1、第三章 單元機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行及壽命管理3.1 單元機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行一、電網(wǎng)負(fù)荷分析 電網(wǎng)負(fù)荷曲線機(jī)組按年負(fù)荷率和年運(yùn)行小時(shí)數(shù)可分為兩類：承擔(dān)基本負(fù)荷機(jī)組；調(diào)峰負(fù)荷機(jī)組。1.基本負(fù)荷機(jī)組 承擔(dān)最低負(fù)荷線以下的部分，機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)數(shù)超過7000h，年負(fù)荷率90以上。 要求滿負(fù)荷長(zhǎng)期高效率滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。如大型核電、火電、水電機(jī)組。 2.調(diào)峰負(fù)荷機(jī)組 承擔(dān)最低至最高負(fù)荷線之間（即峰谷差）部分，分兩類： 1) 尖峰負(fù)荷機(jī)組：承擔(dān)平均負(fù)荷線至最高負(fù)荷線的部分。年運(yùn)行小時(shí)數(shù)不超過2000h，年負(fù)荷率低。機(jī)組應(yīng)能隨時(shí)迅速啟停。通常為中小型火電、水電、燃?xì)廨啓C(jī)、柴油機(jī)機(jī)組。2) 中間負(fù)荷機(jī)組：承擔(dān)最低負(fù)荷線至平均負(fù)荷

2、線的部分。機(jī)組年負(fù)荷率4050%，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)約為20004000h。應(yīng)能在夜間長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行而效率下降不多，或按兩班制運(yùn)行。通常為大容量火電、水電機(jī)組。二、火電機(jī)組調(diào)峰性能要求 良好的啟停靈活性。夜間低谷負(fù)荷時(shí)，機(jī)組能及時(shí)停機(jī)或帶低負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，次日早晨迅速再啟動(dòng)并按電網(wǎng)要求變負(fù)荷運(yùn)行。因此，機(jī)組應(yīng)有良好的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)間短，啟停熱損失和壽命損耗小。良好的低負(fù)荷運(yùn)行性能。最低連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷：燃煤機(jī)組40%MCR；燃油機(jī)組25%MCR。快速的負(fù)荷變化能力。機(jī)組負(fù)荷變化率應(yīng)大于5%MCR。較高的熱經(jīng)濟(jì)性。 三、調(diào)峰機(jī)組的運(yùn)行方式 l 兩班制啟停方式 l 兩班制低速熱備用方式 l 兩班

3、制調(diào)相運(yùn)行方式 l 變壓運(yùn)行方式 1.兩班制啟停方式 白天運(yùn)行，夜間停機(jī)8h以內(nèi)，清晨高峰負(fù)荷時(shí)再重新啟動(dòng)并網(wǎng)。 優(yōu)點(diǎn)：調(diào)峰幅度大，低谷負(fù)荷時(shí)間長(zhǎng)時(shí)經(jīng)濟(jì)性好。缺點(diǎn)：交變熱應(yīng)力大，故障可能性大。2.兩班制低速熱備用方式 電網(wǎng)低谷負(fù)荷時(shí)解列后，用蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組低速旋轉(zhuǎn)，處于熱備用狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)時(shí)金屬溫度高（相當(dāng)于極熱態(tài)），負(fù)荷適應(yīng)性好，操作簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：消耗低壓蒸汽，需維持低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。 3.兩班制調(diào)相運(yùn)行方式 又稱為電動(dòng)機(jī)方式。指調(diào)峰時(shí)停爐、停機(jī)，但發(fā)電機(jī)不解列，以電動(dòng)機(jī)方式帶動(dòng)汽輪機(jī)以額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)中吸收電能，用以克服汽輪機(jī)的機(jī)械摩擦損失，同時(shí)向電網(wǎng)補(bǔ)償無功功率

4、。優(yōu)點(diǎn)：在向正常帶負(fù)荷運(yùn)行方式過渡時(shí)，機(jī)組無需并網(wǎng)；金屬溫度變化小，啟動(dòng)時(shí)金屬溫度高（相當(dāng)于極熱態(tài)），負(fù)荷適應(yīng)性好，操作簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：高速旋轉(zhuǎn)下產(chǎn)生的鼓風(fēng)摩擦損失產(chǎn)生的熱量可能導(dǎo)致汽輪機(jī)過熱，需對(duì)汽輪機(jī)通流部分進(jìn)行冷卻。4.變壓運(yùn)行方式 變壓運(yùn)行：在不同工況下，汽輪機(jī)維持主汽門全開，調(diào)速汽門全開或固定在某一適當(dāng)開度，蒸汽壓力隨負(fù)荷變化而變化，主蒸汽和再熱蒸汽溫度保持不變。定壓運(yùn)行：汽輪機(jī)自動(dòng)主汽門前的蒸汽壓力保持不變，在不同工況時(shí)，依靠改變調(diào)門開啟個(gè)數(shù)及調(diào)門開度來調(diào)整機(jī)組輸出功率，以適應(yīng)負(fù)荷變化的需要。優(yōu)點(diǎn)：變壓運(yùn)行時(shí)只有很小的節(jié)流，汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力是調(diào)整機(jī)組出力的一個(gè)組成部分。是近年來大容量承

5、擔(dān)基本負(fù)荷機(jī)組參與調(diào)峰的主要運(yùn)行方式。缺點(diǎn)：鍋爐最低負(fù)荷和負(fù)荷變化率限制調(diào)峰能力。 四、單元機(jī)組變壓運(yùn)行方式 1.變壓運(yùn)行的分類與選擇 變壓運(yùn)行也稱為滑壓運(yùn)行。 有純變壓、節(jié)流變壓和復(fù)合變壓運(yùn)行三種方式。純變壓運(yùn)行 在整個(gè)負(fù)荷變化范圍內(nèi)，汽輪機(jī)所有調(diào)門均全開，完全利用鍋爐調(diào)壓力來改變機(jī)組輸出功率。負(fù)荷的增減完全依靠鍋爐增減燃燒來適應(yīng)。 該方式從加熱均勻和熱應(yīng)力角度來看是有利的，但由于鍋爐存在較大的時(shí)滯，無法滿足電網(wǎng)負(fù)荷變化的要求，故調(diào)節(jié)時(shí)滯大。從提高機(jī)組的負(fù)荷適應(yīng)性以維持對(duì)電網(wǎng)頻率控制的角度出發(fā)，汽輪機(jī)應(yīng)在額定負(fù)荷附近做必要的定壓運(yùn)行，即有一定的調(diào)節(jié)閥的節(jié)流。 節(jié)流變壓運(yùn)行 正常情況下，調(diào)門不

6、全開，對(duì)主蒸汽保持515節(jié)流。 負(fù)荷降低時(shí)變壓運(yùn)行，負(fù)荷突升時(shí)可立即全開調(diào)門，利用鍋爐蓄熱快速適應(yīng)負(fù)荷要求。 負(fù)荷適應(yīng)性優(yōu)于純變壓方式，但節(jié)流造成損失大。 復(fù)合變壓運(yùn)行 復(fù)合變壓運(yùn)行常用于有若干個(gè)調(diào)節(jié)汽閥，能部分進(jìn)汽的汽輪機(jī)上。可分為三種： 1) 低負(fù)荷變壓運(yùn)行（滑-定）； 2) 高負(fù)荷變壓運(yùn)行（定-滑）； 3) 高負(fù)荷和極低負(fù)荷定壓運(yùn)行，中間負(fù)荷滑壓運(yùn)行（定-滑-定）。定-滑-定復(fù)合變壓運(yùn)行是指：汽輪機(jī)滿負(fù)荷時(shí)保持定壓運(yùn)行，初始的減負(fù)荷是在定壓下通過依次關(guān)閉一兩個(gè)調(diào)節(jié)汽閥來實(shí)現(xiàn)； 再繼續(xù)降負(fù)荷時(shí)，在第一個(gè)或兩個(gè)汽閥關(guān)閉的情況下，保持其余調(diào)節(jié)汽閥全開，同時(shí)降低汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力； 極低負(fù)荷下繼續(xù)

7、關(guān)小剩下的調(diào)門，在較低壓力下作定壓運(yùn)行。 在該方式既有定壓運(yùn)行的快速負(fù)荷響應(yīng)能力，又具有變壓運(yùn)行在較低負(fù)荷下的優(yōu)點(diǎn)。 變壓運(yùn)行方式舉例（永昌）： 機(jī)組允許“定壓”和“定滑定”兩種方式調(diào)峰運(yùn)行，但優(yōu)先采用“定滑定”方式。 定滑定方式 ：1) 90以上額定負(fù)荷，定壓（17.5Mpa）運(yùn)行，即保持主汽參數(shù)為額定參數(shù)，通過改變高調(diào)門開度來調(diào)節(jié)負(fù)荷； 2) 9035額定負(fù)荷之間，保持高調(diào)門開度不變，鍋爐滑壓運(yùn)行，汽壓隨負(fù)荷降低而下降（16.75.9MPa）； 3) 35以下額定負(fù)荷，定壓（5.9MPa）運(yùn)行，用高調(diào)門改變負(fù)荷。機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行最低負(fù)荷為35額定負(fù)荷。 2.變壓運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn) 減小高溫部件熱應(yīng)力，

8、提高機(jī)組負(fù)荷適應(yīng)性 1) 機(jī)組負(fù)荷下降時(shí)，若采用定壓運(yùn)行 噴嘴調(diào)節(jié)方式：調(diào)節(jié)級(jí)后溫度變化最高可達(dá)100左右。 節(jié)流調(diào)節(jié)方式：第一級(jí)后的汽溫也會(huì)隨工況變動(dòng)，但變化幅度比噴嘴調(diào)節(jié)小。 2) 若采用變壓運(yùn)行 由于工況變動(dòng)時(shí)新蒸汽溫度不變，所以即使負(fù)荷從額定值發(fā)生了較大的變動(dòng)，汽輪機(jī)各級(jí)溫度幾乎保持不變。 定壓運(yùn)行與變壓運(yùn)行汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)后溫度比較變壓運(yùn)行在部分負(fù)荷下新蒸汽壓力降低，改善了鍋爐的高溫管道、汽輪機(jī)的進(jìn)汽部分等的應(yīng)力狀態(tài)和抗蠕變性能，明顯地提高了機(jī)組的可靠性和機(jī)組壽命。再熱汽溫易于維持1) 定壓運(yùn)行時(shí) 負(fù)荷下降，進(jìn)汽量減小，高壓缸排汽溫度降低，再熱器進(jìn)口汽溫降低。 再熱汽溫呈對(duì)流特性，即使進(jìn)

9、口汽溫不變，低負(fù)荷下出口汽溫也會(huì)下降，再加上進(jìn)口汽溫降低，使得再熱器出口汽溫難以維持。 再熱汽溫降低，導(dǎo)致汽輪機(jī)中、低壓缸汽溫都降低。不僅影響機(jī)組效率，還將產(chǎn)生熱應(yīng)力和熱變形。2) 變壓運(yùn)行時(shí) 負(fù)荷下降，蒸汽壓力降低，蒸汽比熱容減小，每千克蒸汽在再熱器中所需吸熱量減少，使過熱汽溫和再熱汽溫在較大負(fù)荷變化范圍內(nèi)基本維持不變。 中、低壓缸的溫度變化很小，對(duì)防止產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力和熱變形都十分有利。 給水泵功耗減小 定壓運(yùn)行時(shí)，鍋爐出口壓力不變，所以在部分負(fù)荷下，給水泵功率僅因給水流量減少而降低。 變壓運(yùn)行時(shí)，部分負(fù)荷時(shí)不僅給水流量減少，而且鍋爐出口壓力也降低，所以給水泵的功率降低幅度比較大。 大容量

10、、高參數(shù)機(jī)組可明顯降低熱耗，提高熱效率。提高部分負(fù)荷的熱效率 1)高壓缸效率高 a) 定壓運(yùn)行 噴嘴調(diào)節(jié)時(shí)：負(fù)荷減小，調(diào)節(jié)級(jí)通流面積減少，工作動(dòng)葉數(shù)目減少，使調(diào)節(jié)級(jí)的效率降低，而且負(fù)荷越低，調(diào)節(jié)級(jí)焓降越大，使更多的焓降發(fā)生在效率降低了的調(diào)節(jié)級(jí)中；而高壓缸其它各級(jí)級(jí)效率基本不變。因此高壓缸總的效率會(huì)大幅度降低。 節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)：負(fù)荷減小，汽輪機(jī)保持全周進(jìn)汽，因此級(jí)效率保持不變，但隨著負(fù)荷的下降，調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失變大，使蒸汽做功的熱力過程線在焓熵圖上右移，蒸汽的理想焓降越來越小，高壓缸的效率會(huì)因調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失不斷增大而明顯下降。 b) 變壓運(yùn)行 新汽壓力隨負(fù)荷而降低，機(jī)組內(nèi)蒸汽的容積流量近乎不變，同

11、時(shí)汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥開度和第一級(jí)通流面積都保持不變，因而蒸汽的節(jié)流損失很小，調(diào)節(jié)級(jí)的效率也幾乎不變。 因此，變壓運(yùn)行機(jī)組其高壓缸總的效率在實(shí)用變工況范圍內(nèi)幾乎不隨負(fù)荷而變化，可始終保持最高值不變。 2)主再汽溫高，熱耗率低a) 定壓運(yùn)行負(fù)荷降到5060，主汽溫就開始下降，負(fù)荷每降10，新汽溫度約降10，汽輪機(jī)的理想焓降就會(huì)比變壓運(yùn)行時(shí)要小，因此熱耗增高。 b) 變壓運(yùn)行負(fù)荷下降，主汽溫幾乎不變，再熱蒸汽溫度又得到提高（因?yàn)檎羝麉?shù)在亞臨界范圍內(nèi)，隨著壓力下降，蒸汽升高到同一溫度所需過熱熱減少），中、低壓缸效率也基本不變使汽輪機(jī)效率基本上無變化。 因此，在低負(fù)荷下，變壓運(yùn)行與定壓運(yùn)行相比，由于獲得了較

12、高的主蒸汽和再熱蒸汽溫度，其熱耗率約下降0.51。3.變壓運(yùn)行對(duì)鍋爐的影響 負(fù)荷適應(yīng)性和熱應(yīng)力 有兩個(gè)顯著的不利因素 1) 鍋爐負(fù)荷適應(yīng)性較差 定壓運(yùn)行時(shí)：鍋爐利用蓄熱可對(duì)小的負(fù)荷變化作出快速響應(yīng)。 變壓運(yùn)行時(shí)：通過加強(qiáng)燃燒來實(shí)現(xiàn)增負(fù)荷，負(fù)荷響應(yīng)能力變差。 2) 鍋爐熱應(yīng)力增大 通過改變?nèi)紵蔬m應(yīng)外界負(fù)荷的變化，鍋爐熱應(yīng)力增大。 對(duì)各受熱面吸熱量分配的影響 變壓運(yùn)行時(shí)：負(fù)荷降低，主蒸汽壓力也降低，鍋爐各受熱面內(nèi)工質(zhì)的壓力降低。對(duì)汽包鍋爐會(huì)造成省煤器、過熱器工質(zhì)所需熱量減少，水冷壁工質(zhì)所需熱量增加。因此，低壓力下運(yùn)行或機(jī)組負(fù)荷迅速上升時(shí)，變壓運(yùn)行有可能發(fā)生省煤器汽化。而定壓運(yùn)行時(shí)：加熱、蒸發(fā)和過

13、熱所需熱量在不同負(fù)荷下變化很小。 對(duì)工質(zhì)流動(dòng)的影響 變壓運(yùn)行時(shí)：負(fù)荷降低，工質(zhì)壓力降低、比體積增大。 比體積增大，將使自然循環(huán)鍋爐的流動(dòng)壓頭增加，水循環(huán)可靠性提高。 3.2單元機(jī)組的壽命管理一、影響機(jī)組壽命的因素 高溫蠕變和低周疲勞。1.高溫蠕變 高溫蠕變的概念：金屬在高溫和未超過其屈服極限的工作應(yīng)力（蒸汽壓力）下長(zhǎng)期工作，發(fā)生的緩慢的塑性變形的現(xiàn)象。 設(shè)備材質(zhì)一定，在某一工作溫度和應(yīng)力下，對(duì)應(yīng)一定蠕變斷裂時(shí)間。在該工作溫度和應(yīng)力下運(yùn)行，消耗其蠕變壽命，最終產(chǎn)生裂紋直至斷裂。工作溫度和應(yīng)力值越高，蠕變斷裂時(shí)間越短。 高溫蠕變發(fā)生在機(jī)組帶負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下。 其對(duì)機(jī)組的壽命損耗用百分比的形式表示

14、，稱為高溫蠕變壽命損耗率。 2.低周疲勞 低周疲勞的概念：金屬在啟停和負(fù)荷變化過程中，在交變應(yīng)力的作用下，經(jīng)過一定周次的循環(huán)，最終在金屬表面產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象。 交變應(yīng)力的特點(diǎn)是：交變周期長(zhǎng)、頻率低，疲勞萌生的循環(huán)周次少。 低周疲勞消耗金屬材料的疲勞壽命，最終產(chǎn)生裂紋直至斷裂。 低周疲勞發(fā)生在啟停和機(jī)組負(fù)荷變化過程中。 其對(duì)機(jī)組的壽命損耗用百分比的形式表示，稱為低周疲勞壽命損耗率。 二、鍋爐壽命管理 任務(wù) ：預(yù)先估計(jì)主要承壓部件在規(guī)定參數(shù)下的安全運(yùn)行期限，在運(yùn)行中對(duì)壽命損耗值及剩余壽命進(jìn)行監(jiān)督、測(cè)算和統(tǒng)計(jì)，對(duì)存在缺陷部件及時(shí)維修、更換，必要時(shí)對(duì)鍋爐參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。 鍋爐壽命管理方案舉例（甘肅永昌武鍋

15、1025t/h）： 鍋爐各主要承壓部件的使用壽命大于30年。 鍋爐從點(diǎn)火到帶滿負(fù)荷的時(shí)間，在正常啟動(dòng)情況下達(dá)到以下要求： 冷態(tài)啟動(dòng) 68小時(shí) 溫態(tài)啟動(dòng) 34小時(shí) 熱態(tài)啟動(dòng) 1.52小時(shí) 鍋爐允許啟停次數(shù)及壽命損耗率如下： 項(xiàng) 目 次 數(shù) 總壽命損耗率 冷態(tài)啟動(dòng) 200次 4% 溫態(tài)啟動(dòng) 1200次 22.4% 熱態(tài)啟動(dòng) 5000次 16% 極熱態(tài)啟動(dòng) 500次 1.8% 正常停爐 4000次 14.1% 負(fù)荷階躍變化（10%BMCR） 12000次 6% 合 計(jì) 64.3% 三、汽輪機(jī)壽命管理1. 任務(wù)：正確評(píng)價(jià)汽輪機(jī)零部件的壽命(包括無裂紋壽命和剩余壽命)，合理分配機(jī)組服役年限內(nèi)各種工況下的

16、壽命損耗率，延長(zhǎng)汽輪機(jī)的使用壽命，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。 通常，單元機(jī)組的壽命指的是汽輪機(jī)的壽命。 汽輪機(jī)的全壽命：從汽輪機(jī)初次投運(yùn)到轉(zhuǎn)子出現(xiàn)臨界致斷裂紋期間的時(shí)間。 汽輪機(jī)的無裂紋壽命（有效壽命）：從汽輪機(jī)初次投運(yùn)到轉(zhuǎn)子出現(xiàn)第一道宏觀裂紋期間的總工作時(shí)間。 汽輪機(jī)的剩余壽命（殘余壽命）：從汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)第一道宏觀裂紋到轉(zhuǎn)子出現(xiàn)臨界致斷裂紋期間的時(shí)間。 2. 汽輪機(jī)壽命管理包含兩層內(nèi)容： 第一是在服役年限內(nèi)，合理分配、使用汽輪機(jī)壽命，制定汽輪機(jī)壽命分配方案（包括啟停類型、次數(shù)，負(fù)荷變化種類，甩負(fù)荷次數(shù)等）以指導(dǎo)運(yùn)行，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。承擔(dān)基本負(fù)荷機(jī)組和調(diào)峰負(fù)荷機(jī)組應(yīng)有不同的分配方案。調(diào)峰負(fù)荷

17、機(jī)組啟停次數(shù)多，每次啟停應(yīng)分配給較小的壽命損耗率；基本負(fù)荷機(jī)組反之。第二是進(jìn)行汽輪機(jī)壽命的離線或在線監(jiān)測(cè)，在汽輪機(jī)啟停和變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，控制蒸汽溫度和負(fù)荷的變化率，控制汽輪機(jī)零部件的熱應(yīng)力，使機(jī)組的壽命損耗不超過其預(yù)分配值，在機(jī)組規(guī)定的使用年限內(nèi)，實(shí)現(xiàn)最佳的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 汽輪機(jī)壽命管理方案舉例（甘肅永昌上汽300MW）： 汽輪機(jī)的零部件(不包括易損件)的設(shè)計(jì)使用壽命不少于30年，在其壽命期內(nèi)能承受下列工況: 冷態(tài)啟動(dòng)（停機(jī)72h以上，且汽缸金屬壁溫已低于該測(cè)量點(diǎn)滿負(fù)荷時(shí)金屬壁溫值的40%以下）300次；溫態(tài)啟動(dòng)（停機(jī)1072h，且壁溫為原值的40%80%） 1000次；熱態(tài)啟動(dòng)（ 停機(jī)10h以

18、下，且壁溫為原值的80%以上） 3000次；極熱態(tài)啟動(dòng)（停機(jī)小于1h，且壁溫為接近原值） 150次；負(fù)荷階躍（負(fù)荷變化大于10%）12000次。 上汽300MW汽輪機(jī)壽命分配：?jiǎn)?dòng)方式 次數(shù) 壽命損耗/次 總壽命損耗率冷態(tài) 300 0.01% 3% 溫態(tài) 1000 0.008% 8% 熱態(tài) 3000 0.005% 15% 極熱態(tài) 150 0.0025% 0.375% 負(fù)荷階躍 12000 0.0025% 30% 合計(jì) 56.375% 其余43.625%作為高溫蠕變壽命損耗率和富裕量。ABB 600MW汽輪機(jī)壽命分配：運(yùn)行方式每次壽命損耗率(%)30年內(nèi)使用次數(shù)每年壽命損耗（）30年內(nèi)壽命損耗（

19、）冷態(tài)啟動(dòng)0.00501000.01670.50溫態(tài)啟動(dòng)0.003012000.123.6熱態(tài)啟動(dòng)0.001345000.1955.85極熱態(tài)啟動(dòng)0.00105000.01670.50負(fù)荷突變0.0002545000.03751.125合計(jì)0.385911.575其余88.425%作為高溫蠕變壽命損耗率和富裕量，該機(jī)組設(shè)計(jì)壽命富裕是非常大的。3.3單元機(jī)組啟停過程的主要熱力特點(diǎn)一、 鍋爐的熱力特點(diǎn)1.汽包溫差與熱應(yīng)力 （1）鍋爐上水時(shí)，內(nèi)、外壁溫差引起的熱應(yīng)力 鍋爐上水汽包壁溫度變化（內(nèi)高外低），金屬有厚度（約100mm）沿壁厚方向有溫差溫差熱應(yīng)力。熱應(yīng)力的變化規(guī)律是“熱壓冷拉”，故內(nèi)壁產(chǎn)生壓

20、縮熱應(yīng)力，外壁產(chǎn)生拉伸熱應(yīng)力。 內(nèi)壁熱應(yīng)力： 外壁熱應(yīng)力： 內(nèi)、外壁最大溫差： 結(jié)論：1) 啟動(dòng)時(shí)，汽包被單向加熱，內(nèi)壁產(chǎn)生壓縮熱應(yīng)力、外壁產(chǎn)生拉伸熱應(yīng)力；2) 最大熱應(yīng)力與壁內(nèi)外最大溫差成正比；3) 壁內(nèi)外最大溫差又與壁厚的平方及溫升率成正比。 4) 為減小熱應(yīng)力，運(yùn)行中應(yīng)控制金屬溫升率，即控制進(jìn)水溫度與速度。啟動(dòng)上水時(shí)，汽包處的給水溫度與汽包壁溫差50；上水時(shí)間：冬季4小時(shí)、夏季2小時(shí) 。（2）鍋爐升壓時(shí)，上、下壁溫差引起的熱應(yīng)力升壓初期，汽包上部接觸飽和蒸汽，隨著汽壓的升高，tb，蒸汽凝結(jié)放熱，放出q汽化，放熱量大；下部與水接觸，水流動(dòng)緩慢，放熱量少。汽包上壁溫下壁溫，上壁產(chǎn)生壓縮熱應(yīng)力

21、、下壁產(chǎn)生拉伸熱應(yīng)力。上下壁溫差產(chǎn)生拱背變形，與汽包相連的管子產(chǎn)生牽拉、變形。規(guī)定：1) 啟停期間，汽包上、下壁溫差50；2) 控制汽包內(nèi)工質(zhì)溫升速度1.52.0/min，應(yīng)嚴(yán)格按升壓曲線進(jìn)行；3) 保持汽壓穩(wěn)定，防止波動(dòng)。2.水冷壁溫差與熱應(yīng)力 自然循環(huán)鍋爐，啟動(dòng)初期水循環(huán)基本停滯，爐膛熱負(fù)荷不均勻，同一聯(lián)箱上的水冷壁管間存在較大溫差，產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力，甚至下聯(lián)箱變形、管子拉壞。措施：1) 不允許水冷壁管間溫差過大，應(yīng)控制相鄰管子出口工質(zhì)溫差50；2) 對(duì)稱投用燃燒器，燃料適中，多油槍、少油量；3) 水冷壁下聯(lián)箱定期放水、爐底加熱；4) 采用強(qiáng)制循環(huán)。3. 過熱器和再熱器 鍋爐點(diǎn)火后，屏式過熱

22、器內(nèi)的存水（點(diǎn)火前屏內(nèi)的凝結(jié)水、水壓試驗(yàn)的積水）會(huì)逐漸蒸發(fā)或排走。但在存水未排凈或完全蒸發(fā)之前，有些管子內(nèi)無蒸汽流過（即“水塞”現(xiàn)象），導(dǎo)致金屬管壁溫度接近煙氣溫度，可能超溫?fù)p壞。措施： 1) 鍋爐蒸發(fā)量10時(shí)，必須限制過、再熱器入口煙溫（538）： 限制燃燒率（控制燃料量）； 調(diào)整火焰中心位置（如擺動(dòng)噴燃器傾角、調(diào)整燃燒器運(yùn)行方式或配風(fēng)方式），控制爐膛出口煙溫。 2) 鍋爐蒸發(fā)量10時(shí) 噴水減溫（注意控制噴水量，防止發(fā)生水沖擊）； 采用旁路系統(tǒng)保護(hù)再熱器（兩級(jí)串聯(lián)）。4. 省煤器 點(diǎn)火后的一段時(shí)間，鍋爐不需進(jìn)水或只需間斷進(jìn)水。停止進(jìn)水時(shí)，省煤器內(nèi)的水可能汽化，若蒸汽停滯不動(dòng)，該處管壁可能超溫

23、；間斷進(jìn)水使省煤器內(nèi)水溫間斷變化，導(dǎo)致管壁金屬產(chǎn)生交變熱應(yīng)力，引起金屬、焊縫疲勞。措施：1) 在汽包與省煤器下聯(lián)箱間（自然循環(huán)汽包爐）或水冷壁下水包與與省煤器下聯(lián)箱間（強(qiáng)制循環(huán)汽包爐）建立省煤器再循環(huán)。2) 鍋爐進(jìn)水時(shí)關(guān)閉再循環(huán)門（防止給水直接進(jìn)入汽包）；停止給水時(shí)打開再循環(huán)門。二、汽輪機(jī)熱應(yīng)力、熱膨脹、熱變形 1.汽輪機(jī)的熱應(yīng)力 （1）加熱時(shí)（啟動(dòng)、加負(fù)荷工況） 汽缸：因汽缸被單向加熱，內(nèi)壁產(chǎn)生壓縮熱應(yīng)力、外壁產(chǎn)生拉伸熱應(yīng)力；最大熱應(yīng)力與壁內(nèi)外最大溫差成正比；壁內(nèi)外最大溫差與壁厚的平方及溫升率成正比。轉(zhuǎn)子：外壁產(chǎn)生壓縮熱應(yīng)力，中心（孔）產(chǎn)生拉伸熱應(yīng)力；轉(zhuǎn)子中心（孔）應(yīng)力大（拉伸熱應(yīng)力再疊加離

24、心拉應(yīng)力）。 減小汽缸與轉(zhuǎn)子熱應(yīng)力的措施：1) 采用雙層缸;2) 運(yùn)行中控制金屬溫升率，即控制升速率與升荷率。（2）冷卻時(shí)（停機(jī)、減負(fù)荷工況） 汽缸：外壓內(nèi)拉。轉(zhuǎn)子：中心（孔）壓外拉。轉(zhuǎn)子外表面應(yīng)力大（拉伸熱應(yīng)力與離心應(yīng)力疊加） 從冷態(tài)啟動(dòng)到停機(jī)全過程，產(chǎn)生低周交變熱應(yīng)力。 啟、停及負(fù)荷變化時(shí)，應(yīng)限制進(jìn)汽量和進(jìn)汽溫度的變化速度：溫升速度2.5/min；溫降速度1.5/min。 2. 汽輪機(jī)熱膨脹絕對(duì)膨脹：規(guī)律“熱脹冷縮” 相對(duì)膨脹 ：由于轉(zhuǎn)子、汽缸的結(jié)構(gòu)不同，受熱條件不同，膨脹受限的條件不同等，使轉(zhuǎn)子和汽缸的膨脹值不同，形成汽輪機(jī)的相對(duì)膨脹現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子和汽缸的軸向膨脹值之差，稱為轉(zhuǎn)子與汽缸的相對(duì)

25、膨脹差，簡(jiǎn)稱脹差。轉(zhuǎn)子軸向膨脹值大于汽缸軸向膨脹值，產(chǎn)生正脹差；反之產(chǎn)生負(fù)脹差。 正脹差使本級(jí)靜葉和動(dòng)葉之間軸向間隙增大，本級(jí)動(dòng)葉與下級(jí)靜葉之間軸向間隙減小；負(fù)脹差使本級(jí)靜葉和動(dòng)葉之間軸向間隙減小，使本級(jí)動(dòng)葉與下級(jí)靜葉之間軸向間隙增大。 啟動(dòng)過程中脹差的影響因素 ：1) 汽輪機(jī)滑銷系統(tǒng)的工作狀態(tài)；2) 蒸汽溫升速度和蒸汽流量變化速度；3) 軸封供汽溫度的影響；4) 排汽溫度與凝汽器真空的影響； 5) 汽缸保溫和疏水的影響；6) 暖機(jī)不當(dāng)；7) 空負(fù)荷或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間過長(zhǎng)（會(huì)產(chǎn)生鼓風(fēng)損失）； 8) 泊桑效應(yīng)。 減小脹差應(yīng)從上述因素進(jìn)行考慮。3. 汽輪機(jī)熱變形 （1）汽缸上、下缸溫差引起的熱變形拱

26、背變形。 上下缸溫差產(chǎn)生原因： 1) 下缸的散熱面積大； 2) 上缸的保溫效果比下缸的好； 3) 汽缸外部冷空氣由下向上流動(dòng)； 4) 啟動(dòng)中汽缸疏水不暢，停機(jī)后有冷蒸汽從抽汽管道返回汽缸； 5) 上缸的蒸汽凝結(jié)放熱大于下缸的凝結(jié)水放熱。 減小上下缸溫差引起的熱變形的措施： 1) 加強(qiáng)下汽缸保溫，必要時(shí)加裝下缸擋風(fēng)板； 2) 保證啟、停機(jī)時(shí)汽缸疏水暢通； 3) 高中壓缸回?zé)岢槠艿郎媳仨毎惭b電動(dòng)截止閥和逆止閥； 4) 嚴(yán)格控制蒸汽溫度變化速率； 5) 啟動(dòng)時(shí)，盡可能使高加隨機(jī)啟動(dòng)； 6) 停機(jī)后，必須立即投盤車裝置。 （2）法蘭內(nèi)外溫差引起的熱變形 汽缸橢圓變形，法蘭結(jié)合面漏汽。 加熱工況下，汽缸中部截面產(chǎn)生立橢圓變形，法蘭內(nèi)張口；加熱工況下，汽缸兩部截面產(chǎn)生橫橢圓變形，法蘭外張口。減小法蘭內(nèi)外溫差引起的熱變形的措施： 1) 嚴(yán)格控制蒸汽溫度變化速率； 2) 盡可能采用窄法蘭。 法蘭內(nèi)外溫差產(chǎn)生原因：法蘭被單向加熱或冷卻，壁厚較厚。 （3）轉(zhuǎn)子熱翹曲 上、下缸溫差作用在靜止的轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)子熱彎曲動(dòng)靜碰磨彎曲加劇摩擦加劇高溫造成塑性變形。 規(guī)定：沖轉(zhuǎn)前，轉(zhuǎn)子偏心度小于0.076mm（哈汽洛熱）（東汽張掖0.02mm）； 防止轉(zhuǎn)子熱翹曲的措施： 1) 啟動(dòng)時(shí)采用全周進(jìn)汽沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī)； 2) 啟動(dòng)前盤車不少于4h； 3) 停機(jī)后，及時(shí)投盤車。 3.4單元機(jī)組