CN114922704B - 一种可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽轮机组发电技术领域,具体涉及一种可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,包括:蒸汽发生装置,工作介质经过蒸汽发生装置一次加热后驱动高压缸运转,然后回流到蒸汽发生装置二次加热后驱动中压缸运转;第一蒸汽管路,其第一端连通在中压缸出口端,第二端安装在蒸汽发生装置入口端;第二蒸汽管路,其一端连通在中压缸的出口端,另一端安装有辅助汽轮机,给水泵与辅助汽轮机同轴连接,辅助汽轮机上安装有发电设备。在汽轮机组发电系统需要在低负荷下运行时,使中压缸出口处工作介质大部分被输送到辅助汽轮机,少部分输入低压缸,避开颤振风险区,突破低压缸最小安全流量限值,降低发电系统的最小发电负荷,拓展发电系统的调峰运行域。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机组发电技术领域,具体涉及一种可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统。
背景技术
近年来,风电、光伏等可再生能源发电的规模和比重大幅提高。然而,可再生能源具有波动性和间歇性等特点,接入电网后,需要其它机组增加调峰、调频等辅助服务的能力。在燃煤发电机组占据主体电源地位,同时大规模不稳定可再生能源亟待并网的双重背景下,我国火电机组负荷调节能力亟待提高。
对于常规燃煤发电汽轮机组,机组发电负荷随蒸汽流量的降低而降低。当蒸汽流量降低到一定程度时,低压缸末级长叶片动应力剧增,存在颤振等安全风险。因此,机组一般都设置低压缸最小安全流量限值,以保证其运行安全性。这就限制了机组发电负荷的进一步降低,使得机组难以在最小临界电负荷以下安全运行,给机组调峰深度带来制约。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的发电汽轮机的调峰能力受限的缺陷,从而提供一种可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,包括:
蒸汽发生装置,工作介质经过蒸汽发生装置一次加热后驱动高压缸运转,然后回流到蒸汽发生装置二次加热后驱动中压缸运转;
第一蒸汽管路,其第一端连通在中压缸出口端,第二端安装在蒸汽发生装置入口端,第一蒸汽管路上从第一端到第二端依次设置有低压缸、凝汽器、给水泵、第一加热器组;
第二蒸汽管路,其一端连通在中压缸的出口端,另一端安装有辅助汽轮机,给水泵与辅助汽轮机同轴连接,辅助汽轮机上安装有发电设备。
优选地是,辅助汽轮机出口端连通有辅助蒸汽管路,辅助蒸汽管路连通在低压缸与凝汽器之间的第一蒸汽管路上。
优选地是,第一蒸汽管路上凝汽器与给水泵之间还安装有凝结水泵和第二加热器组。
优选地是,第二加热器组与给水泵之间安装有除氧器。
优选地是,辅助汽轮机上还同轴安装有作为发电设备的第二发电机。
优选地是,辅助汽轮机与第二发电机之间同轴安装有离合器。
优选地是,第二蒸汽管路上安装有流量调节阀。
优选地是,低压缸上同轴安装有第一发电机。
优选地是,第二发电机的出口与所述第一发电机的出口连通
优选地是,第一蒸汽管路上还安装有流量计,流量计设于中压缸与低压缸之间。
本发明技术方案,具有如下优点:
1.本发明提供的可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,包括:蒸汽发生装置,工作介质经过蒸汽发生装置一次加热后驱动高压缸运转,然后回流到蒸汽发生装置二次加热后驱动中压缸运转;第一蒸汽管路,其第一端连通在中压缸出口端,第二端安装在蒸汽发生装置入口端,第一蒸汽管路上从第一端到第二端依次设置有低压缸、凝汽器、给水泵、第一加热器组;第二蒸汽管路,其一端连通在中压缸的出口端,另一端安装有辅助汽轮机,给水泵与辅助汽轮机同轴连接。
在可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统工作时,蒸汽发生装置中经过一次加热后的工作介质从蒸汽发生装置出口进入到高压缸膨胀做功,然后在返回到蒸汽发生装置被二次加热升温后进入中压缸再次膨胀做功。中压缸出口的工作介质经过第一蒸汽管路进入到低压缸,工作介质在低压缸中膨胀做功后进入到凝汽器冷凝,凝结水依次经过给水泵、第一加热器组返回到蒸汽发生装置。在汽轮机组发电系统高负荷下运行时,辅助汽轮机拖动给水泵运转。在可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统需要在低负荷下运行时,进入辅助汽轮机蒸汽流量变大,辅助汽轮机出力除拖动给水泵外还有大量富裕,通过设置发电设备,辅助汽轮机将多余出力用于发电。使中压缸出口处的工作介质大部分被输送到辅助汽轮机,少部分输入到低压缸中,对低压缸的末级长叶片进行冷却,低压缸处于极低流量鼓风状态运行,能够避开颤振风险区,此时辅助汽轮机工作进行低负荷发电工作。能够突破低压缸最小安全流量限值,降低汽轮机组发电系统的最小发电负荷,拓展了汽轮机组发电系统的调峰运行域。
2.本发明提供的可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,辅助汽轮机出口端连通有辅助蒸汽管路,辅助蒸汽管路连通在低压缸与凝汽器之间的第一蒸汽管路上。通过将辅助汽轮机出口端的蒸汽通过辅助蒸汽管路输送到第一蒸汽管路上并对其重新加热用于煤电机组热力循环,能够提升发电系统整体的能量利用效率。
3.本发明提供的可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,第一蒸汽管路上凝汽器与给水泵之间还安装有凝结水泵和第二加热器组。通过凝结水泵提升冷凝水的压力,利用第二加热器组来提升冷凝水的温度,进而实现回热系统梯级加热,提升发电系统的发电效率。
5.本发明提供的可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,辅助汽轮机与第二发电机之间同轴安装有离合器。通过设置离合器来控制辅助汽轮机与第二发电机的结合和脱开。发电系统在临界负荷以上工作时,离合器脱开,辅助汽轮机与第二发电机分离,仅利用高压缸、中压缸和低压缸的转动来发电。当发电系统在临界负荷以下运行时,离合器将辅助汽轮机与第二发电机结合,第二发电机同时对外发电。通过设置离合器,使得第二发电机在无需发电工作时与系统脱开,实现系统的灵活切换运行,以响应外界负荷变换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施方式中提供的可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统的配置示意图。
附图标记说明:1、蒸汽发生装置;2、高压缸;3、中压缸;4、低压缸;5、第一发电机;6、凝汽器;7、凝结水泵;8、第二加热器组;9、除氧器;10、给水泵;11、第一加热器组;12、辅助汽轮机;13、第二发电机;14、超越离合器;15、调节阀;16、流量计。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示为本实施例提供的一种可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,图1中的点划线表示设备之间同轴连接。可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统包括:高压缸、中压缸和低压缸,用于拖动第一发电机工作。
工作介质经过作为蒸汽发生装置1的锅炉一次加热后驱动高压缸2运转,然后回流到蒸汽发生装置1二次加热后驱动中压缸3运转。本实施例中的工作介质为水和蒸汽,蒸汽发生装置1还可以为储热换热器等用于对工作介质加热的设备。
第一蒸汽管路第一端连通在中压缸3出口端,第二端安装在蒸汽发生装置1入口端,第一蒸汽管路上从第一端到第二端依次设置有低压缸4、凝汽器6、凝结水泵7、第二加热器组8、除氧器9、给水泵10、第一加热器组11;低压缸4上同轴安装有第一发电机5,用于发电系统在临界负荷以上的高负荷状态下运行时进行发电对外输送电能。
第二蒸汽管路一端连通在中压缸3的出口端,另一端安装有辅助汽轮机12,给水泵10与辅助汽轮机12同轴连接。在中压缸3与低压缸4之间的第一蒸汽管路上安装有流量计16,第二蒸汽管路上安装有流量调节阀15,以控制中压缸3向辅助汽轮机12中输送的蒸汽流量。辅助汽轮机12上同轴安装有第二发电机13,辅助汽轮机12与第二发电机13之间同轴安装有离合器。本实施例中的离合器选用超越离合器14以实现辅助汽轮机12与第二发电机13之间的自动结合和自动脱开。辅助汽轮机12出口端连通有辅助蒸汽管路,辅助蒸汽管路连通在低压缸4与凝汽器6之间的第一蒸汽管路上。
蒸汽发生装置1出口的工作介质水蒸汽进入高压缸2膨胀做功,之后返回蒸汽发生装置1进行二次加热,蒸汽再次升温后进入中压缸3膨胀做功,中压缸3排出的蒸汽经第一蒸汽管路进入低压缸4,膨胀做功后的排出蒸汽进入凝汽器6冷凝,凝结水经凝结水泵7升压后进入作为第二加热器组8的低压加热器组被加热升温,之后依次进入除氧器9、给水泵10、作为第一加热器组11的高压加热器组,然后返回蒸汽发生装置1。
辅助汽轮机12与给水泵10之间同轴连接,用于拖动给水泵10运转。辅助汽轮机12的蒸汽源取自于中压缸3的排出蒸汽,辅助汽轮机12排出的蒸汽经过辅助蒸汽管路进入到凝汽器6冷凝变为液态水。在辅助汽轮机12上同轴布置超越离合器14和第二发电机13以在发电系统需要低负荷运行时对外输出电能。
在低压缸进汽流量达到一定限值Mmin时,低压缸末级长叶片存在颤振等安全隐患,因此为保障机组运行安全性,现有技术中的汽轮机组发电系统一般都设置低压缸最小进汽流量Mmin,从而导致机组调峰深度受限。当低压缸进汽流量为Mmin时,发电系统对应电负荷为Emin,则汽轮机组发电系统无法实现在Emin以下负荷安全运行。本实施例提供的可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,通过配置辅助汽轮机组参与低压缸进汽流量的调节,解决了低压缸低负荷运行的安全性问题。
具体地,当低压缸进汽流量M不小于Mmin时,机组按照常规运行方式运行,中压缸出口蒸汽一部分进入辅助汽轮机拖动给水泵运转,超越离合器脱开,第二发电机不工作。剩余大部分蒸汽进入低压缸膨胀做功。流量调节阀的开度以蒸汽流量满足给水泵功率需求为准。
假设给水泵所需功率为P给泵,则辅助汽轮机轴功率Pturbo为
Pturbo=P给泵+P机械损失 (1)
其中P机械损失为辅助汽轮机机械损失。
给水泵汽轮机进汽流量为
其中,η为给水泵小汽轮机效率,h1为给水泵小汽轮机进汽焓值,可由进汽压力P1、进汽温度t1确定,h2为等熵膨胀排汽焓值,可由进汽压力P1、进气温度t1、排汽压力P2确定。
当低压缸4进汽流量小于Mmin时,通过流量调节阀15调节输入到辅助汽轮机12的蒸汽流量,使得进入低压缸4的蒸汽流量为设计工况低压缸进汽流量的5%。此时低压缸4处于极低流量鼓风状态运行,可避开颤振风险区。此时,超越离合器14处于结合状态,辅助汽轮机12的输出力一部分用于拖动给水泵10运转,另一部分则拖动第二发电机13发电。第二发电机13并入第一发电机5出口端。从而实现了机组发电能够突破最小临界负荷,实现发电系统输出功率的连续可调,使机组可以处于最小临界负荷区域以下的负荷运行,拓展了机组的调峰运行域。
低压缸4长叶片动应力特性随蒸汽容积流量的关系为:当蒸汽容积流量降低到一定程度时,叶片动应力剧增,存在颤振等安全风险。因此,机组一般都设置低压缸4最小蒸汽流量,以避免进入颤振危险区。从而导致汽轮机组存在最低安全运行负荷,限制了机组调峰深度。但是,随着流经低压缸4长叶片的蒸汽容积流量的降低,叶片动应力是呈现先增加后减小的趋势。当流量降低到一定限值之后,机组动应力水平即恢复正常。
本实施例提供的可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统通过配置辅助汽轮机12组参与低压缸4进汽流量调节,解决了低压缸4低负荷运行安全性问题。在最小临界流量以下时,将原低压缸4进汽引入到辅助汽轮机12,使得低压缸4处于极低流量鼓风状态运行,保障其运行安全性。通过配置超越离合器14、第二发电机13,将辅助汽轮机12多余的输出力用于拖动第二发电机13发电,使汽轮机组发电系统可以处于最小临界电负荷区域以下运行,拓展了机组的调峰运行域。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,其特征在于,包括:
蒸汽发生装置(1),工作介质经过所述蒸汽发生装置(1)一次加热后驱动高压缸(2)运转,然后回流到所述蒸汽发生装置(1)二次加热后驱动中压缸(3)运转;
第一蒸汽管路,其第一端连通在所述中压缸(3)出口端,第二端安装在所述蒸汽发生装置(1)入口端,所述第一蒸汽管路上从第一端到第二端依次设置有低压缸(4)、凝汽器(6)、给水泵(10)、第一加热器组(11);
第二蒸汽管路,其一端连通在所述中压缸(3)的出口端,另一端安装有辅助汽轮机(12),所述给水泵(10)与所述辅助汽轮机(12)同轴连接,所述辅助汽轮机上安装有第二发电机(13),所述辅助汽轮机(12)与所述第二发电机(13)之间同轴安装有离合器;
当低压缸(4)的进汽流量不小于最小进汽流量时,中压缸(3)的出口蒸汽一部分进入辅助汽轮机(12)拖动给水泵运转,此时,离合器脱开,第二发电机(13)不工作;当低压缸(4)的进汽流量小于最小进汽流量时,调节输入到辅助汽轮机(12)的蒸汽流量,使得进入低压缸(4)的蒸汽流量为最小进汽流量的5%,离合器切换至结合状态,辅助汽轮机(12)的输出力一部分用于拖动给水泵(10)运转,另一部分则拖动第二发电机(13)发电。
2.根据权利要求1所述的可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,其特征在于,所述辅助汽轮机(12)出口端连通有辅助蒸汽管路,所述辅助蒸汽管路连通在所述低压缸(4)与所述凝汽器(6)之间的所第一蒸汽管路上。
3.根据权利要求2所述的可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,其特征在于,所述第一蒸汽管路上所述凝汽器(6)与所述给水泵(10)之间还安装有凝结水泵(7)和第二加热器组(8)。
4.根据权利要求3所述的可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,其特征在于,所述第二加热器组(8)与所述给水泵(10)之间安装有除氧器(9)。
5.根据权利要求1至4任一项所述的可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,其特征在于,所述低压缸(4)上同轴安装有第一发电机(5)。
6.根据权利要求5所述的可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,其特征在于,所述第二发电机的出口与所述第一发电机的出口连通。
7.根据权利要求1至4任一项所述的可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,其特征在于,所述第一蒸汽管路上还安装有流量计(16),所述流量计(16)设于所述中压缸(3)与所述低压缸(4)之间。
8.根据权利要求1至4任一项所述的可低负荷安全运行的汽轮机组发电系统,其特征在于,所述第二蒸汽管路上安装有流量调节阀(15)。
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