CN103649474B - 蒸汽轮机设备和用于运行蒸汽轮机设备的方法 - Google Patents

蒸汽轮机设备和用于运行蒸汽轮机设备的方法 Download PDF

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Abstract

一种蒸汽轮机设备，其具有蒸汽轮机（5）、蒸汽发生器（2）和过程蒸汽运行的给水预热装置（9-13，17-21），其中蒸汽轮机（5）具有过载旁路管道（14），借助所述过载旁路管道能够在蒸汽轮机（5）过载运行时在蒸汽轮机入口和给水预热装置（9-13，17-21）的提取位置（9）之间馈送新鲜蒸汽，其特征在于，所述给水预热装置（9-13，17-21）具有附加提取管道（17），所述附加提取管道连接到所述过载旁路管道（14）上，使得在蒸汽轮机（5）部分负荷运行时能够将过程蒸汽从所述附加提取管道中提取并且添加至所述给水预热装置（9-13，17-21）以用于附加的给水预热。

Description

蒸汽轮机设备和用于运行蒸汽轮机设备的方法
技术领域
本发明涉及一种蒸汽轮机设备和用于运行蒸汽轮机设备的方法。
背景技术
蒸汽轮机设备尤其在热电厂中用于产生电能。尤其出于生态的和经济的观点值得追求的是，将蒸汽轮机设备在尽可能高的热效率下运行。通常，蒸汽轮机设备具有蒸汽轮机和蒸汽发生器，借助所述蒸汽发生器将给水加热从而产生新鲜蒸汽，所述新鲜蒸汽被馈送给蒸汽轮机以用于驱动所述蒸汽轮机。蒸汽轮机设备的所述循环过程通常设计成，使得所述循环过程在蒸汽轮机全负荷时具有最大的热效率。位于低于全负荷的其他的运行状态引起相应低的热效率。
然而，蒸汽轮机设备的部分负荷运行尤其在所述蒸汽轮机设备用在发电厂中时是意义重大的，因为例如在蒸汽轮机设备中维持功率储备以用于完成过载运行状态。因此，值得期望的是，将蒸汽轮机设备在宽的负荷范围上以尽可能高的热效率运行。
发明内容
本发明的目的是，提供一种蒸汽轮机设备和一种用于运行蒸汽轮机设备的方法，其中蒸汽轮机设备在宽的功率范围上具有高的热学效率。
根据本发明的蒸汽轮机设备具有蒸汽轮机、蒸汽发生器和过程蒸汽运行的给水预热装置，其中蒸汽轮机具有过载旁路管道，借助所述过载旁路管道能够在蒸汽轮机过载运行时在蒸汽轮机入口和给水预热装置的提取位置之间馈送新鲜蒸汽，其中给水预热装置具有附加提取管道，所述附加提取管道连接到过载旁路管道上，使得在蒸汽轮机部分负荷运行时能够将过程蒸汽从所述附加提取管道中提取并且添加至给水预热装置以用于附加的给水预热。根据本发明的用于运行蒸汽轮机设备的方法具有下述步骤：确定蒸汽轮机的最优效率和相关联的额定功率；只要蒸汽轮机在高于额定功率时运行，那么开启过载旁路管道并且隔离附加提取管道，使得在蒸汽轮机的蒸汽轮机入口和给水预热装置的提取位置之间馈送新鲜蒸汽；只要蒸汽轮机在低于额定功率时运行，那么隔离过载旁路管道并且开启附加提取管道，使得在蒸汽轮机的蒸汽轮机入口和提取位置之间提取过程蒸汽以及将过程蒸汽输送至给水预热装置以用于附加的给水预热。
因此，过载旁路管道设置用于蒸汽轮机在过载时的运行并且附加提取管道设置用于蒸汽轮机在部分负荷时的运行。在蒸汽轮机的过载运行中，将新鲜蒸汽的部分质量流围绕蒸汽轮机的高压叶片组的第一部分引导并且馈送到蒸汽轮机中。由此，能够由蒸汽轮机产生高于额定功率的功率过量，而没有与额定负荷运行状态相比提高蒸汽轮机入口处的新鲜蒸汽压力。
此外，通过附加提取管道的运行，在蒸汽轮机的部分负荷运行中从蒸汽轮机中提取过程蒸汽，所述过程蒸汽在蒸汽轮机的部分负荷运行中输送至给水预热装置以用于附加的给水预热，由此提高给水温度。因此，在蒸汽轮机功率下降的情况下抑制给水温度的热力学相关的降低。由于给水温度降低会伴随有蒸汽轮机设备的热效率的降低，借助附加提取管道的运行在蒸汽轮机的部分负荷运行中实现，蒸汽轮机的热效率是高的。因此，在蒸汽轮机的过载运行和部分负荷运行中，热效率是高的，使得在蒸汽轮机的宽的功率范围上，所述蒸汽轮机的热效率是高的。
由于附加提取管道连接到过载旁路管道上，蒸汽轮机的、过载旁路管道和附加提取管道通到蒸汽轮机中的位置是设置用于在过载情况中馈送新鲜蒸汽和在部分负荷情况中提取过程蒸汽的位置。因此，蒸汽轮机仅具有唯一的构建过载旁路管道和附加提取管道的位置。与此相反，为在过载情况中馈送新鲜蒸汽和在部分负荷情况中提取过程蒸汽设有两个或更多个位置是构造耗费的并且仅能够相应高成本地实现，使得根据本发明的蒸汽轮机设备借助其用于过载旁路管道和附加提取管道的唯一的连接位置简单地并且低成本地构造。
有利地，蒸汽轮机设备构造有控制系统。
借助设有过载旁路管道和附加提取管道，有利的是，实现效率变化关于蒸汽轮机的功率的平衡。由此，蒸汽轮机设备的负荷变化在热效率保持不变和更高水平的情况下能够更快地进行。此外，负荷范围是大的，在所述负荷范围中，蒸汽轮机设备能够在关于时间恒定的并且由蒸汽发生器产生的新鲜蒸汽温度下运行。此外，有利地实现，蒸汽轮机设备在低的部分负荷水平上具有最小运行点，其中蒸汽轮机仍能够在稳定的情况下在蒸汽轮机设备中运行（本生最小负荷）。
在用于运行蒸汽轮机设备的方法中，优选的是，在蒸汽轮机的低于额定功率的运行状态中，附加的给水预热使得在蒸汽发生器的给水入口处的给水温度在负荷期间是恒定的。替选地，优选的是，在蒸汽轮机的低于额定功率的运行状态中，附加的给水预热使得在蒸汽发生器的给水入口处的给水温度在蒸汽轮机设备的功率减小的情况下升高。此外，优选的是，通过在蒸汽发生器的给水入口处的给水量升高的同时在蒸汽发生器的给水入口处的给水温度升高，蒸汽轮机设备的最小运行点能够朝向更低的部分负荷移动。给水温度的升高能够有利地被用尽直至蒸汽发生器的热学的和机械的负荷能力的极限。可能在蒸汽轮机设备的下游接入的烟气处理步骤、例如DeNOx设备能够由于升高的给水温度在更高的烟气温度下运行。
所述给水预热装置优选地具有给水预热器，所述给水预热器由从提取位置提取的过程蒸汽以及由借助附加提取管道提取的过程蒸汽运行。由此，为了运行给水预热器不仅输送通过附加提取管道提取的过程蒸汽、而且输送由提取位置提取的过程蒸汽。
替选地，给水预热装置具有给水预热器和附加预热器，所述给水预热器由从提取位置提取的过程蒸汽运行，所述附加预热器由借助附加提取管道提取的过程蒸汽运行。由于在蒸汽轮机设备中设有附加预热器，能够与集成给水预热器无关地将附加预热器集成到蒸汽轮机设备的循环过程中，使得在蒸汽轮机设备的热效率优化的方面能够有利地使用自由度。在此，优选的是，附加预热器在给水流中接在给水预热器的下游。因此，附加预热器有利地接在给水预热器的下游。因此这是尤其有利的，因为运行附加预热器的过程蒸汽的压力水平比运行给水预热器的过程蒸汽的压力水平更高。
此外，优选的是，给水预热装置具有三通阀，借助所述三通阀，附加预热器能够接入给水流中并且能够与给水流断开。在此，优选的是，借助三通阀，给水流的子流能够引导穿过附加预热器。因此，有利地，借助三通阀，整个给水流例如在蒸汽轮机的过载运行中绕过附加预热器或者例如在蒸汽轮机的部分负荷运行中能够部分地或全部地引导穿过附加预热器。因此，关于蒸汽轮机设备的热效率的最优化，在任何运行状态下通过相应地操作三通阀和相应地确定给水流的穿过附加预热器的子流的大小来最优化。
在附加提取管道中优选地安装有附加提取阀，借助所述附加提取阀，能够对附加提取管道中的过程蒸汽的质量流进行控制。此外，优选的是，蒸汽轮机是高压蒸汽轮机。
附图说明
在下文中，根据所附的示意图来阐述根据本发明的蒸汽轮机设备的优选的实施形式。附图示出蒸汽轮机设备的实施形式的热量线路图。
具体实施方式
如同从附图中观察到的，蒸汽轮机设备1具有蒸汽发生器2，所述蒸汽发生器设置用于产生蒸汽轮机设备1中的新鲜蒸汽。蒸汽轮机设备1还具有给水输送管道3，借助所述给水输送管道将给水输送给蒸汽发生器2。在蒸汽发生器2的下游设有过热器4，通过所述过热器提供在超临界状态下的新鲜蒸汽。
此外，蒸汽轮机设备1具有蒸汽轮机5，所述蒸汽轮机构成为高压级6并且在所述蒸汽轮机的入口处新鲜蒸汽能够经由新鲜蒸汽管道7流入以用于驱动蒸汽轮机5。新鲜蒸汽的质量流能够借助安装在新鲜蒸汽管道7中的新鲜蒸汽阀8来控制。在蒸汽轮机5中，新鲜蒸汽能够作为过程蒸汽膨胀，由此能够获得蒸汽轮机5的轴功率。
蒸汽轮机5具有提取接管9，所述提取接管通到提取管道10中，所述提取管道引导至给水预热器11。通过提取接管9，能够从蒸汽轮机5中抽出过程蒸汽，所述过程蒸汽经由提取管道10导向至给水预热器11。给水预热器11构成为换热器，所述换热器接入在给水输送管道3中，使得在过程蒸汽在给水预热器11中凝结的情况下能够实现对给水的预热。在过程蒸汽凝结时积累的凝结物能够经由凝结物管道12在凝结物收集管道13中导出。
蒸汽轮机5具有过载旁路管道14，所述过载旁路管道在新鲜蒸汽阀8的上游从新鲜蒸汽管道7分岔并且导向至蒸汽轮机5的过载旁路接管15，所述过载旁路接管设置在新鲜蒸汽入口和提取接管9之间。在过载旁路管道14中设有过载旁路阀16，借助所述过载旁路阀，不仅能够控制流过过载旁路管道14的新鲜蒸汽质量流而且能够隔离过载旁路管道14。
在过载旁路阀16的下游，过载旁路管道14通到附加提取管道17中，所述附加提取管道导向至附加预热器19。在附加提取管道17中安装有附加提取阀18，借助所述附加提取阀能够对流过附加提取管道17的过程蒸汽的质量流进行控制并且借助所述附加提取阀能够隔离附加提取管道17。
附加预热器19构成为换热器，所述换热器能够不仅由来自附加提取管道17的过程蒸汽、而且由来自给水输送管道3的给水穿流。附加预热器19设置在给水预热器11的下游，使得已经由给水预热器11预热的给水能够流过附加预热器19。附加预热器19经由给水预热管道21并联地接入至给水输送管道3。在给水输送管道3的和给水预热管道21的位于上游的通入位置处安装三通阀20，借助所述三通阀能够对给水输送管道3中的能够流过附加预热器19的给水流进行调控。因此，当没有给水、全部的给水流或仅给水流的一部分应当引导穿过附加预热器19时，相应地接通三通阀20。
在蒸汽轮机5的功率范围上，所述蒸汽轮机的热学效率根据其设计和结构方式是可变的。蒸汽轮机5设计成，使得所述蒸汽轮机在预设的额定功率中应具有最大的热学效率。如果蒸汽轮机在高于额定功率时运行，那么过载旁路阀16打开并且附加提取阀18关闭，由此开启过载旁路管道14并且隔离附加提取管道17。由此，新鲜蒸汽在蒸汽轮机5的蒸汽轮机入口和提取位置9之间馈送。只要蒸汽轮机5在低于额定功率时运行，过载旁路阀16就关闭，使得隔离过载旁路管道14，并且附加提取阀18打开，使得开启附加提取管道17。由此，从蒸汽轮机5在提取接管9的上游提取过程蒸汽，所述过程蒸汽输送给附加预热器19。通过附加提取阀18的相应的位置能够对附加提取管道17中的过程蒸汽的质量流进行控制。过程蒸汽从附加提取管道17流到附加预热器19中并且在输出热量的情况下凝结。在此出现的凝结物借助凝结物管道12输送给凝结物收集管道13。
与附加预热器19的入口处的过程蒸汽的压力水平和由此产生的对附加预热器19的出口处到给水预热管道21中的给水的预热或由此产生的在给水输送管道3的位于下游的部段中的给水的混合相关地，相应地操作三通阀20。

Claims (13)

1.一种蒸汽轮机设备，所述蒸汽轮机设备具有蒸汽轮机(5)、蒸汽发生器(2)和过程蒸汽运行的给水预热装置(9-13，17-21)，
其中所述蒸汽轮机(5)具有过载旁路管道(14)，借助所述过载旁路管道能够在所述蒸汽轮机(5)过载运行时在蒸汽轮机入口和所述给水预热装置(9-13，17-21)的提取位置(9)之间馈送新鲜蒸汽，
其特征在于，
所述给水预热装置(9-13，17-21)具有附加提取管道(17)，所述附加提取管道连接到所述过载旁路管道(14)上，使得在所述蒸汽轮机(5)部分负荷运行时能够将过程蒸汽从所述蒸汽轮机中提取并且添加至所述给水预热装置(9-13，17-21)以用于附加的给水预热。
2.根据权利要求1所述的蒸汽轮机设备，
具有控制系统，所述控制系统构成为，使得能够按照用于运行蒸汽轮机设备的方法来运行所述蒸汽轮机设备，所述方法具有如下步骤：
-确定所述蒸汽轮机(5)的最优效率和相关联的额定功率；
-只要所述蒸汽轮机(5)在高于所述额定功率时运行，那么开启所述过载旁路管道(14)并且隔离所述附加提取管道(17)，使得在所述蒸汽轮机(5)的蒸汽轮机入口和所述给水预热装置(9-13，17-21)的提取位置(9)之间馈送新鲜蒸汽；
-只要所述蒸汽轮机(5)在低于所述额定功率时运行，隔离所述过载旁路管道(14)并且开启所述附加提取管道(17)，使得在所述蒸汽轮机(5)的所述蒸汽轮机入口和所述提取位置(9)之间提取过程蒸汽以及将过程蒸汽输送给所述给水预热装置(9-13，17-21)以用于附加的给水预热。
3.根据权利要求1所述的蒸汽轮机设备，
其中所述给水预热装置(9-13，17-21)具有给水预热器(11)，所述给水预热器由从所述提取位置(9)提取的过程蒸汽并且由借助所述附加提取管道(17)提取的过程蒸汽运行。
4.根据权利要求1所述的蒸汽轮机设备，
其中所述给水预热装置(9-13，17-21)具有给水预热器(11)和附加预热器(19)，所述给水预热器由从所述提取位置(9)提取的过程蒸汽运行，所述附加预热器由借助所述附加提取管道(17)提取的过程蒸汽运行。
5.根据权利要求4所述的蒸汽轮机设备，
其中所述附加预热器(19)在给水流中接在所述给水预热器(11)的下游。
6.根据权利要求4所述的蒸汽轮机设备，
其中所述给水预热装置(9-13，17-21)具有三通阀(20)，借助所述三通阀，所述附加预热器(19)能够接入到给水流中并且能够与所述给水流断开。
7.根据权利要求6所述的蒸汽轮机设备，
其中借助所述三通阀(20)，给水流的子流能够引导穿过所述附加预热器(19)。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的蒸汽轮机设备，
其中在所述附加提取管道(17)中安装有附加提取阀(18)，借助所述附加提取阀能够对所述附加提取管道(17)中的过程蒸汽的质量流进行控制。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的蒸汽轮机设备，
其中所述蒸汽轮机(5)是高压蒸汽轮机。
10.一种用于运行根据权利要求1至8中任一项所述的蒸汽轮机设备的方法，具有下述步骤：
-确定所述蒸汽轮机(5)的最优效率和相关联的额定功率；
-只要所述蒸汽轮机(5)在高于所述额定功率时运行，那么开启所述过载旁路管道(14)并且隔离所述附加提取管道(17)，使得在所述蒸汽轮机(5)的蒸汽轮机入口和所述给水预热装置(9-13，17-21)的提取位置(9)之间馈送新鲜蒸汽；
-只要所述蒸汽轮机(5)在低于所述额定功率时运行，隔离所述过载旁路管道(14)并且开启所述附加提取管道(17)，使得在所述蒸汽轮机(5)的所述蒸汽轮机入口和所述提取位置(9)之间提取过程蒸汽以及将过程蒸汽输送给所述给水预热装置(9-13，17-21)以用于附加的给水预热。
11.根据权利要求10所述的方法，
其中在所述蒸汽轮机(5)在低于所述额定功率时的运行状态中，附加的给水预热使得在所述蒸汽发生器(2)的给水入口处的给水温度在负荷期间是恒定的。
12.根据权利要求10所述的方法，
其中在所述蒸汽轮机(5)低于额定功率的运行状态中，附加的给水预热使得在所述蒸汽发生器(2)的给水入口处的给水温度在所述蒸汽轮机设备(1)功率下降时升高。
13.根据权利要求11所述的方法，
其中通过在所述蒸汽发生器(2)的给水入口处的给水量升高的同时在所述蒸汽发生器(2)的给水入口处的给水温度也升高，所述蒸汽轮机设备(1)的最小运行点能够朝向更低的部分负荷移动。
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