CN102007274A - 发电厂的汽轮机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发电厂的汽轮机系统，包括一台汽轮机，它在其新汽进口有一个新汽调整阀以及有一个抽汽出口，以及包括一个具有一个节流阀的新汽绕流管，它与新汽调整阀进口以及与抽汽出口连接，用于从新汽调整阀上游向抽汽出口导引通过节流阀节流的新汽，其中，有新汽调整阀的汽轮机以及有节流阀的新汽绕流管设计为，使汽轮机不仅在100％新汽质量流量的额定运行状态，而且在超过100％新汽质量流量的特殊运行状态，均能以全开的新汽调整阀运行，其中，在新汽调整阀进口处与额定运行状态相比超过的新汽质量流量，可以经由新汽绕流管在汽轮机旁流过，或在100％新汽质量流量时降低新汽的静压可以通过经由新汽绕流管流过新汽质量流量一个事先规定的份额达到。一种有所述汽轮机系统的发电厂为了过热新汽，有一个可将抽汽输入其中的中间过热器。

Description

发电厂的汽轮机系统
本发明涉及一种发电厂的汽轮机系统以及一种有这种汽轮机系统的发电厂。
核电厂例如用压力水反应堆运行。在压力水反应堆中设一些燃烧元件，其中释放通过原子衰变反应产生的热。这种热量被冷却剂，例如水带出，在锅炉内将水制成新汽。新汽在新汽管内输往汽轮机，汽轮机与发电机耦合成为它的驱动器。通过新汽在汽轮机中一直膨胀至冷凝压力，驱动汽轮机和发电机发电。在汽轮机出口设冷凝器，膨胀后的蒸汽在冷凝器中通过使用冷却剂凝结并重新输入锅炉。
此外，汽轮机有一个抽汽出口，通过它取出抽汽以进一步在核电厂中使用。汽轮机的驱动功率取决于新汽的温度和静压、在冷凝器内的静压、进入汽轮机中的新汽质量流量、以及在规定的压力水平下从汽轮机抽取的抽汽的质量流量。
为了控制新汽质量流量(汽轮机功率)，在汽轮机上设新汽调整阀。在设计汽轮机时规定一种额定运行状态，与此同时确定了新汽的温度和静压以及新汽质量流量。在额定运行状态(汽轮机系统的验证点)规定用100％的新汽质量流量。然而在设计汽轮机时应考虑一个运行范围，它通过改变新汽温度和静压以及新汽质量流量确定。例如汽轮机针对一种在上部负荷区内有恒定的平均冷却剂温度的稳态部分负荷运行设计。在这种部分负荷运行时，得到锅炉的一种用于上部负荷区的新汽压力特征曲线，在反应堆功率增大时，特征曲线有新汽渐降的静压(所谓“negativer Gleitdruck(负滑移压力)”)。此外，还应顾及在与额定负荷运行相比增大新汽质量流量时的运行条件(例如103％至107％新汽质量流量)。在这种情况下汽轮机用全开的新汽阀运行。这些运行条件要求在用100％新汽质量流量的额定运行状态时新汽调整阀节流。
在设计汽轮机时要考虑的另一种运行状态其特征在于降低新汽静压。在这种运行状态下，在锅炉/反应堆额定或较小的新汽量时新汽调整阀全开，从而发生新汽静压下降并因而实现降低冷却剂温度(所谓“stretch-out运行”)。新汽静压下降导致增加单位新汽容积，由此需要在额定运行状态下新汽调整阀更强烈节流。
汽轮机的功率验证通常针对额定运行状态，它只能通过节流新汽调整阀实施。汽轮机在新汽阀节流时的运行有效性差，因此降低核电厂的热效率。
本发明的目的是，创建一种发电厂的汽轮机系统和具有这种汽轮机系统的发电厂，其中，发电厂有高的热效率。
按本发明用于发电厂的汽轮机系统包括一台汽轮机，它在其新汽进口有一个新汽调整阀以及有一个抽汽出口，以及包括一个具有一个节流阀的新汽绕流管，它与新汽调整阀进口以及与抽汽出口连接，用于从新汽调整阀上游向抽汽出口导引通过节流阀节流的新汽，其中，有新汽调整阀的汽轮机以及有节流阀的新汽绕流管设计为，使汽轮机不仅在100％新汽质量流量的额定运行状态，而且在超过100％新汽质量流量的特殊运行状态，均能以全开的新汽调整阀运行，其中，在新汽调整阀进口处与额定运行状态相比超过的新汽质量流量，可以经由新汽绕流管在汽轮机旁流过，或在100％新汽质量流量时降低新汽的静压可以通过经由新汽绕流管流过新汽质量流量的一个事先规定的份额达到。
因此锅炉供应的超过100％新汽质量流量的那一部分新汽，不直接输入汽轮机，而是经由新汽绕流管在新汽调整阀旁流过，以及以最高的静压输入抽汽出口中。由此在汽轮机额定运行时新汽调整阀全开，这样不会由于新汽阀可能的节流造生效率损失。所述100％新汽质量流量相应于汽轮机额定运行状态时的新汽质量流量。
此外，汽轮机需要取出少量抽汽或不取出抽汽，因为在新汽绕流管内流经汽轮机旁的新汽输入抽汽出口中。因此汽轮机系统在汽轮机的一个宽的运行范围内有高的热效率。
通过汽轮机系统有一个宽的运行范围，发电厂有能力参与电网的频率调整/支持。若发电厂例如是核电厂，则无需改造汽轮机，通过汽轮机系统以适当的运行方式可以利用核电厂可能的功率储备，在这种情况下，汽轮机系统在额定运行状态有高的热效率。
此外，核电厂有较高的运行灵活性，因此可以在核电厂内推迟燃料更换，从而可以达到更彻底地燃耗燃料棒。在这里，核电厂实施所谓的“stretch-out运行”，其中可以通过降低新汽压力达到更高的反应性。
尤其是，若汽轮机是一种有低新汽状态并因而减小膨胀梯度的饱和蒸汽机，则按本发明的汽轮机系统有高的热效率。在按本发明的汽轮机系统中，汽轮机在100％新汽质量流量的额定运行状态下以全开的新汽调整阀运行，所以在汽轮机系统的一个宽的运行范围内，在额定运行状态不需要规定新汽调整阀节流。这是有利的，因为在额定运行状态新汽调整阀1％的节流，已经可算出在反应堆功率相同时汽轮机功率降低0.13％。因此，在额定运行状态避免新汽调整阀节流，基于汽轮机系统高的效率导致发电厂的功率增益。
此外，在功率验证时提高了按本发明的汽轮机系统热力学保险系数，因为可以取消新汽调整阀相应的节流。
优选地，新汽质量流量在特殊运行状态是额定运行状态新汽质量流量的102％至115％。
因此若发电厂是核电厂，发电厂可以在稳定运行期间持续利用反应堆/锅炉可能的功率储备，或与之不同在鉴于频率调整/频率支持需要时将其利用于短期释出功率。
优选地，汽轮机系统有一个具有快速关闭阀的新汽管，它为了将新汽质量流量供给新汽调整阀与之连接，其中，新汽绕流管在新汽调整阀与新汽管快速关闭阀之间与新汽管连接。
由此，新汽绕流管在新汽管快速关闭阀的下游从新汽管分路，因此新汽绕流管也得到新汽管快速关闭阀的保护。
此外优选地，在新汽绕流管内的快速关闭阀设计为有保险功能的调整阀。由此有利地在新汽绕流管内只需要设单个阀。
与之不同，优选地，新汽绕流管连接在快速关闭阀的上游。此外优选地，为了双重保险新汽调整阀是一种具有保险功能快速关闭的调整阀。在这种情况下有利地，管路连接可以简单地完成，以及为了阀的测试运行不需要相应地变更，从而抑制因变更引起的限制。
此外优选地，新汽进口处设一个快速关闭阀，以及新汽绕流管有一个快速关闭阀，它安装在节流阀上游。
借此，除了新汽管中的快速关闭阀外，附加地在其新汽进口处保护汽轮机和保护绕流管。
优选地，新汽绕流管的快速关闭阀与新汽进口处的快速关闭阀耦合，所以新汽绕流管的快速关闭阀通过新汽进口处的快速关闭阀触发。
由此，在新汽进口处的和新汽绕流管的快速关闭阀同步触发，从而使汽轮机的运行更安全。
此外优选地，节流阀与抽汽出口耦合，所以节流阀将新汽节流至抽汽出口中的抽汽压力。
由此使经由新汽绕流管的旁路质量流量由节流阀调整，从而在新汽调整阀全开时可以在新汽管内调整反应堆/锅炉所要求的新汽压力。
优选地，汽轮机系统有一个抽汽管，它与抽汽出口连接以及新汽绕流管汇入抽汽管内。
按本发明具有这种汽轮机系统的发电厂，为了过热新汽有一个可将抽汽输入其中的中间过热器。
这种汽轮机系统有新汽绕流管，通过它和节流阀将新汽供给抽汽。由此为了过热新汽，将经由新汽绕流管在汽轮机旁流过的新汽供给中间过热器，因而使发电厂有高的热效率。
优选地，中间过热器设计为两级。
在导致节流的旁路质量流量直接引入汽轮机之前，通过中间过热器第一级附加的加热用蒸汽的需求，可以引起明显增大的旁路质量流量。
此外优选地，在抽汽出口处设止回阀，新汽绕流管汇入其上游。
由此有利地抑制在抽汽出口处从外部施加的高压造成朝抽汽出口方向的回流。
下面借助所附示意图说明按本发明的汽轮机系统优选的实施例。其中：
图1和2示意表示按本发明的汽轮机系统和按本发明的发电厂第一种实施例；以及
图3示意表示按本发明的汽轮机系统第一种实施例。
由图1和2可以看出，汽轮机系统100有一台汽轮机110和一台汽轮机111。汽轮机110和111有一个用于新汽进入的新汽进口112至115，以及有一个用于取出抽汽的抽汽出口116。为了调整向汽轮机110和111的新汽输送，在新汽进口112至115处设新汽调整阀117至120。为了保护新汽进口112至115和汽轮机，快速关闭阀121至124与之连接。
此外，汽轮机系统100有新汽管125至128，它们分别与新汽进口112至115连接。此外在抽汽出口116设抽汽管129。
汽轮机系统100有一个新汽绕流管130，它与新汽调整阀117至120的进口和与抽汽出口116连接，所以在新汽绕流管130内，新汽可以从新汽调整阀117至120的进口到抽汽出口116在汽轮机110和111旁绕流过。与之不同，按图3，新汽绕流管130连接在快速关闭阀上游。
在新汽绕流管130内沿流动方向看首先设一个快速关闭阀131，接着设一个节流阀132。快速关闭阀131与快速关闭阀121耦合，所以这两个快速关闭阀121至124和131在相应地遇到一种触发事件时(例如过转速)同步触发。节流阀132根据新汽绕流管130下游的蒸汽压力进行调整，使得从新汽调整阀117至120进口到抽汽出口116的新汽被节流。
在新汽调整阀117至120的出口设新汽管125至128，其中提供用于运行汽轮机110和111的新汽。在新汽管125至128内设快速关闭阀146至149，用于保护新汽进口和汽轮机。此外，在抽汽管129内设止回阀170和171，借助它们可以抑制抽汽管129内回流。
新汽绕流管130在快速关闭阀146至149与新汽调整阀117至120之间的新汽管125至128中分路，以及汇入止回阀170与抽汽出口116之间的抽汽管129内。
为了调整新汽管125至128内的压力，平行于快速关闭阀146至149设调整阀150和151。
此外，汽轮机系统100有中间过热器140和141，它们分别有一个第一中间过热器级142和143以及一个第二中间过热器级144和145。在止回阀170下游，从抽汽管129分路出第二热蒸汽管162和163，抽汽在其中导向第一中间过热器级142和143。在第二中间过热器级144和145处设第一热蒸汽管160和161用于输入新汽，新汽在快速关闭阀146至149上游输入新汽管125至128。

Claims (10)

1.一种用于发电厂的汽轮机系统，包括一台汽轮机(110、111)，它在其新汽进口(112-115)有新汽调整阀(117-120)以及有一个抽汽出口(116)，以及包括一个具有一个节流阀(132)的新汽绕流管(130)，该新汽绕流管(130)与新汽调整阀(117-121)进口以及与抽汽出口(116)连接，用于从新汽调整阀(117-120)上游向抽汽出口(116)导引通过节流阀(132)节流的新汽，其中，带有新汽调整阀(117-120)的汽轮机(110、111)以及带有节流阀(132)的新汽绕流管(130)设计为，使汽轮机(110、111)不仅在100％新汽质量流量的额定运行状态，而且在超过100％新汽质量流量的特殊运行状态，均能以全开的新汽调整阀(117-120)运行，其中，在新汽调整阀(117-120)进口处与额定运行状态时相比超过的新汽质量流量，可以经由新汽绕流管(130)在汽轮机(110、111)旁绕流过，或在100％新汽质量流量时，可以通过经由新汽绕流管(130)使新汽质量流量的一个事先规定的份额绕流来降低新汽的静压。
2.按照权利要求1所述的汽轮机系统，其中，所述特殊运行状态的新汽质量流量是额定运行状态新汽质量流量的102％至115％。
3.按照权利要求1或2所述的汽轮机系统，其中，所述汽轮机系统(100)有具有快速关闭阀(146-149)的新汽管(125-128)，该新汽管(125-128)为了将新汽质量流量供给新汽调整阀(117-120)而与之连接，其中，所述新汽绕流管(130)在所述新汽调整阀(117-120)与所述新汽管(125-128)的快速关闭阀(146-149)之间与所述新汽管(125-128)连接或与所述快速关闭阀(146-149)下游连接。
4.按照权利要求3所述的汽轮机系统，其中，在所述新汽进口(112-115)处设有快速关闭阀(121-124)，以及所述新汽绕流管(130)有一个安装在节流阀(132)上游的快速关闭阀(131)。
5.按照权利要求4所述的汽轮机系统，其中，新汽绕流管(130)的快速关闭阀(131)与新汽进口(112-115)处的快速关闭阀(121-124)耦合，使得新汽绕流管(130)的快速关闭阀(131)能够通过所述新汽进口(112-115)处的快速关闭阀(121-124)触发。
6.按照权利要求5所述的汽轮机系统，其中，所述节流阀(132)与抽汽出口(116)耦合，使得节流阀(132)能够将新汽节流至抽汽出口(116)中的抽汽压力。
7.按照权利要求1至6之一所述的汽轮机系统，其中，所述汽轮机系统(100)有一个抽汽管(129)，该抽汽管(129)与所述抽汽出口(116)连接以及所述新汽绕流管(130)汇入该抽汽管(129)内。
8.一种有一个按照权利要求1至7之一所述汽轮机系统(100)的发电厂，其中，为了过热新汽，发电厂有可将抽汽输入其中的中间过热器(140、141)。
9.按照权利要求8所述的发电厂，其中，所述中间过热器(140、141)设计为两级式中间过热器。
10.按照权利要求8或9之一所述的发电厂，其中，在所述抽汽出口(116)处设有止回阀(170、171)，所述新汽绕流管(130)汇入所述止回阀(170、171)的上游。
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