CN110805479B - 冷态汽轮机高压缸倒流加热系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷态汽轮机高压缸倒流加热系统，主要包括有射气抽气器、油水分离器、汽水分离器、空气加热器和热空气联箱，热空气联箱与汽轮机的高压缸的排气管相连，射气抽气器的抽吸口与汽轮机的高压缸调节阀和汽轮机主汽阀之间的管道相连。本发明针对一些汽轮机组转子轻、易冲转等特点，采用倒流加热方式，可避免达不到有效加热汽缸的目标，避免影响机组正常启动；采用射气抽气器，能够减少空气加热器电力消耗，减少机组启动运行成本；能够快速提升汽轮机高压缸缸温，且有助于汽轮机机组正常启动。本发明还提供一种冷态汽轮机高压缸倒流加热方法，具有发电机组冷态启动节约成本、减少损耗、快速适应电网功率调节调度等特点。

Description

冷态汽轮机高压缸倒流加热系统及其方法

技术领域

本发明涉及汽轮机技术领域，尤其涉及一种冷态汽轮机高压缸倒流加热系统及其方法。

背景技术

在汽轮发电机组冷态启动过程中需通过调节阀调节通过汽缸的蒸汽进行加热，由于发电汽轮机缸壁厚，需加热时间较长，同时考虑到汽轮机转子与汽缸受热膨胀不同步，在机组启动高速旋转过程中会发生动静碰磨，因而汽轮机进汽不能过大，需低流量缓慢加热。这使机组启动时过长，为汽轮机供汽的锅炉长时间低负荷运行，低负荷运行的锅炉燃烧非常不稳定，需投油或投等离子运行，造成机组冷态启动成本高昴。对于一些汽轮机组，其转子轻、易冲转，在高压缸加热过程中转子低中速旋转，在汽轮机轴油膜未形成阶段，汽轮机通流部件磨损，容易存在影响机组正常启动的隐患。

发明内容

针对以上不足，本发明提供一种冷态汽轮机高压缸倒流加热系统，能够快速提升汽轮机高压缸缸温，且有助于汽轮机机组正常启动。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种冷态汽轮机高压缸倒流加热系统，包括有射气抽气器、油水分离器、汽水分离器、空气加热器和热空气联箱，所述射气抽气器的喷射口依次与所述油水分离器、汽水分离器、空气加热器和热空气联箱相连，所述热空气联箱与汽轮机的高压缸的排气管相连，所述热空气联箱与汽轮机相连的管道上设有高压缸热空气进气调节阀，所述射气抽气器的抽吸口与汽轮机的高压缸调节阀和汽轮机主汽阀之间的管道相连，所述射气抽气器与汽轮机相连的管道上设有回气调节阀。

优选的，所述空气加热器为两个以上，两个以上的空气加热器串联运行或并联运行。

优选的，所述油水分离器与汽水分离器相串联，所述油水分离器与射气抽气器之间设有油水分离器前截止阀，所述汽水分离器与空气加热器之间设有汽水分离器后截止阀。

优选的，依次连接的所述油水分离器前截止阀、油水分离器、汽水分离器和汽水分离器后截止阀组成油汽水分离机构，所述油汽水分离机构为多个，并联在所述射气抽气器和空气加热器之间。

优选的，所述热空气联箱上设有安全阀、排放气阀、压力测量装置、温度测量装置和热空气联箱排污门。

优选的，所述射气抽气器与汽轮机相连的管道上在回气调节阀与高压缸之间设有疏水罐和对空排气阀，所述疏水罐上设有回气排污门。

优选的，所述射气抽气器的压缩空气接头连接有压缩空气母管，压缩空气母管上设有压缩空气母管供气调节阀。

本发明还提供一种冷态汽轮机高压缸倒流加热方法，使用上述冷态汽轮机高压缸倒流加热系统，包括以下步骤：

S1、向射气抽气器内通入压缩空气，使气流流经油水分离器和汽水分离器，并开启空气加热器；

S2、对空气加热器内的加热空气温度进行调节，提高空气温度，当热空气联箱内的加热空气温度达到要求值且稳定后，通过高压缸的排气管向高压缸传送热空气加热；

S3、打开回气调节阀，热空气从高压缸调节阀和汽轮机主汽阀之间的管道进入射气抽气器，实现倒流加热，并通过射气抽气器对流经高压缸的回流空气进行抽吸回收再利用。

优选的，加热前，排空油水分离器、汽水分离器和热空气联箱内的杂质、油和汽水。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、针对一些汽轮机组转子轻、易冲转等特点，本发明采用倒流加热方式，可防范高压缸加热过程中转子低中速旋转，消耗加热空气能量，避免达不到有效加热汽缸的目标，以及在汽轮机轴油膜未形成阶段，汽轮机通流部件磨损，避免影响机组正常启动；

2、本发明采用射气抽气器，通过高压压缩空气抽吸低压高温空气的方式，一方面减少高压压缩空气消耗量，另一方面因抽吸的是低压高温空气，进入射气抽气器内的高压压缩空气温度得到了提升，也即提高了空气加热器内的空气的温度，减少了空气加热器电力消耗，减少机组启动运行成本；

3、由于对汽轮机高压缸采用的是加热介质为空气，空气是非凝结气体，克服了采用蒸汽加热会凝结成水，造成汽轮机油含水量超标、金属部件锈蚀等隐患；

4、本发明将机组从冷态提高到温态、热态，使汽轮机冲转升速并网后即可快速升负荷，减少了汽轮机冷态启动提升汽轮机高压缸暖缸时间，避免长时间低负荷暖缸将造成锅炉投油量大幅增加，或投等离子造成阴阳极寿命损耗、以及电量的大幅消耗；

5、本发明提供的一种冷态汽轮机高压缸倒流加热方法，具有发电机组冷态启动节约成本、加热快速、减少损耗、快速适应电网功率调节调度等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的实施示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1和图2，本发明优选的实施例提供一种冷态汽轮机高压缸倒流加热系统，包括有射气抽气器3、油水分离器、汽水分离器、空气加热器和热空气联箱25，射气抽气器3的喷射口依次与油水分离器、汽水分离器、空气加热器和热空气联箱25相连，热空气联箱25与汽轮机的高压缸47的排气管相连，具体连接处为排气管上高压缸47与高压缸排汽逆止阀之间，热空气联箱25与汽轮机相连的管道上设有高压缸热空气进气调节阀48，射气抽气器3的抽吸口与汽轮机的高压缸调节阀38和汽轮机主汽阀39之间的管道相连，射气抽气器3与汽轮机相连的管道上设有回气调节阀52。

实施时，加热气流从高压缸47的排汽口与第一高压缸排汽逆止阀41之间的管道进入高压缸47，以及从高压缸47的排汽口与第二高压缸排汽逆止阀45之间的管道进入高压缸47，第一高压缸排汽逆止阀41和第二高压缸排汽逆止阀45处于关闭状态；因此，为一种倒流加热方式。

射气抽气器3采用常用的射气抽气器结构，主要包括压缩空气接头、喷射口和抽吸口。压缩空气从缩空气接头进入，回气从抽吸口进入，一起从喷射口流出。射气抽气器3有两路气路径，其中一路通过射气抽气器3的压缩空气接头与压缩空气母管相连，压缩空气母管另一端连接压缩空气储罐（图中未示出），压缩空气母管上设有压缩空气母管供气调节阀1，压缩空气母管供气调节阀1可以用来调节通气量以用来调节系统内的压力等，该路气路径是压缩空气主要来源，压力高；另一路通过射气抽气器3的抽吸口与汽轮机的高压缸调节阀38和汽轮机主汽阀39之间的管道相连，为加热汽轮机高压缸47后的回气路径，压力较低。射气抽气器3利用压力高的压缩空气抽吸流经高压缸47后压力较低的回气，并使回气随压缩空气一起从喷射口流出，一方面减少高压的压缩空气消耗量，另一方面因抽吸的是低压高温空气，从射气抽气器3的压缩空气接头进入的高压压缩空气温度得到了提升，也即可以提高空气加热器的气体温度温度，减少了空气加热器电力消耗，减少机组启动运行成本。压缩空气母管在压缩空气母管供气调节阀1与射气抽气器3之间的管道上设有排污阀2。

回气调节阀52与高压缸调节阀38之间的管道上设有对空排气阀51和疏水罐49，疏水罐49上设有回气排污门50。

油水分离器和汽水分离器串联运行，油水分离器与射气抽气器3之间设有油水分离器前截止阀，汽水分离器与空气加热器之间设有汽水分离器后截止阀。本优选的实施例中，油水分离器为两个，分别为第一油水分离器6、第二油水分离器11；汽水分离器为两个，分别为第一汽水分离器8和第二汽水分离器13，第一汽水分离器8和第二汽水分离器13均配备干燥器。第一油水分离器6与射气抽气器3之间设有第一油水分离器前截止阀4，第二油水分离器11与射气抽气器3之间设有第二油水分离器前截止阀10；第一汽水分离器8与空气加热器之间设有第一汽水分离器后截止阀9，第二汽水分离器13与空气加热器之间设有第二汽水分离器后截止阀15。第一油水分离器前截止阀4、第一油水分离器6、第一汽水分离器8和第一汽水分离器后截止阀9形成一个油汽水分离机构，第二油水分离器前截止阀10、第二油水分离器11、第二汽水分离器13和第二汽水分离器后截止阀15形成一个油汽水分离机构，两个油汽水分离机构相并联。每个油汽水分离机构独立成一组，两组油汽水分离机构可以一用一备，也可以同时使用，以便于运行中切换或维护。第一油水分离器6上设有第一油水分离器排污门5，第二油水分离器11上设有第二油水分离器排污门12，第一汽水分离器8上设有第一汽水分离器排污门7，第二汽水分离器13上设有第二汽水分离器排污门14，以上的排污门便于排出其内部的杂质、油和汽水。

空气加热器为两个，分别为第一空气加热器16和第二空气加热器19，第一空气加热器16与第二空气加热器19既可并联运行、也可串联运行，具体为，第一空气加热器16与热空气联箱25之间的管道上设有第一空气加热器后截止阀20，二空气加热器19与汽水分离器之间的管道上设有第二空气加热器前截止阀17，第一空气加热器16与第二空气加热器19相连的管道上设有加热器切换截止阀18。实施时，根据空气温度调节的需要，在低温阶段，第一空气加热器16和第二空气加热器19使用并联方式，在高温阶段可改成串联方式，以提升空气温度适应能力。

热空气联箱25汇合第一空气加热器16和第二空气加热器19出来的热空气，热空气联箱25上设有排放气阀22、压力测量装置23、温度测量装置24和热空气联箱排污门53。其中，压力测量装置23采用E型热电偶，测试热空气联箱25内空气压力，温度测量装置24采用EJA系列压力变送器，测试热空气联箱25内空气温度，热空气联箱25上安装有安全阀21，安全阀21为防范热空气联箱25压力超标损坏的一道保护。排放气阀22可排出热空气联箱25内的空气，热空气联箱排污门53用于排出热空气联箱25内的杂质、油和汽水。

高压压缩空气经压缩空气母管，通过射气抽气器3进入，经过油水分离器、汽水分离器净化后进入空气加热器，加热成干燥热空气（称热空气），然后汇集于热空气联箱25，热空气联箱25作为储存、混温、配气之用，再通过高压缸47的排气管导入高压缸47内，达到对高压缸47快速加热升温的目的。

高压缸47通流部分加热升温，热空气采用与通流反方向流动方式进入高压缸47通流部分，也即为一种倒流加热方式，利用高压缸47的排汽口与第一高压缸排汽逆止阀41、以及高压缸47的排汽口与第二高压缸排汽逆止阀45之间的管道进入高压缸47，倒流分别加热转子及相应的静子部套，部分热空气在流经动静部件的同时，作为加热空气从高压缸调节阀和汽轮机主汽阀之间管道上的疏水管排向大气，具备条件后回收利用，部分热空气通过管道再次进入射气抽气器3，以实现循环使用。

为了更好地介绍本发明，以某135MW级汽轮机发电机组为例，详述倒流加热的过程。该汽轮机为超高压、单轴、反动式、一次中间再热、双缸双排汽凝汽式汽轮机，请参照图2，该汽轮机主要包括有高压缸47、中压缸36、低压缸I34、低压缸II33、凝汽器30、凝结水泵31，相应的连接管道，以及安装在上述部件或管道上的除氧气水位调节阀26、凝汽器真空破坏门31、低压缸减温水第一调节阀27、低压缸减温水第二调节阀29、高压缸调节阀38、汽轮机主气阀39、汽轮机旁路阀40、第一高压缸排汽逆止阀41、第二高压缸排汽逆止阀45、低压缸减温水第一调节阀27、低压缸减温水第二调节阀29，高压缸47上设有高压缸内缸调节级金属温度测量装置42、轴偏心度测量装置43、汽轮机高压差胀测量装置44和汽轮机高压缸上下缸温差测量装置46，低压缸I34上设有第一低压缸排汽测量装置35，低压缸II33上设有第二低压缸排汽测量装置32。第一高压缸排汽逆止阀41、第二高压缸排汽逆止阀45分别安装在高压缸47的排气管上（高压缸47的排气管为两根），热空气联箱25分别与两根排气管相连通，连接处为高压缸47与第一高压缸排汽逆止阀41、第二高压缸排汽逆止阀45之间。

加热前，汽轮机处于冷态，即高压缸内缸调节级金属温度测量装置42的测试温度小于一定值，如本优选的实施例中＜150℃。

汽轮机连续盘车正常，轴偏心度测量装置43测试值小于一定值，如本优选的实施例中＜76um。

汽轮机高压差胀测量装置44测试值优选为-1.2mm～6.6mm。

各加热管道内积水放尽；汽轮机本体及抽汽管道疏水放尽，然后关闭汽轮机的高压缸47的所有疏水阀。

确保压缩空气系统运行，气源供应正常，开启压缩空气母管上的排污阀2使其管中油和汽水等杂质排尽。

凝汽器30真空到零，轴封汽停用。汽轮机的凝汽器30通循环水，凝汽器真空破坏门31开启，其他所有阀门均关闭。

加热前，进行倒流加热系统排放及暖管操作。

加热系统投用前，开启第一油水分离器排污门5、第二油水分离器排污门12、第一汽水分离器排污门7、第二汽水分离器排污门14、热空气联箱排污门53和回气排污门50，将杂质、油和汽水等排尽；

保持第一油水分离器排污门5、第二油水分离器排污门12、第一汽水分离器排污门7、第二汽水分离器排污门14、热空气联箱排污门53和回气排污门50开启，开启第一油水分离器前截止阀4、第二油水分离器前截止阀10，开启压缩空气母管供气调节阀1，开度为5-30%，对加热系统管道进行吹扫；

开启第一汽水分离器后截止阀9、第二汽水分离器后截止阀15、加热器切换截止阀18、热空气联箱排污门53以进行吹扫；吹扫干净后开启对空排汽阀51，关闭加热器切换截止阀18；然后关闭第一油水分离器排污门5、第二油水分离器排污门12、第一汽水分离器排污门7、第二汽水分离器排污门14、热空气联箱排污门53和回气排污门50，并投自动，根据其液位自动开启与关闭。

完成上述工作后，开始加热操作。

关闭第一油水分离器前截止阀4和第一汽水分离器后截止阀9，开启第二油水分离器前截止阀10和第二汽水分离器后截止阀15，第二油水分离器11和第二汽水分离器13投入运行。当然，根据检修或维护需要可开启第一油水分离器前截止阀4和第一汽水分离器后截止阀9，关闭第二油水分离器前截止阀10和第二汽水分离器后截止阀15，第二油水分离器11和第二汽水分离器13切除，第一油水分离器6和第一汽水分离器8投入运行；

保持压缩空气母管供气调节阀1为5-20%开度，将第一空气加热器16和第二空气加热器19电源送上，其温度调节设定至零位，合上配套的控制柜空气开关；

开启排放气阀22，对第一空气加热器16和第二空气加热器19加热空气温度设定值进行调节，提高空气温度，当热空气联箱温度测量装置23测试值达到要求值且稳定，打开对空排气阀51，开启高压缸调节阀38，同进关闭排放气阀22，逐渐开启高压缸热空气进气调节阀48，热空气从高压缸47的排气管进入高压缸47，也即以一种倒流的方式向高压缸47供热空气加热，实现高压缸47的缸温提升。

当疏水罐49无水后，将回气调节阀52打开，关闭回气排污门50、对空排气阀51，热空气从高压缸调节阀38和汽轮机主汽阀39之间的管道进入射气抽气器3，通过射气抽气器3对流经高压缸47的回流空气进行抽吸回收再利用。

加热投运中热空气联箱压力测量装置24测量值保持在0.2- 0.6MPa之间，该压力可通过压缩空气母管供气调节阀1、对空排气阀51的配合，以及根据缸温提升效果、射气抽气器3对高压缸47的回流空气的抽吸效果进行协同调节。

在低温阶段，第一空气加热器16和第二空气加热器19使用并联方式，在高温阶段可改成串联方式，以提升空气温度适应能力。

在缸温的逐渐提升过程中，高、中压缸在快速加热过程中所监视汽缸金属温升速率控制在≤10℃/h，瞬时≯18℃/h。

加热投入后随汽缸温度的上升及时调整加热系统出气温度设定值，设定值应始终保持出空气温度比汽缸温度高一定值。其原则如下表1所示。

表1加热空气温度与高压缸缸内温度关系表

加热空气温度	高压缸内缸调节级金属与加热空气温差
		＞300℃	＜50℃
＞200℃	＜80℃
		＞150℃	＜100℃

汽轮机快速加热过程中，第一低压缸排汽温度测量装置35和第一低压缸排汽测量装置35测试值保持一定值，如本优选实施例中该值≥80℃，投用凝结水系统，开启低压缸排汽喷水减温。

保持汽轮机高压缸上下缸温差测量装置46测试值小于一定值，本优选实施例中该测试值＜56℃，可通过高压缸疏水阀54的开启进行调节。

保持汽轮机连续盘车正常，轴偏心度测量装置43测试值小于一定值，本优选实施例中该测试值＜76um。汽轮机高压差胀测量装置44测试值-1.2mm～6.6mm。

当第一空气加热器16、第二空气加热器19突然断电时自动关闭高压缸热空气进气调节阀（48），防止冷空气对高压缸47的冲击。

为保证安全，快速加热过程中，热空气联箱25压力设定一定比值，当压力>0.9时，安全阀21自动打开释放压力，正常后复位；当加热空气压力测量装置23测试值＜0.05MPa，自动关闭第一空气加热器16、第二空气加热器19开关并切断电源。

根据启动需要将汽轮机从冷态加热到温态或热态工况，温态或热态依据汽机启压缸内缸调节级金属温度划分：

冷态：调节级金属温度＜150℃。

温态：150℃＜调节级金属温度＜280℃。

热态：280℃＜调节级金属温度＜380℃。

当加热完成时，关闭高压缸热空气进气调节阀48，开启热空气联箱25上的排放气阀22；停用第一空气加热器16和第二空气加热器19；关闭回气调节阀52。

停止加热后，汽轮机同时具备进蒸汽冲转启动条件。

待热空气联箱25的温度测量装置24测试值下降至环境温度后，加热系统完全退出运行。

本发明中，针对一些汽轮机组转子轻、易冲转等特点，采用倒流加热方式，可防范高压缸47加热过程中转子低中速旋转，消耗加热空气能量，避免达不到有效加热汽缸的目标，以及在汽轮机轴油膜未形成阶段，汽轮机通流部件磨损，避免影响机组正常启动。本发明采用射气抽气器3，通过高压压缩空气抽吸低压高温空气的方式，一方面减少高压压缩空气消耗量，另一方面因抽吸的是低压高温空气，进入射气抽气器3内的高压压缩空气温度得到了提升，也即提高了空气加热器内的空气的温度，减少了空气加热器电力消耗，减少机组启动运行成本。由于对汽轮机高压缸47采用的是加热介质为空气，空气是非凝结气体，克服了采用蒸汽加热会凝结成水，造成汽轮机油含水量超标、金属部件锈蚀等隐患。本发明将机组从冷态提高到温态、热态，使汽轮机冲转升速并网后即可快速升负荷，减少了汽轮机冷态启动提升汽轮机高压缸暖缸时间，避免长时间低负荷暖缸将造成锅炉投油量大幅增加，或投等离子造成阴阳极寿命损耗、以及电量的大幅消耗。本发明提供的一种冷态汽轮机高压缸倒流加热方法，具有发电机组冷态启动节约成本、减少损耗、快速适应电网功率调节调度等特点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种冷态汽轮机高压缸倒流加热系统，其特征在于：包括有射气抽气器、油水分离器、汽水分离器、空气加热器和热空气联箱，所述射气抽气器的喷射口依次与所述油水分离器、汽水分离器、空气加热器和热空气联箱相连，所述热空气联箱与汽轮机的高压缸的排气管相连，所述热空气联箱与汽轮机相连的管道上设有高压缸热空气进气调节阀，所述射气抽气器的抽吸口与汽轮机的高压缸调节阀和汽轮机主汽阀之间的管道相连，所述射气抽气器与汽轮机相连的管道上设有回气调节阀；射气抽气器利用压力高的压缩空气抽吸流经高压缸后压力较低的回气，并使回气随压缩空气一起从喷射口流出，对流经高压缸的回流空气进行抽吸回收再利用。

2.根据权利要求1所述的冷态汽轮机高压缸倒流加热系统，其特征在于：所述空气加热器为两个以上，两个以上的空气加热器串联运行或并联运行。

3.根据权利要求1所述的冷态汽轮机高压缸倒流加热系统，其特征在于：所述油水分离器与汽水分离器相串联，所述油水分离器与射气抽气器之间设有油水分离器前截止阀，所述汽水分离器与空气加热器之间设有汽水分离器后截止阀。

4.根据权利要求3所述的冷态汽轮机高压缸倒流加热系统，其特征在于：依次连接的所述油水分离器前截止阀、油水分离器、汽水分离器和汽水分离器后截止阀组成油汽水分离机构，所述油汽水分离机构为多个，并联在所述射气抽气器和空气加热器之间。

5.根据权利要求1所述的冷态汽轮机高压缸倒流加热系统，其特征在于：所述热空气联箱上设有安全阀、排放气阀、压力测量装置、温度测量装置和热空气联箱排污门。

6.根据权利要求1所述的冷态汽轮机高压缸倒流加热系统，其特征在于：所述射气抽气器与汽轮机相连的管道上在回气调节阀与高压缸之间设有疏水罐和对空排气阀，所述疏水罐上设有回气排污门。

7.根据权利要求1所述的冷态汽轮机高压缸倒流加热系统，其特征在于：所述射气抽气器的压缩空气接头连接有压缩空气母管，压缩空气母管上设有压缩空气母管供气调节阀。

8.一种冷态汽轮机高压缸倒流加热方法，使用权利要求1所述的加热系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、向射气抽气器内通入压缩空气，使气流流经油水分离器和汽水分离器，并开启空气加热器；

S2、对空气加热器内的加热空气温度进行调节，提高空气温度，当热空气联箱内的加热空气温度达到要求值且稳定后，通过高压缸的排气管向高压缸传送热空气加热；

S3、打开回气调节阀，热空气从高压缸调节阀和汽轮机主汽阀之间的管道进入射气抽气器，实现倒流加热，并通过射气抽气器对流经高压缸的回流空气进行抽吸回收再利用。

9.根据权利要求8所述的冷态汽轮机高压缸倒流加热方法，其特征在于：加热前，排空油水分离器、汽水分离器和热空气联箱内的杂质、油和汽水。

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