CN114060107B - 一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统，包括汽轮机组、低压缸、第一离合器、联通通道和供能储能装置，低压缸、第一离合器和汽轮机组依次连接，汽轮机组供入蒸汽，汽轮机组还通过联通通道接入供能储能装置，低压缸通过第一阀门接入联通通道；汽轮机组包括高压缸、中压缸和发电机，还可以包括超高压缸，低压缸设置在汽轮机组之前。与现有技术相比，本发明将低压缸通过离合器设置在高压缸之前，对于二次再热机组，放置在超高压缸之前，汽轮机在高负荷时，机组高压缸、中压缸和低压缸正常运转发电；当机组运行在中低负荷时，可以切除低压缸；可以实现热电联产，提高了机组安全性、提高了机组深度调峰的灵活性。

Description

一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统
技术领域
本发明涉及汽轮机系统领域，尤其是涉及一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统。
背景技术
目前从汽机本体结构角度进行深度调峰灵活性改造的技术主要有2种，一是低压缸零出力技术，“低压缸零出力”又可以叫做“低压缸切缸”，指的是中压缸排汽全部通过供热管道引出，仅保留少量的冷却蒸汽进入低压缸，带走转子叶片与内部工质摩擦产生的热量，从而实现低压缸不做功、零出力的工作方法；第二种是光轴技术，即蒸汽经过中压缸后全部用于供热，而低压部分不存在叶片，只保留主轴。由于这根转子仅有主轴而没有叶片，因此俗称“光轴”。光轴不但要能很好地传递扭矩，还需具有合适的质量、刚度，才不会对原轴系力学特性产生较大的影响。
低压缸零出力增加了机组深度调峰的能力，机组可以在抽凝背三种运行方式下灵活切换，但改造的同时会导致高真空、低流量下的低压缸安全性问题(叶片超温、水蚀、颤振)等；光轴技术能最大限度回收利用排汽热，使电厂的采暖能力增强，但对轴要求较高，本体改动大，改造成本高，而且需要停机进行转子切换，调节手段单一，鼓风加热问题明显。
因此需要一种新的汽轮机系统，能够提高深度调峰状态下汽轮机的安全性和灵活性。
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提高深度调峰状态下汽轮机的安全性和灵活性的用于深度灵活调峰的汽轮机系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统，包括汽轮机组，所述汽轮机系统还包括低压缸、第一离合器、联通通道和供能储能装置，所述低压缸、第一离合器和汽轮机组依次连接，所述汽轮机组供入蒸汽，所述汽轮机组还通过联通通道接入所述供能储能装置，所述低压缸通过第一阀门接入所述联通通道。
进一步地，所述汽轮机组包括高压缸、中压缸和发电机，所述低压缸、第一离合器、高压缸、中压缸和发电机依次连接，所述高压缸供入蒸汽，所述中压缸通过联通通道接入所述供能储能装置。
进一步地，所述汽轮机系统还包括超高压缸，所述低压缸、第一离合器、超高压缸、高压缸、中压缸和发电机依次连接。
进一步地，当汽轮机系统的机组负荷大于预设的第一负荷时，所述第一离合器处于联接状态，所述第一阀门处于开启状态，蒸汽进入高压缸、中压缸和低压缸同时驱动发电机发电；
当汽轮机系统的机组负荷不大于预设的第一负荷时，所述第一离合器处于断开状态，所述第一阀门处于关闭状态，低压缸停止运转，蒸汽进入高压缸和中压缸驱动发电机发电，由中压缸进行供热和储热。
进一步地，所述供能储能装置包括储热罐、换热器、第二阀门、热用户设备和第三阀门，所述储热罐、换热器和第二阀门依次连接，并通过第二阀门接入所述联通通道；所述热用户设备和第三阀门依次连接，并通过第三阀门接入所述联通通道；
当需要将汽轮机系统的机组负荷降到第一负荷以下时，断开所述第一离合器，调整所述第二阀门和第三阀门，通过所述中压缸进行供热和储热。
进一步地，所述供能储能装置还包括压缩机、第二离合器、储气装置、小汽轮机和第四阀门，所述压缩机、第二离合器和小汽轮机依次连接，所述压缩机还连接所述储气装置，所述小汽轮机还通过第四阀门接入所述联通通道；
当汽轮机系统的机组负荷不大于预设的第一负荷时，还联接所述第二离合器，开启第二阀门、第三阀门和第四阀门，中压缸排汽进入储热罐储热、进入热用户设备供热、进入小汽轮机带绒压缩机储能。
进一步地，当需要将汽轮机系统的机组负荷升高到第一负荷以上时，首先打开第一阀门，使低压缸冲转，直至转速达到与高压缸和中压缸同速，然后联接第一离合器。
进一步地，联接第一离合器时，所述低压缸的转速在2998r/min至3002r/min范围以内。
进一步地，所述第一负荷的取值范围在75％-85％的额定负荷范围以内。
进一步地，所述第一负荷为80％的额定负荷。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明的汽轮机系统，基于将低压缸放置于高压缸之前的结构(对于二次再热机组，放置在超高压缸之前)，使用离合器将低压缸与机组联接，可以根据负荷的需要将低压缸联接或者解列，满足机组高负荷发电以及中低负荷调峰的需要。
(2)本发明的汽轮机组使用离合器联接低压缸，当深度调峰时可以立即解列低压缸，实现快速、灵活调峰；相对于低压缸零出力、光轴技术等其他类型的汽轮机调峰技术，本发明在中低负荷下可以完全隔断至低压缸的蒸汽，节约了带走鼓风散热的部分蒸汽，避免了鼓风对于轴的损伤，也避免了高真空、低流量下的低压缸安全性问题。
(3)本发明汽轮机既可以在纯凝工况运转，也可以进行供热；本发明的调峰汽轮机系统除了耦合储热、压缩空气储能以外，还可以耦合其他储能方式；本发明整体上在深度调峰时，提高了机组的安全性和灵活性。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统的结构示意图；
图中，1、发电机，2、中压缸，3、高压缸，4、第一离合器，5、低压缸，6、储热罐，7、换热器，8、热用户设备，9、第一阀门，10、压缩机，11、第二离合器，12、储气装置，13、小汽轮机，14、联通通道。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1
本实施例提供一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统，包括汽轮机组、低压缸5、第一离合器4、联通通道14和供能储能装置，低压缸5、第一离合器4和汽轮机组依次连接，汽轮机组供入蒸汽，汽轮机组还通过联通通道14接入供能储能装置，低压缸5通过第一阀门9接入联通通道14。
汽轮机组包括高压缸3、中压缸2和发电机1，低压缸5、第一离合器4、高压缸3、中压缸2和发电机1依次连接，高压缸3供入蒸汽，中压缸2通过联通通道14接入供能储能装置。
汽轮机组也可为二次再热机组，超高压缸也同时做功，低压缸放置于超高压缸之前，即低压缸5、第一离合器4、超高压缸、高压缸3、中压缸2和发电机1依次连接。
工作过程：当汽轮机系统的机组负荷大于预设的第一负荷时，第一离合器4处于联接状态，第一阀门9处于开启状态，蒸汽进入高压缸3、中压缸2和低压缸5同时驱动发电机1发电；
当汽轮机系统的机组负荷不大于预设的第一负荷时，第一离合器4处于断开状态，第一阀门9处于关闭状态，低压缸5停止运转，蒸汽进入高压缸3和中压缸2驱动发电机1发电，由中压缸2进行供热和储热。
第一负荷的取值范围在75％-85％的额定负荷范围以内，本实施例中，第一负荷为80％的额定负荷。
作为一种优选的实施方式，供能储能装置包括储热罐6、换热器7、第二阀门、热用户设备8和第三阀门，储热罐6、换热器7和第二阀门依次连接，并通过第二阀门接入联通通道14；热用户设备8和第三阀门依次连接，并通过第三阀门接入联通通道14；
当需要将汽轮机系统的机组负荷降到第一负荷以下时，断开第一离合器4，调整第二阀门和第三阀门，通过中压缸2进行供热和储热。
当需要将汽轮机系统的机组负荷升高到第一负荷以上时，首先打开第一阀门9，使低压缸5冲转，直至转速达到与高压缸3和中压缸2同速，然后联接第一离合器4。本实施例中，联接第一离合器4时，低压缸5的转速在2998r/min至3002r/min范围以内。
作为一种优选的实施方式，供能储能装置还包括压缩机10、第二离合器11、储气装置12、小汽轮机13和第四阀门，压缩机10、第二离合器11和小汽轮机13依次连接，压缩机10还连接储气装置12，小汽轮机13还通过第四阀门接入联通通道14；
当汽轮机系统的机组负荷不大于预设的第一负荷时，还联接第二离合器11，开启第二阀门、第三阀门和第四阀门，中压缸2排汽进入储热罐6储热、进入热用户设备8供热、进入小汽轮机13带绒压缩机10储能。
将上述优选的实施方式进行任意组合可以得到更优的实施方式，下面将所有优选的实施方式进行组合得到的最优实施方式进行具体描述。
如图1所示，本实施例的汽轮机系统包括发电机1、中压缸B2、高压缸A3、第一离合器4、低压缸C5、储热罐6、换热器7、热用户设备8、第一阀门9、压缩机10、第二离合器11、储气装置12、小汽轮机13和联通管道14。
该汽轮机组将低压缸通过离合器设置在高压缸之前(对于二次再热机组，放置在超高压缸之前)，可以根据负荷的高低将低压缸进行联接与断开。汽轮机在高负荷时，机组高压缸、中压缸和低压缸正常运转发电；当机组运行在中低负荷时，可以切除低压缸；无论在高负荷还是低负荷时，机组都可以对外供热或储能。可以实现热电联产，提高机组安全性、提高机组深度调峰的灵活性。
汽轮机有2种运行模式，第一种是高负荷模式，当指令负荷大于80％额定负荷时，使高压缸A、中压缸B和低压缸C一起做功(对于二次再热机组，超高压缸也同时做功)，带动发电机发电；第二种是中低负荷模式，当机组负荷低于80％额定负荷时，使离合器1处于断开状态，关闭至低压缸C的第一阀门、低压缸C停止运转，降低了机组出力，联接第二离合器、开启第二阀门和第三阀门，中压缸排汽供热、储热和进入小汽轮机D带动压缩机储能。无论机组在高负荷还是在低负荷状态下，汽轮机都可以进行供热、储热，实现热、电、储联产。
具体地，假定初始时刻机组负荷高于80％额定负荷，此时第一离合器处于联接状态，低压缸的第一阀门处于开启状态，蒸汽进入高压缸A、中压缸B和低压缸C同时驱动发电机发电；当调度给出指令需要机组将负荷降低80％额定负荷以下时，机组要降低出力，此时断开第一离合器，使低压缸解列，机组出力立即降低。此时的中压缸B排汽可以进行供热、储热以及储能。
假定初始时刻机组负荷低于80％额定负荷，此时机组处于深度调峰状态，第一离合器断开，低压缸C不工作。当调度给出指令需要机组将负荷升高80％额定负荷以上时，首先打开至低压缸C的第一阀门，使低压缸C冲转，直至3000r/min，与高压缸和中压缸同速，此时联接第一离合器，低压缸C连同高压缸A、中压缸B以前驱动发电机发电，机组出力增加。整个负荷变化过程中可以根据供热、储热以及储能需求调整主蒸汽参数。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统，包括汽轮机组，其特征在于，所述汽轮机系统还包括低压缸(5)、第一离合器(4)、联通通道(14)和供能储能装置，所述低压缸(5)、第一离合器(4)和汽轮机组依次连接，所述汽轮机组供入蒸汽，所述汽轮机组还通过联通通道(14)接入所述供能储能装置，所述低压缸(5)通过第一阀门(9)接入所述联通通道(14)；所述汽轮机组包括高压缸(3)、中压缸(2)和发电机(1)，所述低压缸(5)、第一离合器(4)、高压缸(3)、中压缸(2)和发电机(1)依次连接，所述高压缸(3)供入蒸汽，所述中压缸(2)通过联通通道(14)接入所述供能储能装置；
当汽轮机系统的机组负荷大于预设的第一负荷时，所述第一离合器(4)处于联接状态，所述第一阀门(9)处于开启状态，蒸汽进入高压缸(3)、中压缸(2)和低压缸(5)同时驱动发电机(1)发电；当汽轮机系统的机组负荷不大于预设的第一负荷时，所述第一离合器(4)处于断开状态，所述第一阀门(9)处于关闭状态，低压缸(5)停止运转，蒸汽进入高压缸(3)和中压缸(2)驱动发电机(1)发电，由中压缸(2)进行供热和储热。
2.根据权利要求1所述的一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统，其特征在于，所述汽轮机系统还包括超高压缸，所述低压缸(5)、第一离合器(4)、超高压缸、高压缸(3)、中压缸(2)和发电机(1)依次连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统，其特征在于，所述供能储能装置包括储热罐(6)、换热器(7)、第二阀门、热用户设备(8)和第三阀门，所述储热罐(6)、换热器(7)和第二阀门依次连接，并通过第二阀门接入所述联通通道(14)；所述热用户设备(8)和第三阀门依次连接，并通过第三阀门接入所述联通通道(14)；
当需要将汽轮机系统的机组负荷降到第一负荷以下时，断开所述第一离合器(4)，调整所述第二阀门和第三阀门，通过所述中压缸(2)进行供热和储热。
4.根据权利要求3所述的一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统，其特征在于，所述供能储能装置还包括压缩机(10)、第二离合器(11)、储气装置(12)、小汽轮机(13)和第四阀门，所述压缩机(10)、第二离合器(11)和小汽轮机(13)依次连接，所述压缩机(10)还连接所述储气装置(12)，所述小汽轮机(13)还通过第四阀门接入所述联通通道(14)；
当汽轮机系统的机组负荷不大于预设的第一负荷时，还联接所述第二离合器(11)，开启第二阀门、第三阀门和第四阀门，中压缸(2)排汽进入储热罐(6)储热、进入热用户设备(8)供热、进入小汽轮机(13)带绒压缩机(10)储能。
5.根据权利要求1所述的一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统，其特征在于，当需要将汽轮机系统的机组负荷升高到第一负荷以上时，首先打开第一阀门(9)，使低压缸(5)冲转，直至转速达到与高压缸(3)和中压缸(2)同速，然后联接第一离合器(4)。
6.根据权利要求5所述的一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统，其特征在于，联接第一离合器(4)时，所述低压缸(5)的转速在2998r/min至3002r/min范围以内。
7.根据权利要求1所述的一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统，其特征在于，所述第一负荷的取值范围在75％-85％的额定负荷范围以内。
8.根据权利要求7所述的一种用于深度灵活调峰的汽轮机系统，其特征在于，所述第一负荷为80％的额定负荷。
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