:遇明火爆炸发电机冷却氢气•热应力破坏:温度剧变导致设备变形、裂纹•油系统泄漏:火灾隐患、环境污染•热膨胀损坏:支吊架失效、管道碰摩•化学品泄漏:腐蚀、中毒风险防范措施:防范措施:

1.严格控制升温升压速率,遵守启动曲线

1.建立泄漏检测和定期巡检制度

2.定期检验管道和承压部件,进行无损探伤

2.安装可燃气体报警装置和消防系统

3.完善保温和隔热措施,设置安全警示标识

3.设置事故排油坑和隔油池

4.配备个人防护装备,加强安全教育培训

4.加强密封管理,选用高质量密封件

5.安装安全阀、爆破片等超压保护装置

5.制定应急处置预案,定期演练事故案例警示某电厂检修后启机过程中,因升温速度过快,高压外缸与转子温差超过允许值,导致动静摩擦,转子弯曲变形,被迫长时间停机检修,直接经济损失超过2000万元此事故暴露出操作规程执行不严、温度监测不到位等问题,教训深刻环保要求与热工排放控制热工系统对环境的影响热污染循环冷却水排放使水体温度升高,影响水生生态现代电厂普遍采用冷却塔,减少热排放水资源消耗蒸汽循环系统需要大量补充水推广空冷技术,减少耗水量噪声污染汽轮机、风机、泵等设备产生噪声采取隔声、消声措施节能减排技术措施提高热效率:减少化石燃料消耗,降低CO₂排放余热利用:充分回收低品位热能,实现能量梯级利用清洁燃料:使用天然气、生物质等清洁能源碳捕集:CCS/CCUS技术捕集CO₂,实现近零排放水循环:中水回用、海水淡化,减少新鲜水消耗国家标准与行业规范标准类别主要内容典型标准能效标准规定机组热耗率、厂用电率等能效指标GB/T19762《火力发电厂能效指标限额》排放标准限制烟尘、SO₂、NOₓ排放浓度GB13223《火电厂大气污染物排放标准》用水标准规定取水量、耗水率、污水排放标准GB/T18916《火力发电企业取水定额》噪声标准限制厂界噪声排放GB12348《工业企业厂界噪声标准》绿色发电与热工系统的未来趋势低碳技术循环经济发展超超临界、二次再热技术,提高煤电效率至50%实现煤电废弃物资源化利用,粉煤灰、炉渣、脱硫石膏以上;应用碳捕集与封存技术,实现煤电近零排放等副产品综合利用率超过95%灵活性改造新能源融合提升机组调峰能力,实现深度调峰和快速启停,适火电机组参与调峰,为风电、光伏提供调节服务;应新型电力系统要求发展光热发电与汽轮机结合技术智慧电厂氢能应用应用人工智能、数字孪生技术,实现电厂全生命周期智绿氢与煤炭混燃发电,降低碳排放;发展氢燃气轮机联能化管理和无人值守运行合循环发电技术双碳目标下的热工技术变革在碳达峰、碳中和战略目标下,火电行业面临深刻转型汽轮机热工技术将向更高参数、更高效率、更清洁、更灵活的方向发展未来的热工系统将更加智能化、数字化、绿色化,与新能源系统深度融合,为构建清洁低碳、安全高效的能源体系贡献力量第六章典型案例分析与实操指导理论知识需要在实践中应用和检验本章通过典型大型机组案例分析和实际故障诊断演练帮助学员将所学热工知识转化为实际工作能力我们将深入剖析超超临界,1000MW机组的热工系统设计、运行经验和改造实践并通过故障诊断实操演练提升学员的问题,,分析和解决能力超超临界汽轮机热工系统案例1000MW℃1000MW60027MPa46%机组容量蒸汽温度主蒸汽压力热效率单机容量达到千兆瓦级,是当前火电主力主蒸汽和再热蒸汽温度均达600℃高温超超临界参数,远高于临界压力

22.1MPa净效率超过46%,处于世界领先水平机型水平设备结构与热工参数详解汽轮机本体型式:单轴、四缸四排汽、一次中间再热转速:3000rpm50Hz电网高压缸:单缸双流,10级反动式中压缸:单缸双流,10级反动式低压缸:两个双流缸,共8级反动式末级叶片:1220mm钛合金叶片主要热工参数•主蒸汽流量:2900t/h•再热蒸汽流量:2400t/h•排汽压力:

4.9kPa绝压•给水温度:290℃•回热抽汽:8级3级低加+除氧器+4级高加运行中热工问题及解决问题1:高压缸效率下降原因:高压缸内漏增大解决:停机检查,更换汽封,效率恢复问题2:凝汽器真空波动原因:循环水温季节性变化解决:优化真空泵运行方式,调整凝汽器铜管投用数量问题3:轴承振动超标原因:转子动平衡破坏解决:现场动平衡调整,加配平衡块,振动降至合格范围节能改造效果评估热工故障诊断实操演练0102数据采集异常识别通过DCS系统和现场仪表,采集机组运行的全部热工参数,包括温度、压力、流量、功对比历史数据和设计值,识别偏离正常范围的参数重点关注突变量、趋势性变化、率等数据,记录时间序列变化参数间的耦合关系0304原因分析现场检查根据热工原理和设备特性,分析可能的故障原因运用热平衡、质量平衡、能量平衡到现场查看设备状态,检查泄漏点、振动、温度异常等使用测振仪、红外测温仪、方法进行定量计算听诊棒等工具辅助诊断0506故障定位制定方案综合数据分析和现场检查结果,准确定位故障部位和性质,判断故障严重程度和发展趋根据故障情况,制定处理方案紧急情况立即停机检修,一般故障安排机会处理,并采取势临时措施降低影响典型故障诊断案例案例一真空度异常下降:现象:凝汽器真空从-96kPa下降至-94kPa,排汽温度升高3℃,机组功率下降5MW数据:循环水进出口温差正常,真空泵运行正常,凝结水硬度升高诊断:凝汽器铜管泄漏,循环水进入凝结水系统处理:氦检漏查找泄漏管,隔离或堵漏,真空恢复案例二轴承温度突升:现象:3号轴承温度从60℃升至75℃,触发报警,振动正常数据:润滑油压正常,油温正常,回油温度高诊断:轴承油档磨损,润滑油流量不足处理:停机检查轴承,更换油档和轴瓦,温度恢复正常案例三高加出口水温低:现象:1号高加出口水温从280℃降至270℃,给水温度下降,煤耗上升数据:高加抽汽压力正常,水侧流量正常,端差增大诊断:高加传热管结垢,传热系数下降处理:安排停机清洗高加,恢复传热性能掌握汽轮机热工知识保障安全高效运行,系统的理论基础丰富的实践经验从基础概念到系统原理,构建完整的热工知识体系典型案例剖析,故障诊断演练,理论与实践结合绿色发展理念严格的安全意识关注节能减排,推动火电绿色低碳转型树立安全第一理念,掌握风险防范措施持续学习不断进步,汽轮机热工技术不断发展,新材料、新工艺、新技术层出不穷只有持续学习,紧跟行业前沿,才能适应技术进步的要求希望各位学员将本课程作为起点,在实际工作中不断实践、总结、提高,成长为优秀的热工技术人员共同推动火电行业高质量发展安全保障提质增效绿色转型掌握热工知识,规范操作流程,消除安全隐患,确保机优化运行参数,实施节能改造,降低能耗和成本,提升应用先进技术,减少污染排放,促进火电清洁高效发展,组安全稳定运行企业竞争力助力双碳目标感谢各位学员的参与学习!让我们携手并进,为电力事业的发展贡献力量!。