CN107152317B - 联合循环汽轮机快速启动暖机系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气‑蒸汽联合循环系统技术领域，尤其涉及一种联合循环汽轮机快速启动暖机系统及方法。该系统包括燃气轮机、发电机、自动同步离合器、汽轮机及暖机汽源，汽轮机包括高、中、低压缸，暖机汽源连接有通向高、中压缸的暖机蒸汽输送管道。该方法为：燃气轮机和汽轮机盘车运行；将燃气轮机转速提升至m转/分钟；向汽轮机内通入暖机蒸汽，使汽轮机转速提升至n转/分钟，且n＜m；降低燃气轮机转速，自动同步离合器在燃气轮机转速降低至n转/分钟，且汽轮机转速有超越燃气轮机转速的趋势时自动啮合；汽轮机带动燃气轮机转动，开始暖机；当汽轮机中压转子温度达到预设温度或暖机时间达到预设时间时结束暖机。可缩短冷态启动时间。

Description

联合循环汽轮机快速启动暖机系统及方法

技术领域

本发明涉及燃气-蒸汽联合循环系统技术领域，尤其涉及一种联合循环汽轮机快速启动暖机系统及方法。

背景技术

汽轮机是电站建设中的关键动力设备之一，是把热能转换成机械能进而转换成电能的能量转换装置。由锅炉产生的高温、高压蒸汽，经过蒸汽透平，将热能与压力势能转换成汽轮机的机械能，带动汽轮机转子输出轴做功，该机械能通过汽轮机转子输出轴传递给发电机，从而将机械能转换成电能。

燃气-蒸汽联合循环系统指将燃气轮机作为前置透平，用余热锅炉来回收燃气轮机的排气余热，产出的蒸汽注入汽轮机，蒸汽在汽轮机中膨胀做功并输出电能。燃气-蒸汽联合循环把具有较高平均吸热温度的燃气轮机与具有较低平均放热温度的蒸汽轮机结合起来，使燃气轮机的高温尾气进入余热锅炉产生蒸汽，并使蒸汽在汽轮机中继续做功发电，使整个联合循环系统的热能利用率较简单循环有了明显提高。联合循环系统发电的净效率可达48％～62％。

燃气-蒸汽联合循环系统中的燃气轮机和汽轮机可以设计成单轴布置或多轴布置。单轴布置即燃气轮机轴系和汽轮机的轴系串联成一个轴系，共同驱动同一台发电机。多轴布置即燃气轮机和汽轮机各自驱动单独的发电机。单轴联合循环机组具有系统简化、布置紧凑、厂房面积小、土建成本低等优点，近年来被迅速推广应用，特别是新一代大功率联合循环中广泛采用单轴联合循环机组。

目前市场上的单轴联合循环机组最广泛的一种是在汽轮机和发电机之间装有自动同步离合器，该种形式的联合循环机组调峰性能优异，燃气轮机可单独运行。但是，该种形式的单轴联合循环机组存在冷态启动时汽轮机启动较慢的现象。冷态启动的过程中，燃气轮机启动速度快，汽轮机启动速度慢。因此，启动时，要么让燃气轮机长时间低负荷运行，等待汽轮机暖机，导致热效率较低；要么让燃气轮机快速加负荷参与调峰运行，此时，由于冷态的汽轮机尚未暖好，大部分余热锅炉产生的蒸汽不被允许进入汽轮机做功，而是直接通过旁路排至凝汽器，这样就不可避免的产生了较大的能源损失，增加了发电成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种减少联合循环汽轮机暖机耗时、缩短冷态启动时间的联合循环汽轮机快速启动暖机系统及方法，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种联合循环汽轮机快速启动暖机系统，包括暖机汽源以及同轴布置且依次连接的燃气轮机、发电机、自动同步离合器和汽轮机，汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸，暖机汽源连接有通向高压缸和中压缸的暖机蒸汽输送管道。

优选地，高压缸的进汽口与高压主蒸汽管道连通，高压主蒸汽管道上从上游至下游依次设有电动隔离阀和高压进汽阀组，暖机蒸汽输送管道通过高压输送管道在电动隔离阀和高压进汽阀组之间与高压主蒸汽管道连通。

优选地，高压输送管道上串联设有两个高压截止阀。

优选地，高压缸的排汽口与高排蒸汽管道连通，高排蒸汽管道上设有高排逆止阀，暖机蒸汽输送管道通过高压输送管道在高排逆止阀和高压缸的排汽口之间与高排蒸汽管道连通。

优选地，还包括再热器，高压缸的排汽口通过高排蒸汽管道与再热器的入口连通，再热器的出口通过中压进汽管道与中压缸的进汽口连通，中压进汽管道上设有中压进汽阀组。

优选地，中压进汽管道上在中压进汽阀组的上游还设有一闸阀，暖机蒸汽输送管道通过中压输送管道在闸阀和中压进汽阀组之间与中压进汽管道连通。

优选地，中压进汽阀组包括中压主汽阀和中压调节阀，中压主汽阀和中压调节阀之间设有快冷接口，暖机蒸汽输送管道通过中压输送管道在快冷接口处与中压进汽管道连通。

优选地，中压输送管道上串联设有两个中压截止阀。

优选地，中压输送管道上在两个中压截止阀的上游还设有第一调节阀。

优选地，发电机与一变频启动装置连接。

一种联合循环汽轮机快速启动暖机方法，包括以下步骤：步骤S1、燃气轮机和汽轮机在盘车状态下运行；步骤S2、将燃气轮机的转速提升至并保持在m转/分钟；步骤S3、向汽轮机内通入暖机蒸汽，使汽轮机的转速提升至并保持在n转/分钟，且满足n＜m；步骤S4、降低燃气轮机的转速，当燃气轮机的转速降低至n转/分钟，且汽轮机转速有超过燃气轮机转速的趋势时，自动同步离合器自动啮合；步骤S5、由汽轮机带动燃气轮机和发电机转动，开始暖机，汽轮机带动燃气轮机和发电机转动的转速保持在p转/分钟，且满足p≤n；步骤S6、当汽轮机中压转子的温度达到预设温度或者暖机时间达到预设时间时，切断暖机蒸汽，结束暖机，燃气轮机和汽轮机恢复至盘车状态。

优选地，在步骤S2中，m满足：700≤m≤1200。

优选地，在步骤S2中，通过变频启动装置和发电机将燃气轮机的转速提升至并保持在m转/分钟。

优选地，在步骤S3中，n满足：500≤n≤1000。

优选地，在步骤S3中，暖机蒸汽为相邻机组的高排蒸汽或相邻机组的低压补汽或相邻机组的供热蒸汽或启动锅炉蒸汽。

优选地，当暖机蒸汽采用相邻机组的蒸汽时，将汽轮机机组的凝汽器中产生的凝结水返送回相邻机组的热井中。

优选地，在步骤S5中，开始暖机后，提高汽轮机机组中凝汽器的压力。

优选地，在步骤S5中，将凝汽器的压力控制在10KPa-30KPa。

优选地，在步骤S5中，p满足：300≤p≤1000。

优选地，在步骤S6中，预设温度不低于150℃。

与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

本发明的联合循环汽轮机快速启动暖机系统，可以在燃气轮机启动之前，先利用暖机汽源提供的暖机蒸汽对汽轮机进行冲转预暖，提高汽轮机的初温，可以使汽轮机更早带负荷运行，增加调峰能力和发电量的同时，能够大大缩短联合循环机组冷态启动所需的时间，节约能源和启动成本，提高机组冷态启动的灵活性。

本发明的联合循环汽轮机快速启动暖机方法，在燃气轮机启动之前，先利用暖机蒸汽对汽轮机进行冲转预暖，提高汽轮机的初温，可以使汽轮机更早带负荷运行，增加调峰能力和发电量的同时，能够大大缩短联合循环机组冷态启动所需的时间，节约能源和启动成本，提高机组冷态启动的灵活性。并且，在燃气轮机和汽轮机同步之前，先将燃气轮机的转速提升至大于同步目标转速n转/分钟的m转/分钟，然后将汽轮机的转速提升至同步目标转速n转/分钟，再降低燃气轮机的转速，自动同步离合器将在燃气轮机的转速降低至n转/分钟，且汽轮机转速有超越燃气轮机转速的趋势时自动啮合，实现燃气轮机和汽轮机的同步，通过这种降速啮合同步的方式，可以有效消除高速盘车打闸带来的自动同步离合器损坏的风险。

附图说明

图1是本发明实施例二的联合循环汽轮机快速启动暖机系统的结构示意图。

图2是本发明实施例三的联合循环汽轮机快速启动暖机系统的结构示意图。

图3是本发明实施例四的联合循环汽轮机快速启动暖机系统的结构示意图。

图中：

100、暖机蒸汽输送管道 101、高压输送管道 102、中压输送管道

200、高压主蒸汽管道 300、高排蒸汽管道 400、中压进汽管道

500、高压旁路 600、中压旁路 700、通风管路

800、疏水管路

HP、高压缸 IP、中压缸 LP、低压缸

1、燃气轮机 2、自动同步离合器 3、暖机汽源

4、输送阀 51、高压主汽阀 52、高压调节阀

6、电动隔离阀 7、高压截止阀 8、再热器

91、中压主汽阀 92、中压调节阀 93、快冷接口

10、高排逆止阀 11、中压截止阀 12、第一调节阀

13、高压旁路阀 14、凝汽器 15、中压旁路阀

16、通风阀 17、发电机 18、变频启动装置

19、闸阀 20、第二调节阀 21、疏水阀

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例一

本发明实施例一提供了一种联合循环汽轮机快速启动暖机方法，本实施例一的联合循环汽轮机快速启动暖机方法适用于设有自动同步离合器的单轴联合循环机组的冷态启动，所述单轴联合循环机组在燃气轮机与汽轮机之间设有发电机，发电机转轴的一端与燃气轮机的转子轴连接，发电机转轴的另一端则通过自动同步离合器与汽轮机的转子轴连接，且发电机与变频启动装置连接。具体地，本实施例一的联合循环汽轮机快速启动暖机方法包括以下步骤：

步骤S1、燃气轮机和汽轮机在盘车状态下运行。即在机组冷态启动之前，燃气轮机和汽轮机各自在盘车装置的拖动下以盘车转速运行，机组由轴封系统供汽，建立真空。优选地，燃气轮机在其盘车装置的拖动下保持120转/分钟的盘车转速，汽轮机在其盘车装置的拖动下保持60转/分钟的转速。

步骤S2、将燃气轮机的转速提升至m转/分钟，并使燃气轮机的转速稳定保持在m转/分钟。优选地，可以通过变频启动装置和发电机将燃气轮机的转速提升至并保持在m转/分钟。本实施例一中，m满足：700≤m≤1200。优选地，m＝1000。

步骤S3、向汽轮机内通入暖机蒸汽，使汽轮机的转速提升至n转/分钟，且满足n＜m，并使汽轮机的转速稳定保持在n转/分钟。本实施例一中，n满足：500≤n≤1000。优选地，n＝800。本实施例一中的暖机蒸汽可以是相邻机组的高排蒸汽，也可以是相邻机组的低压补汽，也可以是相邻机组的供热蒸汽，也可以是启动锅炉蒸汽。当暖机蒸汽采用相邻机组的蒸汽时，将汽轮机机组的凝汽器中产生的凝结水返送回相邻机组的热井中。汽轮机冷态启动冲转前，需要对其高压缸和中压缸进行暖机，因此，暖机蒸汽可分为两路，一路通向高压缸，另一路则通向中压缸。通向高压缸的暖机蒸汽可以以正向进汽的方式从高压缸的进汽口进入，也可以以反向进汽的方式从高压缸的排汽口进入。通向中压缸的暖机蒸汽以正向进汽的方式从中压缸的进汽口进入。

步骤S4、降低燃气轮机的转速，当燃气轮机的转速降低至n转/分钟，且汽轮机转速有超越燃气轮机转速的趋势时，自动同步离合器自动啮合。即，当燃气轮机的转速降低至与汽轮机的转速相等，并保持下降趋势，使汽轮机的转速呈超越燃气轮机转速的趋势而与燃气轮机的转速之间存在相对速差时，自动同步离合器将自动啮合。本实施例一将燃气轮机和汽轮机的同步目标转速，即使自动同步离合器自动啮合的转速设定为n转/分钟，在燃气轮机和汽轮机同步之前，先将燃气轮机的转速提升至大于同步目标转速n转/分钟的m转/分钟，然后将汽轮机的转速提升至同步目标转速n转/分钟，再降低燃气轮机的转速，自动同步离合器将在燃气轮机的转速降低至n转/分钟，且汽轮机转速有超越燃气轮机转速的趋势时自动啮合，实现燃气轮机和汽轮机的同步，通过这种降速啮合同步的方式，可以有效消除高速盘车打闸带来的自动同步离合器损坏的风险。

步骤S5、由汽轮机带动燃气轮机转动，开始暖机。本实施例一中，可以使变频启动装置退出运行，由汽轮机带动燃气轮机和发电机转动，开始暖机。此时，汽轮机带动燃气轮机转动的转速保持在p转/分钟，且满足p≤n。即，暖机时汽轮机带动燃气轮机转动的转速p转/分钟可以维持在n转/分钟，也可以降低至并保持在低于n转/分钟的转速。本实施例一中，p满足：300≤p≤1000。优选地，p＝500或p＝800。由于汽轮机带负载运行，使得进汽量增加，可以增强暖机效果。优选地，开始暖机后，为提高暖机效率，可以提高汽轮机机组中凝汽器的压力，即增加汽轮机的背压，背压越高，相同转速下汽轮机的进汽量就越大，暖机时间也就越短。优选地，将凝汽器的压力控制在10KPa-30KPa。

步骤S6、当汽轮机中压转子的温度达到预设温度或者暖机时间达到预设时间时，切断暖机蒸汽，结束暖机，燃气轮机和汽轮机恢复至盘车状态，燃气轮机和汽轮机的转速各自降低至初始的盘车转速，当汽轮机的转速低于燃气轮机的转速时，自动同步离合器自动脱开。根据汽轮机中压转子的温度是否达到预设温度来确定是否结束暖机时，所述预设温度应不低于150℃，优选地，该预设温度可以根据现场实际工况进行选择确定，例如，可以在汽轮机中压转子的温度升至150℃或者200℃或者300℃时切断暖机蒸汽，以结束暖机。当然，也可以根据实际暖机时间是否达到预设时间来确定是否结束暖机，所述预设时间则根据现场实际工况进行选择确定。

当暖机结束，燃气轮机和汽轮机的转速均恢复至盘车转速后，则可按常规的温态或热态启动方式正常启动联合循环机组。

本实施例一的联合循环汽轮机快速启动暖机方法，在燃气轮机启动之前，先利用暖机蒸汽对汽轮机进行冲转预暖，提高汽轮机的初温，可以使汽轮机更早带负荷运行，增加调峰能力和发电量的同时，能够大大缩短联合循环机组冷态启动所需的时间，节约能源和启动成本，提高机组冷态启动的灵活性。

实施例二

如图1所示，实施例二提供了本发明联合循环汽轮机快速启动暖机系统的一种实施例。本实施例二的联合循环汽轮机快速启动暖机系统可用于实现实施例一所述的联合循环汽轮机快速启动暖机方法。

具体地，本实施例二的联合循环汽轮机快速启动暖机系统包括暖机汽源3以及同轴布置且依次连接的燃气轮机1、发电机17、自动同步离合器2和汽轮机，即发电机17转轴的一端与燃气轮机1的转子轴连接，发电机17转轴的另一端则通过自动同步离合器2与汽轮机的转子轴连接。发电机17与变频启动装置18连接，变频启动装置18可启动发电机17，并使发电机17达到所要求的转速，通过变频启动装置18启动发电机17，可带动燃气轮机1随发电机17一起转动。汽轮机包括高压缸HP、中压缸IP和低压缸LP，汽轮机可以采用高压缸HP单独分缸、中压缸IP和低压缸LP合缸的结构，也可以采用高压缸HP和中压缸IP合缸、低压缸LP单独分缸的结构。暖机汽源3连接有通向高压缸HP和中压缸IP的暖机蒸汽输送管道100，用于向高压缸HP和中压缸IP内通入暖机蒸汽。暖机蒸汽输送管道100上设有输送阀4，用于控制暖机蒸汽输送管道100的通断。暖机汽源3提供的暖机蒸汽可以是相邻机组的高排蒸汽，也可以是相邻机组的低压补汽，也可以是相邻机组的供热蒸汽，也可以是启动锅炉蒸汽。

本实施例二的联合循环汽轮机快速启动暖机系统，可以在燃气轮机1启动之前，先利用暖机汽源3提供的暖机蒸汽对汽轮机进行冲转预暖，提高汽轮机的初温，可以使汽轮机更早带负荷运行，增加调峰能力和发电量的同时，能够大大缩短联合循环机组冷态启动所需的时间，节约能源和启动成本，提高机组冷态启动的灵活性。

进一步，高压缸HP的进汽口与高压主蒸汽管道200连通，高压主蒸汽管道200用于向高压缸HP内通入高压主蒸汽。高压主蒸汽管道200上从上游至下游依次设有电动隔离阀6和高压进汽阀组。高压进汽阀组靠近高压缸HP的进汽口，用于调节进入高压缸HP内的高压主蒸汽的流量。优选地，高压进汽阀组包括高压主汽阀51和高压调节阀52，高压主汽阀51和高压调节阀52串联。电动隔离阀6靠近提供高压主蒸汽的锅炉侧，用于控制高压主蒸汽管道200的通断。本实施例二中，暖机蒸汽输送管道100通过高压输送管道101在电动隔离阀6和高压进汽阀组之间与高压主蒸汽管道200连通。关闭电动隔离阀6、开启高压进汽阀组时，暖机蒸汽输送管道100中的暖机蒸汽可以经高压输送管道101通入高压主蒸汽管道200中，并以正向进汽的方式经高压进汽阀组从高压缸HP的进汽口进入高压缸HP中，关闭的电动隔离阀6则可防止通入高压主蒸汽管道200中的暖机蒸汽流向锅炉侧。当然，本发明中，通向高压缸HP的暖机蒸汽也可以以反向进汽的方式从高压缸HP的排汽口进入。

优选地，在高压输送管道101上设有高压截止阀7，用于控制高压输送管道101的通断。由于高压截止阀7直接接触高温蒸汽，为安全起见，优选地，在高压输送管道101上串联设有两个高压截止阀7。

本实施例二的联合循环汽轮机快速启动暖机系统还包括再热器8，高压缸HP的排汽口通过高排蒸汽管道300与再热器8的入口连通，再热器8的出口通过中压进汽管道400与中压缸IP的进汽口连通。高压缸HP排汽口排出的高排蒸汽经高排蒸汽管道300通入再热器8中进行再加热，再热器8中产生的热再热蒸汽则经中压进汽管道400通入中压缸IP内。在高排蒸汽管道300上设有高排逆止阀10，用于防止高排蒸汽倒流进高压缸HP内。

中压进汽管道400上设有中压进汽阀组，中压进汽阀组靠近中压缸IP的进汽口，用于调节进入中压缸IP内的热再热蒸汽流量。优选地，中压进汽阀组包括中压主汽阀91和中压调节阀92，中压主汽阀91和中压调节阀92串联，中压进汽阀组阀壳上在中压主汽阀91和中压调节阀92之间设有快冷接口93。

本实施例二中，暖机蒸汽输送管道100通过中压输送管道102在快冷接口93处与中压进汽管道400连通。关闭中压主汽阀91、开启中压调节阀92时，暖机蒸汽输送管道100中的暖机蒸汽可以经中压输送管道102通入快冷接口93，并经中压调节阀92以正向进汽的方式从中压缸IP的进汽口进入，关闭的中压主汽阀91则可以防止暖机蒸汽经中压主汽阀91流入再热器8侧。

优选地，在中压输送管道102上设有中压截止阀11，用于控制中压输送管道102的通断。由于中压截止阀11直接接触高温蒸汽，为安全起见，优选地，在中压输送管道102上串联设有两个中压截止阀11。进一步，在中压输送管道102上在中压截止阀11前设有第一调节阀12，用于精确控制进入中压缸IP中暖机蒸汽的流量。

此外，本实施例二的联合循环汽轮机快速启动暖机系统还包括凝汽器14。在高压主蒸汽管道200与高排蒸汽管道300之间连通有高压旁路500，高压旁路500上设有高压旁路阀13。在中压进汽管道400上设有与凝汽器14连通的中压旁路600，中压旁路600上设有中压旁路阀15。高排蒸汽管道300上在高排逆止阀10前设有与凝汽器14连通的通风管路700，通风管路700上设有通风阀16。

本实施例二中，暖机蒸汽输送管道100中的暖机蒸汽经高压输送管道101通入高压缸HP中，流经高压缸HP后进入通风管路700中，经通风阀16进入凝汽器14中，由此构成高压暖机回路。暖机蒸汽输送管道100中的暖机蒸汽经中压输送管道102通入中压缸IP中，流经中压缸IP和低压缸LP后排入凝汽器14中，由此构成中压暖机回路。

当暖机蒸汽采用相邻机组的蒸汽时，将凝汽器14中产生的凝结水返送回相邻机组的热井中。

本实施例二的联合循环汽轮机快速启动暖机系统实现实施例一所述的联合循环汽轮机快速启动暖机方法的具体步骤为：

(1)燃气轮机1在其盘车装置的拖动下保持120转/分钟的盘车转速，汽轮机在其盘车装置的拖动下保持60转/分钟的转速。输送阀4、高压截止阀7、第一调节阀12、中压截止阀11、电动隔离阀6、高压旁路阀13、中压旁路阀15、高排逆止阀10、高压主汽阀51、高压调节阀52、中压主汽阀91和中压调节阀92均关闭，通风阀16开启，机组轴封系统供汽，建立真空。

(2)开启输送阀4、高压截止阀7，进入暖管、暖阀阶段，暖高压进汽阀组。优选地可以以点动方式间断开启高压主汽阀51，加速暖阀。此时优选地可以以点动的方式间断开启第一调节阀12和中压截止阀11，暖中压进汽阀组。由于中压调节阀92关不严，其泄露的蒸汽会使汽轮机转速上升，因此需控制汽轮机的转速不超过燃气轮机1的盘车转速。

(3)通过变频启动装置18将燃气轮机1的转速提升至m转/分钟，使燃气轮机1的转速稳定在m转/分钟。m满足：700≤m≤1200。优选地，m＝1000。

(4)开启高压主汽阀51和高压调节阀52，利用高压调节阀52调整高压缸HP的进汽量，将汽轮机的转速提升至n转/分钟，并使汽轮机的转速稳定在n转/分钟，且满足n＜m。n满足：500≤n≤1000。优选地，n＝800。然后降低燃气轮机1的转速，当燃气轮机1的转速降低至n转/分钟，且汽轮机转速有超越燃气轮机1转速的趋势时，自动同步离合器2将自动啮合。第一调节阀12、中压截止阀11和中压调节阀92可以在自动同步离合器2自动啮合前开启，也可以在自动同步离合器2自动啮合后开启。利用第一调节阀12和中压调节阀92调整中压缸IP的进汽量。

(5)变频启动装置退出运行，由汽轮机带动燃气轮机1和发电机17转动，开始暖机。通过高压调节阀52、第一调节阀12以及中压调节阀92调节高压缸HP和中压缸IP的进汽比例，可以使汽轮机带动燃气轮机1转动的转速p转/分钟维持在n转/分钟，也可以使汽轮机带动燃气轮机1转动的转速p转/分钟降低至并保持在低于n转/分钟的转速，p满足：300≤p≤1000。优选地，p＝500或p＝800。进一步，将凝汽器14的压力控制在10KPa-30KPa。

(6)当汽轮机中压转子的温度达到预设温度或者暖机时间达到预设时间时，关闭高压主汽阀51、高压调节阀52、高压截止阀7、中压截止阀11和输送阀4，切断暖机蒸汽，结束暖机，燃气轮机1和汽轮机恢复至盘车状态，燃气轮机1和汽轮机的转速各自降低至初始的盘车转速，当汽轮机的转速低于燃气轮机1的转速时，自动同步离合器自动脱开。

当暖机结束，燃气轮机1和汽轮机的转速均恢复至盘车转速后，则按常规的温态或热态启动方式正常启动联合循环机组。

实施例三

如图2所示，实施例三提供了本发明联合循环汽轮机快速启动暖机系统的第二种实施例。本实施例三与实施例二基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于，本实施例三中，中压进汽管道400上在中压进汽阀组的上游还设有一闸阀19，暖机蒸汽输送管道100通过中压输送管道102在闸阀19和中压进汽阀组之间与中压进汽管道400连通。关闭闸阀19、开启中压进汽阀组时，暖机蒸汽输送管道100中的暖机蒸汽可以经中压输送管道102通入中压进汽管道400中，并经中压进汽阀组以正向进汽的方式从中压缸IP的进汽口进入，流经中压缸IP和低压缸LP后排入凝汽器14中，构成中压暖机回路。关闭的闸阀19则可以防止中压进汽管道400中的暖机蒸汽流入再热器8侧。

本实施例三的联合循环汽轮机快速启动暖机系统实现实施例一所述的联合循环汽轮机快速启动暖机方法的具体步骤为：

(1)燃气轮机1在其盘车装置的拖动下保持120转/分钟的盘车转速，汽轮机在其盘车装置的拖动下保持60转/分钟的转速。输送阀4、高压截止阀7、第一调节阀12、中压截止阀11、电动隔离阀6、闸阀19、高压旁路阀13、中压旁路阀15、高排逆止阀10、高压主汽阀51、高压调节阀52、中压主汽阀91和中压调节阀92均关闭，通风阀16开启，机组轴封系统供汽，建立真空。

(2)开启输送阀4、高压截止阀7、第一调节阀12和中压截止阀11，进入暖管、暖阀阶段，暖高压进汽阀组和中压进汽阀组。此时优选地可以以点动的方式间断开启高压主汽阀51和中压主汽阀91，以加速暖阀。

(3)通过变频启动装置18将燃气轮机1的转速提升至m转/分钟，使燃气轮机1的转速稳定在m转/分钟。m满足：700≤m≤1200。优选地，m＝1000。

(4)开启高压主汽阀51和高压调节阀52，利用高压调节阀52调整高压缸HP的进汽量，将汽轮机的转速提升至n转/分钟，并使汽轮机的转速稳定在n转/分钟，且满足n＜m。n满足：500≤n≤1000。优选地，n＝800。然后降低燃气轮机1的转速，当燃气轮机1的转速降低至n转/分钟，且汽轮机转速有超越燃气轮机1转速的趋势时，自动同步离合器2将自动啮合。中压主汽阀91和中压调节阀92可以在自动同步离合器2自动啮合前开启，也可以在自动同步离合器2自动啮合后开启。利用第一调节阀12和中压调节阀92调整中压缸IP的进汽量。

(5)变频启动装置退出运行，由汽轮机带动燃气轮机1和发电机17转动，开始暖机。通过高压调节阀52、第一调节阀12以及中压调节阀92调节高压缸HP和中压缸IP的进汽比例，可以使汽轮机带动燃气轮机1转动的转速p转/分钟维持在n转/分钟，也可以使汽轮机带动燃气轮机1转动的转速p转/分钟降低至并保持在低于n转/分钟的转速，p满足：300≤p≤1000。优选地，p＝500或p＝800。进一步，将凝汽器14的压力控制在10KPa-30KPa。

(6)当汽轮机中压转子的温度达到预设温度或者暖机时间达到预设时间时，关闭高压主汽阀51、高压调节阀52、高压截止阀7、中压主汽阀91、中压调节阀92、中压截止阀11和输送阀4，切断暖机蒸汽，结束暖机，燃气轮机1和汽轮机恢复至盘车状态，燃气轮机1和汽轮机的转速各自降低至初始的盘车转速，当汽轮机的转速低于燃气轮机1的转速时，自动同步离合器自动脱开。

当暖机结束，燃气轮机1和汽轮机的转速均恢复至盘车转速后，则按常规的温态或热态启动方式正常启动联合循环机组。

实施例四

如图3所示，实施例四提供了本发明联合循环汽轮机快速启动暖机系统的第三种实施例。本实施例四与实施例三基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于，本实施例四中，通向高压缸HP的暖机蒸汽以反向进汽的方式从高压缸HP的排汽口进入。

具体地，本实施例四中，暖机蒸汽输送管道100通过高压输送管道101在高排逆止阀10和高压缸HP的排汽口之间与高排蒸汽管道300连通。在高压输送管道101上设有高压截止阀7，用于控制高压输送管道101的通断。优选地，高压截止阀7可以串联设置两个。高压输送管道101上在高压截止阀7前还设有第二调节阀20，用于精确控制进入高压缸HP中暖机蒸汽的流量。

此外，本实施例四中，高压缸HP进汽口处的疏水口通过疏水管路800与凝汽器14连通，疏水管路800上设有疏水阀21。暖机蒸汽输送管道100中的暖机蒸汽经高压输送管道101通入高压缸HP中，反向流经高压缸HP后进入疏水管路800中，经疏水阀21进入凝汽器14中，由此构成高压暖机回路。

在本实施例四中，中压输送管道102在闸阀19和中压进汽阀组之间与中压进汽管道400连通，当然，中压输送管道102也可以在快冷接口93处与中压进汽管道400连通。

本实施例四的联合循环汽轮机快速启动暖机系统实现实施例一所述的联合循环汽轮机快速启动暖机方法的具体步骤为：

(1)燃气轮机1在其盘车装置的拖动下保持120转/分钟的盘车转速，汽轮机在其盘车装置的拖动下保持60转/分钟的转速。输送阀4、高压截止阀7、第一调节阀12、第二调节阀20、中压截止阀11、电动隔离阀6、闸阀19、高压旁路阀13、中压旁路阀15、疏水阀21、高排逆止阀10、高压主汽阀51、高压调节阀52、中压主汽阀91和中压调节阀92均关闭，通风阀16开启，机组轴封系统供汽，建立真空。

(2)开启输送阀4、第一调节阀12和中压截止阀11，进入暖管、暖阀阶段，暖中压进汽阀组。此时优选地可以以点动的方式间断开启中压主汽阀91，以加速暖阀。

(3)通过变频启动装置18将燃气轮机1的转速提升至m转/分钟，使燃气轮机1的转速稳定在m转/分钟。m满足：700≤m≤1200。优选地，m＝1000。

(4)关闭通风阀16，开启高压截止阀7、第二调节阀20和疏水阀21，利用第二调节阀20调整高压缸HP的进汽量，将汽轮机的转速提升至n转/分钟，并使汽轮机的转速稳定在n转/分钟，且满足n＜m。n满足：500≤n≤1000。优选地，n＝800。然后降低燃气轮机1的转速，当燃气轮机1的转速降低至n转/分钟，且汽轮机转速有超越燃气轮机1转速的趋势时，自动同步离合器2将自动啮合。中压主汽阀91和中压调节阀92可以在自动同步离合器2自动啮合前开启，也可以在自动同步离合器2自动啮合后开启。利用第一调节阀12和中压调节阀92调整中压缸IP的进汽量。

(5)变频启动装置退出运行，由汽轮机带动燃气轮机1和发电机17转动，开始暖机。通过第二调节阀20、第一调节阀12以及中压调节阀92调节高压缸HP和中压缸IP的进汽比例，可以使汽轮机带动燃气轮机1转动的转速p转/分钟维持在n转/分钟，也可以使汽轮机带动燃气轮机1转动的转速p转/分钟降低至并保持在低于n转/分钟的转速，p满足：300≤p≤1000。优选地，p＝500或p＝800。进一步，将凝汽器14的压力控制在10KPa-30KPa。

(6)当汽轮机中压转子的温度达到预设温度或者暖机时间达到预设时间时，关闭高压截止阀7、中压主汽阀91、中压调节阀92、中压截止阀11和输送阀4，切断暖机蒸汽，结束暖机，燃气轮机1和汽轮机恢复至盘车状态，燃气轮机1和汽轮机的转速各自降低至初始的盘车转速，当汽轮机的转速低于燃气轮机1的转速时，自动同步离合器自动脱开。

当暖机结束，燃气轮机1和汽轮机的转速均恢复至盘车转速后，则按常规的温态或热态启动方式正常启动联合循环机组。

综上，本发明的联合循环汽轮机快速启动暖机系统，可以在燃气轮机1启动之前，先利用暖机汽源3提供的暖机蒸汽对汽轮机进行冲转预暖，提高汽轮机的初温，可以使汽轮机更早带负荷运行，增加调峰能力和发电量的同时，能够大大缩短联合循环机组冷态启动所需的时间，节约能源和启动成本，提高机组冷态启动的灵活性。并且，通过先将燃气轮机的转速提升至大于同步目标转速n转/分钟的m转/分钟，然后将汽轮机的转速提升至同步目标转速n转/分钟，再降低燃气轮机的转速，自动同步离合器将在燃气轮机的转速降低至n转/分钟，且汽轮机转速有超越燃气轮机转速的趋势时自动啮合，实现燃气轮机和汽轮机的同步，采用这种降速啮合同步的方式，可以有效消除高速盘车打闸带来的自动同步离合器损坏的风险。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种联合循环汽轮机快速启动暖机系统，其特征在于，包括暖机汽源(3)以及同轴布置且依次连接的燃气轮机(1)、发电机(17)、自动同步离合器(2)和汽轮机，所述汽轮机包括高压缸(HP)、中压缸(IP)和低压缸(LP)，所述暖机汽源(3)连接有通向所述高压缸(HP)和所述中压缸(IP)的暖机蒸汽输送管道(100)。

2.根据权利要求1所述的联合循环汽轮机快速启动暖机系统，其特征在于，所述高压缸(HP)的进汽口与高压主蒸汽管道(200)连通，所述高压主蒸汽管道(200)上从上游至下游依次设有电动隔离阀(6)和高压进汽阀组，所述暖机蒸汽输送管道(100)通过高压输送管道(101)在所述电动隔离阀(6)和所述高压进汽阀组之间与所述高压主蒸汽管道(200)连通。

3.根据权利要求2所述的联合循环汽轮机快速启动暖机系统，其特征在于，所述高压输送管道(101)上串联设有两个高压截止阀(7)。

4.根据权利要求1所述的联合循环汽轮机快速启动暖机系统，其特征在于，所述高压缸(HP)的排汽口与高排蒸汽管道(300)连通，所述高排蒸汽管道(300)上设有高排逆止阀(10)，所述暖机蒸汽输送管道(100)通过高压输送管道(101)在所述高排逆止阀(10)和所述高压缸(HP)的排汽口之间与所述高排蒸汽管道(300)连通。

5.根据权利要求1所述的联合循环汽轮机快速启动暖机系统，其特征在于，还包括再热器(8)，所述高压缸(HP)的排汽口通过高排蒸汽管道(300)与所述再热器(8)的入口连通，所述再热器(8)的出口通过中压进汽管道(400)与所述中压缸(IP)的进汽口连通，所述中压进汽管道(400)上设有中压进汽阀组。

6.根据权利要求5所述的联合循环汽轮机快速启动暖机系统，其特征在于，所述中压进汽管道(400)上在所述中压进汽阀组的上游还设有一闸阀(19)，所述暖机蒸汽输送管道(100)通过中压输送管道(102)在所述闸阀(19)和所述中压进汽阀组之间与所述中压进汽管道(400)连通。

7.根据权利要求5所述的联合循环汽轮机快速启动暖机系统，其特征在于，所述中压进汽阀组包括中压主汽阀(91)和中压调节阀(92)，所述中压主汽阀(91)和中压调节阀(92)之间设有快冷接口(93)，所述暖机蒸汽输送管道(100)通过中压输送管道(102)在所述快冷接口(93)处与所述中压进汽管道(400)连通。

8.根据权利要求6或7所述的联合循环汽轮机快速启动暖机系统，其特征在于，所述中压输送管道(102)上串联设有两个中压截止阀(11)。

9.根据权利要求8所述的联合循环汽轮机快速启动暖机系统，其特征在于，所述中压输送管道(102)上在两个所述中压截止阀(11)的上游还设有第一调节阀(12)。

10.根据权利要求1所述的联合循环汽轮机快速启动暖机系统，其特征在于，所述发电机(17)与一变频启动装置(18)连接。

11.一种联合循环汽轮机快速启动暖机方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、燃气轮机和汽轮机在盘车状态下运行；

步骤S2、将燃气轮机的转速提升至并保持在m转/分钟；

步骤S3、向汽轮机内通入暖机蒸汽，使汽轮机的转速提升至并保持在n转/分钟，且满足n＜m；

步骤S4、降低燃气轮机的转速，当燃气轮机的转速降低至n转/分钟，且汽轮机转速有超越燃气轮机转速的趋势时，自动同步离合器自动啮合；

步骤S5、由汽轮机带动燃气轮机和发电机转动，开始暖机，汽轮机带动燃气轮机和发电机转动的转速保持在p转/分钟，且满足p≤n；

步骤S6、当汽轮机中压转子的温度达到预设温度或者暖机时间达到预设时间时，切断暖机蒸汽，结束暖机，燃气轮机和汽轮机恢复至盘车状态。

12.根据权利要求11所述的联合循环汽轮机快速启动暖机方法，其特征在于，在所述步骤S2中，m满足：700≤m≤1200。

13.根据权利要求11所述的联合循环汽轮机快速启动暖机方法，其特征在于，在所述步骤S2中，通过变频启动装置和发电机将燃气轮机的转速提升至并保持在m转/分钟。

14.根据权利要求11所述的联合循环汽轮机快速启动暖机方法，其特征在于，在所述步骤S3中，n满足：500≤n≤1000。

15.根据权利要求11所述的联合循环汽轮机快速启动暖机方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述暖机蒸汽为相邻机组的高排蒸汽或相邻机组的低压补汽或相邻机组的供热蒸汽或启动锅炉蒸汽。

16.根据权利要求15所述的联合循环汽轮机快速启动暖机方法，其特征在于，当所述暖机蒸汽采用相邻机组的蒸汽时，将汽轮机机组的凝汽器中产生的凝结水返送回相邻机组的热井中。

17.根据权利要求11所述的联合循环汽轮机快速启动暖机方法，其特征在于，在所述步骤S5中，开始暖机后，提高汽轮机机组中凝汽器的压力。

18.根据权利要求17所述的联合循环汽轮机快速启动暖机方法，其特征在于，在所述步骤S5中，将凝汽器的压力控制在10KPa-30KPa。

19.根据权利要求11所述的联合循环汽轮机快速启动暖机方法，其特征在于，在所述步骤S5中，p满足：300≤p≤1000。

20.根据权利要求11所述的联合循环汽轮机快速启动暖机方法，其特征在于，在所述步骤S6中，所述预设温度不低于150℃。

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