CN113339089B - 一种高效调峰汽轮机系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效调峰汽轮机系统及其工作方法，系统包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、发电机、一号高压加热器、二号高压加热器和三号高压加热器等，针对火电机组负荷率偏低，现役汽轮机设计思想和热力特性与实际运行严重不符、实际性能较差的问题，发明了一种高效调峰的汽轮机。制作小于原容量高效宽负荷叶型的汽轮机高压缸，优先减小调节级喷嘴组通流面积，汽轮机高压缸的最大通流能力小于汽轮机中、低压缸的最大通流能力。本发明的高效调峰汽轮机，在基本负荷及以下范围内运行，具有较高的经济性，采用高压加热器部分或全部退出运行或投入汽轮机高压旁路的方法，满足了电网要求的大负荷或机组铭牌出力。

Description

一种高效调峰汽轮机系统及其工作方法

技术领域

本发明属于火电厂的机组调峰技术领域，具体涉及一种高效调峰汽轮机系统及其工作方法，尤其适用于按照基本负荷设计而承担调峰任务的机组，提高了机组低负荷运行时的经济性，满足了电网要求的最大负荷。

背景技术

汽轮机通流能力决定了机组的出力，通流能力与通流面积正相关，一味追求机组出力使通流面积过大，直接影响机组的实际运行效率。国产机组设计时注重机组出力，考虑各种因素影响，使设计的汽轮机通流面积裕度较大。如某台亚临界600MW机组设计的最大进汽流量（VWO工况）为额定出力（THA工况）进汽量的1.15倍，实际测得约有1.18倍，为铭牌出力（TRL工况）进汽量的1.07倍，实际测得约有1.09倍，意味着通流面积设计偏大，这也是现役国产机组普遍存在的问题。机组部分负荷运行时，较大的通流面积增加了高压调节阀节流和调节级喷嘴部分进汽的损失，使高压缸效率下降。

高压缸效率随负荷增加而增加，近似线性关系；中压缸效率随负荷变化不大；低压缸效率先随负荷增加而增加，达到最大值后随负荷增加而下降，近似二次曲线关系，效率最高点在75%额定负荷左右。国产机组远偏离额定工况运行时，高压缸效率大幅度下降。如某台亚临界600MW机组，负荷在50%～80%额定负荷工况运行时，高压缸效率较设计值下降约7个百分点～19个百分点。

将按照承担基本负荷设计的机组，作为调峰机组使用，会使机组的热耗率、煤耗率升高，经济性变差。机组热耗率与理想循环热效率及汽缸效率二者相关，并与二者之积成反比，当负荷降低时，理想循环热效率和高压缸效率都有所下降，使机组热耗率升高，其中高压缸效率影响是主要因素。如某台亚临界600MW机组，负荷在50%～80%额定负荷工况运行时，机组热耗率相对设计值增加约1.6%～7.9%。

火电机组负荷率偏低，现役的汽轮机机组设计思想和热力特性与实际运行严重不符，使机组实际性能较差，特别是低负荷调峰运行时更加明显。对汽轮机而言难以做到，高峰时有较大的出力，低谷时又有较高的经济性，两者之间互为矛盾。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、运行可靠、有利于提高调峰机组经济性的高效调峰汽轮机系统及其工作方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种高效调峰汽轮机系统，包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸和发电机，所述汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸和发电机依次连接，所述锅炉通过主蒸汽管与汽轮机高压缸连接，所述汽轮机高压缸连接有高压排汽管，所述锅炉通过再热蒸汽管与汽轮机中压缸连接，所述汽轮机中压缸通过中压排汽管与汽轮机低压缸连接，其特征在于：还包括一号高压加热器、二号高压加热器和三号高压加热器，所述三号高压加热器、二号高压加热器、一号高压加热器和锅炉通过锅炉给水管依次连接，所述汽轮机高压缸通过一号高压加热器进汽管与一号高压加热器连接，所述锅炉和二号高压加热器之间连接有二号高压加热器进汽管，所述高压排汽管连接至二号高压加热器进汽管，所述汽轮机中压缸通过三号高压加热器进汽管与三号高压加热器连接，所述主蒸汽管上连接有汽轮机高压旁路，所述高压旁路连接至二号高压加热器进汽管。

进一步的，所述主蒸汽管上安装有阀门一，所述高压旁路上安装有阀门五。

进一步的，所述一号高压加热器进汽管上安装有阀门二，所述二号高压加热器进汽管上安装有阀门三，所述三号高压加热器进汽管上安装有阀门四。

上述高效调峰汽轮机系统的制造方法和原则如下：

1）适用于按照基本负荷设计而承担调峰任务的现役汽轮机或新投产机组；

2）按照现代先进制造技术制作汽轮机，或制作高效宽负荷叶型的汽轮机高压缸，保留汽轮机中压缸和汽轮机低压缸；

3）制作小于原容量的汽轮机高压缸，优先减小调节级喷嘴组通流面积，汽轮机高压缸的最大通流能力小于汽轮机中压缸和汽轮机低压缸的最大通流能力；

4）统计不同负荷段运行的时间，将运行时间占比较多的高负荷设定为基本负荷；

5）统计夏季运行工况的进汽蒸汽参数及背压，以其平均数值、考虑到实际的汽缸效率，或以铭牌出力（TRL）工况条件为制作边界条件；

6）在实际运行条件下，汽轮机出力能达到设定的基本负荷；

7）在一号高压加热器、二号高压加热器、三号高压加热器部分或全部退出运行或汽轮机高压旁路投入运行时，汽轮机出力能够满足电网要求的最大负荷或铭牌出力；

8）新的机组经济性优于原机组。

工作方法步骤如下：

1）负荷平时段及低谷时段，通过调整锅炉的运行工况，即调整阀门一的开度，关小阀门一，减小主蒸汽流量，全开阀门二、阀门三和阀门四，关闭阀门五，减少蒸汽在汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸内做功的份额，减少发电负荷，满足平时段及低谷时段的电网调峰要求；

2）负荷高峰时段，通过调整锅炉的运行工况和一号高压加热器、二号高压加热器、三号高压加热器的运行工况，即调整阀门一的开度，开大阀门一，增大主蒸汽流量，关闭阀门五，依次关闭阀门二、阀门三和阀门四，使高压加热器部分或全部退出运行（汽侧退出运行），增加蒸汽在汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸内做功的份额，必要时汽轮机高压旁路投入运行，开启阀门五，进一步增大蒸汽在汽轮机中压缸和汽轮机低压缸内做功的份额，满足高峰时段的电网负荷需求；

3）高压加热器汽侧退出运行时，按照抽汽压力由高到低顺序进行，汽侧投入运行时，按照抽汽压力由低到高顺序进行。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明制作成本低、性能可靠、使用简单，具有可行性、可操作性和创新性。实施本发明后，机组热力特性与实际运行相符，大大提高了调峰运行的经济性，满足了电网调峰的要求，机组负荷“能上能下”，具有较高的实用价值。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

图中：锅炉1、汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸4、发电机5、一号高压加热器6、二号高压加热器7、三号高压加热器8、主蒸汽管9、再热蒸汽管10、高压排汽管11、中压排汽管12、一号高压加热器进汽管13、二号高压加热器进汽管14、三号高压加热器进汽管15、锅炉给水管16、高压旁路17、阀门一18、阀门二19、阀门三20、阀门四21、阀门五22。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，本实施例中，一种高效调峰汽轮机系统，包括锅炉1、汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸4和发电机5，汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸4和发电机5依次连接，锅炉1通过主蒸汽管9与汽轮机高压缸2连接，汽轮机高压缸2连接有高压排汽管11，锅炉1通过再热蒸汽管10与汽轮机中压缸3连接，汽轮机中压缸3通过中压排汽管12与汽轮机低压缸4连接，还包括一号高压加热器6、二号高压加热器7和三号高压加热器8，三号高压加热器8、二号高压加热器7、一号高压加热器6和锅炉1通过锅炉给水管16依次连接，汽轮机高压缸2通过一号高压加热器进汽管13与一号高压加热器6连接，锅炉1和二号高压加热器7之间连接有二号高压加热器进汽管14，高压排汽管11连接至二号高压加热器进汽管14，汽轮机中压缸3通过三号高压加热器进汽管15与三号高压加热器8连接，主蒸汽管9上连接有汽轮机高压旁路17，高压旁路17连接至二号高压加热器进汽管14。

具体的，主蒸汽管9上安装有阀门一18，高压旁路17上安装有阀门五22。一号高压加热器进汽管13上安装有阀门二19，二号高压加热器进汽管14上安装有阀门三20，三号高压加热器进汽管15上安装有阀门四21。

工作方法步骤如下：

1）负荷平时段及低谷时段，通过调整锅炉1的运行工况，即调整阀门一18的开度，关小阀门一18，减小主蒸汽流量，全开阀门二19、阀门三20和阀门四21，关闭阀门五22，减少蒸汽在汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3和汽轮机低压缸4内做功的份额，减少发电负荷，满足平时段及低谷时段的电网调峰要求；

2）负荷高峰时段，通过调整锅炉1的运行工况和一号高压加热器6、二号高压加热器7、三号高压加热器8的运行工况，即调整阀门一18的开度，开大阀门一18，增大主蒸汽流量，关闭阀门五22，依次关闭阀门二19、阀门三20和阀门四21，使高压加热器部分或全部退出运行（汽侧退出运行），增加蒸汽在汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3和汽轮机低压缸4内做功的份额，必要时汽轮机高压旁路17投入运行，开启阀门五22，进一步增大蒸汽在汽轮机中压缸3和汽轮机低压缸4内做功的份额，满足高峰时段的电网负荷需求；

3）高压加热器汽侧退出运行时，按照抽汽压力由高到低顺序进行，汽侧投入运行时，按照抽汽压力由低到高顺序进行。

本发明基于小容量汽轮机高压缸以及高压加热器汽源切换技术，合理设计实现了机组热力特性与实际运行相符，运用本发明后，大大提高了调峰运行的经济性，满足了电网调峰的要求，机组负荷“能上能下”，具有较高的实用价值。

本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种高效调峰汽轮机系统，包括锅炉（1）、汽轮机高压缸（2）、汽轮机中压缸（3）、汽轮机低压缸（4）和发电机（5），所述汽轮机高压缸（2）、汽轮机中压缸（3）、汽轮机低压缸（4）和发电机（5）依次连接，所述锅炉（1）通过主蒸汽管（9）与汽轮机高压缸（2）连接，所述汽轮机高压缸（2）连接有高压排汽管（11），所述锅炉（1）通过再热蒸汽管（10）与汽轮机中压缸（3）连接，所述汽轮机中压缸（3）通过中压排汽管（12）与汽轮机低压缸（4）连接，其特征在于：还包括一号高压加热器（6）、二号高压加热器（7）和三号高压加热器（8），所述三号高压加热器（8）、二号高压加热器（7）、一号高压加热器（6）和锅炉（1）通过锅炉给水管（16）依次连接，所述汽轮机高压缸（2）通过一号高压加热器进汽管（13）与一号高压加热器（6）连接，所述锅炉（1）和二号高压加热器（7）之间连接有二号高压加热器进汽管（14），所述高压排汽管（11）连接至二号高压加热器进汽管（14），所述汽轮机中压缸（3）通过三号高压加热器进汽管（15）与三号高压加热器（8）连接，所述主蒸汽管（9）上连接有汽轮机高压旁路（17），所述高压旁路（17）连接至二号高压加热器进汽管（14）；

所述主蒸汽管（9）上安装有阀门一（18），所述高压旁路（17）上安装有阀门五（22）；

所述一号高压加热器进汽管（13）上安装有阀门二（19），所述二号高压加热器进汽管（14）上安装有阀门三（20），所述三号高压加热器进汽管（15）上安装有阀门四（21）；

汽轮机高压缸的最大通流能力小于汽轮机中压缸和汽轮机低压缸的最大通流能力。

2.一种如权利要求1所述的高效调峰汽轮机系统的工作方法，其特征在于：步骤如下：

1）负荷平时段及低谷时段，通过调整锅炉（1）的运行工况，即调整阀门一（18）的开度，关小阀门一（18），减小主蒸汽流量，全开阀门二（19）、阀门三（20）和阀门四（21），关闭阀门五（22），减少蒸汽在汽轮机高压缸（2）、汽轮机中压缸（3）和汽轮机低压缸（4）内做功的份额，减少发电负荷，满足平时段及低谷时段的电网调峰要求；

2）负荷高峰时段，通过调整锅炉（1）的运行工况和一号高压加热器（6）、二号高压加热器（7）、三号高压加热器（8）的运行工况，即调整阀门一（18）的开度，开大阀门一（18），增大主蒸汽流量，关闭或开启阀门五（22），依次关闭阀门二（19）、阀门三（20）和阀门四（21），使高压加热器的汽侧全部退出运行，增加蒸汽在汽轮机高压缸（2）、汽轮机中压缸（3）和汽轮机低压缸（4）内做功的份额，当开启阀门五（22）时，汽轮机高压旁路（17）投入运行，进一步增大蒸汽在汽轮机中压缸（3）和汽轮机低压缸（4）内做功的份额，满足高峰时段的电网负荷需求；

其中，高压加热器汽侧退出运行时，按照抽汽压力由高到低顺序进行，高压加热器汽侧投入运行时，按照抽汽压力由低到高顺序进行。

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