CN110905610B - 一种汽轮机暖机系统及暖机方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机暖机系统及暖机方法，暖机系统包括汽缸快速冷却系统、夹层加热系统、高压汽缸、中压汽缸以及若干管路、阀门，暖机方法涉及设备运行时的控制，此系统充分利用了中压汽缸原来的低温蒸汽的管网，理念新颖独特，避免了过多地增加设备，特别是不用对中压汽缸进行改造，仅仅需要调整部分管网而已，极大地降低了改造成本；此系统特别适用于传统的发电机组。改进后，汽轮机整体的检修工期大约能缩短100h，提高了机组可用系数。此发明用于汽轮机发电设备领域。

Description

一种汽轮机暖机系统及暖机方法

技术领域

本发明涉及汽轮机发电设备领域，特别是涉及一种汽轮机暖机系统及暖机方法。

背景技术

汽缸是汽轮机静止部分的主要部件之一。它的作用是将蒸汽与外界大气隔绝，形成汽流，完成能量转换的封闭空间。根据汽流在汽轮机内流动的特点，高压部分受高压蒸汽的压力，低压部分当汽压低于大汽压力时，它承受外部大气的压力。在汽轮机运行过程中汽缸各部承受的载荷变动不大，但由于汽流、温度和容积的变化，汽缸仍然是汽轮机形状复杂、重量大、需要考虑问题多的部件。

为了便于加工装配和检修，通常是将汽缸制成水平中分形式，上半部分称上汽缸，下半部分称下汽缸；上下缸之间有法兰，用螺栓连接起来。汽缸是汽轮机的机壳，隔板、喷嘴、转子等部件都安装在它的内部，形成一个严密的汽室，保证蒸汽在汽缸内完成其做功过程。

机组在投入运行后存在两方面问题：1、机组热容量大，汽缸保温性能良好，却也导致停机后汽缸自然冷却时间长，正常停机后需120～150h才能开始检修工作，影响检修工期，降低机组可用系数。2、机组启动过程时高压汽缸温升慢，导致汽缸出现膨胀滞缓现象，同时中压内缸也存在内、外壁温差大，易造成中压内缸变形的现象；中压外缸温度上升缓慢、中压外缸膨胀慢，增加了机组启动过程中的暖机时间，严重影响机组并网到切分、加负荷及SCR投运(要求烟温290℃)的进度，降低了机组的经济性。可以说，汽缸在停止时冷却、在启动时暖机的步骤都存在改进空间，现有技术也基本解决了上述问题。

对于冷却步骤，可以引入汽缸快速冷却系统解决上述问题。汽缸快速冷却系统是一套旨在缩短机组冷却速度，增加检修时间的一套装置。它的主要作用是在机组停运下来后，将原有需自然散热冷却的汽缸通过通入比汽缸温度较低一点的蒸汽带走热量，加快冷却速度，为保证散热效果，通入的蒸汽位置也是在高、中压汽缸的内部。

对于暖机步骤，可以引入高温夹层加热系统。以内外双层的高压汽缸为例，一个机组中包括高压夹层混温箱，机组启动期间主蒸汽管道分出部分低温蒸汽进入夹层混温箱，然后低压蒸汽再分上、下缸两路进入高压汽缸的夹层，从而使高压内缸温差减少，加快高压汽缸的暖机效率。增大单位时间进入夹层的蒸汽总量可以进一步提高暖机效率。可以参照现有技术CN109296409A一种汽轮机快冷或快速启动的温差控制方法进行理解，其公开了直接把低温蒸汽送入高中压汽缸的夹层的方案。

实际上，汽缸快速冷却系统和夹层加热系统是每一个机组配套的设备，不过一套高压夹层加热系统投资极大，但应用范围极小，仅仅能用于缩短暖机时间。由于高压汽缸的运行条件要求非常严格，需要同时与这两套系统连接；中压汽缸的运行条件相对宽松，为了节约成本，传统方案在设计之初，中压汽缸只与汽缸快速冷却系统连接。然而随着需求的增长，传统设备已经不能满足生产需要，中压汽缸也需要连接夹层加热系统，如何改造现有设备成为了一大难题(改造难是因为中压汽缸在制作选型之初没有预留专门的接口，无法直接连接夹层加热系统，重新切割焊接接口难度大且容易会破坏中压汽缸的整体性能)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽轮机暖机系统及暖机方法，提高中压汽缸以及整个机组的运行效率，而且改造过程简单，经济效益好。

本发明所采取的技术方案是：

一种汽轮机暖机系统，包括汽缸快速冷却系统；夹层加热系统；高压汽缸，包括均具有夹层的上层高压壳体和下层高压壳体，所述上层高压壳体和下层高压壳体的夹层既与汽缸快速冷却系统连接，也与夹层加热系统连接；中压汽缸，包括均具有夹层的上层中压壳体和下层中压壳体，所述上层中压壳体和下层中压壳体的夹层与汽缸快速冷却系统连接；所述夹层加热系统延伸出改良蒸汽管，所述改良蒸汽管的末端分别连接着上层中压壳体与汽缸快速冷却系统之间以及下层中压壳体与汽缸快速冷却系统之间的管网。

有益效果：此系统充分利用了中压汽缸原来的低温蒸汽的管网，理念新颖独特，避免了过多地增加设备，特别是不用对中压汽缸进行改造，仅仅需要调整部分管网而已，极大地降低了改造成本；此系统特别适用于传统的发电机组。改进后，汽轮机整体的检修工期大约能缩短100h，提高了机组可用系数。

作为上述方案的改进，所述汽缸快速冷却系统的管网在到达与改良蒸汽管的连接处之前设置第一阀门，该设计起到改变管网导通路径的作用，避免低温蒸汽流入夹层加热系统，低温蒸汽可以完全地进入中压汽缸。

作为上述方案的改进，所述夹层加热系统从蒸汽管系中获取蒸汽，在维持原来获取蒸汽基础上，所述夹层加热系统与蒸汽管系之间增设至少一条进汽管。本系统的改造原则是尽量降低成本，所以原来的一套夹层加热系统的输气量满足了高压汽缸的需求，当中压汽缸需要分流蒸汽量的时候，提高进入夹层加热系统的蒸汽量，从而平衡高压汽缸和中压汽缸的需求。

作为上述方案的改进，将所述夹层加热系统连接上层高压壳体和下层高压壳体的蒸汽管分别称为上层高压蒸汽管和下层高压蒸汽管，所述改良蒸汽管包括两条分支，将所述改良蒸汽管分别连接上层中压壳体和下层中压壳体的蒸汽管分别称为上层中压蒸汽管和下层中压蒸汽管，所述夹层加热系统的一个输出端设置第二阀门，然后通过第二阀门的输出端同时连接上层高压蒸汽管和下层高压蒸汽管，所述夹层加热系统的另一个输出端设置第三阀门，然后通过第三阀门的输出端同时连接上层中压蒸汽管和下层中压蒸汽管，所述第二阀门的输出端与所述第三阀门的输入端之间设有第四阀门。因为高压汽缸所需的蒸汽量较大，在通往高压汽缸的管网与通往中压汽缸的管网之间布置第四阀门的效果是便于调节两个管网之间的蒸汽量；由于在改造管网过程中现有管道上额外布置了分支，容易降低原来高压汽缸获取的蒸汽量，这个时候可以从其它的管网临时转移部分蒸汽至管道的分支，从而确保管道的分支也能提供足够的蒸汽量。

作为上述方案的改进，所述汽缸快速冷却系统包括第一低温蒸汽管和第二低温蒸汽管，所述第一低温蒸汽管与改良蒸汽管连接，所述第一阀门位于第一低温蒸汽管上，所述第二低温蒸汽管上设有第五阀门，并通过第五阀门的输出端连接至上层高压蒸汽管和下层高压蒸汽管。实际上高压汽缸也完全可以采用类似上述中压汽缸的管网，这种结构简单高效。

一种使用上述汽轮机暖机系统的暖机方法，包括以下步骤：在冷却时，关闭所述夹层加热系统的管网上的阀门，所述汽缸快速冷却系统运行往高压汽缸和中压汽缸中输入低温蒸汽；在暖机时，关闭所述汽缸快速冷却系统的管网上的阀门，所述夹层加热系统往高压汽缸和中压汽缸中输入高温蒸汽。

作为上述方案的改进，在暖机时，所述夹层加热系统保持额定功率运行，调节阀门使输入高压汽缸的高温蒸汽逐渐减少，将富余的高温蒸汽输入中压汽缸。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是暖机系统的示意图。

具体实施方式

在本发明创造的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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创造和简化描述，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创造的限制。

在本发明创造的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明创造的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明为一种汽轮机暖机系统和暖机方法。参照图1，图1中表粗的线条表示与本实施例相关的管网，先说暖机系统。

暖机系统包括汽缸快速冷却系统10、夹层加热系统20、高压汽缸、中压汽缸以及若干管路、阀门。快速冷却系统和夹层加热系统20都是现有技术；高压汽缸和中压汽缸也是现有技术，其结构可以参考各种技术手册，但本实施例以具有夹层的高压汽缸和中压汽缸为例。在传统的方案中，高压汽缸包括均具有夹层的上层高压壳体31和下层高压壳体32，上层高压壳体31和下层高压壳体32的夹层既与汽缸快速冷却系统10连接，也与夹层加热系统20连接；中压汽缸包括均具有夹层的上层中压壳体41和下层中压壳体42，上层中压壳体41和下层中压壳体42的夹层与汽缸快速冷却系统10连接。

需要注意的是，为了节约成本，传统方案在设计之初，中压汽缸只与汽缸快速冷却系统10连接。然而随着需求的增长，传统设备已经不能满足生产需要，中压汽缸也需要连接夹层加热系统20。在此基础上，夹层加热系统20延伸出改良蒸汽管，所述改良蒸汽管的末端分别连接着上层中压壳体41与汽缸快速冷却系统10之间以及下层中压壳体42与汽缸快速冷却系统10之间的管网；具体参照图1右上角的位置，这里表明了改良蒸汽管与汽缸快速冷却系统10的管网的连接处。

汽缸快速冷却系统10是一套旨在缩短机组冷却速度，增加检修时间的一套装置。它的主要作用是在机组停运下来后，将原有需自然散热冷却的汽缸通过通入比汽缸温度较低一点的蒸汽带走热量，加快冷却速度，为保证散热效果，通入的蒸汽位置也是在高、中压汽缸的内部。由于在机组启动过程中无需使用这套系统，那么，只需将中压汽缸需用的蒸汽接入至汽缸快速冷却系统10管系即可解决问题。

此系统充分利用了中压汽缸原来的低温蒸汽的管网，理念新颖独特，避免了过多地增加设备，特别是不用对中压汽缸进行改造，仅仅需要调整部分管网而已，极大地降低了改造成本；此系统特别适用于传统的发电机组。改进后，在机组停机后的高温阶段，向高、中压汽缸内输送的工作压力0.4～0.8MPa、温度150～350℃的干燥空气，安全可靠地对汽机本体进行快速冷却，汽缸内壁温度在24～48h内便可达到150℃以下，最终达到汽轮机快速冷却的目的，从而缩短检修工期100h，提高机组可用系数。

作为优选，所述汽缸快速冷却系统10的管网在到达与改良蒸汽管的连接处之前设置第一阀门51，该设计起到改变管网导通路径的作用，避免低温蒸汽流入夹层加热系统20，低温蒸汽可以完全地进入中压汽缸。

解决了中压汽缸夹层蒸汽通入路径的问题后，接着就是解决夹层蒸汽的流量问题。由于原有的夹层加热系统20输出量已显得不足，作为优选，所述夹层加热系统20从蒸汽管系中获取蒸汽，在维持原来获取蒸汽基础上，所述夹层加热系统20与蒸汽管系之间增设至少一条进汽管，即可显著地加大通入夹层加热系统20的蒸汽量。图1中可以看到夹层加热系统20上有两个箭头，表示两个蒸汽输入端。

通过SIS数据采集发现，高压汽缸所需的蒸汽量随着时间成线性减少的关系，这是因为当高压汽缸的内缸温差较小时，所需比焓也减少，这个时候需要运行人员通过远程控制调节阀门持续关小，达到维持缸温平稳上升的目的。基于上述方案，这部分富余的蒸汽完全可以通入中压汽缸，即可以保证夹层加热系统20满负荷状态工作，又无需另外再设置一套系统。

作为优选，将所述夹层加热系统20连接上层高压壳体31和下层高压壳体32的蒸汽管分别称为上层高压蒸汽管33和下层高压蒸汽管34，所述改良蒸汽管包括两条分支，将所述改良蒸汽管分别连接上层中压壳体41和下层中压壳体42的蒸汽管分别称为上层中压蒸汽管43和下层中压蒸汽管44，所述夹层加热系统20的一个输出端设置第二阀门52，然后通过第二阀门52的输出端同时连接上层高压蒸汽管33和下层高压蒸汽管34，所述夹层加热系统20的另一个输出端设置第三阀门53，然后通过第三阀门53的输出端同时连接上层中压蒸汽管43和下层中压蒸汽管44，所述第二阀门52的输出端与所述第三阀门53的输入端之间设有第四阀门54。图1中表示存在一个高压汽缸和两个中压汽缸，所以可以看到上层中压蒸汽管43和下层中压蒸汽管44的末端进一步设置分支。

因为高压汽缸所需的蒸汽量较大，在通往高压汽缸的管网与通往中压汽缸的管网之间布置第四阀门54的效果是便于调节两个管网之间的蒸汽量。因为在改造管网过程中现有管道上额外布置了分支，容易降低原来高压汽缸获取的蒸汽量，这个时候可以从其它的管网临时转移部分蒸汽至管道的分支，从而确保管道的分支也能提供足够的蒸汽量。

在其他实施例中，可以增加夹层加热系统20和蒸汽管系的压力和流量，也能实现上述效果，但这种做法容易增加设备的负担。

作为优选，所述汽缸快速冷却系统10包括第一低温蒸汽管61和第二低温蒸汽管62，所述第一低温蒸汽管61与改良蒸汽管连接，所述第一阀门51位于第一低温蒸汽管61上，所述第二低温蒸汽管62上设有第五阀门55，并通过第五阀门55的输出端连接至上层高压蒸汽管33和下层高压蒸汽管34。图1中可以看到，实际上高压汽缸也完全可以采用类似上述中压汽缸的管网，这种结构简单高效，简化高压汽缸上的接口数量。

暖机系统的管网设置若干疏水阀、排空管和阀门，对于一些常用的阀门，既可以采用手动调节阀，也可以采用电动调节阀。需要补充说明的是，一条管道上可以同时设置多个阀门，相互形成多重保险。

一种使用上述汽轮机暖机系统的暖机方法，包括以下步骤：在冷却时，关闭所述夹层加热系统20的管网上的阀门，包括第三阀门53，所述汽缸快速冷却系统10运行往高压汽缸和中压汽缸中输入低温蒸汽；在暖机时，关闭所述汽缸快速冷却系统10的管网上的阀门，包括第一阀门51，所述夹层加热系统20往高压汽缸和中压汽缸中输入高温蒸汽。

作为优选，在暖机时，所述夹层加热系统20保持额定功率运行，调节阀门使输入高压汽缸的高温蒸汽逐渐减少，将富余的高温蒸汽输入中压汽缸。

对于第四阀门54的使用，在通入高温蒸汽时可以先导通第四阀门54，适当关小或关闭第三阀门53，这样夹层加热系统20的大部分蒸汽会进入高压汽缸，先满足高压汽缸的需求，后续再将富余的蒸汽转移到中压汽缸。

当然，本设计创造并不局限于上述实施方式，上述各实施例不同特征的组合，也可以达到良好的效果。熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种汽轮机暖机系统，包括

汽缸快速冷却系统；

夹层加热系统；

高压汽缸，包括均具有夹层的上层高压壳体和下层高压壳体，所述上层高压壳体和下层高压壳体的夹层既与汽缸快速冷却系统连接，也与夹层加热系统连接；

中压汽缸，包括均具有夹层的上层中压壳体和下层中压壳体，所述上层中压壳体和下层中压壳体的夹层与汽缸快速冷却系统连接；

其特征在于：所述夹层加热系统延伸出改良蒸汽管，所述改良蒸汽管的末端分别连接着上层中压壳体与汽缸快速冷却系统之间以及下层中压壳体与汽缸快速冷却系统之间的管网。

2.根据权利要求1所述的汽轮机暖机系统，其特征在于：所述汽缸快速冷却系统的管网在到达与改良蒸汽管的连接处之前设置第一阀门。

3.根据权利要求2所述的汽轮机暖机系统，其特征在于：所述夹层加热系统从蒸汽管系中获取蒸汽，在维持原来获取蒸汽基础上，所述夹层加热系统与蒸汽管系之间增设至少一条进汽管。

4.根据权利要求3所述的汽轮机暖机系统，其特征在于：将所述夹层加热系统连接上层高压壳体和下层高压壳体的蒸汽管分别称为上层高压蒸汽管和下层高压蒸汽管，所述改良蒸汽管包括两条分支，将所述改良蒸汽管分别连接上层中压壳体和下层中压壳体的蒸汽管分别称为上层中压蒸汽管和下层中压蒸汽管，所述夹层加热系统的一个输出端设置第二阀门，然后通过第二阀门的输出端同时连接上层高压蒸汽管和下层高压蒸汽管，所述夹层加热系统的另一个输出端设置第三阀门，然后通过第三阀门的输出端同时连接上层中压蒸汽管和下层中压蒸汽管，所述第二阀门的输出端与所述第三阀门的输入端之间设有第四阀门。

5.根据权利要求4所述的汽轮机暖机系统，其特征在于：所述汽缸快速冷却系统包括第一低温蒸汽管和第二低温蒸汽管，所述第一低温蒸汽管与改良蒸汽管连接，所述第一阀门位于第一低温蒸汽管上，所述第二低温蒸汽管上设有第五阀门，并通过第五阀门的输出端连接至上层高压蒸汽管和下层高压蒸汽管。

6.一种使用如权利要求5所述汽轮机暖机系统的暖机方法，其特征在于包括以下步骤：

在冷却时，关闭所述夹层加热系统的管网上的阀门，所述汽缸快速冷却系统运行往高压汽缸和中压汽缸中输入低温蒸汽；在暖机时，关闭所述汽缸快速冷却系统的管网上的阀门，所述夹层加热系统往高压汽缸和中压汽缸中输入高温蒸汽。

7.根据权利要求6所述的暖机方法，其特征在于：在暖机时，所述夹层加热系统保持额定功率运行，调节阀门使输入高压汽缸的高温蒸汽逐渐减少，将富余的高温蒸汽输入中压汽缸。