CN114622959B - 汽轮机切缸供热改造时运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汽轮机切缸供热改造时运行控制方法,包括如下步骤:进行汽轮机切缸调试试验,以获取低压末级动叶片的颤振区域M:初始状态下,汽轮机的固定电负荷在30%满负荷处,然后逐步增加供热抽汽量,直至低压缸的流量逐渐减少至最小冷却流量,在此过程中实时获取低压缸的质量流量G,且通过调整背压,并通过叶片健康监测系统实时监测低压末级动叶片的振动状态,获得低压末级动叶片出现振动超限的质量流量区间[G1,G2]及背压区间[Pb1,Pb2],由点(G1,Pb1)和点(G2,Pb2)为对角顶点构成的四边形区域即为低压末级动叶片的颤振区域M;当汽轮机的运行状态位于颤振区域M中时,单次运行时间小于或等于5分钟,累计运行时间小于或等于300分钟。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机切缸供热改造技术领域,特别是涉及一种汽轮机切缸供热改造时运行控制方法。
背景技术
随着国家对节能减排清洁供热的要求越来越严格,实现热电解耦、深度调峰已经成为了国内许多电厂赖以生存的考核指标。国家能源局在2016年下达了《火电灵活性改造试点项目的通知》,通知要求挖掘火电机组调峰潜力,提升我国火电机组运行灵活性,提高新能源消纳能力。国内北方许多电厂为了响应国家要求,对汽轮机进行了切缸供热改造。切除低压缸实现供热虽然有较高的经济性,但因切缸时低压缸处于小容积流量工况下运行,末级叶片流动极为复杂,会出现脱流、逆流和倒吸现象,这使得叶片动应力增加,甚至引发叶片共振,造成叶片断裂等重大汽轮机事故,进而导致汽轮机切缸供热改造时的安全性较低。
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能提高汽轮机切缸供热改造时的安全性的汽轮机切缸供热改造时运行控制方法。
为实现上述目的,本发明提供一种汽轮机切缸供热改造时运行控制方法,包括如下步骤:
进行汽轮机切缸调试试验,以获取低压末级动叶片的颤振区域M,包括如下步骤:
初始状态下,汽轮机的固定电负荷小于汽轮机的满负荷,然后逐步增加供热抽汽量,随着供热抽汽量的逐步增加,低压缸的流量会逐渐减少,直至低压缸的流量逐渐减少至最小冷却流量,且在低压缸的流量逐渐减少至最小冷却流量过程中,实时获取低压缸的质量流量G,且通过调整背压,并通过叶片健康监测系统实时监测低压末级动叶片的振动状态,获得低压末级动叶片出现振动超限的质量流量区间[G1,G2]及背压区间[Pb1,Pb2],由点(G1,Pb1)和点(G2,Pb2)为对角顶点构成的四边形区域即为低压末级动叶片的颤振区域M;
汽轮机在切缸运行时,且当汽轮机的运行状态位于所述颤振区域M中时,单次运行时间小于或等于第一设定时间,累计运行时间小于或等于第二设定时间。
进一步地,在进行汽轮机切缸调试试验过程中,初始状态下,汽轮机的固定电负荷在30%满负荷处。
进一步地,汽轮机在切缸运行时,且当汽轮机的运行状态位于所述颤振区域M中时,单次运行时间小于或等于5分钟,累计运行时间小于或等于300分钟。
进一步地,所述汽轮机切缸供热改造时运行控制方法,还包括如下步骤:
获取低压末级动叶片的最佳容积流量GVopt,并得到容积流量Gv,容积流量Gv为最佳容积流量GVopt的30%;
比容V为容积流量Gv与Gm的比值,则根据Gm的范围区间为[Gmin,Gb],Gb为开始进入切缸工况时低压缸的质量流量,Gmin为低压缸的最小冷却流量,得到比容V的范围区间[Vmin,Vb];
获取低压缸的排汽焓值he;
根据[Vmin,Vb]和he,并通过查阅水蒸汽性质表可得到等容积流量等排汽焓且与质量流量区间[Gmin,Gb]对应的背压区间[Pbmin,Pbb],并得到等容积流量曲线Lv;颤振区域M和等容积流量曲线Lv共同构成汽轮机切缸运行背压指导曲线;
当汽轮机的运行状态位于等容积流量曲线Lv的上方,且位于所述颤振区域M中时,单次运行时间小于或等于5分钟,累计运行时间小于或等于300分钟。
进一步地,所述叶片健康监测系统包括叶尖传感器,所述叶尖传感器包括金属壳体,且所述金属壳体的表面涂覆有氧化锆陶瓷。
进一步地,所述叶尖传感器安装在低压排汽导流环上或低压缸的内缸上。
进一步地,当切缸工况进入颤振区域M中时,发出报警。
进一步地,汽轮机在切缸运行时,低压缸的第一抽汽口关闭。
如上所述,本发明涉及的汽轮机切缸供热改造时运行控制方法,具有以下有益效果:
本发明中汽轮机切缸供热改造时运行控制方法,通过汽轮机切缸调试试验,并基于上述步骤确定了低压末级动叶片的颤振区域M,当汽轮机在颤振区域M运行时,低压末级动叶片将出现振动超限,获得该颤振区域M后,便于在以后汽轮机切缸供热改造时避开该颤振区域M,若无法避开,则当汽轮机的运行状态位于所述颤振区域M中时,单次运行时间小于或等于第一设定时间,累计运行时间小于或等于第二设定时间,从而有效保证叶片安全,避免低压末级动叶片因共振而断裂等,并避免安全事故的发生,提高了汽轮机切缸供热改造时的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例中汽轮机切缸供热改造时运行控制方法的流程框图。
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,本说明书附图所绘示的结构、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”等用语,亦仅为便于叙述明了,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。
如图1所示,本发明提供一种汽轮机切缸供热改造时运行控制方法,包括如下步骤:
进行汽轮机切缸调试试验,以获取低压末级动叶片的颤振区域M,包括如下步骤:
初始状态下,汽轮机的固定电负荷小于汽轮机的满负荷,具体地汽轮机的固定电负荷在30%满负荷处,然后逐步增加供热抽汽量,随着供热抽汽量的逐步增加,低压缸的流量会逐渐减少,直至低压缸的流量逐渐减少至最小冷却流量,且在低压缸的流量逐渐减少至最小冷却流量过程中,实时获取低压缸的质量流量G,且通过调整背压,并通过叶片健康监测系统实时监测低压末级动叶片的振动状态,获得低压末级动叶片出现振动超限的质量流量区间[G1,G2]及背压区间[Pb1,Pb2],由点(G1,Pb1)和点(G2,Pb2)为对角顶点构成的四边形区域即为低压末级动叶片的颤振区域M;
汽轮机在切缸运行时,且当汽轮机的运行状态位于所述颤振区域M中时,单次运行时间小于或等于第一设定时间,具体地第一设定时间为5分钟,累计运行时间小于或等于第二设定时间,具体地第二设定时间为300分钟;
其中,实时获取低压缸的质量流量G的过程包括如下步骤:
根据公式计算出汽轮机低压缸的质量流量系数μ,其中,T1、P11、P12分别为热耗率验收工况下低压缸的进汽口处的热力学温度、低压缸的进汽口处的绝对压力、低压缸的第一抽汽口处的绝对压力;T2、P21、P22分别为阀门全开工况下低压缸的进汽口处的热力学温度、低压缸的进汽口处的绝对压力、低压缸的第一抽汽口处的绝对压力;T3、P31、P32分别为最大供热工况下低压缸的进汽口处的热力学温度、低压缸的进汽口处的绝对压力、低压缸的第一抽汽口处的绝对压力;
实时获取低压缸的进汽口处的热力学温度T、低压缸的进汽口处的绝对压力P1、低压缸的第一抽汽口处的绝对压力P2,根据公式计算出切缸调试试验时低压缸的质量流量G。
本发明中汽轮机切缸供热改造时运行控制方法,通过汽轮机切缸调试试验,并基于上述步骤确定了低压末级动叶片的颤振区域M,当汽轮机在颤振区域M运行时,低压末级动叶片将出现振动超限,获得该颤振区域M后,便于在以后汽轮机切缸供热改造时避开该颤振区域M,若无法避开,则当汽轮机的运行状态位于所述颤振区域M中时,单次运行时间小于或等于5分钟,累计运行时间小于或等于300分钟,从而有效保证叶片安全,避免低压末级动叶片因共振而断裂等,并避免安全事故的发生,提高了汽轮机切缸供热改造时的安全性。
本实施例中汽轮机切缸供热改造时运行控制方法,还包括如下步骤:
获取低压末级动叶片的最佳容积流量GVopt,并得到容积流量Gv,Gv=0.3GVopt;
比容V为容积流量Gv与Gm的比值,则根据Gm的范围区间为[Gmin,Gb],Gb为开始进入切缸工况时低压缸的质量流量,Gmin为低压缸的最小冷却流量,得到比容V的范围区间[Vmin,Vb];
获取低压缸的排汽焓值he;
根据[Vmin,Vb]和he,并通过查阅水蒸汽性质表可得到等容积流量等排汽焓且与质量流量区间[Gmin,Gb]对应的背压区间[Pbmin,Pbb],并得到等容积流量曲线Lv;颤振区域M和等容积流量曲线Lv共同构成汽轮机切缸运行背压指导曲线;
当汽轮机的运行状态位于等容积流量曲线Lv的上方,且位于所述颤振区域M中时,单次运行时间小于或等于5分钟,累计运行时间小于或等于300分钟。
本实施例通过上述步骤获得等容积流量曲线Lv,这样颤振区域M和等容积流量曲线Lv共同构成汽轮机切缸运行背压指导曲线,汽轮机在切缸运行时,需使汽轮机运行在等容积流量曲线Lv的下方,尽量避开颤振区域M,若无法避开,则在此区域内任何情况下的运行上限为5分钟,低压末级动叶片使用寿命内累计不超过300分钟。
本实施例中叶片健康监测系统包括叶尖传感器,叶尖传感器包括金属壳体,且金属壳体的表面涂覆有氧化锆陶瓷。叶尖传感器的内部的元器件由金属外壳和氧化锆陶瓷进行封装。同时,本实施例中叶尖传感器根据机组结构不同可选择安装在低压排汽导流环上或低压缸的内缸上,且叶尖传感器不能伸出内缸的内表面,以防止气流直接冲刷传感器表面的氧化锆陶瓷。低压末级动叶片经过叶尖传感器产生的脉冲信号经调理电路转换、处理,再由光纤传输至数据分析模块,在汽轮机切缸调试试验中,数据分析模块分析低压末级动叶片的振动数据以及机组运行参数变化趋势,具体地,数据分析模块分析低压末级动叶片的振动数据、上述低压缸的流量变化情况及背压调整情况,进而获得低压缸的流量逐渐减少至最小冷却流量期间,低压末级动叶片出现振动超限的质量流量区间[G1,G2]及对应的背压区间[Pb1,Pb2]。
本实施例中在切缸逻辑中补充汽轮机切缸运行背压指导曲线的报警逻辑,当切缸工况进入颤振区域M中时,发出报警,便于运行人员及时调整工况,保护叶片安全。
本实施例中汽轮机在切缸运行时,低压缸的第一抽汽口关闭。
本实施例中通过查阅改造前汽轮机在热耗率验收工况下的热平衡图获取T1、P11、P12;通过查阅改造前汽轮机在阀门全开工况下的热平衡图获取T2、P21、P22;通过查阅改造前汽轮机在最大供热工况下的热平衡图获取T3、P31、P32。另外,本实施例通过查阅叶片设计数据,获得低压末级动叶片的最佳容积流量GVopt。查阅最大供热工况的热平衡图可得到低压缸的排汽焓值he。在背压随低压缸进汽压力变化的图中,由叶片振动较大的压力区间和背压区间即可获得切缸运行时低压末级动叶片的颤振区域M。
本实施例在汽轮机切缸调试试验时,利用位于低压缸的进汽口处的压力测点及温度测点分别实时检测进汽口处的压力P1和温度T,利用位于低压缸的第一抽汽口处的压力测点及温度测点分别实时检测第一抽汽口处的压力P2和温度;进而根据上述公式精确计算出低压缸的质量流量G。本实施例中采集上述方式获取的质量流量G比在冷却蒸汽旁路上安装流量测量装置获得低压缸进汽量的方式更准确。汽轮机切缸时,低压缸内冷却流量较小,低压缸的抽汽口关闭,可以认为低压缸进出口的蒸汽质量守恒。汽轮机切缸调试试验也是一种危险工况探索试验。随着供热抽汽量的逐步增加,由于锅炉蒸发量已达最大,低压缸的流量会逐渐减少。本实施例中叶片健康监测系统是基于叶尖定时技术开发的非接触式测量叶片振动的系统。
本实施例中获取颤振区域M的过程为一种切缸供热改造时确定低压末级动叶片危险运行区域的方法,指导电厂在以后的调峰运行中避开,保障叶片安全。本汽轮机切缸供热改造时运行控制方法能在不更换叶片、不对叶片进行任何处理的情况下,找出低压末级动叶片的危险运行区域,对叶片级的效率、叶片强度无影响,改造成本低、周期短。本实施例在切缸试验时采集叶片振动数据,结合机组运行参数的变化趋势分析获得低压末级动叶片的危险运行区域,绘制出汽轮机切缸运行背压指导曲线,从而在最大化汽轮机组的供热能力,实现大幅度的热电解耦的同时,还保证了低压末级动叶片的安全稳定运行。且为防中低压联通管上阀门的密封性不够,利用低压缸进出口蒸汽参数计算低压缸的流量比在冷却蒸汽旁路装设流量测量装置更加精确。本实施例在控制逻辑里面加入指导曲线,便于运行人员及时调整不利工况,保护叶片安全;且在调试试验期间收集数据即可获得叶片危险运行区域,操作简便,可行性高。
综上所述,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 (6)
1.一种汽轮机切缸供热改造时运行控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
进行汽轮机切缸调试试验,以获取低压末级动叶片的颤振区域M,包括如下步骤:
初始状态下,汽轮机的固定电负荷小于汽轮机的满负荷,然后逐步增加供热抽汽量,随着供热抽汽量的逐步增加,低压缸的流量会逐渐减少,直至低压缸的流量逐渐减少至最小冷却流量,且在低压缸的流量逐渐减少至最小冷却流量过程中,实时获取低压缸的质量流量G,且通过调整背压,并通过叶片健康监测系统实时监测低压末级动叶片的振动状态,获得低压末级动叶片出现振动超限的质量流量区间[G1,G2]及背压区间[Pb1,Pb2],由点(G1,Pb1)和点(G2,Pb2)为对角顶点构成的四边形区域即为低压末级动叶片的颤振区域M;汽轮机在切缸运行时,且当汽轮机的运行状态位于所述颤振区域M中时,单次运行时间小于或等于第一设定时间,累计运行时间小于或等于第二设定时间;
获取低压末级动叶片的最佳容积流量GVopt,并得到容积流量Gv,容积流量Gv为最佳容积流量GVopt的30%;
比容V为容积流量Gv与Gm的比值,则根据Gm的范围区间为[Gmin,Gb],Gb为开始进入切缸工况时低压缸的质量流量,Gmin为低压缸的最小冷却流量,得到比容V的范围区间[Vmin,Vb];
获取低压缸的排汽焓值he;
根据[Vmin,Vb]和he,并通过查阅水蒸汽性质表可得到等容积流量等排汽焓且与质量流量区间[Gmin,Gb]对应的背压区间[Pbmin,Pbb],并得到等容积流量曲线Lv;颤振区域M和等容积流量曲线Lv共同构成汽轮机切缸运行背压指导曲线;
当汽轮机的运行状态位于等容积流量曲线Lv的上方,且位于所述颤振区域M中时,单次运行时间小于或等于5分钟,累计运行时间小于或等于300分钟。
2.根据权利要求1所述汽轮机切缸供热改造时运行控制方法,其特征在于,在进行汽轮机切缸调试试验过程中,初始状态下,汽轮机的固定电负荷在30%满负荷处。
3.根据权利要求1所述汽轮机切缸供热改造时运行控制方法,其特征在于,所述叶片健康监测系统包括叶尖传感器,所述叶尖传感器包括金属壳体,且所述金属壳体的表面涂覆有氧化锆陶瓷。
4.根据权利要求3所述汽轮机切缸供热改造时运行控制方法,其特征在于,所述叶尖传感器安装在低压排汽导流环上或低压缸的内缸上。
5.根据权利要求1所述汽轮机切缸供热改造时运行控制方法,其特征在于,当切缸工况进入颤振区域M中时,发出报警。
6.根据权利要求1所述汽轮机切缸供热改造时运行控制方法,其特征在于,汽轮机在切缸运行时,低压缸的第一抽汽口关闭。
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