CN1119506C - 汽轮机低压级的冷却方法与设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷却包括进汽区(2)和排汽区(3)的汽轮机(1)的至少一个低压级(4)的方法和设备,其中,汽轮机(1)与至少一个凝汽器(5)连接或设计为背压式汽轮机,以及,冷凝水和/或蒸汽作为冷却介质从冷却系统(6)经计量器(7)被喷入低压级(4)中,而且是根据在低压级(4)内测得的温度值和一个与通过低压级(4)的质量流量直接或间接相关的参数被喷入低压级(4)中。这样一种用于冷却汽轮机(1)低压级(4)的方法以有利的方式减少了汽轮机(1)叶片受水滴撞击冲蚀的危险,而且与仅仅根据温度的调节系统相比能更便于调整。

Description

汽轮机低压级的冷却方法与设备
本发明涉及一种冷却包括进汽区和排汽区的汽轮机至少一个低压级的方法和设备,其中,汽轮机与至少一个凝汽器连接或设计为背压式汽轮机,以及,冷凝水和/或蒸汽作为冷却介质从冷却系统经计量器喷入低压级。
例如由K.Menny所著的书“流体机械”(Teubner出版社,斯图加特,1985年)中3.4.6节“湿蒸汽级”已知,在所谓湿蒸汽级中,尤其在单流程和多流程汽轮机的低压级中,发生冲击蒸汽的凝结。蒸汽在汽轮机内膨胀时,例如在凝汽式汽轮机中,在低于去往湿蒸汽区的极限曲线的情况下存在过冷蒸汽,它的温度低于属于水蒸发温度的饱和温度。过冷到一定程度开始自发凝结,此时形成水雾滴,它们可能以水膜或水丝条的形式沉积在导向叶片上。水膜从导向叶片后缘脱离并形成直径约达400μm的二次水滴。当这些脱离的汽滴冲击在工作叶片上时,尤其在水滴有数量级为50至400μm的直径的情况下,导致材料剥蚀(所谓水滴撞击冲蚀)。为了避免这种水滴撞击冲蚀,往往直接在导向叶片表面上将水膜吸走。为此,空心导向叶片有一些缝,缝的内部与汽轮机的凝汽器连接。
在按所谓鼓风运行(Ventilationsbetrieb)方式工作的低压汽轮机中占支配地位的可能是这样一种蒸汽环境,即它的静压与和低压汽轮机连接的凝结水水箱内存在的压力相同。透平叶片在蒸汽上的摩擦(所谓鼓风)会导致相当大的发热,由此可将汽轮机剧烈地加热,甚至有可能使之达到不允许的高温。为避免发生这种情况采取冷却措施,例如在汽轮机排汽区,或如果要耗费的冷却功率必须特别高时则在汽轮机进汽区,喷入经雾化的冷凝水。冷凝水在温度下降的情况下汽化,由此冷却此鼓风的汽轮机。若在排汽区实施这种喷入,则冷却效果往往限于在蒸汽出口附近的汽轮机部分;若在进汽区实施喷入,则在蒸汽进口区内凝聚的冷凝水由于形成涌浪而可能危及透平叶片。
因此,按照由EP 602040B1说明的冷却鼓风运行中的低压汽轮机的方法,通过位于汽轮机蒸汽出口与蒸汽进口之间的抽汽装置将蒸汽输入汽轮机中。以此方式,在汽轮机中的冷却首先有利于叶片沿径向的外端,它们由于与位于汽轮机内的蒸汽相摩擦而负荷最大。因此,冷却效果基本上限于汽轮机内期望冷却的区域。汽轮机其他部件例如透平轴未冷却。与抽汽装置连接的抽汽管路除蒸汽外输送冷凝水,尤其是通过冷凝水旁通管将冷凝水注入蒸汽旁通管和/或抽汽管内。冷凝水优选地与蒸汽在雾化喷嘴内混合并从雾化喷嘴喷入抽汽管路中。由于冷凝水分散成细滴,所以获得特别高的冷却效果。
按EP 0602040B1,输入抽汽管路的蒸汽或蒸汽冷凝水混合物的量,当汽轮机负荷运行时约在蒸汽流量1%的数量级范围内。用于冷却的蒸汽来自冷凝水水箱,该水箱用于收集、预热和冷凝水脱气。来自冷凝水水箱(通常为了冷凝水脱气向水箱供入热蒸汽)的蒸汽由于蒸汽与冷凝水共存因而是饱和的,甚至可能掺入分布得很细的冷凝水,因而特别适用于喷入鼓风的汽轮机。此外,蒸汽可从排汽管提取,在鼓风运行时蒸汽通过排汽管在低压汽轮机旁引过。这种排汽管例如将蒸汽从设在低压汽轮机上游的高压汽轮机,或从一个由高压汽轮机与中压汽轮机组成的装置,绕过低压汽轮机,导向加热装置或类似装置,在那里尽可能冷却蒸汽并使之凝结。为获得蒸汽冷凝水混合物,要输送给抽汽装置的蒸汽可从这种加热装置提取。蒸汽同样可以直接从设在低压汽轮机上游的高压或中压汽轮机提取,或间接地例如从一个由它们供给的预热器或类似装置提取。这种蒸汽通常有足够高的固有压力,所以可以在无需单独的泵或类似设备的情况下供入鼓风的汽轮机中。
由EP 0602040B1已知的冷却方法的控制,可通过位于抽汽装置与排汽区之间的温度测量点进行,其中,根据测得的温度调整蒸汽或蒸汽冷凝水混合物向抽汽装置的供入。
本发明的目的是进一步发展用于冷却单流程或多流程汽轮机的至少一个低压级的方法和设备,使得在鼓风的情况下可靠地保证冷却以及减小汽轮机叶片受水滴撞击冲蚀的危险。
在这里,本发明以下列认识为出发点,即,温度测量值用于控制和/或调整这种冷却方法过分迟钝,因为借助它既不能令人满意地计量尤其在给定的温度值附近的冷却介质量,也不能达到及时停止喷入蒸汽或蒸汽冷凝水混合物,所以尤其通过仍按充分冷却引入冷凝水量,使汽轮机工作叶片尤其由于前言所述的水滴撞击冲蚀而遭遇另一种危险。
按本发明此目的通过权利要求1所述的方法和权利要求11所述的设备达到。在各从属权利要求中说明有利的设计和进一步的发展。
在按本发明冷却包括进汽区和排汽区的单流程或多流程汽轮机的至少一个低压级的方法中,其中,汽轮机与至少一个凝汽器连接,或作为背压式汽轮机工作,冷凝水和/或蒸汽作为冷却介质从冷却系统经计量器喷入低压级,确切地说这种喷入取决于在低压级内测得的温度值和一个与通过低压级的质量流量直接和间接相关的参数。为此,按本发明的设备包括至少一个布置在低压级区域内的温度传感器,至少一个用于测量和/或确定一个与通过低压级的质量流量直接或间接相关的参数的装置,以及一个控制器,用于根据在低压级内测得的温度值和根据与流量相关的参数控制和/或调整冷却系统和计量器。采用本发明获得的优点主要在于,可靠地保证在鼓风时汽轮机低压级的冷却,以及避免、至少明显地减小汽轮机叶片受水滴撞击冲蚀的危险。
用于确定相关参数的装置优选地至少包括两个布置在低压级前和后,尤其设在汽轮机进汽区内和排汽区内的传感器,尤其是压力传感器。这样一种压力传感器的布局带来的优点是,与通过低压级的质量流量直接或间接相关的参数,可由能借助于压力传感器测量的压力值确定,尤其可由低压级前的压力与低压级后的压力之间的压力比确定。
为了降低用于传感器的费用,比较有利的是将至少一个设在低压级后汽轮机排汽区内的压力传感器装在与汽轮机连接的凝汽器内,或将一个通常因运行需要已经在那里装设的传感器设计为,使它也能用于测定为确定参数所必需的压力值。
为改善对喷入的激活,在超过预定的温度和/或参数的极限值时将冷却介质喷入。
为改善对喷入的去激活,优选地在低于预定的参数极限值时不再喷入冷却介质。
按照一种有利的对冷却介质喷入的进一步改进,喷入的起动和停止优选地自动进行。
为简化参数的确定,有利的例如是将至少一个温度传感器和压力传感器通过至少一个电连接装置与控制器连接,以及其数据和测量值的至少一部分传输给电子控制器。控制器优选的特征在于,在控制器中也根据为了控制和/或调整汽轮机而存在的和/或输入的数据和测量值确定与质量流量相关的参数。
为了简化冷却系统和计量器的控制和/或调整,在电子控制器中优选地还产生用于自动控制和/或调整冷却系统和计量器的信号并通过至少一根控制线传输。
为了改善冷却效果,尤其是为了改善冷却量,优选地在电子控制器中还产生用于自动调整冷却介质量的信号。
按照一项自动控制和/或调整的有利的进一步发展,至少冷却介质量可借助于一特性曲线族被自动调整,在这种情况下此特性曲线族优选地储存在控制器内。
为了改善冷却效果,优选地至少在冷却介质喷入区内同时输送蒸汽与冷凝水,在这种情况下,尤其具有至少一个计量阀的计量器优选地布置为与要冷却的低压级相邻。
下面借助于在附图中表示的优选实施例对本发明设备和方法的其他优点和细节予以详细说明,附图中:
附图示意表示电厂设备的一部分,它包括一低压汽轮机1、一凝汽器5、在凝汽器5下游设置的一凝结水水箱18、一冷却系统6、一计量器7和一个控制器10;为了视图清晰起见没有表示电厂设备的其他组成部分,例如发电机和与低压汽轮机刚性连接的高压汽轮机。电厂设备的图中表示的部件互相通过蒸汽连接管路14或冷凝水管路15连接。
在图中未表示的高压汽轮机与低压汽轮机1之间,在蒸汽连接管路14a内有一转换开关16,它通常由阀构成,借助它从高压汽轮机流出的热的冲击蒸汽可通过另一根蒸汽连接管路14b导往热交换器17。因此,根据转换开关16的定位,低压汽轮机1不供入热的冲击蒸汽。在低压汽轮机1旁带过的冲击蒸汽在热交换器17中凝结,并作为冷凝水流入凝结水水箱18。
低压汽轮机1与高压汽轮机刚性连接,所以同样没有表示的两个汽轮机的转子同步旋转。若从高压汽轮机流出的冲击蒸汽在低压汽轮机1旁带过,亦即它空转,则在低压汽轮机1中由于其中存在的静压与在凝汽器5下游的凝结水水箱18中的蒸汽压力相等,而产生摩擦。
为了将冷却介质,优选地将冷凝水和/或蒸汽,喷入汽轮机1的至少一个低压级4中,在用于供入冲击蒸汽的进汽区2与用于通过它将在低压汽轮机1内膨胀后的蒸汽导往凝汽器5去的排汽区3之间设一计量阀13,它与一个计量器7和冷却系统6连接。在凝结水水箱18内,冷凝水借助蒸汽加热,蒸汽通过热蒸汽管路14c从图中未表示的高压汽轮机供入。在冷凝水水位上方,在凝结水水箱18内存在一个充填蒸汽的蒸汽腔19。从此蒸汽腔19提取蒸汽并通过蒸汽旁通管20供入计量器7中。此外,通过冷凝水旁通管21将冷凝水从凝结水水箱18借助于冷凝水泵23供入计量器7。蒸汽和冷凝水在计量器7内制备成一种蒸汽冷凝水混合物,接着通过布置在要冷却的低压级4相邻处的计量阀13喷入,确切地说优选地根据借助于温度传感器11在低压级4内测得的温度值以及根据由分别设在进汽区2和排汽区3内的压力传感器8和9测得的压力值确定的与通过低压级4的质量流量相关的参数喷入。冷却介质喷入的起动,在温度和/或参数超过预定的极限值时实行。冷却介质的停止喷入,在参数低于预定的极限值时进行。计量器7和计量阀13通过控制线12以及温度传感器11和压力传感器8和9通过至少一个电连接装置22与电子控制器10连接。控制器10优选的特征在于,根据为了控制和/或调整汽轮机1而存在的和/或输入的数据和测量值,也确定与质量流量相关的参数和/或产生用于自动控制和/或调整冷却系统6和计量器7以及用于自动调整冷却介质量的信号。因此以有利的方式使供入可以自动化和调整,在这种情况下尤其在供入的蒸汽冷凝水混合物的量方面,这优选地借助于储存在控制器10中的一个特性曲线族进行。从而可在鼓风运行没有能量输出的情况下实施低压汽轮机1受控制的冷却。
若没有冷凝水水箱18可供用于提取蒸汽或冷凝水,则蒸汽可例如从热交换器17或从配属于图中未表示的高压汽轮机的预热器提取。
按本发明的汽轮机1低压级4的冷却以有利的方式尤其防止了汽轮机1叶片受水滴撞击冲蚀的危险,而且与只取决于温度的调节系统相比能更方便地调整。

Claims (21)

1.一种冷却包括进汽区(2)和排汽区(3)的汽轮机(1)的至少一个低压级(4)的方法,其中,汽轮机(1)与至少一个凝汽器(5)连接或设计为背压式汽轮机,以及,冷凝水和/或蒸汽作为冷却介质从冷却系统(6)经一个计量器(7)被喷入低压级(4)中,而且是根据在低压级(4)内测得的一个温度值和一个与通过低压级(4)的质量流量直接或间接相关的参数被喷入低压级(4)中。
2.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:与质量流量相关的参数借助于至少一个布置在低压级(4)之前和至少一个布置在低压级(4)之后的传感器(8、9)来确定。
3.按照权利要求2所述的方法,其特征在于:所述传感器(8、9)是压力传感器。
4.按照权利要求2所述的方法,其特征在于:此相关参数由压力传感器(8、9)测得的压力值确定。
5.按照权利要求4所述的方法,其特征在于:所述压力值是低压级(4)前的压力与低压级(4)后的压力之间的压力比。
6.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:当超过一预定的温度和/或参数的极限值时,起动冷却介质的喷入。
7.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:当低于一预定的参数极限值时,停止冷却介质的喷入。
8.按照权利要求6或7所述的方法,其特征在于:冷却介质喷入的起动和停止均自动进行。
9.按照权利要求1所述的方法,其中,汽轮机(1)具有一个电子控制器(10),其特征在于:由至少一个温度传感器(11)和压力传感器(8、9)获得的数据和测量值中至少有一部分被传输给电子控制器(10)。
10.按照权利要求9所述的方法,其特征在于:在控制器(10)中根据为了控制和/或调整汽轮机(1)而存在的和/或输入的数据和测量值还确定与质量流量相关的参数,和/或产生用于自动控制和/或调整冷却系统(6)及计量器(7)和用于自动调整冷却介质量的信号。
11.按照权利要求10所述的方法,其特征在于:至少自动调整冷却介质量借助于在控制器(10)内储存的特性曲线族进行。
12.按照权利要求1所述的方法,其特征在于:至少在冷却介质喷入区内蒸汽与冷凝水同时被输送。
13.一种冷却包括进汽区(2)和排汽区(3)的汽轮机(1)的至少一个低压级(4)的设备,其中汽轮机与至少一个凝汽器(5)连接或设计为背压式汽轮机,以及,冷凝水和/或蒸汽作为冷却介质可从冷却系统(6)经计量器(7)喷入低压级(4),该设备包括
-至少一个布置在低压级(4)区域内的温度传感器(11),
-至少一个用于确定一个与通过低压级(4)的质量流量直接或间接相关的参数的装置(8、9),以及
-一个控制器(10),用于根据借助于温度传感器(11)测得的温度值和根据与质量流量相关的参数控制和/或调整冷却系统(6)和计量器(7)。
14.按照权利要求13所述的设备,其特征在于:用于确定相关参数的装置至少包括两个布置在低压级(4)前和后的传感器(8、9)。
15.按照权利要求13所述的设备,其特征在于:至少一个布置在低压级(4)前的传感器(8)装在汽轮机(1)进汽区(2)内。
16.按照权利要求13所述的设备,其特征在于:至少一个布置在低压级(4)后的传感器(9)装在汽轮机(1)排汽区(3)内。
17.按照权利要求16所述的设备,其特征在于:所述传感器装在与汽轮机(1)连接的凝汽器(5)内。
18.按照权利要求13所述的设备,其特征在于:所述传感器(8、9)是压力传感器。
19.按照权利要求13所述的设备,其特征在于:至少一个温度传感器(11)和压力传感器(8、9)通过至少一个电连接装置(22)与控制器(10)连接。
20.按照权利要求13所述的设备,其特征在于:在控制器(10)内储存一个用于自动调整冷却介质量的特性曲线族。
21.按照权利要求13至20之一所述的设备,其特征在于:具有至少一个计量阀(13)的计量器(7)布置为与要冷却的低压级(4)相邻。
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