CN102720551A - 双机回热抽汽蒸汽热力系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双机回热抽汽蒸汽热力系统控制方法，当除氧器的压力低于主汽轮机上除氧器供热抽汽口的抽汽压力时，第一抽汽调节阀打开；当除氧器的压力大于主汽轮机上除氧器供热抽汽口的抽汽压力时，第一抽汽调节阀关闭，排汽调节阀打开。该控制方法将除氧器分别与小汽轮机排汽管、大汽轮机上除氧器供热抽汽口相连，通过控制相应调节阀的开关，一方面保证在不同的运行工况下除氧器压力与大汽轮机上除氧器供热抽汽口的抽汽压力同步；另一方面保证在实现小汽轮机与系统辅助设备出力平衡，达到回热抽汽流量的平衡。可见采用这种控制方式可保证回热抽汽流量的平衡、使小汽轮机可长时间安全稳定的工作。

Description

双机回热抽汽蒸汽热力系统控制方法

技术领域

本发明涉及汽轮机领域，特别是涉及一种采用小汽轮机进行抽汽回热热力系统的控制方法。

背景技术

电力是人类社会最基本、最清洁，也是最方便的能源，出于目前地球一次能源的状况，电力工业在相当长的时期内，以燃煤发电为主的格局不会改变。燃煤发电产生清洁能源电力的同时也产生大量的污染和CO₂排放，按我国2011年燃煤发电量计算的CO₂排放量已超过30亿吨。为了保护环境、节约资源，如何提高汽轮机的效率以成为业内越来越重视的问题。

为了提高汽轮机的效率，目前汽轮机普遍采用回热循环技术，即从汽轮机中间级抽出一部分已做了一定量功的蒸汽对锅炉给水加热，回热循环单元一般包括高压加热器和低压加热器两部分，锅炉给水通过低压加热器、高压加热器进行热量交换，从而使锅炉给水温度升高。采用这种回热循环技术可减少汽轮机进入冷凝器的蒸汽量，降低汽轮机的冷源损失，提高锅炉的给水温度，从而使蒸汽的热量得到充分利用，这样就可提高汽轮机的效率。

为了提高汽轮机效率，降低电厂用电率，目前许多电厂的大型设备由原来的电动机驱动改为了小汽轮机驱动，这样可取消大容量的电动机，从而可达到大幅降低厂用电的目的。该“小汽轮机”也即相对于主汽轮机而言的辅助汽轮机。中国专利申请文件“发电厂小汽轮机系统及其含该系统的发电厂热力循环系统”（中国专利申请号CN200910052230.1）公开了一种用于将排汽热量回收至发电厂热力循环系统中的回热式小汽轮机。该小汽轮机采用背压式，除了驱动锅炉风机、水泵等设备以外，小汽轮机的排汽还进入某个回热系统以便对小汽轮机的排汽热量进行回收利用，该回热单元可以选择除氧器、低压加热器或者高压加热器。然而该及时小汽轮机的蒸汽全部由其排汽端直接进入回热系统，方案单一，小汽轮机的流量受制于除氧器的需求，有时流量太小则不能满足驱动耗功的要求，不具备提高循环效率以及降低高压加热器系统温度的功能，小汽轮机按驱动设备功率配置时，负荷变化时，热力系统无相应的背压控制功能，热平衡流量不平衡，小汽轮机的安全性不稳定，有可能会对电厂运行的稳定性可靠造成不利的影响。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双机回热抽汽蒸汽热力系统的控制方法，用于解决现有技术中设备运行不稳定、热平衡流量不平衡问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明公开了一种双机回热抽汽蒸汽热力系统的控制方法，其特征在于，所述双机回热抽汽蒸汽热力系统包括主汽轮机、小汽轮机及回热循环单元，所述回热循环单元包括数个高压加热器、数个低压加热器及除氧器，所述主汽轮机上设有低压抽汽口，所述低压加热器通过低压抽汽管路与所述低压抽汽口连接，所述小汽轮机内设有转子，所述转子与系统辅助设备连接，所述主汽轮机高压缸的中间级设有高压抽汽口，所述高压抽汽口通过高压抽汽管路分别与所述小汽轮机的进汽口、数个高压加热器中进汽参数最高的一个高压加热器连接，所述小汽轮机的中间级设有数个回热抽汽口，所述数个回热抽汽口通过回热抽汽管路分别与除进汽参数最高高压加热器之外的其余高压加热器连接，所述小汽轮机的排汽口与所述除氧器通过小汽轮机排汽管路连接，所述主汽轮机上还设有一除氧器供热抽汽口，所述除氧器供热抽汽口与所述除氧器通过主汽轮机抽汽管路连接，所述小汽轮机的排汽口通过旁通管与低压加热器连接，所述旁通管上设有排汽调节阀，所述主汽轮机抽汽管路上设有第一抽汽调节阀，高压抽汽口与所述小汽轮机进汽口连接的高压抽汽管路上设有第二抽汽调节阀；该双机回热抽汽蒸汽热力系统的控制方法包括如下步骤：当除氧器的压力小于主汽轮机上除氧器供热抽汽口的抽汽压力时，第一抽汽调节阀打开，排汽调节阀关闭，主汽轮机向除氧器提供回热抽汽；当除氧器的压力大于主汽轮机上除氧器供热抽汽口的抽汽压力且小于压力上限值时，第一抽汽调节阀、排汽调节阀关闭；当除氧器的压力大于压力上限值时，第一抽汽调节阀关闭、排汽调节阀打开，部分小汽轮机的排汽通过旁通管流入到低压加热器或凝汽器中。

优选地，所述压力上限值比主汽轮机上除氧器供热抽汽口的抽汽压力大0.05MPa至0.3MPa。

优选地，所述小汽轮机的进汽量由第二抽汽调节阀的开度进行控制，所述第二抽汽调节阀的开度根据所述小汽轮机转子的转速进行控制。

优选地，所述小汽轮机转子的转速可根据各高压加热器抽汽量变化进行控制，高压加热器抽汽量大则小汽轮机转子的转速快，高压加热器抽汽量小则小汽轮机转子的转速慢。

优选地，所述系统辅助设备为水泵。

优选地，所述系统辅助设备还包括一发电机，所述小汽轮机的转子通过3S联轴器与所述发电机连接。

如上所述，本发明的双机回热抽汽蒸汽热力系统控制方法具有以下有益效果：该双机回热抽汽蒸汽热力系统控制方法将除氧器分别与小汽轮机排汽管、大汽轮机上除氧器供热抽汽口相连，通过控制相应调节阀的开关，一方面保证在不同的运行工况下除氧器压力与大汽轮机上除氧器供热抽汽口的抽汽压力同步；另一方面保证在实现小汽轮机与系统辅助设备出力平衡，达到回热抽汽流量的平衡。可见采用这种控制方式可保证回热抽汽流量的平衡、使小汽轮机可长时间安全稳定的工作。

附图说明

图1为本发明实施例双机回热抽汽蒸汽热力系统的示意图。

元件标号说明

1    主汽轮机

2    小汽轮机

4    水泵

5    发电机

6    锅炉

7    除氧器

311  #高压加热器

322  #高压加热器

333  #高压加热器

344  #高压加热器

366  #低压加热器

377  #低压加热器

388  #低压加热器

399  #低压加热器

40   10#低压加热器

V1   第二抽汽调节阀

V2   排汽调节阀

V3   第一抽汽调节阀

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，所以图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种双机回热抽汽蒸汽热力系统，该包括主汽轮机1、小汽轮机2及回热循环单元，小汽轮机2为背压式汽轮机。回热循环单元包括四个高压加热器、五个低压加热器及除氧器7，四个高压加热器分别为1#高压加热器31、2#高压加热器32、3#高压加热器33、4#高压加热器34，五个低压加热器分别为6#低压加热器36、7#低压加热器37、8#低压加热器38、9#低压加热器39、10#低压加热器40。沿主汽轮机蒸汽流动方向，相应加热器的进汽压力参数逐渐降低，在进入锅炉6的给水首先从右向左依次经过各低压加热器进行热交换，然后再通过除氧器进行除氧，接着再从右向左依次经过各高压加热器进行热交换，最后流入到锅炉6内。主汽轮机的低压区设有低压抽汽口，低压加热器通过低压抽汽管路与低压抽汽口连接，低压蒸汽通过低压抽汽管路进入到低压加热器内。

主汽轮机1的高压缸中间级设有一高压抽汽口，高压抽汽口通过高压抽汽管路分别与1#高压加热器31及小汽轮机2的进汽口连接，1#高压加热器31为四个高压加热器中进汽参数（进汽温度、进汽压力）最高的一个，高压抽汽口与小汽轮机2的进汽口连接的高压抽汽管路上设有第二抽汽调节阀V1。小汽轮机2的中间级设有三个回热抽汽口，三个回热抽汽口通过回热抽汽管路分别与2#高压加热器、3#高压加热器、4#高压加热器连接，每个回热抽汽管道上均设有抽汽调节阀和抽汽逆止阀。小汽轮机2的排汽口与除氧器7通过小汽轮机排汽管路连接，主汽轮机1上还设有一除氧器供热抽汽口，除氧器供热抽汽口与除氧器通过主汽轮机抽汽管路连接，主汽轮机抽汽管路上设有第一抽汽调节阀V3，小汽轮机2的排汽口还通过一旁通管与低压加热器连接，旁通管上设有排汽调节阀V2。

小汽轮机2内设有转子，蒸汽流过小汽轮机2时会驱动转子旋转，转子与系统辅助设备连接，可为系统辅助设备提供动力。系统辅助设备主要为给锅炉6供给水的水泵4。当小汽轮机2的进汽流量增加，小汽轮机2的出力超过给水泵4耗功要求时，可通过一个3S联轴器同轴连接一发电机5，这样可使小汽轮机多余的功率用于发电。

该双机回热抽汽蒸汽热力系统中，小汽轮机2上回热抽汽口的个数可根据功率、容量的需要进行调节，一般为2-3个，高压加热器、低压加热器的个数也可根据需要进行调节，其个数一般为3到5个。

小汽轮机2进汽量的出力应与水泵功率平衡，以及小汽轮机的进汽量还应与回热抽汽量、排汽流量之和满足回热系统的热平衡要求。在机组运行时，小汽轮机2的三级回热抽汽量由相应的高压加热器进行调节，高压加热器抽汽量变化不直接参与小汽轮机的调节，而是通过改变小汽轮机2的出力影响其转子的转速，高压加热器抽汽量大则小汽轮机转子的转速快，高压加热器抽汽量小则小汽轮机转子的转速慢，控制系统按转子（或水泵）转速信号控制第二抽汽调节阀V1的开度，进而控制小汽轮机的进汽量。

小汽轮机2的排汽进入除氧器7，小汽轮机2的背压就是除氧器7的压力。在运行过程中，当除氧器7的压力P_CY小于主汽轮机1上除氧器供热抽汽口的抽汽压力P_D时，第一抽汽调节阀V3打开，主汽轮机1向除氧器7提供回热抽汽；通常设定一压力上限值，该压力上限值一般比主汽轮机1上除氧器供热抽汽口的抽汽压力P_D大0.05MPa～0.3MPa，当除氧器7的压力P_CY大于主汽轮机1上除氧器供热抽汽口的抽汽压力P_D且小于压力上限值P_D+△P时，第一抽汽调节阀V3、排汽调节阀V2关闭，当除氧器7的压力P_CY＞P_D+△P时，第一抽汽调节阀V3关闭，排汽调节阀V2打开，部分小汽轮机2的排汽通过旁通管流入到低压加热器或凝汽器中。其具体逻辑控制如下表所示：

表1.除氧器压力（小汽轮机背压）对应的阀门控制逻辑

需要说明的是，本发明小汽轮机因承担抽汽，因此在背压为控制信号的流量平衡过程中，背压变化对小汽轮机出力的影响非常小。计算表明，即使背压变化0.2MPa，仅影响小汽轮机出力约2%，因而本发明的流量平衡不会影响小汽轮机功率平衡过程的稳定性。

在该双机回热抽汽蒸汽热力系统中，小汽轮机2的进汽口与主汽轮机1的高压缸中间级排汽连接，小汽轮机2的进汽参数等于主汽轮机1的高压排汽参数。相对35MPa、700℃的高超超临界汽轮机，本发明系统的小汽轮机2进汽压力一般不超过12MPa，温度不超过540℃。小汽轮机2的排汽与除氧器7相连，小汽轮机2的背压等于除氧器7的压力。该小汽轮机2具有的中间级回热抽汽口分别与#1高压加热器31之外的其他高压加热器相连，提供相应的回热抽汽。在小汽轮机2与高压加热器的抽汽管道上设有抽汽调节阀和抽汽逆止阀，自动调整高压加热器所需的抽汽量，按高压加热器要求调节小汽轮机2的中间抽汽量。小汽轮机2按水泵4的转速信号控制小汽轮机调节阀的开度和进汽流量。

该系统采用背压式小汽轮机，与凝汽式小汽轮机相比其蒸汽焓降小，仅为常规凝汽式小汽轮机的50%左右，虽然蒸汽质量流量大3倍左右，但因进汽压力高，其进口段的容积流量比常规凝汽式小汽轮机反而下降3/4，其进口段尺寸小。此外，由于中间抽汽使小汽轮机2的排汽端通流量极小，且没有低压叶片级，整个通流部分尺寸变化小，结构紧凑。小汽轮机2的通流部分可采用刚性高的转毂结构，配以小直径，通流面积变化小的反动式叶片级，加上无低压湿蒸汽流动，排汽损失极小的特点，使该小汽轮机2具有明显高的通流效率。此外背压式小汽轮机省去了相关的凝汽系统，整个系统及设备成本大幅度下降。背压式小汽轮机由于无高应力的低压长叶片，其可靠性明显高于凝汽式小汽轮机，更适合于采取100%容量给水泵的配置方式，简化启动和备用的电泵，降低整个给水系统的设备成本和运行成本。

本发明提供小汽轮机有两种出力模式：

1）小汽轮机仅驱动水泵

此时，无需配置3S联轴器和发电机，小汽轮机仅与水泵相连，小汽轮机功率仅与水泵耗功平衡。下表2列出一台35MPa，700℃/720℃/720℃二次再热660MW汽轮机所采用的双机抽汽回热循环抽汽背压式汽轮机通流部分叶片级的主要设计数据的示例。该小汽轮机额定工况的进汽参数为压力9.77MPa，焓3355kJ/kg,小汽轮机背压，即除氧器的压力为0.867MPa。

表2.仅驱动水泵时小汽轮机各叶片级组的通流参数示例

上述通流参数表明，该小汽轮机通流部分各叶片段的蒸汽质量流量变化很大，排汽流量仅为进口的1/7左右，但各叶片级的容积流量却变化很小，整个通流部分叶片级近似是一个等通道形式。由于排汽段叶片级的流量非常小，仅为进口的1/7，因此相对主汽轮机和水泵的变工况，该排汽段叶片级的流量相对变化幅度更大，必须采取必要的保护措施，例如末段最小压比、排汽温度的报警及跳机、增设小汽轮机末段抽汽调节控制回路等，避免末段叶片级在工况变化时进入极端小容积流量的鼓风发热状况。

2）小汽轮机同时驱动水泵和由一个3S联轴器连接的小发电机

此时，需配置3S联轴器、小发电机及相应的变频装置。此时，小汽轮机功率与水泵耗功以及小发电机功率之和平衡，控制仍依据给水泵的转速信号。下表3列出一台同时驱动水泵和小发电机的小汽轮机通流部分叶片级的主要设计数据示例。主汽轮机仍然为35MPa，700℃/720℃/720℃二次再热660MW汽轮机。小汽轮机额定工况的进汽参数为压力9.77MPa，焓3355kJ/kg,小汽轮机背压,即除氧器的压力为0.867MPa。小汽轮机2驱动的小发电机出力为5000kW。

表3.同时驱动给水泵和小发电机时小汽轮机各叶片级组的通流参数示例

与小汽轮机仅仅驱动给水泵的方案相比，通流部分的基本特征相似，通流部分各叶片段的蒸汽质量流量变化幅度有所减小，排汽流量与进口流量之比由仅驱动给水泵方案的1/7增加到1/4左右，排汽段叶片级的流量增加近1倍；各叶片级的容积流量变化仍然很小，整个通流部分叶片级仍近似是一个等通道形式。

该方式的主要特点是：1）附加发电能力改善了通流能力偏小的状况，有利于提高小汽轮机的通流效率；2）附加发电能力增加了小汽轮机驱动给水泵的超负荷能力；3）附加发电能力又提高了小汽轮机适应给水泵低负荷的能力，使小汽轮机排汽端叶片级更远离零功率的小容积流量工况，消除小汽轮机可能进入鼓风发热区的风险。

综上所述，该双机回热抽汽蒸汽热力系统控制方法将除氧器分别与小汽轮机排汽管、大汽轮机上除氧器供热抽汽口相连，通过控制相应调节阀的开关一方面保证在不同的运行工况下除氧器压力与大汽轮机上除氧器供热抽汽口的抽汽压力同步；另一方面保证在实现小汽轮机与系统辅助设备出力平衡，达到回热抽汽流量的平衡。可见采用这种控制方式可保证回热抽汽流量的平衡、使小汽轮机可长时间安全稳定的工作。所以本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种双机回热抽汽蒸汽热力系统的控制方法，其特征在于，所述双机回热抽汽蒸汽热力系统包括主汽轮机（1）、小汽轮机（2）及回热循环单元，所述回热循环单元包括数个高压加热器（31、32、33、34）、数个低压加热器（36、37、38、39、40）及除氧器（7），所述主汽轮机（1）上设有低压抽汽口，所述低压加热器通过低压抽汽管路与所述低压抽汽口连接，所述小汽轮机（2）内设有转子，所述转子与系统辅助设备连接，所述主汽轮机（1）高压缸的中间级设有高压抽汽口，所述高压抽汽口通过高压抽汽管路分别与所述小汽轮机（2）的进汽口、数个高压加热器中进汽参数最高的一个高压加热器（31）连接，所述小汽轮机的中间级设有数个回热抽汽口，所述数个回热抽汽口通过回热抽汽管路分别与除进汽参数最高高压加热器之外的其余高压加热器（32、33、34）连接，所述小汽轮机（2）的排汽口与所述除氧器（7）通过小汽轮机排汽管路连接，所述主汽轮机上还设有一除氧器供热抽汽口，所述除氧器供热抽汽口与所述除氧器（7）通过主汽轮机抽汽管路连接，所述小汽轮机（2）的排汽口通过旁通管与低压加热器连接，所述旁通管上设有排汽调节阀（V2），所述主汽轮机抽汽管路上设有第一抽汽调节阀（V3），高压抽汽口与所述小汽轮机进汽口连接的高压抽汽管路上设有第二抽汽调节阀（V1）；

该双机回热抽汽蒸汽热力系统的控制方法包括如下步骤：

当除氧器（7）的压力小于主汽轮机（1）上除氧器供热抽汽口的抽汽压力时，第一抽汽调节阀（V3）打开，排汽调节阀（V2）关闭，主汽轮机（1）向除氧器（7）提供回热抽汽；

当除氧器（7）的压力大于主汽轮机（1）上除氧器供热抽汽口的抽汽压力且小于压力上限值时，第一抽汽调节阀（V3）、排汽调节阀（V2）关闭；

当除氧器（7）的压力大于压力上限值时，第一抽汽调节阀（V3）关闭、排汽调节阀（V2）打开，部分小汽轮机（2）的排汽通过旁通管流入到低压加热器或凝汽器中。

2.根据权利要求1所述的双机回热抽汽蒸汽热力系统的控制方法，其特征在于：所述压力上限值比主汽轮机（1）上除氧器供热抽汽口的抽汽压力大0.05MPa至0.3MPa。

3.根据权利要求1所述的双机回热抽汽蒸汽热力系统的控制方法，其特征在于：所述小汽轮机（2）的进汽量由第二抽汽调节阀（V1）的开度进行控制，所述第二抽汽调节阀（V1）的开度根据所述小汽轮机（2）转子的转速进行控制。

4.根据权利要求3所述的双机回热抽汽蒸汽热力系统的控制方法，其特征在于：所述小汽轮机转子的转速可根据各高压加热器抽汽量变化进行控制，高压加热器抽汽量大则小汽轮机转子的转速快，高压加热器抽汽量小则小汽轮机转子的转速慢。

5.根据权利要求1所述的双机回热抽汽蒸汽热力系统的控制方法，其特征在于：所述系统辅助设备为水泵。

6.根据权利要求5所述的双机回热抽汽蒸汽热力系统的控制方法，其特征在于：所述系统辅助设备还包括一发电机，所述小汽轮机的转子通过3S联轴器与所述发电机连接。

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