CN103452600B - 回热侧间接调节的汽轮机发电系统及其一次调频方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回热侧间接调节的汽轮机发电系统及其一次调频方法，该回热侧间接调节的汽轮机发电系统包括汽轮机、凝汽器、低压加热系统、高压加热系统以及由汽轮机驱动的发电机，汽轮机、凝汽器、低压加热系统和高压加热系统通过管路依次连接，所述的汽轮机和高压加热系统之间以及所述的汽轮机和低压加热系统之间分别连接有抽汽管路，所述高压加热系统上并联连接有旁路管道，旁路管道上安装有流量自动调节装置，流量自动调节装置与发电机电气连接。所述的一次调频方法能使所述的回热侧间接调节的汽轮机发电系统在一次调频中减小蒸汽节流损失和降低热耗，从而有利于降低经济损失。

Description

回热侧间接调节的汽轮机发电系统及其一次调频方法

技术领域

本发明涉及一种汽轮机发电系统及其一次调频方法。

背景技术

电网用户端的负荷变化是随机性的，当用户负荷提高，而发电负荷未调整时，电网频率就会下降；反之，用户负荷降低时，电网频率就会升高。电网频率变化幅度超过允许值，不仅会影响用户端的设备，严重时也会损坏汽轮机与发电机，因此汽轮机要配置一套调频系统，当电网频率偏离额定负荷时，自动并快速的调整汽轮机的出力，使发电负荷与用户负荷匹配，减少电网频率变化的幅度。这种由调节系统自动调节汽轮机功率，以减小电网频率改变幅度的方法，称为一次调频。一次调频的特点是具有随机性，大容量汽轮机一般负荷变化率不超过±6％，部分特殊的机组不超过±12％，要求迅速响应负荷变化，以维持电网频率稳定。

汽轮发电机组要满足电网一次调频要求，就必须设置一套自动控制系统快速改变汽轮机输出功率，使汽轮机根据电网频率变化快速调整功率出力，保持汽轮机输入到电网的功率与用户需求大致相等。目前电站大部分汽轮机是通过主调门节流方式实现调节的，需要增加功率时减小主调门的节流幅度，则经过主调门进入汽轮机的蒸汽量提高，汽轮机功率增加；需要减小功率时就加大调门的节流幅度，进入汽轮机的蒸汽量下降，汽轮机输出功率减小。虽然采用主调门节流方式能快速响应负荷变化要求，但是主调门节流会带来额外的损失(节流损失)，长期运行影响机组的经济性。

汽轮机组还有采用补汽阀调频方式，大部分蒸汽经过全开的主调门进入汽轮机，少部分蒸汽经过补汽阀直接进入高压缸第5级(有些厂家是第4级)后，通过补汽阀控制这少部分的蒸汽流量，实现对汽轮机功率的迅速调节。补汽口设在第5级后，是为了补汽口与进汽口之间有足够的差压，满足补汽阀对蒸汽流量调节的要求。虽然主调门可以全开，大部分蒸汽不经过节流，但是通过补汽阀的部分蒸汽流量依然被节流，并且直接注入第5级后，降低了蒸汽做功能力，依然有一定的经济性损失。实际多个电厂运行表明，使用补汽阀以后，不仅机组热耗增加，同时容易引起机组轴系振动。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种回热侧间接调节的汽轮机发电系统，该回热侧间接调节的汽轮机发电系统在一次调频中能够减小蒸汽节流损失和降低热耗，有利于降低经济损失。

其技术方案如下：

一种回热侧间接调节的汽轮机发电系统，包括汽轮机、凝汽器、低压加热系统、高压加热系统以及由汽轮机驱动的发电机，汽轮机、凝汽器、低压加热系统和高压加热系统通过管路依次连接，所述的汽轮机和高压加热系统之间以及所述的汽轮机和低压加热系统之间分别连接有抽汽管路，所述高压加热系统上并联连接有旁路管道，旁路管道上安装有流量自动调节装置，流量自动调节装置与发电机电气连接。

在该回热侧间接调节的汽轮机发电系统中，汽轮机内的一部分蒸汽通过抽汽管路进入所述的高压加热系统和低压加热系统中，另外一部分蒸汽则在做功后进入凝汽器中，并在经过凝汽器后变成凝结水流入低压加热系统中，低压加热系统利用从抽汽管路进来的蒸汽与凝结水进行热交换，使凝结水在吸热后以给水的状态进入高压加热系统中，给水在高压加热系统中与蒸汽进一步热交换后进入锅炉中。所述的发电机由汽轮机进行驱动，该发电机将其输出的实际功率值传输给流量自动调节装置，流量自动调节装置对实际功率值与目标功率值比较后，控制旁路管道内给水流量的大小：当实际功率值大于目标功率值时，流量自动调节装置控制旁路管道内的给水流量增大，使进入高压加热系统的给水量减小，则高压加热系统从汽轮机的抽汽量减小，汽轮机内的蒸汽量相对增加，进而提高汽轮机及其驱动的发电机的输出功率；当实际功率值小于目标功率值时，流量自动调节装置控制旁路管道内的给水流量减小，使进入高压加热系统的给水量增大，则高压加热系统从汽轮机的抽汽量增大，汽轮机内的蒸汽量相对减小，进而降低汽轮机及其驱动的发电机的输出功率。由此，实现一次调频。由于该一次调频是通过控制并联在高压加热系统上的旁路通道来对汽轮机的输出功率进行间接调节，而并非通过上述的主调门和补阀门进行直接调节，因此能够减小节流损失和热耗，有利于降低经济损失。

上述的“抽汽”指的是通过抽汽管路从汽轮机中抽取蒸汽。

进一步地，所述的流量自动调节装置包括有控制装置以及流量调节阀，所述的控制装置分别与发电机和流量调节阀电气连接，流量调节阀安装在所述的旁路管道上。上述旁路管道内的给水流量大小的控制是通过调节流量调节阀的开度来实现的，控制装置根据发电机输出的实际功率值与目标功率值进行比较后，向流量调节阀发出控制指令，实现对流量调节阀的开度进行自动调节。

进一步地，所述的控制装置包括控制模块和功率比较模块，功率比较模块与控制模块电连接，该功率比较模块具有第一输入端和第二输入端，第一输入端与所述发电机电连接，第二输入端用于设定目标功率值，所述的控制模块与所述的流量调节阀电气连接。因而，所述的功率比较模块在对上述的实际功率值和目标功率值进行比较后得到差值信号，所述的控制模块则根据该差值信号对流量调节阀的开度进行控制，进而实现一次调频。

进一步地，所述的汽轮机包括高压汽缸、中压汽缸和低压汽缸，高压汽缸、中压汽缸和低压汽缸通过管路依次连接，所述的凝汽器通过管路与所述的低压汽缸相连接。

进一步地，所述的高压加热系统包括多个高压加热器，此多个高压加热器通过管路以串联的方式连接，所述的高压汽缸和中压汽缸分别通过抽汽管路与相应的高压加热器相连接，所述的旁路管道与至少一个所述的高压加热器并联连接。因而，高压加热器是从高压汽缸或中压汽缸抽取热蒸汽的；而所述的旁路管道可与高压加热系统内的一个或多个高压加热器进行并联连接，改变并联连接的高压加热器的数量，所达到的调频效果基本一致。

进一步地，所述的低压加热系统包括至少两个通过管路串联连接的低压加热器，这些低压加热器分别通过抽汽管路与所述的低压汽缸相连接。从而，低压加热器是通过抽汽管路从低压汽缸抽取蒸汽的。

进一步地，所述的高压汽缸连接有进汽管道，该进汽管道上安装有主调门。通过调节该主调门的节流程度，也可以实现对汽轮机输出功率的调节。但是，在上述的流量自动调节装置对旁路通道给水流量的调节能够满足汽轮机的调频要求时，该主调门可以全开不参与调节，从而避免蒸汽的节流损失；当对汽轮机输出功率的调节幅度要求较高时，本发明可以结合主调门节流进行联合调节，虽然联合调节仍具有一定的节流损失，但是相对于完全靠主调门调节，可以减小主调门的节流程度，仍然可以减小蒸汽的节流损失，从而也有利于减小经济损失。

进一步地，沿所述的低压加热系统向高压加热系统的管路上依次设置有除氧器，除氧器与所述的汽轮机之间也连接有所述的抽汽管路。该除氧器起到除氧作用，能够使相关设备免受腐蚀，提高设备使用寿命。该除氧器将凝汽器后面的水路系统分成两部分，除氧器前的为凝结水系统，除氧器后的为给水系统。

进一步地，所述的旁路管道上设置有流量测点。通过该流量测点可以对旁路管道内的给水流量进行测量。

本发明还提供一种回热侧间接调节的汽轮机发电系统的一次调频方法，该方法为：

发电机将其产生的实际功率值传输给流量自动调节装置，流量自动调节装置对实际功率值与目标功率值比较后，控制旁路管道内给水流量的大小：当实际功率值大于目标功率值时，流量自动调节装置控制旁路管道内的给水流量增大，使高压加热系统从汽轮机的抽汽量减小，提高汽轮机及其驱动的发电机的输出功率；当实际功率值小于目标功率值时，流量自动调节装置控制旁路管道内的给水流量减小，使高压加热系统从汽轮机的抽汽量增大，降低汽轮机及其驱动的发电机的输出功率。

如果汽轮机发电系统不参与一次调频时，流量自动调节装置也可以作为汽轮机输出功率的调节装置或者辅助调节装置。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过流量自动调节装置对旁路管道内的给水流量进行自动调节，以改变进入高压加热器的给水流量，进而间接地改变高压加热器的抽汽量，实现对汽轮机输出功率的自动调节，由此，实现一次调频。因而，该自动调节不存在对蒸汽的节流控制，能够减小蒸汽的节流损失和热耗，有利于降低经济损失。

(2)相较于补气阀的调节，本发明能够降低汽轮机组的热耗，且较难引起机组轴系振动，有利于汽轮机发电系统的稳定运行。

(3)由于沿管路所述的高压加热器设于所述除氧器的后面，因而上述的调节在改变进入高压加热器的给水流量时，不会影响除氧器的水位，从而不影响除氧器的水位控制逻辑。

(4)上述流量自动调节装置的调节可以随时与传统的主调门的调节方式一起实现联合调节，因而在减小蒸汽节流损失的情况下还能增加对汽轮机输出功率的调节幅度。

附图说明

图1是本发明实施例所述回热侧间接调节的汽轮机发电系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、高压汽缸，2、中压汽缸，3、低压汽缸，4、发电机，5、凝汽器，6、凝结水泵，7、流量调节阀，8、低压加热系统，801、低压加热器，9、除氧器，10、给水泵，11、高压加热系统，12、高压加热器，13、给水出管，14、节流孔板，15、旁路管道，151、流量测点，16、控制装置，17、实际功率值变送器，18、进汽管道，19、主调门，20、抽汽管路。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

如图1所示，一种回热侧间接调节的汽轮机发电系统，包括汽轮机、凝汽器5、低压加热系统8、高压加热系统11以及由汽轮机驱动的发电机4，汽轮机、凝汽器5、低压加热系统8和高压加热系统11通过管路依次连接，所述的汽轮机和高压加热系统11之间以及所述的汽轮机和低压加热系统8之间分别连接有抽汽管路20，所述高压加热系统11上并联连接有旁路管道15，旁路管道15上安装有流量自动调节装置，流量自动调节装置与发电机4电气连接。

其中，所述的流量自动调节装置包括有控制装置16以及流量调节阀7，所述的控制装置16分别与发电机4和流量调节阀7电气连接，流量调节阀7安装在所述的旁路管道15上。所述的控制装置16包括控制模块和功率比较模块，功率比较模块与控制模块电连接，该功率比较模块具有第一输入端和第二输入端，第一输入端通过实际功率值变送器17与所述发电机4电连接，第二输入端用于设定目标功率值，所述的控制模块与所述的流量调节阀7电气连接。所述的汽轮机包括高压汽缸1、中压汽缸2和低压汽缸3，高压汽缸1、中压汽缸2和低压汽缸3通过管路依次连接，所述的凝汽器通过管路与所述的低压汽缸3相连接。所述的高压加热系统11包括多个高压加热器12，此多个高压加热器12通过管路以串联的方式连接，所述的高压汽缸1和中压汽缸2分别通过抽汽管路20与相应的高压加热器12相连接，所述的旁路管道15与至少一个所述的高压加热器12并联连接。所述的低压加热系统8包括至少两个通过管路串联连接的低压加热器801，这些低压加热器801分别通过抽汽管路20与所述的低压汽缸3相连接。所述的高压汽缸1连接有进汽管道18，该进汽管道18上安装有主调门19。沿所述的低压加热系统8向高压加热系统11的管路上依次设置有除氧器9，除氧器9与所述的汽轮机之间也连接有所述的抽汽管路20。所述的旁路管道15上设置有流量测点151。在所述的除氧器9和高压加热系统11之间的管路上设置有给水泵10，沿凝汽器5向所述的低压加热系统8的管路上依次设置有凝结水泵6和流量调节阀7。所述的高压加热系统11连接有给水出管13，在给水出管13上安装有节流孔板14。

本实施例还提供一种回热侧间接调节的汽轮机发电系统的一次调频方法，该方法为：

发电机4将其产生的实际功率值传输给流量自动调节装置，流量自动调节装置对实际功率值与目标功率值比较后，控制旁路管道15内给水流量的大小：当实际功率值大于目标功率值时，流量自动调节装置控制旁路管道15内的给水流量增大，使高压加热系统11从汽轮机的抽汽量减小，提高汽轮机及其驱动的发电机4的输出功率；当实际功率值小于目标功率值时，流量自动调节装置控制旁路管道15内的给水流量减小，使高压加热系统11从汽轮机的抽汽量增大，降低汽轮机及其驱动的发电机4的输出功率。

具体地，在该回热侧间接调节的汽轮机发电系统的运行过程中，汽轮机内的一部分蒸汽通过抽汽管路20进入所述的高压加热系统11和低压加热系统8中，另外一部分蒸汽则在做功后进入凝汽器5中，并在经过凝汽器5后变成凝结水流入低压加热系统8中，低压加热系统8利用从抽汽管路20进来的蒸汽与凝结水进行热交换，使凝结水在吸热后以给水的状态进入高压加热系统11中，给水在高压加热系统11中与蒸汽进一步热交换后进入锅炉中。所述的发电机4由汽轮机进行驱动，该发电机4将其输出的实际功率值反馈给流量自动调节装置的控制装置16，控制装置16对实际功率值与目标功率值比较后向流量自动调节装置的流量调节阀7发出控制信号，以调节流量调节阀7的开度，从而控制旁路管道15内给水流量的大小：当实际功率值大于目标功率值时，控制装置16控制流量调节阀7的开度增大，使旁路管道15内的给水流量增大，从而使进入高压加热系统11的给水量减小，根据热平衡原理可以知道，高压加热系统11从汽轮机的抽汽量减小，通过汽轮机的蒸汽量相对增加，进而提高汽轮机及其驱动的发电机4的输出功率；当实际功率值小于目标功率值时，控制装置16控制流量调节阀7的开度减小，使旁路管道15内的给水流量减小，从而使进入高压加热系统11的给水量增大，根据热平衡原理，高压加热系统11从汽轮机的抽汽量增大，通过汽轮机内的蒸汽量相对减小，进而降低汽轮机及其驱动的发电机4的输出功率。由此，实现一次调频。

上述的“抽汽”指的是通过抽汽管路20从汽轮机中抽取蒸汽。

本实施例具有以下优点或原理：

1、本实施例通过流量自动调节装置对旁路管道15内的给水流量进行自动调节，以改变进入高压加热器12的给水流量，进而间接地改变高压加热器12的抽汽量，实现对汽轮机输出功率的自动调节，由此，实现一次调频。由于该自动调节不存在对蒸汽的节流控制，因而能够减小蒸汽的节流损失和热耗，有利于降低经济损失。

2、所述的控制装置16分别与发电机4和流量调节阀7电气连接，流量调节阀7安装在所述的旁路管道15上。因而，旁路管道15内的给水流量大小的控制是通过调节流量调节阀7的开度来实现的，控制装置16根据发电机4输出的实际功率值与目标功率值进行比较后，向流量调节阀7发出控制信号，实现对流量调节阀7的开度进行自动调节。

3、所述的控制装置16包括控制模块和功率比较模块，功率比较模块与控制模块电连接，所述的控制模块与所述的流量调节阀7电气连接。因而，上述的控制装置16是通过其功率比较模块对发电机4输出的实际功率值和目标功率值进行比较的，功率比较模块在对实际功率值和目标功率值进行比较后得到差值信号并传送给控制模块，控制模块则根据该差值信号向流量调节阀7发出控制信号，实现对流量调节阀7开度的控制，进而实现一次调频。

4、高压加热器12是从高压汽缸1或中压汽缸2抽取蒸汽的，低压加热器801则通过抽汽管路20从低压汽缸3抽取蒸汽；所述的旁路管道15可与高压加热系统11内的一个或多个高压加热器12进行并联连接，改变并联连接的高压加热器12的数量，所达到的调频效果基本一致。

5、所述的高压汽缸1连接有进汽管道18，该进汽管道18上安装有主调门19。通过调节该主调门19的节流程度，也可以实现对汽轮机输出功率的调节。但是，在上述的流量自动调节装置对旁路通道给水流量的调节能够满足汽轮机的调频要求时，该主调门19可以全开不参与调节，从而避免蒸汽的节流损失；当对汽轮机输出功率的调节幅度要求较高时，本发明可以结合主调门19节流进行联合调节，虽然联合调节仍具有一定的节流损失，但是相对于完全靠主调门19调节，可以减小主调门19的节流程度，仍然可以减小蒸汽的节流损失，从而也有利于减小经济损失。

6、所述的除氧器9起到除氧作用，能够使相关设备免受腐蚀，提高设备使用寿命。该除氧器9将凝汽器5后面的水路系统分成两部分，除氧器9前的为凝结水系统，除氧器9后的为给水系统。

7、所述的旁路管道15上设置有流量测点151。通过该流量测点151可以对旁路管道15内的给水流量进行测量。

8、通过对凝结水系统进行节流，也可实现对汽轮机输出功率的自动调节，然而由于沿管路该凝结水系统位于除氧器9的前方，使得该调节方式会影响除氧器9的水位控制，即当汽轮机需要改变凝结水流量时，不可避免地会对除氧器9水位造成影响，汽轮机的控制系统此时无法判断两种不同要求的优先权，这会造成控制逻辑设计困难。本实施例中，由于沿管路所述的高压加热器12设于所述除氧器9的后面，因而调节旁路管道15的给水流量来改变进入高压加热器12的给水流量时，不会影响除氧器9的水位，从而不影响除氧器9的水位控制逻辑。

9、本实施例能够降低汽轮机组的热耗，且较难引起机组轴系振动，有利于回热侧间接调节的汽轮机发电系统的稳定运行。

10、所述的一次调频方法能够减小蒸汽的节流损失和热耗，有利于降低经济损失。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种回热侧间接调节的汽轮机发电系统，其特征在于，包括汽轮机、凝汽器、低压加热系统、高压加热系统以及由汽轮机驱动的发电机，汽轮机、凝汽器、低压加热系统和高压加热系统通过管路依次连接，所述的汽轮机和高压加热系统之间以及所述的汽轮机和低压加热系统之间分别连接有抽汽管路，所述高压加热系统上并联连接有旁路管道，旁路管道上安装有流量自动调节装置，流量自动调节装置与发电机电气连接。

2.根据权利要求1所述的回热侧间接调节的汽轮机发电系统，其特征在于，所述的流量自动调节装置包括有控制装置以及流量调节阀，所述的控制装置分别与发电机和流量调节阀电气连接，流量调节阀安装在所述的旁路管道上。

3.根据权利要求2所述的回热侧间接调节的汽轮机发电系统，其特征在于，所述的控制装置包括控制模块和功率比较模块，功率比较模块与控制模块电连接，该功率比较模块具有第一输入端和第二输入端，第一输入端与所述发电机电连接，第二输入端用于设定目标功率值，所述的控制模块与所述的流量调节阀电气连接。

4.根据权利要求1所述的回热侧间接调节的汽轮机发电系统，其特征在于，所述的汽轮机包括高压汽缸、中压汽缸和低压汽缸，高压汽缸、中压汽缸和低压汽缸通过管路依次连接，所述的凝汽器通过管路与所述的低压汽缸相连接。

5.根据权利要求4所述的回热侧间接调节的汽轮机发电系统，其特征在于，所述的高压加热系统包括多个高压加热器，此多个高压加热器通过管路以串联的方式连接，所述的高压汽缸和中压汽缸分别通过抽汽管路与相应的高压加热器相连接，所述的旁路管道与至少一个所述的高压加热器并联连接。

6.根据权利要求4所述的回热侧间接调节的汽轮机发电系统，其特征在于，所述的低压加热系统包括至少两个通过管路串联连接的低压加热器，这些低压加热器分别通过抽汽管路与所述的低压汽缸相连接。

7.根据权利要求4所述的回热侧间接调节的汽轮机发电系统，其特征在于，所述的高压汽缸连接有进汽管道，该进汽管道上安装有主调门。

8.根据权利要求1所述的回热侧间接调节的汽轮机发电系统，其特征在于，沿所述的低压加热系统向高压加热系统的管路上依次设置有除氧器，除氧器与所述的汽轮机之间也连接有所述的抽汽管路。

9.根据权利要求1所述的回热侧间接调节的汽轮机发电系统，其特征在于，所述的旁路管道上设置有流量测点。

10.一种回热侧间接调节的汽轮机发电系统的一次调频方法，其特征在于，该方法为：

发电机将其产生的实际功率值传输给流量自动调节装置，流量自动调节装置对实际功率值与目标功率值比较后，控制旁路管道内给水流量的大小：当实际功率值大于目标功率值时，流量自动调节装置控制旁路管道内的给水流量增大，使高压加热系统从汽轮机的抽汽量减小，提高汽轮机及其驱动的发电机的输出功率；当实际功率值小于目标功率值时，流量自动调节装置控制旁路管道内的给水流量减小，使高压加热系统从汽轮机的抽汽量增大，降低汽轮机及其驱动的发电机的输出功率。