CN114991892A - 一种深度调峰汽轮机系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种深度调峰汽轮机系统及运行方法，涉及电厂领域，主要用于解决电厂在深度调峰过程中热耗率显著增加的问题；该系统主要包括高压缸、多级高压缸进汽调节阀、蒸汽混合器、高低压旁路进汽阀和零号高压加热器等设备；通过在原有高压缸前添加多个汽轮机级组，并配置多级高压缸进汽调节阀，实现高压缸通流面积可以随负荷变化的效果，在负荷降低过程中，通过调整多级高压缸进汽调节阀的启动顺序和运行方式，实现汽轮机组在低负荷时的高效运行；本发明可以减少机组在低负荷时，由于高压缸进汽压力的降低以及高压缸进汽调节阀的节流损失导致的机组热耗率增加的问题，提升了机组的调峰性能。

Description

一种深度调峰汽轮机系统及运行方法
技术领域
本发明涉及电厂领域，特别是涉及一种深度调峰汽轮机系统及运行方法。
背景技术
随着可再生能源的发展，通过可再生能源进行发电的比例也在不断提高，但是由于可再生能源间歇性和不可预测的缺点，给电网的稳定性带来了不利的影响，需要通过电厂进行调峰以提高电网的稳定性。但是在电厂的深度调峰过程中，由于电厂的运行工况明显偏离设计工况，导致机组的发电效率显著下降，增加了机组的热耗率。目前的机组在降低负荷时，一般通过降低主蒸汽压力或主汽阀节流的方式，这些都会导致节流损失的增加以及汽轮机效率的降低。因此，如何解决低负荷时机组效率显著降低的问题，是提高机组热经济性的重要方面。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供了一种深度调峰汽轮机系统及运行方法，通过在原有高压缸前添加多个汽轮机级组，并配置多级高压缸进汽调节阀，实现了高压缸通流面积可以随负荷变化的效果，减少了机组在低负荷时，由于高压缸进汽压力的降低以及高压缸进汽调节阀的节流损失导致的机组热耗率增加的问题，提升了机组的调峰性能。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种深度调峰汽轮机系统，包括锅炉1、高压缸2、中低压缸3、发电机4、凝汽器5、低压加热器组6、给水泵7、高压加热器组8、低压加热器进汽阀9、高压加热器进汽阀10、汽轮机进汽调节阀I11、汽轮机进汽调节阀II12、汽轮机进汽调节阀III13、汽轮机抽汽阀I14、汽轮机抽汽阀II15、蒸汽混合器16、高压加热器旁路进汽阀17、低压加热器旁路进汽阀18、零号高压加热器进汽调节阀19、零号高压加热器旁路阀20、零号高压加热器进口阀21和零号高压加热器22；
锅炉1的主蒸汽出口分别通过汽轮机进汽调节阀I11、汽轮机进汽调节阀II12和汽轮机进汽调节阀III13，与高压缸2的进汽口I、进汽口II和进汽口III连接，高压缸2的蒸汽出口与锅炉1的再热蒸汽进口相连接，锅炉1的再热蒸汽出口与中低压缸3的蒸汽进口相连接，中低压缸3的蒸汽出口与凝汽器5的进口相连接，高压缸2和中低压缸3的轴与发电机4相连接，凝汽器5的出口与低压加热器组6的给水进口相连接，低压加热器组6的给水出口通过给水泵7与高压加热器组8的给水进口相连接，高压加热器组8的给水出口通过零号高压加热器进口阀21与零号高压加热器22的给水进口相连接，低压加热器组6的蒸汽进口通过低压加热器进汽阀9与中低压缸3的抽汽出口相连接，高压加热器组8的蒸汽进口通过高压加热器进汽阀10与高压缸2的抽汽出口相连接；
汽轮机进汽调节阀I11和汽轮机进汽调节阀II12的出口分别通过汽轮机抽汽阀II15和汽轮机抽汽阀I14汇合于蒸汽混合器16，蒸汽混合器16的出口分别通过高压加热器旁路进汽阀17、低压加热器旁路进汽阀18和零号高压加热器进汽调节阀19，与高压加热器组8的蒸汽进口、低压加热器组6的蒸汽进口以及零号高压加热器22的蒸汽进口相连接，零号高压加热器22的给水进口与零号高压加热器进口阀21相连接，并与零号高压加热器旁路阀20并联，零号高压加热器22的蒸汽出口与锅炉1的主蒸汽进口相连接。
所述的一种深度调峰汽轮机系统，对于高压缸2的进汽口I至高压缸2的蒸汽出口之间的汽轮机级组，进口设计压力为锅炉1在额定工况的主蒸汽压力，设计温度为锅炉1在额定工况的主蒸汽温度，设计蒸汽流量为锅炉1在额定工况的主蒸汽流量；对于高压缸2的进汽口I至高压缸2的进汽口II之间的汽轮机级组，进口设计压力为锅炉1在额定工况的主蒸汽压力，设计温度为锅炉1在额定工况的主蒸汽温度，设计蒸汽流量为锅炉1在额定工况的主蒸汽流量的50～70％，汽轮机级组的数量为2～4级；对于高压缸2的进汽口II至高压缸2的进汽口III之间的汽轮机级组，进口设计压力为锅炉1在额定工况的主蒸汽压力，设计温度为锅炉1在额定工况的主蒸汽温度，设计蒸汽流量为锅炉1在额定工况的主蒸汽流量的40～60％，汽轮机级组的数量为2～4级。
所述的一种深度调峰汽轮机系统的运行方法，在机组负荷高于90％时，开启汽轮机进汽调节阀I11和汽轮机进汽调节阀III13，通过调节汽轮机进汽调节阀III13，控制高压缸2的进汽口I和进汽口III之间的汽轮机级组的温度，通过调节汽轮机进汽调节阀I11，控制机组负荷；在机组负荷为70％～90％时，开启汽轮机进汽调节阀II12，通过调节汽轮机进汽调节阀III13，控制高压缸2的进汽口II和进汽口III之间的汽轮机级组的温度，通过调节汽轮机进汽调节阀I11，控制高压缸2的出口蒸汽温度，通过调节汽轮机进汽调节阀II12，控制机组负荷；在机组负荷为50％～70％时，通过调节汽轮机进汽调节阀II12，控制高压缸2的出口蒸汽温度，通过调节汽轮机进汽调节阀III13控制机组负荷；在机组负荷低于50％时，仅通过调节汽轮机进汽调节阀III13控制机组负荷。
所述的一种深度调峰汽轮机系统的运行方法，在机组负荷为70～90％时，开启汽轮机抽汽阀I14和汽轮机抽汽阀II15，使蒸汽进入蒸汽混合器16，同时开启低压加热器旁路进汽阀18，关闭高压加热器旁路进汽阀17和零号高压加热器进汽调节阀19，通过调整低压加热器旁路进汽阀18，控制进入低压加热器组6的蒸汽流量；如果机组负荷为50～70％时，开启高压加热器旁路进汽阀17，关闭低压加热器旁路进汽阀18和零号高压加热器进汽调节阀19，通过调整高压加热器旁路进汽阀17，控制进入高压加热器组8的蒸汽流量；如果机组负荷低于50％时，开启零号高压加热器进汽调节阀19和零号高压加热器进口阀21，关闭零号高压加热器旁路阀20、高压加热器旁路进汽阀17和低压加热器旁路进汽阀18，并通过调整零号高压加热器进汽调节阀19，控制零号高压加热器22的出口给水温度。
和现有技术相比，本发明具备如下优点：
(1)在深度调峰时，通过减少汽轮机的通流面积，降低了主汽阀的节流损失，显著增加了机组的效率，降低了机组的热耗率；
(2)在负荷降低时，利用汽轮机调节阀后的蒸汽替代高低压回热加热器的抽汽，进一步增加机组的效率；
(3)在低负荷时，通过启动零号高压加热器，并利用汽轮机调节阀后的蒸汽作为汽源，在保证给水温度的同时，提高了机组的效率。
附图说明
图1为深度调峰汽轮机系统构型示意图。
图中：1、锅炉，2、高压缸，3、中低压缸，4、发电机，5、凝汽器，6、低压加热器组，7、给水泵，8、高压加热器组，9、低压加热器进汽阀，10、高压加热器进汽阀，11、汽轮机进汽调节阀I，12、汽轮机进汽调节阀II，13、汽轮机进汽调节阀III，14、汽轮机抽汽阀I，15、汽轮机抽汽阀II，16、蒸汽混合器，17、高压加热器旁路进汽阀，18、低压加热器旁路进汽阀，19、零号高压加热器进汽调节阀，20、零号高压加热器旁路阀，21、零号高压加热器进口阀，22、零号高压加热器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种深度调峰汽轮机系统，系统包括锅炉1、高压缸2、中低压缸3、发电机4、凝汽器5、低压加热器组6、给水泵7、高压加热器组8、低压加热器进汽阀9、高压加热器进汽阀10、汽轮机进汽调节阀I11、汽轮机进汽调节阀II12、汽轮机进汽调节阀III13、汽轮机抽汽阀I14、汽轮机抽汽阀II15、蒸汽混合器16、高压加热器旁路进汽阀17、低压加热器旁路进汽阀18、零号高压加热器进汽调节阀19、零号高压加热器旁路阀20、零号高压加热器进口阀21、零号高压加热器22；
锅炉1的主蒸汽出口分别通过汽轮机进汽调节阀I11、汽轮机进汽调节阀II12和汽轮机进汽调节阀III13，与高压缸2的进汽口I、进汽口II和进汽口III连接，高压缸2的蒸汽出口与锅炉1的再热蒸汽进口相连接，锅炉1的再热蒸汽出口与中低压缸3的蒸汽进口相连接，中低压缸3的蒸汽出口与凝汽器5的进口相连接，高压缸2和中低压缸3的轴与发电机4相连接，凝汽器5的出口与低压加热器组6的给水进口相连接，低压加热器组6的给水出口通过给水泵7与高压加热器组8的给水进口相连接，高压加热器组8的给水出口通过零号高压加热器进口阀21与零号高压加热器22的给水进口相连接，低压加热器组6的蒸汽进口通过低压加热器进汽阀9与中低压缸3的抽汽出口相连接，高压加热器组8的蒸汽进口通过高压加热器进汽阀10与高压缸2的抽汽出口相连接；
汽轮机进汽调节阀I11和汽轮机进汽调节阀II12的出口分别通过汽轮机抽汽阀II15和汽轮机抽汽阀I14汇合于蒸汽混合器16，蒸汽混合器16的出口分别通过高压加热器旁路进汽阀17、低压加热器旁路进汽阀18和零号高压加热器进汽调节阀19，与高压加热器组8的蒸汽进口、低压加热器组6的蒸汽进口以及零号高压加热器22的蒸汽进口相连接，零号高压加热器22的给水进口与零号高压加热器进口阀21相连接，并与零号高压加热器旁路阀20并联，零号高压加热器22的蒸汽出口与锅炉1的主蒸汽进口相连接。
所述的一种深度调峰汽轮机系统，对于高压缸2的进汽口I至高压缸2的蒸汽出口之间的汽轮机级组，进口设计压力为锅炉1在额定工况的主蒸汽压力，设计温度为锅炉1在额定工况的主蒸汽温度，设计蒸汽流量为锅炉1在额定工况的主蒸汽流量；对于高压缸2的进汽口I至高压缸2的进汽口II之间的汽轮机级组，进口设计压力为锅炉1在额定工况的主蒸汽压力，设计温度为锅炉1在额定工况的主蒸汽温度，设计蒸汽流量为锅炉1在额定工况的主蒸汽流量的50～70％，汽轮机级组的数量为2～4级；对于高压缸2的进汽口II至高压缸2的进汽口III之间的汽轮机级组，进口设计压力为锅炉1在额定工况的主蒸汽压力，设计温度为锅炉1在额定工况的主蒸汽温度，设计蒸汽流量为锅炉1在额定工况的主蒸汽流量的40～60％，汽轮机级组的数量为2～4级。
所述的一种深度调峰汽轮机系统的运行方法，在机组负荷高于90％时，利用汽轮机进汽调节阀I11控制机组的负荷，由于汽轮机的转子在转动过程中会产生热量，因此高压缸2的进汽口I和进汽口III之间的汽轮机级组必须通入蒸汽来降低级组的温度，所以应开启汽轮机进汽调节阀III13，并通过调节汽轮机进汽调节阀III13来控制高压缸2的级组温度不超过温度高限值；在汽轮机负荷为70％～90％时，为了能在降低负荷的同时保持主蒸汽压力，应开启汽轮机进汽调节阀II12，使大部分蒸汽从高压缸2的进汽口II进入高压缸，通过调节汽轮机进汽调节阀II12控制机组的负荷，在这个过程中，通过调节汽轮机进汽调节阀III13，控制高压缸2的进汽口II和进汽口III之间的汽轮机级组的温度，通过调节汽轮机进汽调节阀I11，控制高压缸2的出口蒸汽温度，由于汽轮机进汽调节阀I11后的蒸汽由于节流作用而压力降低，此时可以开启汽轮机抽汽阀I14和汽轮机抽汽阀II15，使蒸汽在蒸汽混合器16中充分混合，根据混合后的蒸汽压力，开启低压加热器旁路进汽阀18，利用蒸汽混合器16的蒸汽替代部分低压加热器组6的抽汽，使更多的蒸汽在中低压缸3做功，进而提高机组的效率；在汽轮机负荷为50％～70％时，为了进一步降低进入高压缸2的蒸汽流量，同时尽可能维持进入高压缸2的蒸汽压力，应开启汽轮机进汽调节阀III13，使大部分蒸汽通过高压缸2的进气口III进入高压缸2，并通过调节汽轮机进汽调节阀III13，控制机组负荷，在这个过程中，通过调节汽轮机进汽调节阀II12，控制高压缸2的出口蒸汽温度，此时随着进入汽轮机抽汽阀II15的蒸汽流量增加，蒸汽的压力也随之增加，因此应关闭低压加热器旁路进汽阀18，并开启高压加热器旁路进汽阀17，利用蒸汽混合器16的蒸汽替代部分高压加热器组8的抽汽，以提高机组的效率；在机组负荷低于50％时，此时进入高压缸2的蒸汽流量明显减少，蒸汽几乎全部从高压缸2的进汽口III进入高压缸2，高压缸2的抽汽压力也明显降低，导致高压加热器组8的出口给水温度降低，这会降低锅炉1的效率，因此应开启零号高压加热器进汽调节阀19、零号高压加热器进口阀21和零号高压加热器22，关闭零号高压加热器旁路阀20和高压加热器旁路进汽阀17，使蒸汽混合器16的蒸汽进入零号高压加热器22，从而提高进入锅炉1的给水温度，提高了锅炉1的效率。
通过使用本发明系统和方法，利用高压缸前添加的多个汽轮机级组以及多级高压缸进汽调节阀，实现了高压缸通流面积可以随负荷变化的效果，减少了机组在低负荷时，由于高压缸进汽压力的降低以及高压缸进汽调节阀的节流损失导致的机组热耗率增加的问题，提升了机组的调峰性能。

Claims (4)

1.一种深度调峰汽轮机系统，其特征在于，包括锅炉(1)、高压缸(2)、中低压缸(3)、发电机(4)、凝汽器(5)、低压加热器组(6)、给水泵(7)、高压加热器组(8)、低压加热器进汽阀(9)、高压加热器进汽阀(10)、汽轮机进汽调节阀I(11)、汽轮机进汽调节阀II(12)、汽轮机进汽调节阀III(13)、汽轮机抽汽阀I(14)、汽轮机抽汽阀II(15)、蒸汽混合器(16)、高压加热器旁路进汽阀(17)、低压加热器旁路进汽阀(18)、零号高压加热器进汽调节阀(19)、零号高压加热器旁路阀(20)、零号高压加热器进口阀(21)和零号高压加热器(22)；
锅炉(1)的主蒸汽出口分别通过汽轮机进汽调节阀I(11)、汽轮机进汽调节阀II(12)和汽轮机进汽调节阀III(13)，与高压缸(2)的进汽口I、进汽口II和进汽口III连接，高压缸(2)的蒸汽出口与锅炉(1)的再热蒸汽进口相连接，锅炉(1)的再热蒸汽出口与中低压缸(3)的蒸汽进口相连接，中低压缸(3)的蒸汽出口与凝汽器(5)的进口相连接，高压缸(2)和中低压缸(3)的轴与发电机(4)相连接，凝汽器(5)的出口与低压加热器组(6)的给水进口相连接，低压加热器组(6)的给水出口通过给水泵(7)与高压加热器组(8)的给水进口相连接，高压加热器组(8)的给水出口通过零号高压加热器进口阀(21)与零号高压加热器(22)的给水进口相连接，低压加热器组(6)的蒸汽进口通过低压加热器进汽阀(9)与中低压缸(3)的抽汽出口相连接，高压加热器组(8)的蒸汽进口通过高压加热器进汽阀(10)与高压缸(2)的抽汽出口相连接；
汽轮机进汽调节阀I(11)和汽轮机进汽调节阀II(12)的出口分别通过汽轮机抽汽阀II(15)和汽轮机抽汽阀I(14)汇合于蒸汽混合器(16)，蒸汽混合器(16)的出口分别通过高压加热器旁路进汽阀(17)、低压加热器旁路进汽阀(18)和零号高压加热器进汽调节阀(19)，与高压加热器组(8)的蒸汽进口、低压加热器组(6)的蒸汽进口以及零号高压加热器(22)的蒸汽进口相连接，零号高压加热器(22)的给水进口与零号高压加热器进口阀(21)相连接，并与零号高压加热器旁路阀(20)并联，零号高压加热器(22)的蒸汽出口与锅炉(1)的主蒸汽进口相连接。
2.根据权利要求1所述的一种深度调峰汽轮机系统，其特征在于，对于高压缸(2)的进汽口I至高压缸(2)的蒸汽出口之间的汽轮机级组，进口设计压力为锅炉(1)在额定工况的主蒸汽压力，设计温度为锅炉(1)在额定工况的主蒸汽温度，设计蒸汽流量为锅炉(1)在额定工况的主蒸汽流量；对于高压缸(2)的进汽口I至高压缸(2)的进汽口II之间的汽轮机级组，进口设计压力为锅炉(1)在额定工况的主蒸汽压力，设计温度为锅炉(1)在额定工况的主蒸汽温度，设计蒸汽流量为锅炉(1)在额定工况的主蒸汽流量的50～70％，汽轮机级组的数量为2～4级；对于高压缸(2)的进汽口II至高压缸(2)的进汽口III之间的汽轮机级组，进口设计压力为锅炉(1)在额定工况的主蒸汽压力，设计温度为锅炉(1)在额定工况的主蒸汽温度，设计蒸汽流量为锅炉(1)在额定工况的主蒸汽流量的40～60％，汽轮机级组的数量为2～4级。
3.权利要求1或2所述的一种深度调峰汽轮机系统的运行方法，其特征在于，在机组负荷高于90％时，开启汽轮机进汽调节阀I(11)和汽轮机进汽调节阀III(13)，通过调节汽轮机进汽调节阀III(13)，控制高压缸(2)的进汽口I和进汽口III之间的汽轮机级组的温度，通过调节汽轮机进汽调节阀I(11)，控制机组负荷；在机组负荷为70％～90％时，开启汽轮机进汽调节阀II(12)，通过调节汽轮机进汽调节阀III(13)，控制高压缸(2)的进汽口II和进汽口III之间的汽轮机级组的温度，通过调节汽轮机进汽调节阀I(11)，控制高压缸(2)的出口蒸汽温度，通过调节汽轮机进汽调节阀II(12)，控制机组负荷；在机组负荷为50％～70％时，通过调节汽轮机进汽调节阀II(12)，控制高压缸(2)的出口蒸汽温度，通过调节汽轮机进汽调节阀III(13)控制机组负荷；在机组负荷低于50％时，仅通过调节汽轮机进汽调节阀III(13)控制机组负荷。
4.根据权利要求3所述的一种深度调峰汽轮机系统的运行方法，其特征在于，如果机组负荷为70～90％时，开启汽轮机抽汽阀I(14)和汽轮机抽汽阀II(15)，使蒸汽进入蒸汽混合器(16)，同时开启低压加热器旁路进汽阀(18)，关闭高压加热器旁路进汽阀(17)和零号高压加热器进汽调节阀(19)，通过调整低压加热器旁路进汽阀(18)，控制进入低压加热器组(6)的蒸汽流量；如果机组负荷为50～70％时，开启高压加热器旁路进汽阀(17)，关闭低压加热器旁路进汽阀(18)和零号高压加热器进汽调节阀(19)，通过调整高压加热器旁路进汽阀(17)，控制进入高压加热器组(8)的蒸汽流量；如果机组负荷低于50％时，开启零号高压加热器进汽调节阀(19)和零号高压加热器进口阀(21)，关闭零号高压加热器旁路阀(20)、高压加热器旁路进汽阀(17)和低压加热器旁路进汽阀(18)，并通过调整零号高压加热器进汽调节阀(19)，控制零号高压加热器(22)的出口给水温度。
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