CN109296409A - 一种汽轮机快冷或快速启动的温差控制方法 - Google Patents

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苏玉香
杨震力
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Abstract

一种汽轮机快冷或快速启动的温差控制方法，它使用汽轮机快冷或快速启动装置通过电加热压缩空气，将加热后的空气送入汽轮机的高中压缸，按一定的速率快速冷却或提高的高中压缸金属温度，所述的温差控制方法包括：a）快冷：把压缩空气先加热到280℃，再打开阀门把压缩空气送入汽轮机的高中压缸，并自动控制压缩空气的温降速率，以加快汽轮机冷却；b）快速启动：机组启动前的常温阶段，将一定温度的气体，送入汽轮机，并保持与汽缸内壁一定的温差，在规定范围内按一定速率提高汽缸温度，以达到暖机目的；具有能实现压缩空气的温度控制与汽轮机金属温升或温降速率的控制，避免汽轮机金属应力超标，保证汽轮机使用寿命等特点。

Description

一种汽轮机快冷或快速启动的温差控制方法
技术领域
本发明涉及一种汽轮机快冷或快速启动的温差控制方法，属于汽轮发电机技术领域。
背景技术
汽轮机计划检修时间是有一定时间限制的，由于目前汽轮机保温性能好，汽机冷却时间长，大大增加了汽轮机检修的等待时间，单机容量越大，其矛盾越大。为了加快汽轮机的汽缸冷却速度，目前使用汽轮机快速冷却装置来缩短汽轮机的冷却时间。
另外，汽轮机发电机组检修之后，汽轮机处于冷态，在机组启动过程中，汽轮机由于机械方面的原因需要暖机，此时蒸汽参数低、停留时间长，从启动到并网一般需5至6小时，并网后要达到脱硝催化剂投运的烟气温度还需3至4小时，机组在启动过程中有8至10小时锅炉无法达到理想工作状态，脱硝装置无法正常投入，NOX氮氧化物污染物的排放严重超标，给电厂带来极大的环保压力。
目前汽轮机快速冷却装置或快速启动装置如图1所示，控制压缩空气温度、温升都比较简单，一般由运行人员手动控制，这不仅增加运行人员的劳动强度，而且不容易控制温升或温降，对汽机内外缸金属温度控制不利，容易造成金属应力超标，影响汽机的寿命，这也是造成这种装置使用不普遍的原因之一。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种能实现压缩空气的温度控制与汽轮机金属温升或温降速率的控制，避免汽轮机金属应力超标，保证汽轮机使用寿命的汽轮机快冷或快速启动的温差控制方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种汽轮机快冷或快速启动的温差控制方法，它使用汽轮机快冷或快速启动装置通过电加热压缩空气，将加热后的空气送入汽轮机的高中压缸，按一定的速率快速冷却或提高的高中压缸金属温度，所述的温差控制方法包括：
a)快冷：把压缩空气先加热到280℃，再打开阀门把压缩空气送入汽轮机的高中压缸，并自动控制压缩空气的温降速率，以加快汽轮机冷却；
b)快速启动：机组启动前的常温阶段，将一定温度的气体，送入汽轮机，并保持与汽缸内壁一定的温差，在规定范围内按一定速率提高汽缸温度，以达到暖机目的。
作为优选：所述的汽轮机快冷或快速启动装置主要由电动或气动调节阀、一二级过滤器、安全阀、压力表流量计、电机热器、集气箱、测温热电阻或热电偶以及控制系统组成，所述的压缩空气先进行一、二级油水过滤，再进行电加热器加热，将加热好的热空气按实际汽轮机的接口确定输送至汽轮机高中压缸。
作为优选：所述的温差控制包括：
a)快冷的温差控制：当汽轮机停机后，先自然冷却，当高压静叶持环调节级下部的内壁金属温度t2，即汽缸温度小于280℃时可以投入快冷装置，即打开阀门把压缩空气送入汽轮机的高中压缸；当降温到目标温度T＝120℃时快冷装置可停用，汽轮机本体可以进入检修状态；温降速率为6～10℃/h。
加热后压缩空气温度t1初始温度为280℃，降温过程中加热后的压缩空气温度t1要低于t2一定值(－△t)，即加热后的压缩空气温度比汽缸温度低10～20℃。
b)快速启动的温差控制：控制对象为高压静叶持环调节级下部的内壁金属温度t2，即汽缸温度，其目标温度T为150～180℃，在暖机过程中汽缸温度t2温升速率控制在6～10℃/h之间，温升过程中加热后的压缩空气温度t1要高于t210～20℃，且汽缸温度t2达到目标温度时，需持续加热1小时，此时应维持加热后的压缩空气温度t1与目标温度T接近。
本发明具有能实现压缩空气的温度控制与汽轮机金属温升或温降速率的控制，避免汽轮机金属应力超标，保证汽轮机使用寿命等特点。
附图说明
图1是本发明所述快速启动装置原理图。
图2是本发明所述压缩空气与汽轮机接口系统图。
图3是本发明一种实施例的温差控制图。
图4是本发明一种实施例系统示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：本发明所述的一种汽轮机快冷或快速启动的温差控制方法，它使用汽轮机快冷或快速启动装置通过电加热压缩空气，将加热后的空气送入汽轮机的高中压缸，按一定的速率快速冷却或提高的高中压缸金属温度，所述的温差控制方法包括：
a)快冷：把压缩空气先加热到280℃，再打开阀门把压缩空气送入汽轮机的高中压缸，并自动控制压缩空气的温降速率，以加快汽轮机冷却；
b)快速启动：机组启动前的常温阶段，将一定温度的气体，送入汽轮机，并保持与汽缸内壁一定的温差，在规定范围内按一定速率提高汽缸温度，以达到暖机目的。
本发明所述的汽轮机快冷或快速启动装置主要由电动或气动调节阀、一二级过滤器、安全阀、压力表流量计、电机热器、集气箱、测温热电阻或热电偶以及控制系统组成，所述的压缩空气先进行一、二级油水过滤，再进行电加热器加热，将加热好的热空气按实际汽轮机的接口确定输送至汽轮机高中压缸。
本发明所述的温差控制包括：
a)快冷的温差控制：当汽轮机停机后，先自然冷却，当高压静叶持环调节级下部的内壁金属温度t2，即汽缸温度小于280℃时可以投入快冷装置，即打开阀门把压缩空气送入汽轮机的高中压缸；当降温到目标温度T＝120℃时快冷装置可停用，汽轮机本体可以进入检修状态；温降速率为6～10℃/h。
加热后压缩空气温度t1初始温度为280℃，降温过程中加热后的压缩空气温度t1要低于t2一定值(－△t)，即加热后的压缩空气温度比汽缸温度低10～20℃。
b)快速启动的温差控制：控制对象为高压静叶持环调节级下部的内壁金属温度t2，即汽缸温度，其目标温度T为150～180℃，在暖机过程中汽缸温度t2温升速率控制在6～10℃/h之间，温升过程中加热后的压缩空气温度t1要高于t210～20℃，且汽缸温度t2达到目标温度时，需持续加热1小时，此时应维持加热后的压缩空气温度t1与目标温度T接近。
实施例：
图1为一种快速启动装置原理图，图中所示，压缩空气通过除油装置1、除水装置2、压缩空气电机热热器3进入汽轮机的进口8，图中还有测温元件4，机组DCS控制系统5，汽轮机汽缸内壁温度9。
图2为某机组加热的压缩空气与汽轮机的接口系统图；图中所示：
进气进口：高压通流部分进气接口，
A：高压蒸汽进汽管道(导汽管)放气阀前
B：高压蒸汽进汽管道(导汽管)疏水阀前
C：高压内缸疏水阀前
中压缸通流部分进气接口，
D：中压进汽管道疏水阀前
高压缸夹层进气接口
E：高压外缸疏水阀前
排气接口：中压排气接口：低压缸人孔门，
高压排气接口：高压缸排汽通风阀或者高排逆止门之前疏水阀前的排气接口。
图4为实际应用的设备系统图。汽轮机快速冷却(或启动)装置主要由手动截止阀11电动(气动)调节阀12、一二级过滤器13、14、安全阀15、压力表16、流量计17、电加热器18、集气箱20、测温热电阻19(热电偶)、疏水口22以及控制系统21等部分组成。现以上海汽轮机厂N350-24.2/566/566型号的汽轮机为例进行说明(图2为此机型的实际接口)，快速启动与快速冷却对汽轮机高压内缸金属温度的控制。
一、快速启动装置的应用控制逻辑的说明，此装置以缩短汽轮机启动时间，用洁净的热压缩空气对汽缸进行“暖缸”，压缩空气进入该装置后，进行一、二级油水过滤后进行电加热器加热，将加热好的热空气输送至汽轮机高中压缸，接口如图2所示，不同的汽轮机有不同的接口，按实际汽轮机的接口确定。
图3为加热装置温度控制框图，加热装置温度控制思路如下：控制对象为高压静叶持环调节级下部的内壁金属温度t2(简称：汽缸温度)，其目标温度T为150～180℃，在暖机过程中汽缸温度t2温升速率控制在6～10℃/h之间。为了保证暖机效率，温升过程中加热后的压缩空气温度t1(9热电偶实测温度)要高于t2一定值(△t)，为了保证暖机过程中内外壁的温差尽量小，以减小金属热应力，△t要控制在一定范围内(本案例加热后的压缩空气温度比汽缸温度高10～20℃)，汽缸温度t2达到目标温度时，需持续加热1小时(根据实际情况确定)，此时应维持加热后的压缩空气温度t1与目标温度T接近。当各种设备温度差超定值(表1)时，闭锁加热器功率的增加。
401为PID调节器，其给定值为0℃(温差控制为0)，此时测量值PV等于压缩空气温度t1与汽缸温度t2之温差△t，PID的输出指令用于控制可控硅加热装置的功率。测量值PV分两种情况(初始加热过程以及接近目标值后的加热过程)，410高值报警模块为这两种情况的选择器(411选择器)提供选择判断。第一种情况：在加热过程中，409加法器的输出＝(402目标温度DCS设定值T)－(407实测汽缸温度t2)送410高值报警器进行比较(410高值报警器的定值来自403接近目标温度的差值DCS设定，例如接近温度为2℃)，加热过程中401高值报警器的输出为1(如目标值T为160℃，减实测温度t2，一定大于403接近目标温度的差值DCS设定)，411选择器输出选择为413加法器的输出。第二种情况：411选择器输出选择为409加法器的输出，即汽缸加热已接近目标温度(接近温度为2℃)。401PID调节器从而实现了两种情况的不同控制要求：在初始过程加热中t1高于t2一定值(△t)；接近目标值时维持t1在目标温度T附近。
根据(本案例加热后的压缩空气温度比汽缸温度允许高10～20℃)，故△t设定值为15℃，通过PID调节，t1与t2温差就能控制在15℃左右，PV＝413加法器的输出＝△t－(t1－t2)，由于调节器的给定值为0℃，故稳态时△t＝t1－t2＝15℃，动态过程经PID控制的调节能保证温差在10～20℃之间。接近目标温度后就能控制在2℃之内。
汽缸温度t2的温升速率通过414速率报警器进行控制，当实测温升速率超414速率报警器定值时，输出为1，则闭锁PID调节器的输出，即加热器的功率闭锁增，同样对408各壁温差或各种限制条件超定值时，都能闭锁PID调节器的输出，即加热器的功率闭锁增。
(1)在实际暖机过程中，若实际的温升速率偏小，应开大图3中的2电动调节阀，以增加压缩空气的流量；反之关小调节阀，以减小压缩空气的流量。
(2)预暖时温升速率根据汽缸膨胀、高压差胀等综合情况，可适当减缓；机组盘车预暖过程中，温差控制范围如表1：
表1各设备温度定值
名称 单位 温升时
高中压外缸左、右法兰温差 ℃ ＜30
高中压外缸上、下与法兰温差 ℃ ＜50
高中压外缸上、下温差 ℃ ＜50
高压与中压进气温差 ℃ 40～70
注：以上各项若有一项偏离正常值，应查明原因，设法消除，温升以15min平均值计算。
(5)低压缸排汽温度不得超过120℃，
(6)在实际应用中还需对高中压进气的阀门进行调节(图2中A、B、C、D、E)，以分配不同进气口的流量平稳。
汽机暖机停用
(1)当汽缸温度达到目标值，并维持一定时间(1小时)后，2电动调节阀关到0％。
(2)关闭高、中压缸加热进气门(A、B、C、D、E)。
(3)停用加热器电源，关闭1手动截止阀。
(4)打开加热装置的12疏水门。
(5)关闭11出气口电动截止阀。
(6)关闭高、中压排气接口
(7)关闭低压缸汽侧人孔门
暖机停用后，及时按温态启动汽轮机。若由于锅炉原因不能及时启动汽轮机，则汽缸温度达到目标值后，可维持使用加热装置，以维持汽缸温度为目标值，直到锅炉具备启动条件为止。
二、对于快速启动装置的控制逻辑简要说明如下：
当汽轮机停机后，先自然冷却，当高压静叶持环调节级下部的内壁金属温度t2(简称：汽缸温度)，小于280℃时可以投入快冷装置(压缩空气的加热温度一般只能达到280℃，故只能此时投入快冷装置，若压缩空气加热温度还能升高，可在更高温度投入快冷装置)，当降温到120℃时快冷装置可停用，汽轮机本体可以进入检修状态。温降速率为6～10℃/h之间。
把压缩空气先加热到一定温度280℃，再打开阀门把压缩空气送入汽轮机的高中压缸。
图4快冷装置温度控制思路如下：控制对象为高压静叶持环调节级下部内壁金属温度t2(简称：汽缸温度)，其目标温度T为120℃，在快冷过程中汽缸温度t2温降速率控制在6～10℃/h之间。
加热后压缩空气温度t1初始温度为280℃，降温过程中加热后的压缩空气温度t1(9热电偶实测温度)要高于t2一定值(－△t)，为了保证快冷过程中内外壁的温差尽量小，以减小金属热应力，－△t要控制在一定范围内(本案例加热后的压缩空气温度比汽缸温度低10～20℃)。
由于快冷过程是快速启动的逆过程，只需把△t、t1、t2，在快冷过程中都加个负号，就能实现快冷过程。
在DCS中可组态选择是快速冷却还是快速启动，图3温差控制逻辑就能实现其自动控制。

Claims (3)

1.一种汽轮机快冷或快速启动的温差控制方法，它使用汽轮机快冷或快速启动装置通过电加热压缩空气，将加热后的空气送入汽轮机的高中压缸，按一定的速率快速冷却或提高的高中压缸金属温度，其特征在于：所述的温差控制方法包括：
a）快冷：把压缩空气先加热到280℃，再打开阀门把压缩空气送入汽轮机的高中压缸，并自动控制压缩空气的温降速率，以加快汽轮机冷却；
b）快速启动：机组启动前的常温阶段，将一定温度的气体，送入汽轮机，并保持与汽缸内壁一定的温差，在规定范围内按一定速率提高汽缸温度，以达到暖机目的。
2.根据权利要求1所述的汽轮机快冷或快速启动的温差控制方法，其特征在于：所述的汽轮机快冷或快速启动装置主要由电动或气动调节阀、一二级过滤器、安全阀、压力表流量计、电机热器、集气箱、测温热电阻或热电偶以及控制系统组成，所述的压缩空气先进行一、二级油水过滤，再进行电加热器加热，将加热好的热空气按实际汽轮机的接口确定输送至汽轮机高中压缸。
3.根据权利要求1所述的汽轮机快冷或快速启动的温差控制方法，其特征在于：所述的温差控制包括：
a）快冷的温差控制：当汽轮机停机后，先自然冷却，当高压静叶持环调节级下部的内壁金属温度t2，即汽缸温度小于280℃时可以投入快冷装置，即打开阀门把压缩空气送入汽轮机的高中压缸；当降温到目标温度T=120℃时快冷装置可停用，汽轮机本体可以进入检修状态；温降速率为6～10℃/h；
加热后压缩空气温度t1初始温度为280℃，降温过程中加热后的压缩空气温度t1要低于t2一定值（－△t)，即加热后的压缩空气温度比汽缸温度低10～20℃；
b）快速启动的温差控制：控制对象为高压静叶持环调节级下部的内壁金属温度t2，即汽缸温度，其目标温度T为150～180℃，在暖机过程中汽缸温度t2温升速率控制在6～10℃/h之间，温升过程中加热后的压缩空气温度t1要高于t210～20℃，且汽缸温度t2达到目标温度时，需持续加热1小时，此时应维持加热后的压缩空气温度t1与目标温度T接近。
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