CN111042879B - 一种高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组，该汽轮机组分别与锅炉、加热器和凝汽器连接，所述的汽轮机组包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，所述的高压缸分别与锅炉的主蒸汽管道、锅炉的冷再热蒸汽管道和加热器连接，所述的高压缸包括两个，分别为同轴设置的切除高压缸和保留高压缸，所述的中压缸包括两个，分别为同轴设置的切除中压缸和保留中压缸；当负荷高于设定阈值时两个高压缸和两个中压缸同时进汽工作，低于设定阈值时同步切除其中的切除高压缸和切除中压缸。与现有技术相比，本发明具有提高部分负荷下的循环效率，实现汽轮机组宽负荷高效经济运行等优点。

Description

一种高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组

技术领域

本发明涉及火力发电领域，尤其是涉及一种高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组。

背景技术

火电厂汽轮机组的配汽方式主要分两大类：即全周进汽节流调节和部分进汽喷嘴调节，由于全周进汽机组没有调节级，高压缸效率相对较高，在新建超(超)临界机组中都开始采用这种方式。对这类机组而言，采用高压调门全开滑压运行是最经济的，但在中低负荷处，滑压运行后使得主蒸汽压力下降较多，往往运行在亚临界区域，没有充分发挥超(超)临界机组应有的清洁高效特点。关小高压调门，虽然能提高主蒸汽压力，但由于调门节流损失加大等原因反而得不偿失。在中低负荷下主蒸汽压力这一初参数的降低，导致循环效率显著下降，供电煤耗率上升较多。

但另一方面，由于我国能源结构特点，火电机组作为一种基础发电方式长期存在，并参与电网调峰或深度调峰，经常运行在中低负荷处。尤其在当前风电、光伏等新能源大量接入，以及特高压电网大规模西电东送的背景下，对火电灵活性控制和调峰运行提出了更高要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组，以提高部分负荷下的循环效率，实现汽轮机组宽负荷高效经济运行。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组，该汽轮机组分别与锅炉、加热器和凝汽器连接，所述的汽轮机组包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，所述的高压缸分别与锅炉的主蒸汽管道、锅炉的冷再热蒸汽管道和加热器连接，所述的高压缸包括两个，分别为同轴设置的切除高压缸和保留高压缸，所述的中压缸包括两个，分别为同轴设置的切除中压缸和保留中压缸；

当负荷高于设定阈值时两个高压缸和两个中压缸同时进汽工作，低于设定阈值时切除其中的切除高压缸，用于降低高压缸的总体通流能力，从而大幅度提高主蒸汽压力；

而对于继续运行的保留高压缸，进汽压力提高但排汽压力不变，前后压比加大可能会降低运行效率，故同步切除其中的切除中压缸，使得高排压力相应增加。

优选地，所述的锅炉的主蒸汽管道分别通过各自的阀门与切除高压缸和保留高压缸连接，高负荷时主蒸汽分别进入两个高压缸做功，排汽汇总后进入锅炉再热，热再热蒸汽分别进入两个中压缸做功，排汽汇总后进入低压缸继续做功。

优选地，所述的切除高压缸和保留高压缸同轴相向布置，所述的切除中压缸和保留中压缸同轴相向布置，用于平衡轴向推力。

优选地，所述的切除高压缸和保留高压缸均有一路抽汽，汇总后进入加热器。

优选地，所述的锅炉增加一路热再热蒸汽管道，该热再热蒸汽管道与切除高压缸连接，用于加热切除后的切除高压缸，以便于快速恢复使用；

另外，利用原先的热再热蒸汽管道和中压调门，或者增加中压调门小旁路，对切除中压缸进行加热，以便于快速恢复使用。

优选地，所述的切除高压缸通过高排通风阀与凝汽器连接，所述的切除中压缸通过中排通风阀与凝汽器连接，分别将切除高压缸和切除中压缸内的蒸汽和鼓风摩擦热量通过真空抽吸排至凝汽器。

优选地，被切除的所述切除高压缸和切除中压缸还是维持3000rpm额定转速，同时打开高排通风阀和中排通风阀以带走鼓风摩擦发热，另外根据缸温变化情况适量通入热再蒸汽加热，以维持设定的缸温，便于快速进汽和带负荷。

优选地，两个中压缸的容量比例按照两个高压缸的容量比例进行适当调整。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用高压缸分缸、中压缸分缸的布置方式，并通过中低负荷下同步切除1个高压缸和1个中压缸，在不牺牲高、中压缸运行效率的前提下，提高了主蒸汽压力，从而大幅提高发电机组运行经济性，进一步推进节能减排；

2、通过高中压分缸同轴布置的方式，高压缸和中压缸切除后维持额定转速极热态，能够快速进汽恢复做功，便于调峰变负荷和灵活性控制。

附图说明

图1为本发明高中压分缸切除的宽负荷高效汽轮机原则性热力系统图；

图2为本发明实施例中高中压分缸切除的假想热耗率和负荷关系图。

其中1为切除高压缸，2为保留高压缸，3为保留中压缸，4为切除中压缸，5为低压缸，6为锅炉，61为主蒸汽管道，62为热再热蒸汽管道，63为冷再热蒸汽管道，7为高压加热器，8为凝汽器，9为给水泵，10为高排通风阀，11为中排通风阀。

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

对于全周进汽节流调节汽轮机组，高压调门全开滑压运行是最经济的，但是在中低负荷下由于主蒸汽压力大幅下降，使得循环效率下降，这一因素是中低负荷下火电机组经济性差的主要原因。假如只是简单的关小高压调门，虽然可以提高主蒸汽压力，但加大了调门节流损失，高压缸效率下降，反而适得其反。如果能够找到一个办法，在不降低高压缸效率的前提下，提高主蒸汽压力，将会极大的提升中低负荷下的运行经济性。

目前超(超)临界一次再热机组分别有高压缸、中压缸、低压缸，其中中、低压缸的数量可能是2个或多个，但高压缸都是1个。如果能够将1个高压缸分开为2个，在高负荷区域2个高压缸同时进汽工作，在低负荷下切除其中1个，以降低高压缸的总体通流能力，这样就可以大幅度提高主蒸汽压力。而对于继续运行的高压缸，进汽压力提高但排汽压力不变，前后压比加大可能会降低运行效率，故同时也切除1个中压缸，使得高排压力也相应增加，这样继续运行的高压缸、中压缸都能具有较高的缸效率，从而成为一种新型宽负荷高效发电的汽轮机组。

其原则性热力系统布置如图1所示，高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组分别与锅炉6、高压加热器7和凝汽器8连接，所述的汽轮机组包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸5，所述的高压缸分别与锅炉6的主蒸汽管道61、冷再热蒸汽管道63和高压加热器7连接，所述的高压缸包括两个，分别为同轴设置的切除高压缸1和保留高压缸2，所述的中压缸包括两个，分别为同轴设置的切除中压缸4和保留中压缸3；

热再热蒸汽管道62增加一路与切除高压缸1连接，用于加热切除后的高压缸，以便于快速恢复使用。

另外，利用原先的热再热蒸汽管道和中压调门，或者增加中压调门小旁路，对切除中压缸进行加热，以便于快速恢复使用。所述的切除高压缸1通过高排通风阀10与凝汽器8连接，所述的切除中压缸4通过中排通风阀11与凝汽器8连接，分别将切除高压缸和切除中压缸内的蒸汽和鼓风摩擦热量通过真空抽吸排至凝汽器。

图1中高压缸分成2个，同轴相向布置，以平衡轴向推力。中压缸数量不变，但要调整一下容量大小。原先2个中压缸容量一样，现按照两个高压缸的容量比例进行适当调整。为降低汽缸切除对轴向推力的影响，将可切除的高压缸、中压缸相向布置。高负荷时主蒸汽分别进入2个高压缸做功，排汽汇总后进入锅炉再热。热再热蒸汽分别进入两个中压缸做功，排汽汇总后进入低压缸继续做功。2个高压缸都有一路抽汽，汇总后进入高压加热器。

采用这样的布置方案后，改变了高压缸进汽方式，使得高压缸效率和主蒸汽压力发生变化，能从高压缸效率和初参数两个方面来提高循环效率。同时也改变了中压缸进汽方式，使得再热蒸汽压力发生变化，但再热压力变化基本不影响循环效率。另外，这一方案对低压缸几乎没有影响，对锅炉效率影响也很小。当然在中低负荷下，由于主蒸汽压力的上升会使得给水泵耗功上升，增加小机用汽量，但初参数提高大大改善循环效率，另外中低负荷下给水温度会升高，从而提高回热效果，故总体上热耗率会有明显下降。

考虑到机组调峰的需求，一天内可能会有数次投用和切除高压缸和中压缸，为避免频繁冲转而采用同轴布置，被切除的高压缸和中压缸还是维持3000rpm额定转速，此时需要打开高排通风阀和中排通风阀以带走鼓风摩擦发热，另外根据缸温变化情况适量通入热再蒸汽加热，以维持一定的缸温，便于快速进汽和带负荷。对于切除的高压缸，需要增加一路加热蒸汽(从热再热蒸汽来)，对于切除的中压缸，可以通过原先的中压调门通入蒸汽加热，也可以增加一路旁通调门，以引入热再热蒸汽进行加热。

采用高压缸分缸设计后，使得2个高压缸的叶片变短，增加端部损失，可能会影响高压缸效率，可以通过优化设计尽可能接近采用单独高压缸时的效率值。另外，对原先中压缸的容量分配进行了调整，也可能会影响中压缸效率，但也可以通过优化设计来降低这一影响，维持中压缸较高的运行效率。

这种高中压缸分缸切除的方案也完全适用于超(超)临界二次再热机组，此时将超高压缸和高压缸分成2个，其他变化类似。

具体实施例

以一台超(超)临界1000MW一次再热机组为例，汽轮机采用节流配汽方式，高压调门全开滑压运行，在中低负荷下主蒸汽压力较低，影响机组经济性。为此采用高、中压缸分缸切除的布置方式，考虑到高压缸积木块设置系列和机组调峰负荷要求，将原先1000MW机组的高压缸分成2个高压缸，分别为原先660MW机组和350MW机组相对应的高压缸，2个高压缸的做功和通流能力基本按照2:1的关系来设置。另外，原先2个中压缸的容量相等，现按照2:1的关系来调整容量大小，使得高、中压缸同步切除时高压缸的压比基本不变。这样在660MW负荷以上采用2个高压缸和2个中压缸同时进汽的方式，在660MW负荷以下切除小高压缸和小中压缸，只保留1个大高压缸和1个大中压缸运行，从而实现在不降低运行缸效率的前提下提高主蒸汽压力，从而提高循环效率。采用这一方式后，其汽轮机热耗率的典型变化曲线如图2中“假想热耗率”所示。初步分析，在50％负荷处约有3.8％的热耗率下降，约使得机组供电煤耗率下降10g/kW.h，节能效果非常显著。

采用高、中压缸分缸切除的布置方式后，其带负荷和调峰运行过程如下：

1.机组采用高中压缸联合启动方式实现冲转和带负荷运行，一直到额定负荷；

2.机组具备调峰能力后，在660MW负荷以上区域保持两个高压缸和两个中压缸同时运行；

3.当负荷低于660MW时且有较长时间运行在低负荷区域，则开始进行切除操作，缓慢关小1个高压缸和中压缸的进汽调门，逐步实现进汽量的转移，直至小高压缸和小中压缸全部切除；

4.被切除的小高压缸和小中压缸维持额定转速，打开相应高排通风阀和中排通风阀，以带走鼓风摩擦热量；

5.在660MW负荷以下区域运行时，小高压缸和小中压缸始终在切除状态，并根据缸温变化情况，通入适量再热蒸汽进行暖缸加热，以维持切除高、中压缸合适的温度，便于快速进汽带负荷；

6.当负荷准备升高超过660MW时，逐渐开启小高压缸和小中压缸的进汽调门，使得小高压缸和小中压缸再次进入工作状态；

通过这样的分缸设计和运行控制，能够在宽负荷区域内实现汽轮机组经济运行。

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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组，该汽轮机组分别与锅炉、加热器和凝汽器连接，所述的汽轮机组包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，所述的高压缸分别与锅炉的主蒸汽管道、锅炉的冷再热蒸汽管道和加热器连接，其特征在于，所述的高压缸包括两个，分别为同轴设置的切除高压缸和保留高压缸，所述的中压缸包括两个，分别为同轴设置的切除中压缸和保留中压缸；

当负荷高于设定阈值时两个高压缸和两个中压缸同时进汽工作，低于设定阈值时切除其中的切除高压缸，用于降低高压缸的总体通流能力，从而大幅度提高主蒸汽压力；

而对于继续运行的保留高压缸，进汽压力提高但排汽压力不变，故同步切除其中的切除中压缸。

2.根据权利要求1所述的一种高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组，其特征在于，所述的锅炉的主蒸汽管道分别通过各自的阀门与切除高压缸和保留高压缸连接，高负荷时主蒸汽分别进入两个高压缸做功，排汽汇总后进入锅炉再热，热再热蒸汽分别进入两个中压缸做功，排汽汇总后进入低压缸继续做功。

3.根据权利要求1所述的一种高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组，其特征在于，所述的切除高压缸和保留高压缸同轴相向布置，所述的切除中压缸和保留中压缸同轴相向布置，用于平衡轴向推力。

4.根据权利要求1所述的一种高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组，其特征在于，所述的切除高压缸和保留高压缸均有一路抽汽，汇总后进入加热器。

5.根据权利要求1所述的一种高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组，其特征在于，所述的锅炉增加一路热再热蒸汽管道，该热再热蒸汽管道与切除高压缸连接，用于加热切除后的切除高压缸，以便于快速恢复使用；

另外，利用原先的热再热蒸汽管道和中压调门，或者增加中压调门小旁路，对切除中压缸进行加热，以便于快速恢复使用。

6.根据权利要求1所述的一种高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组，其特征在于，所述的切除高压缸通过高排通风阀与凝汽器连接，所述的切除中压缸通过中排通风阀与凝汽器连接，分别将切除高压缸和切除中压缸内的蒸汽和鼓风摩擦热量通过真空抽吸排至凝汽器。

7.根据权利要求6所述的一种高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组，其特征在于，被切除的所述切除高压缸和切除中压缸还是维持3000rpm额定转速，同时打开高排通风阀和中排通风阀以带走鼓风摩擦发热，另外根据缸温变化情况适量通入热再蒸汽加热，以维持设定的缸温，便于快速进汽和带负荷。

8.根据权利要求1所述的一种高中压缸分缸切除的宽负荷高效汽轮机组，其特征在于，两个中压缸的容量比例按照两个高压缸的容量比例进行适当调整。