60MW联合循环汽轮机寿命管理及优化启动的研究

摘要

汽轮机转子寿命管理的研究，属于火电机组寿命管理的一个重要组成部分，自从八十年代中期以来成为国内汽轮机研究的热点。经过二十多年的努力，我国在汽轮机转子寿命的预测与管理方面，已经取得了很大进展，但是存在的问题也不容忽视，如果不加以解决，必将使得寿命预测的精度、寿命管理的手段跟不上实际需要，从而引起设备安全问题和经济上的浪费。汽轮机转子寿命管理的长期目标应是从机组全过程的管理角度，制定转子寿命管理曲线和进行科学的自启停以及预测转子的剩余使用寿命等，使汽轮机在整个服役期发挥最佳经济效益。
　　作为联合循环机组，加快启停速度是电网调峰的客观需要，也是减小启停热损失，提高运行经济性的合理要求；而加快机组启停速度势必增大设备的寿命损耗，成为两班制调峰运行的不安全因素。为此我们可以通过两方面的努力达到电网调峰对汽轮机启停的要求：第一是对设备作较大的改进，使其在结构上具备适应快速、频繁启停的机动能力；第二是选择合理的启停方式，通过改进操作程序，在加快启停速度的同时，控制各项指标在安全范围之内，实现优化启停。本文的研究目标即如何改进操作程序，优化启停和运行过程中的寿命管理。
　　本文从现场汽轮机转子寿命管理的实际需要出发，通过对汽轮机优化启停的评价、启停过程中最佳温升率的选择、冷态启动中暖机方案的选择、初始条件对热态启动方案的影响、联合循环60MW汽轮机转子寿命管理系统的开发等五个方面展开研究，主要研究内容如下：
　　（1）对启停过程中影响机组寿命的各种因素作分析，通过对应力核算部位附近的汽温、压力及机组转速等参数变化的监测，提出一种概念清晰、简单的综合评价汽轮机启停最优化方案的依据。
　　（2）针对冷态启动、温态启动、热态启动、正常停机、滑参数停机等五种情况进行疲劳寿命的优化仿真计算并分析温升率对启停时间、应力裕度、寿命损耗率的影响，制定国产60MW联合循环汽轮机的启停优化曲线，揭示温升率对应力值和寿命损耗率的影响规律。
　　（3）设计各种状态启动的暖机方案并进行疲劳寿命的优化仿真计算，分析各方案的应力和寿命损耗率，从这些暖机方案中各选出一种优化方案，提出机组启动的暖机阶段需要特别注意解决的若干问题。
　　（4）对五种典型初始条件下的热态启动进行了疲劳寿命的优化仿真计算，并对计算所得的应力和寿命损耗率作了分析，得出了国产60MW联合循环汽轮机的热态启动方式的几个带有普遍性的规律。
　　（5）运用面向对象的C++ for Windows的程序设计方法，设计一套集寿命监测、报警、异常数据查询、启停指导和启停追忆为一体的实时寿命管理系统。

目录

60MW 联合循环汽轮机寿命管理及优化启动的研究

RESEARCH ON MANAGEMENT OF SERVICELIFE AND STARTUP OPTIMIZATION OFCOMBINED CYCLE STEAM-TURBINE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外汽轮机转子寿命研究的历史回顾

1.3 目前9E联合循环汽轮机寿命研究中需解决的问题

1.3.1 低周疲劳和高周疲劳的迭加问题

1.3.2 高温蠕变和低周疲劳的交互作用

1.3.3 低周疲劳的可靠性分析与设计

1.3.4 损伤力学在寿命预测中的应用问题

1.3.5 启停的优化

1.3.6 转子剩余寿命的无损诊断方法

1.4 现场寿命监测的特点及发展方向

1.5 本文主要研究内容

第2章 60MW汽轮机寿命计算模型及寿命管理

2.1寿命计算的数学模型

2.1.1 有限元单元划分

2.1.2 温度场的计算

2.1.3应力计算

2.1.4 寿命损耗计算

2.2 汽轮机转子温度场和应力场分析

2.3 汽轮机转子寿命管理

2.4 本章小结

第3章各种工况启停方案优化的研究

3.1 研究不同初始条件下机组启停方案优化的必要性

3.2 进行机组启停优化基本原则的探讨

3.3 热态启动方案的优化研究

3.4 60MW汽轮机停机过程优化

3.4.1 概述

3.4.2 停机方案的设计

3.4.3 短时间停机的情况

3.4.4 停机检修的情况

3.5 冷态启动的优化暖机升速方案

3.5.1 冷态启动的特点

3.5.2 预防汽轮机转子脆性损伤的途径

3.5.3 暖机升速方案优化

3.5.4 计算结果分析

3.6 本章小结

第4章 在线汽轮机转子寿命监测与管理系统

4.1 开发在线汽轮机转子寿命监测与管理系统的必要性

4.2 国内汽轮机转子寿命监测和管理系统介绍

4.3 面向对象的Borland C++语言在本系统的应用

4.4 本系统的软件构成

4.5 本汽轮机寿命管理系统的设计

4.5.1 应力寿命监测功能

4.5.2 报警设置

4.5.3 启停优化和指导

4.5.4异常数据记录和启停追忆

4.6本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致 谢

个人简历