CN114251138A - 汽轮机机组的补汽式启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汽轮机机组的补汽式启动方法,所述汽轮机机组包括汽缸,汽缸配备有补汽阀,补汽阀用于调节流入汽缸的蒸汽的补给量,所述补汽式启动方法包括:当汽轮机机组的出力负荷升至预设负荷值时,开启补汽阀并且将补汽阀的开度逐渐调大至预设开度值,补汽阀的开度在达到预设开度值之后保持不变直至汽轮机机组的出力负荷升至额定负荷值;预设负荷值小于额定负荷值的50%;预设开度值大于最大开度值的50%并且小于最大开度值。本发明能够缩短启动时间,提前发满负荷,提高汽轮机机组的运行经济效益,并且没有带来额外的寿命消耗问题。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机技术领域,特别是涉及一种汽轮机机组的补汽式启动方法。
背景技术
提升汽轮机机组的灵活运行性能一直是汽轮机行业的研究热点,同时,快速启动性能又是灵活运行方面的一项重点要求。研究表明,快速启动会因在部件结构内部产生明显的径向温度梯度,而导致显著的热应力低周疲劳寿命损耗问题。机组过快的启动会导致部件疲劳寿命的过快损伤,造成疲劳裂纹的过早出现,威胁着机组的安全运行,故热应力成为机组快速启动过程中的主要关注项。在现有技术中,为了提高机组的抗热应力低周疲劳性能,工作人员常常采用一些常规做法(如选用抗疲劳性能较好的材料作为关键部件用材或者优化机组结构形式)以减少瞬态过程中的热应力,但是效果并不理想。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明要解决的技术问题在于提供一种汽轮机机组的补汽式启动方法,能够缩短启动时间,提前发满负荷,提高汽轮机机组的运行经济效益,并且没有带来额外的寿命消耗问题。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种汽轮机机组的补汽式启动方法,所述汽轮机机组包括汽缸,汽缸配备有补汽阀,补汽阀用于调节流入汽缸的蒸汽的补给量,所述补汽式启动方法包括:
当汽轮机机组的出力负荷升至预设负荷值时,开启补汽阀并且将补汽阀的开度逐渐调大至预设开度值,补汽阀的开度在达到预设开度值之后保持不变直至汽轮机机组的出力负荷升至额定负荷值;
预设负荷值小于额定负荷值的50%;
预设开度值大于最大开度值的50%并且小于最大开度值。
优选地,当所述汽轮机机组的出力负荷升至额定负荷值时,将补汽阀的开度逐渐调小以使汽轮机机组的出力负荷保持为额定负荷值。
优选地,当所述蒸汽的物理参数达到设计参数值时,将补汽阀调为全关状态。
优选地,所述物理参数包括蒸汽温度和蒸汽压力。
优选地,将所述补汽阀的开度由全关状态调大至最大开度值的80%~95%所需时间为1min~10min。
优选地,当所述汽轮机机组的出力负荷达到额定负荷值时,蒸汽的物理参数小于设计参数值。
优选地,所述汽轮机机组还包括控制系统以及用于检测汽轮机机组的出力负荷的检测系统,控制系统分别与检测系统、补汽阀通信连接。
优选地,所述预设负荷值为额定负荷值的10%~35%。
优选地,所述预设开度值为最大开度值的80%~95%。
如上所述,本发明所述的汽轮机机组的补汽式启动方法,具有以下有益效果:本发明所述的补汽式启动方法结合补汽阀的设置目的:打开补汽阀能够快速增大汽轮机机组的蒸汽流量,从而实现出力负荷快速增长的目的。本发明对配备有补汽阀的汽轮机机组的现有启动过程曲线进行改进。在本发明中,在汽轮机机组启动升负荷的过程中,在保持汽轮机机组原有的蒸汽温度和蒸汽压力上升速率的情况下,打开补汽阀,借助增大蒸汽流量的方式实现汽轮机机组增大升负荷率和提前满发负荷的目的,即缩短了汽轮机机组达到满发负荷状态的所需时间,实现了汽轮机机组的快速启动。与此同时,由于蒸汽温升率的大小与热应力大小正向相关,通过保持原有蒸汽温升率的大小不变,能够保证不会因快速启动而造成额外的疲劳寿命消耗问题。因此,本方法的汽轮机机组的补汽式启动方法在汽轮机机组的提升出力负荷阶段,调节补汽阀的开度,能够缩短启动时间,提前发满负荷,提高汽轮机机组的运行经济效益,并且没有带来额外的寿命消耗问题。
附图说明
图1显示为典型启动过程中转子表面热应力和蒸汽温度随时间的变化曲线图。
图2显示为汽轮机机组的典型冷态启动过程曲线图。
图3显示为汽轮机机组采用本发明补汽式启动方法的启动过程曲线图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知,本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
首先说明一下在启动过程中影响热应力大小的因素:图1是火电机组在典型启动过程中其转子表面热应力和蒸汽温度随时间的变化曲线图,典型启动过程中的热应力峰值主要分别由冲转时“蒸汽温度突变”所产生的热冲击以及升负荷时“温度均匀上升”引起(曲线C1的峰值1和峰值2)。这些因素之间的规律是:第一,冲转时,蒸汽温度高于汽轮机机组零部件(例如转子)温度的差值越大,引起的热冲击强度越大,导致的热应力越高,低周疲劳寿命损耗量越大;第二,升负荷时,温度均匀上升速率越快,引起的热应力越高,低周疲劳寿命损耗量越大。由此可见,采用较高的冲转蒸汽温度和较大的蒸汽温升速率,可缩短启动时间,实现快速启动能力,但却需要以较大的疲劳寿命损耗作为代价。
其次,说明一下补汽阀的工作原理和配置情况。补汽阀一般布置在汽轮机机组的高压缸的下方,位于主蒸汽阀的后侧,并且与主调节阀并联。当汽轮机机组的最大进汽量与THA(Turbine Heat Acceptance,热耗率验收工况)工况流量之比较大时,补汽阀开启,超出额定流量的主蒸汽(约占主蒸汽流量的5%~10%)由补汽阀提供,高压缸的补汽口一般布置于汽轮机高压侧的通流级处。打开补汽阀,将主蒸汽经等焓节流过程后流入通流级后作功,提高汽轮机机组的出力负荷。
再者,说明一下补汽阀设置的目的:第一,使滑压运行机组在额定流量下,进汽压力达到额定值,提高机组在额定工况下的循环效率;第二,汽轮机机组实际运行时,不必通过主调门的节流就可使汽轮机机组具备调频功能,能够避免节流损失。电厂在使用补汽阀时,往往是借助其在开启时能快速增大蒸汽流量以增大汽轮机机组出力负荷的能力,来满足机组的快速调频或一次调频要求,或者来提高在部分负荷时的调节能力和变负荷速率,而在机组的整个启动过程中并不主动打开补汽阀。
最后,图2所示的是汽轮机机组的典型冷态启动过程曲线:曲线S01是蒸汽温度曲线,曲线S02是蒸汽流量曲线,曲线S03是出力负荷曲线,曲线S04是转子转速曲线,曲线S05是蒸汽压力曲线。典型冷态启动过程曲线的一个特征是:出力负荷在蒸汽温度、蒸汽压力以及蒸汽流量均达到额定值时才能达到额定负荷值,即通过常规启动方法,汽轮机机组只有在蒸汽的各项物理参数均达到额定值时才能达到负荷满发状态。
基于此,如图3所示,曲线S1是蒸汽温度曲线,曲线S2是蒸汽流量曲线,曲线S3是出力负荷曲线,曲线S4是转子转速曲线,曲线S5是蒸汽压力曲线,曲线S6是补汽阀开度曲线,T1是补汽阀开启的时间点,T2是补汽阀开始调小的时间点,T3是补汽阀完全关闭的时间点,ΔT是汽轮机机组所节省的启动时间。
本发明提供一种汽轮机机组的补汽式启动方法,所述汽轮机机组包括汽缸(例如高压缸),汽缸配备有补汽阀,补汽阀用于调节流入汽缸的蒸汽的补给量,所述补汽式启动方法包括:
当汽轮机机组的出力负荷升至预设负荷值时,开启补汽阀并且将补汽阀的开度逐渐调大至预设开度值,补汽阀的开度在达到预设开度值之后保持不变直至汽轮机机组的出力负荷升至额定负荷值;
预设负荷值小于额定负荷值的50%;
预设开度值大于最大开度值的50%并且小于最大开度值;补汽阀不可为全开状态,以保证补汽阀在汽轮机机组提升出力负荷的过程中还具有一次调频的能力。
本发明的补汽式启动方法结合补汽阀的设置目的:打开补汽阀能够快速增大汽轮机机组的蒸汽流量,从而实现出力负荷快速增长的目的。本发明对配备有补汽阀的汽轮机机组的现有启动过程曲线进行改进,获得如图3所示的采用本发明补汽式启动方法的启动过程曲线图。在本发明中,在汽轮机机组启动升负荷的过程中,在保持汽轮机机组原有的蒸汽温度和蒸汽压力上升速率的情况下,打开补汽阀,借助增大蒸汽流量的方式实现汽轮机机组增大升负荷率和提前满发负荷的目的,即缩短了汽轮机机组达到满发负荷状态的所需时间,实现了汽轮机机组的快速启动。与此同时,由于蒸汽温升率的大小与热应力大小正向相关,通过保持原有蒸汽温升率的大小不变,能够保证不会因快速启动而造成额外的疲劳寿命消耗问题,有效解决背景技术所述“快速启动需以牺牲机组部件的疲劳寿命为代价”的问题。
因此,本方法的汽轮机机组的补汽式启动方法具有以下优点:在汽轮机机组的提升出力负荷阶段,调节补汽阀的开度,能够缩短启动时间,提前发满负荷,提高汽轮机机组的运行经济效益,并且没有带来额外的寿命消耗问题。
由于在上述时间点T2之后蒸汽的物理参数继续上升,蒸汽的焓值及相应的作功能力提高,当上述汽轮机机组的出力负荷升至额定负荷值时,将补汽阀的开度逐渐调小,这样能够使汽轮机机组的出力负荷保持为额定负荷值。
由于在上述时间点T3之后,上述蒸汽的物理参数达到设计参数值,汽轮机机组无需补汽便可保持满负荷状态,将补汽阀调为全关状态。上述物理参数包括蒸汽温度和蒸汽压力。
上述补汽阀的开度逐渐增大的速度以不引起机汽轮机组出力负荷变化过快为宜,以免引起电网波动。具体的,将上述补汽阀的开度由全关状态调大至最大开度值的80%~95%所需时间为1min~10min。
当上述汽轮机机组的出力负荷达到额定负荷值时,蒸汽的物理参数小于设计参数值。
为了自动控制上述补汽阀,上述汽轮机机组还包括控制系统以及用于检测汽轮机机组的出力负荷的检测系统,控制系统分别与检测系统、补汽阀通信连接。
为了进一步节省上述汽轮机机组的启动时间,上述预设负荷值为额定负荷值的10%~35%。
为了进一步节省上述汽轮机机组的启动时间,上述预设开度值为最大开度值的80%~95%。具体的,预设开度值之所以限定于80%~95%,是因为:如果预设开度值过小,那么节省的启动时间会减小;而如果把开度值设定为100%,补汽阀原有的一次调频功能就没有了。
上述汽轮机机组的补汽式启动方法的一种具体技术效果:以一光热发电汽轮机机组的升满负荷为例,该机组的额定蒸汽压力值为17MPa(a),额定蒸汽温度值为550℃,额定蒸汽流量值为260t/h。基于电厂对该机组启动时间和启动次数的要求,冷态启动时,冲转所需的蒸汽温度设为340℃,蒸汽压力设为5.2MPa(a),待暖机充分后,便冲转至额定转速,并且进行并(电)网升负荷操作。
若采用常规的启动方法,则需待蒸汽的压力、流量和温度均达到上述额定值时,机组负荷才可升满,从并网到升满负荷所需时间为95分钟,升负荷过程中的蒸汽温升速率为2.2℃/min。
若采用上述实施例的补汽式启动方法,在蒸汽温度和蒸汽压力上升速率不变的情况下,在补汽阀开度90%、蒸汽流量达到275t/h、蒸汽温度达到490℃时,机组负荷便可达到额定负荷值,从并网到升满负荷的时间为68分钟,相较常规的启动方法节省时间27分钟,实现多发电24.3MWh,即24300KWh。上述实施例的补汽式启动方法相较常规的启动方法,能够有效缩短启动时间、提高机组的经济效益。
综上所述,本发明的汽轮机机组的补汽式启动方法在汽轮机机组的提升出力负荷阶段,调节补汽阀的开度,能够缩短启动时间,提前发满负荷,提高汽轮机机组的运行经济效益,并且没有带来额外的寿命消耗问题。所以,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种汽轮机机组的补汽式启动方法,所述汽轮机机组包括汽缸,汽缸配备有补汽阀,补汽阀用于调节流入汽缸的蒸汽的补给量,其特征在于,所述补汽式启动方法包括:
当汽轮机机组的出力负荷升至预设负荷值时,开启补汽阀并且将补汽阀的开度逐渐调大至预设开度值,补汽阀的开度在达到预设开度值之后保持不变直至汽轮机机组的出力负荷升至额定负荷值;
预设负荷值小于额定负荷值的50%;
预设开度值大于最大开度值的50%并且小于最大开度值。
2.根据权利要求1所述的汽轮机机组的补汽式启动方法,其特征在于:当所述汽轮机机组的出力负荷升至额定负荷值时,将补汽阀的开度逐渐调小以使汽轮机机组的出力负荷保持为额定负荷值。
3.根据权利要求1所述的汽轮机机组的补汽式启动方法,其特征在于:当所述蒸汽的物理参数达到设计参数值时,将补汽阀调为全关状态。
4.根据权利要求3所述的汽轮机机组的补汽式启动方法,其特征在于:所述物理参数包括蒸汽温度和蒸汽压力。
5.根据权利要求1所述的汽轮机机组的补汽式启动方法,其特征在于:将所述补汽阀的开度由全关状态调大至最大开度值的80%~95%所需时间为1min~10min。
6.根据权利要求1所述的汽轮机机组的补汽式启动方法,其特征在于:当所述汽轮机机组的出力负荷达到额定负荷值时,蒸汽的物理参数小于设计参数值。
7.根据权利要求1所述的汽轮机机组的补汽式启动方法,其特征在于:所述汽轮机机组还包括控制系统以及用于检测汽轮机机组的出力负荷的检测系统,控制系统分别与检测系统、补汽阀通信连接。
8.根据权利要求1所述的汽轮机机组的补汽式启动方法,其特征在于:所述预设负荷值为额定负荷值的10%~35%。
9.根据权利要求1所述的汽轮机机组的补汽式启动方法,其特征在于:所述预设开度值为最大开度值的80%~95%。
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