CN111133175B - 用于运行蒸汽轮机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行蒸汽轮机的方法，其中发电机中的冷却介质的压力被改变以用于冷却和用于提高或减小发电机到蒸汽轮机上的转矩，这用于启动或关停过程。

Description

用于运行蒸汽轮机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行蒸汽轮机的方法，其中蒸汽轮机具有以可旋转方式安装的蒸汽轮机转子和围绕蒸汽轮机转子布置的壳体，其中转子在转矩方面被耦合到发电机的发电机转子，其中发电机由冷却介质(特别是空气)冷却，其中设置发电机中的冷却介质的冷却压力，其中发电机转子将转矩施加到蒸汽轮机转子上。

背景技术

蒸汽轮机用于例如蒸汽发电厂或燃气-蒸汽轮机发电厂，并且其主要任务是将热能转换为机械能，以便驱动电动机(特别是发电机)的转子。具有相对高热能的热蒸汽通过流入区域被引入蒸汽轮机，其中蒸汽在蒸汽轮机内的流动路径上降低压力并且冷却，由此热能被转换为蒸汽轮机转子的旋转能。在连续运行中，蒸汽轮机和发电机的部件处于热平衡状态。但是，同样需要关停蒸汽轮机并再次启动蒸汽轮机的运行状态。

蒸汽轮机的启动和关停具有多个挑战。在启动蒸汽轮机时，仅相对小的蒸汽质量流量流过该蒸汽轮机。结果是可用的蒸汽量不足以足够均匀地流过末级，因此径向压降易于导致轮毂侧的分离趋势。现在可能会发生的是，通过蒸汽轮机转子的旋转运动、回流和所产生的叶片摩擦功率而加热蒸汽。这导致末级叶片持续变热。其中可能会发生的是，温度达到不被允许的值，并且因此限制了蒸汽发电设备的可用性。

另一个挑战是，在蒸汽轮机的高压部分中，电网断开时的膨胀仅产生很小的功率。否则，蒸汽发电设备将进入所谓的超额转速状态，这可以通过蒸汽轮机转子的转速提高来察觉。高压部分涡轮机的出口处的很高的温度是无法避免的，并且在所谓的热启动时可能会导致停机。通过在由蒸汽轮机转子与发电机转子组成的线路中提供制动功率，高压部分涡轮机可以获得较高的压降并相应地降低温度，而转速不会增大超过额定频率，其中发电机不发出任何电功率。

所提出的额外的制动功率有助于关停，因为特别是在低调谐的末级的情况下，快速穿越转速禁区(诸如叶片的部件的共振风险)。

另一个挑战在于，蒸汽轮机(特别是在第一膨胀部分之前和在第一膨胀部分中)通过提高的压力或与此有关的冷凝温度被较快地完全加热，这提高了设备的可用性。

在文件WO2009/038562A2、WO2011/018404A1和US 2016/344258中公开了用于运行蒸汽轮机的各种方法。

期望消除上述问题。

发明内容

因此，本发明的目的是给出一种用于运行蒸汽轮机的方法，在该方法中改善了启动和关停过程。

该目的通过一种用于运行蒸汽轮机的方法来实现，其中蒸汽轮机具有以可旋转方式安装的蒸汽轮机转子和围绕蒸汽轮机转子布置的壳体，其中转子在转矩方面被耦合到发电机的发电机转子，其中发电机由冷却介质(特别是空气)冷却，其中设置发电机中的介质的冷却压力，其中发电机转子将转矩施加到蒸汽轮机转子上，其中借助于冷却介质压力的变化来改变从发电机转子到蒸汽轮机转子上的转矩。此外，该目的通过用于运行这种方法的自动化单元来实现。

本发明提出将在转矩方面耦合到蒸汽轮机的发电机用作制动器。发电机在运行中利用空气冷却。发电机中的气压提高通过表面摩擦、风扇功率以及转子或径向风扇的输送效果而导致气体摩擦损耗提高。因此，可以通过设置冷却空气的压力来改变从发电机转子传递到蒸汽轮机转子上的转矩。该关系被充分利用，以最佳地利用该用于运行蒸汽轮机的方法，特别是在启动和关停时。

本发明的优点是，通过转换成发电机中的热量形式而不是转换成涡轮机转速的额外可能性，可以引导更多的蒸汽质量流量通过蒸汽轮机，或者可以设置更高的蒸汽压力，而不会引起超额转速。

例如，如果冷却空气的气压从1bar提高到2bar，则发电机的制动功率基于气体摩擦可以从大约1兆瓦提高到2兆瓦。由此，制动功率从例如1.5兆瓦提高到2.5兆瓦。相对于可比较的启动过程，这样的制动功率提高可以导致质量流量可能提高约66％。

通过本发明认识到，发电机中所产生的额外的摩擦功率导致发电机中的冷却气体的焓升高。其中温度不会升高；热容量随着空气密度的增大而增大。热能在发电机的气体冷却器中被冷却，因此在发电机中存在封闭的气体冷却循环，或热能在开放的冷却循环中散发到环境中。

本发明的优点是，只需对现有设备进行改造或适配，以便获得根据本发明的效果。

因此，本发明提出了一种控制，该控制额外地在蒸汽轮机的启动和/或关停过程中参考蒸汽轮机来设置发电机气体压力。由此提高了设备可用性。此外，有利地实现了在蒸汽轮机末级处减少通风，这使得使用寿命消耗最小化。

此外，有利地主动影响蒸汽轮机的高压排气温度，这使得可用性提高。因此，可以低成本地实施例如所谓的冷的再热器管。此外，在使用根据本发明的方法时可以省去启动管。

本发明的主要优点是，在穿越转速禁区时使叶片疲劳最小化。这使得蒸汽轮机叶片的使用寿命显著延长。

同样有利的是，通过在预热时提高冷凝温度，可以更快地启动蒸汽轮机。

具体实施方式

结合实施例的以下描述来更清楚且更易于理解地解释本发明的上述特性、特征和优点以及实现它们的方式方法。

蒸汽发电设备或燃气-蒸汽轮机设备通常具有如下的蒸汽轮机，这样的蒸汽轮机包括高压子涡轮机、中压子涡轮机和低压子涡轮机。蒸汽在蒸汽发生器中产生，并通过新鲜蒸汽管被引导到高压子涡轮机。从高压子涡轮机流出的蒸汽相应地被冷却并且具有较低的压力。经冷却的蒸汽通过冷再热器管被引导到再热器，并且在再热器中再次被加热到较高的温度。随后，经再加热的蒸汽通过热再热器管到达中压子涡轮机，并且随后从中压子涡轮机流到低压子涡轮机，并且从低压子涡轮机直接流入冷凝器，蒸汽在冷凝器中凝结成水，并且通过泵相应地重新被引导到蒸汽发生器。因此，循环是封闭的。在启动过程中必须相应地对部件进行加热，这需要一定的时间。蒸汽轮机具有以可旋转方式安装的蒸汽轮机转子，其中壳体围绕蒸汽轮机转子布置。蒸汽轮机转子在转矩方面被耦合到发电机转子。这意味着，由蒸汽轮机所产生的蒸汽轮机转子转矩引起在发电机转子上的转矩。

发电机具有以可旋转方式安装的发电机转子，转子绕组被布置在该发电机转子上。相对高的电流流过转子绕组，由该电流产生磁场，磁场通过旋转将交变磁场引入到位于发电机壳体中的定子绕组的定子绕组中。在定子绕组中感应出电压。由于在转子绕组和定子绕组中的电流相对高，转子绕组和定子绕组必须被冷却。例如利用空气冷却绕组。在这里，气压对冷却功率和发电机转子的扭矩有影响，因为通过提高气压，气体摩擦增大，这导致气体摩擦损耗，并且因此导致负转矩增大。定子绕组同样可以例如利用空气或氮气或水冷却。可以设置冷却介质(这里是冷却空气)的冷却压力。通过自动化单元可以以如下的方式设置冷却压力，使得从发电机转子到蒸汽轮机转子上的转矩被改变，这特别地在启动和/或关停过程中被利用。例如，在启动过程中，压力的提高会导致发电机转子到蒸汽轮机转子的负转矩增大，这可以用于提高蒸汽轮机中的压力或质量流量而不会出现超额转速。

迄今为止，冷却介质(这里是发电机中的空气)的压力提高仅用于冷却。现在，利用自动化单元来实现以下控制，该控制额外地在蒸汽轮机的启动和/或关停过程中参考所期望的蒸汽轮机负载来设置发电机气体压力。

尽管通过优选的实施例详细地说明和描述了本发明，但是本发明并不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以从中得出其他变型，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于运行蒸汽轮机的方法，

其中所述蒸汽轮机具有一个以可旋转方式安装的蒸汽轮机转子和一个围绕所述蒸汽轮机转子布置的壳体，

其中所述蒸汽轮机转子在转矩方面被耦合到一个发电机的一个发电机转子，

其中所述发电机由冷却介质冷却，其中设置所述发电机中的所述冷却介质的冷却压力，

其中所述发电机转子将转矩施加到所述蒸汽轮机转子上，

其特征在于，

借助于所述冷却压力的变化来改变从所述发电机转子到所述蒸汽轮机转子上的所述转矩。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中提高所述冷却压力导致从所述发电机转子到所述蒸汽轮机转子上的所述转矩增大。

3.根据权利要求1所述的方法，

其中降低所述冷却压力导致从所述发电机转子到所述蒸汽轮机转子上的所述转矩减小。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，

其中所述冷却压力在所述蒸汽轮机的启动过程期间被改变。

5.根据权利要求1、2或3所述的方法，

其中所述冷却压力在所述蒸汽轮机的关停过程期间被改变。

6.根据权利要求1、2或3所述的方法，

其中一个用于控制所述冷却压力的自动化系统被设计成使得进入所述蒸汽轮机的蒸汽的压力和/或质量流量在特定限度内增加。

7.根据权利要求6所述的方法，

其中所述自动化系统进一步被设计成使得进入所述蒸汽轮机的所述蒸汽的质量流量在特定限度内减小。

8.根据权利要求7所述的方法，

其中所述质量流量的变化取决于由所述发电机提供的制动负载。

9.根据权利要求1所述的方法，

其中所述冷却介质是空气。