CN103195508B - 汽轮机快速冷却系统及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽轮机快速冷却系统及冷却方法，快速冷却方法具体包括以下步骤：步骤一，开启高压缸进气阀和中压缸进气阀，并且使其处于受所述反馈控制器控制状态；步骤二，将高压缸优化温降速率和中压缸优化温降速率输入所述反馈控制器，所述启动所述反馈控制器，将第一温降速率检测器和第二温降速率检测器获得数据反馈给所述反馈控制器，反馈控制器通过所述数据控制高压缸进气阀、中压缸进气阀的开度，最终控制冷气进气量。本发明使机组以尽可能快的速度将温度降下来，以减少检修的时间，缩短检修周期，提高机组的利用率，同时不损害汽轮机的使用寿命。

Description

汽轮机快速冷却系统及冷却方法

技术领域

本发明涉及汽轮机冷却技术，特别是涉及一种汽轮机快速冷却系统及冷却方法。

背景技术

超超临界汽轮机组最高工作温度高达600℃，机体的热容大，而且高压缸为筒形机构，保温良好，停机后汽缸自然冷却很慢。汽轮机停机检修时机体金属温度降到150℃以下方可开工。机体温度以正常冷却速度降到这个水平需要超过十天，致使检修不能及时开工，增加了停机时间，降低了设备利用率。汽轮机停机以后冷却太快，会产生有害的热应力，热变形容易发生动静部分碰撞和磨损，而冷却太慢，延长冷却时间，影响发电量。

超超临界机组一般采用真空快冷工艺。如图1所示，汽轮机内高压缸7和中压缸8分别通过主汽阀15、12与汽源相连，真空快冷通道包括设于高压缸进气管上的高压缸进气阀14、中压缸进气管上的中压缸进气阀13，高压缸7直接与凝汽器10相连，中压缸8和低压缸9串联后与凝汽器10相连，凝汽器10与真空泵11相连。真空泵11在凝汽器10建立真空后，外界空气主要通过主汽阀与各进气阀之间的快冷接口按顺流方式进入通流部分，并对汽轮机所有的高温部件（比如阀门、转子、内、外缸等）进行快速冷却。

现在在电厂停机检修时，由运行人员监视汽轮机温度，手动开启进气阀进冷却气，温度变化不容易控制，温降太快容易超过应力，影响设备的寿命，温降太慢影响快冷效果，延长冷却时间。因此，需要一种自动控制的汽轮机快速冷却系统，控制温度变化在应力允许的范围内，使机组以尽可能快的速度将温度降下来。

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汽轮机快速冷却系统及冷却方法，用于解决现有技术中存在的上述问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种汽轮机快速冷却系统，所述汽轮机快速冷却系统包括：

第一温降速率检测器，包括一置于高压缸内的温度传感器，第一温降速率检测器通过所述温度传感器实时测得的温度获得所述高压缸的实时温降速率；

第二温降速率检测器，包括一置于中压缸内的温度传感器，第二温降速率检测器通过所述温度传感器实时测得的温度获得所述中压缸的实时温降速率；

反馈控制器，与所述第一温降速率检测器和第二温降速率检测器相连，反馈控制器将所述高压缸实时温降速率与初始设定的高压缸优化温降速率相比较，控制高压缸进气阀的开度，同时，反馈控制器将所述中压缸实时温降速率与初始设定的中压缸优化温降速率相比较，控制中压缸进气阀的开度，反馈控制器通过控制高压缸进气阀、中压缸进气阀的开度控制冷气进气量。

优选的，所述汽轮机快速冷却系统还包括在汽轮机进入快速冷却之前的预设系统，所述预设系统设定所述高压缸进气阀、中压缸进气阀的初始开度，以及在真空条件下各阀门关闭时，计算汽轮机内高压缸和中压缸的自然温降速率。

优选的，所述高压缸优化温降速率为所述高压缸自然温降速率与高压缸最大温降速率之和的一半；所述中压缸优化温降速率为所述中压缸自然温降速率与中压缸最大温降速率之和的一半。

优选的，所述汽轮机快速冷却系统还包括冷却保护系统，在汽轮机冷却速率超限时，所述冷却保护系统用于切断所述反馈控制器，关闭所述高压缸进气阀、中压缸进气阀。

优选的，所述汽轮机快速冷却系统还包括报警系统，报警系统用于在汽轮机冷却速率超限时发出警报。

本发明还提供一种汽轮机快速冷却方法，所述快速冷却方法采用上述汽轮机快速冷却系统，具体包括以下步骤：

步骤一，开启高压缸进气阀和中压缸进气阀，并且使其处于受所述反馈控制器控制状态；

步骤二，将高压缸优化温降速率和中压缸优化温降速率输入所述反馈控制器，所述启动所述反馈控制器，将第一温降速率检测器和第二温降速率检测器获得数据反馈给所述反馈控制器，反馈控制器通过所述数据控制高压缸进气阀、中压缸进气阀的开度，最终控制冷气进气量；

步骤三，所述反馈控制器实时工作，直至冷却结束。

优选的，步骤一中所述高压缸进气阀和中压缸进气阀通过预设系统设定初始开度，高压缸进气阀和中压缸进气阀的初始开度为2%。

优选的，在进行所述步骤一之前，需要计算在真空条件下各阀门关闭时，汽轮机内高压缸和中压缸的自然温降速率。

优选的，所述步骤二进行时，若汽轮机冷却速率超限时，所述冷却保护系统将切断所述反馈控制器，关闭所述高压缸进气阀、中压缸进气阀，中止汽轮机的快速冷却；同时所述报警系统发出警报。

如上所述，本发明的汽轮机快速冷却系统及冷却方法，具有以下有益效果：通过反馈控制器将汽轮机冷却投入自动化调节，以控制冷气的进气量，调整冷却速度，使冷却速度在汽轮机应力承受范围内达到最大值，使机组以尽可能快的速度将温度降下来，以减少检修的时间，缩短检修周期，提高机组的利用率，同时不损害汽轮机的使用寿命。

附图说明

图1显示为现有技术中的汽轮机真空冷却结构示意图。

图2显示为本发明的汽轮机快速冷却系统示意图。

图3显示为本发明的汽轮机快速冷却方法流程图。

图4显示为高压缸各温降速率线。

图5显示为中压缸各温降速率线。

元件标号说明

1                  第一温降速率检测器

2                  第二温降速率检测器

3                  反馈控制器

4                  冷却保护系统

5                  报警系统

6                  预设系统

7                  高压缸

8                  中压缸

9                  低压缸

10                 凝汽器

11                 真空泵

12、15             主汽阀

13                 中压缸进气阀

14                 高压缸进气阀

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。

请参阅图2及图3。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，遂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2所示，本发明提供一种汽轮机快速冷却系统，所述汽轮机快速冷却系统包括：

第一温降速率检测器1，包括一置于高压缸7内的温度传感器，第一温降速率检测器1通过温度传感器实时测得的温度获得高压缸的实时温降速率P5；

第二温降速率检测器2，包括一置于中压缸8内的温度传感器，第二温降速率检测器2通过温度传感器实时测得的温度获得中压缸的实时温降速率P6；

反馈控制器3，与所述第一温降速率检测器1和第二温降速率检测器2相连，反馈控制器3将所述高压缸实时温降速率P5与初始设定的高压缸优化温降速率P3相比较，控制高压缸进气阀14的开度，同时，反馈控制器3将所述中压缸实时温降速率P6与初始设定的中压缸优化温降速率P4相比较，控制中压缸进气阀13的开度，反馈控制器3通过控制高压缸进气阀14、中压缸进气阀14的开度控制冷气进气量。本发明通过反馈控制器将汽轮机冷却投入自动化调节，以控制冷气的进气量，调整冷却速度，使冷却速度在汽轮机应力承受范围内达到最大值，使机组以尽可能快的速度将温度降下来，以减少检修的时间，缩短检修周期，提高机组的利用率，同时不损害汽轮机的使用寿命。

上述反馈控制器3一般选用PID控制器，其简单易用，也可以为其它能进行数值比较以及反馈控制的控制器。上述温度传感器可为热电偶。第一温降速率检测器1、第二温降速率检测器2可为单片机，或由几个简单的数字电路构成，只要能接受温度传感器的数据并进行计算即可，在此不作详述。

本发明的汽轮机快速冷却系统还包括在汽轮机进入快速冷却之前的预设系统6，所述预设系统6设定高压缸进气阀14、中压缸进气阀13的初始开度，以及在真空条件下各阀门关闭时，计算汽轮机内高压缸自然温降速率P1和中压缸自然温降速率P2。通过该预设系统将各阀门的初始开度定为2%，让部分冷气进入汽轮机，以便后续的反馈控制器检测高压缸、中压缸的温度，对其进行调节。

如图4及图5所示，高压缸自然温降速率P1和中压缸自然温降速率P2可以利用牛顿确立的冷却定律得出，即当物体表面与周围有温差时，单位时间内从单位面积上散失的热量与这一温差成正比，所以自然温降速率是呈逐步下降的状态。上述高压缸、中压缸优化温降速率应介于上述预设系统得到的高压缸、中压缸自然温降速率，以及高压缸、中压缸最大温降速率之间。高压缸优化温降速率P3为所述高压缸自然温降速率P1与高压缸最大温降速率(实际为7K/h)之和的一半，即P3=（P1+7）/2；所述中压缸优化温降速率P4为所述中压缸自然温降速率P2与中压缸最大温降速率（实际为10K/h）之和的一半，即P4=（P2+10）/2。

本发明汽轮机快速冷却系统还包括冷却保护系统4，在汽轮机冷却速率超限时，即高压缸、中压缸的实时温降速率超过各自的最大温降速率时，本冷却保护系统4用于切断所述反馈控制器3，关闭所述高压缸进气阀、中压缸进气阀，关闭真空泵，破坏真空冷却。

汽轮机快速冷却系统还包括报警系统5，报警系统5用于在汽轮机冷却速率超限时发出警报。

如图3所示，本发明还提供一种汽轮机快速冷却方法，所述快速冷却方法采用上述汽轮机快速冷却系统，具体包括以下步骤：

步骤一，在进行汽轮机冷却前，需检测汽轮机是否停机，真空快冷通道是否设好，即图3中的S1，快速冷却条件具备，启动真空泵；

步骤二：然后通过预设系统，进行各初始值的设定，包括：计算在真空条件下各阀门关闭时，汽轮机内高压缸自然温降速率P1和中压缸自然温降速率P2，见图3中的S21；设定高压缸进气阀和中压缸进气阀的开度，见图3中的S22；当高压缸进气阀和中压缸进气阀的开度为2%时，使其处于受所述反馈控制器控制状态，见图3中的S23；

步骤三，将高压缸优化温降速率P3和中压缸优化温降速率P4输入所述反馈控制器3，即图3中的S31设定高压缸、中压缸的优化温降速率P3、P4；本实施例反馈控制器采用的PID控制器，启动所述反馈控制器3，将第一温降速率检测器1和第二温降速率检测器2获得数据反馈给所述反馈控制器3，该数据即图3中的S32测定高压缸、中压缸实时温降速率P5、P6，反馈控制器3通过该数据控制高压缸进气阀、中压缸进气阀的开度，见图3中S33，最终控制冷气进气量；

步骤四，反馈控制器实时工作，直至冷却结束，图3中S4。

其中，在上述步骤三进行时，若汽轮机冷却速率超限时，即高压缸、中压缸的实时温降速率P5、P6超过各自的最大温降速率时，冷却保护系统将切断反馈控制器，关闭所述高压缸进气阀、中压缸进气阀，停真空泵，见图3中的S5，中止汽轮机的快速冷却；同时所述报警系统发出警报。

通过以上步骤实现利用本发明的汽轮机快速冷却系统对汽轮机进行冷却，使冷却速度在汽轮机应力承受范围内达到最大值，使机组以尽可能快的速度将温度降下来，以减少检修的时间，缩短检修周期，提高机组的利用率，同时不损害汽轮机的使用寿命。

综上所述，本发明汽轮机快速冷却系统及冷却方法，通过反馈控制器将汽轮机冷却投入自动化调节，以控制冷气的进气量，调整冷却速度，使冷却速度在汽轮机应力承受范围内达到最大值，使机组以尽可能快的速度将温度降下来，以减少检修的时间，缩短检修周期，提高机组的利用率，同时不损害汽轮机的使用寿命。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 (9)

1.一种汽轮机快速冷却系统，其特征在于，所述汽轮机快速冷却系统包括：

第一温降速率检测器(1)，包括一置于高压缸(7)内的温度传感器，第一温降速率检测器通过所述高压缸(7)内的温度传感器实时测得的温度获得所述高压缸的实时温降速率；

第二温降速率检测器(2)，包括一置于中压缸(8)内的温度传感器，第二温降速率检测器通过所述中压缸(8)内的温度传感器实时测得的温度获得所述中压缸的实时温降速率；

反馈控制器(3)，与所述第一温降速率检测器(1)和第二温降速率检测器(2)相连，反馈控制器(3)将所述高压缸实时温降速率与初始设定的高压缸优化温降速率相比较，控制高压缸进气阀(14)的开度，同时，反馈控制器(3)将所述中压缸实时温降速率与初始设定的中压缸优化温降速率相比较，控制中压缸进气阀(13)的开度，反馈控制器(3)通过控制高压缸进气阀(14)、中压缸进气阀(13)的开度控制冷气进气量。

2.根据权利要求1所述的汽轮机快速冷却系统，其特征在于：所述汽轮机快速冷却系统还包括在汽轮机进入快速冷却之前的预设系统(6)，所述预设系统(6)设定所述高压缸进气阀(14)、中压缸进气阀(13)的初始开度，以及在真空条件下各阀门关闭时，计算汽轮机内高压缸和中压缸的自然温降速率。

3.根据权利要求2所述的汽轮机快速冷却系统，其特征在于：所述高压缸优化温降速率为所述高压缸自然温降速率与高压缸最大温降速率之和的一半；所述中压缸优化温降速率为所述中压缸自然温降速率与中压缸最大温降速率之和的一半。

4.根据权利要求1所述的汽轮机快速冷却系统，其特征在于：所述汽轮机快速冷却系统还包括冷却保护系统(4)，在汽轮机冷却速率超限时，所述冷却保护系统(4)用于切断所述反馈控制器(3)，关闭所述高压缸进气阀(14)、中压缸进气阀(13)。

5.根据权利要求1所述的汽轮机快速冷却系统，其特征在于：所述汽轮机快速冷却系统还包括报警系统(5)，报警系统(5)用于在汽轮机冷却速率超限时发出警报。

6.一种汽轮机快速冷却方法，其特征在于：所述快速冷却方法采用权利要求1所述的汽轮机

快速冷却系统，具体包括以下步骤：

步骤一，开启高压缸进气阀(14)和中压缸进气阀(13)，并且使其处于受所述反馈控制器(3)控制状态；

步骤二，将高压缸优化温降速率和中压缸优化温降速率输入所述反馈控制器，启动所述反馈控制器(3)，将第一温降速率检测器(1)和第二温降速率检测器(2)获得数据反馈给所述反馈控制器(3)，反馈控制器(3)通过所述数据控制高压缸进气阀(14)、中压缸进气阀(13)的开度，最终控制冷气进气量；

步骤三，所述反馈控制器实时工作，直至冷却结束。

7.根据权利要求6所述的汽轮机快速冷却方法，其特征在于：步骤一中所述高压缸进气阀(14)和中压缸进气阀(13)通过预设系统(6)设定初始开度，高压缸进气阀(14)和中压缸进气阀(13)的初始开度为2％。

8.根据权利要求6所述的汽轮机快速冷却方法，其特征在于：在进行所述步骤一之前，需要计算在真空条件下各阀门关闭时，汽轮机内高压缸和中压缸的自然温降速率。

9.根据权利要求6所述的汽轮机快速冷却方法，其特征在于：所述汽轮机快速冷却系统中还包括冷却保护系统和报警系统，在所述步骤二进行时，若汽轮机冷却速率超限时，所述冷却保护系统(4)将切断所述反馈控制器，关闭所述高压缸进气阀、中压缸进气阀，中止汽轮机的快速冷却；同时所述报警系统(5)发出警报。