CN115478909A - 一种空气透平机低温启动控制方法 - Google Patents

一种空气透平机低温启动控制方法 Download PDF

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董祥龙
梅生伟
程锦闵
庞里波
刘磊
邓建军
王斌
谢伟华
章恂
杨清格勒
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China Salt Huaneng Energy Storage Technology Co ltd
China Salt Jintan Co Ltd
Huaneng Nanjing Jinling Power Generation Co Ltd
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China Salt Huaneng Energy Storage Technology Co ltd
China Salt Jintan Co Ltd
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    • F01D19/02—Starting of machines or engines; Regulating, controlling, or safety means in connection therewith dependent on temperature of component parts, e.g. of turbine-casing
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Abstract

本发明提供一种空气透平机低温启动控制方法，该控制方法包括以下步骤：排空储气库至空气透平机管道内的冷凝水；对空气透平机前压缩空气及管道进行预热；冲转空气透平机进行低速暖机；将空气透平机转速逐渐升高，并逐渐增大进气量，待各项参数无异常后，并入电网带负荷。本发明根据空气透平机启动的不同阶段，调整空气透平机进气参数，尤其是进气温度，逐步对空气透平机进气采取启动排水、升温升压、调整各气门开度等技术手段，安全、快速地启动空气透平机；填补国内空气透平机启动方法领域的空白，解决了同类型机组低参数启动是否可行，如何控制透平机各部位尤其是高、低压缸排气温度等困扰生产调试人员的问题；可为同类型机组提供优化方案。

Description

一种空气透平机低温启动控制方法
技术领域
本发明属于压缩空气储能发电领域，具体涉及一种空气透平机低温启动控制方法。
背景技术
电力储能技术可以有效解决上述问题，在电网削峰填谷、平抑可再生清洁能源波动、提供紧急功率支撑等方面发挥积极作用。电力储能技术主要包括电化学储能和物理储能等类型，其中压缩空气储能发电是大规模清洁物理储能领域的一个重要方向，目前在国内正快速发展，国内已有多座非补燃式压缩空气储能电站正在建设中。
非补燃式压缩空气储能发电属于国内首创的发电技术。在用电低谷时，消纳电网清洁可再生能源如风能、太阳能所发出的富余电能，驱动压缩机压缩空气至储气库。在用电高峰时，引出储气库中高压空气推动空气透平机高速旋转产生机械能，带动发电机为电网输送电能。
常规火力发电厂汽轮机启动时，为了防止蒸汽在预热管道、阀门、汽缸、转子等热力设备的过程中，温度降低凝结成液滴被蒸汽携带，对汽轮机叶片造成水蚀，甚至发生水冲击严重损坏设备，因此在冲转前必须通过高低压旁路，将工质（水）在整个热力系统内加热循环，将其加热至符合冲转条件的高温高压蒸汽，一方面有足够的焓值冲转汽轮机，另一方面有足够的过热度保证在放热后不大量凝结为液体。
空气透平机的热力系统不具备将压缩空气升温至给定冲转参数后再进入透平机的条件，空气透平机启动时，将压缩空气从储气库内引出，依次经过气水换热器（热媒水加热）、油气换热器（高温导热油加热），热媒水和导热油的热量为储存的压缩热，升温后约70～80℃（给定温度160℃）即进入空气透平机做功，系统没有设计旁路系统，无法将压缩空气温度提高至给定温度水平再进入透平机，只能以较低的温度对透平机冲转，经过升速、并网、升负荷，直至带额定负荷后，压缩空气温度才能够升至额定温度（280～300℃），整个过程耗时需60min。
因此，针对以上问题研制出一种利用低温空气快速且稳定地对非补燃式空气透平机进行启动的方法是本领域技术人员所急需解决的难题。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种空气透平机低温启动控制方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种空气透平机低温启动控制方法，该控制方法包括以下步骤：
（1）排空储气库至空气透平机管道内的冷凝水；
（2）对空气透平机前压缩空气及管道进行预热；
（3）冲转空气透平机进行低速暖机；
（4）将空气透平机转速逐渐升高，并逐渐增大进气量，到达同期转速，各项参数无异常后，并入电网带负荷。
进一步地，步骤（1）的具体方法如下：
将常温压缩空气由储气库内引出，并将至空气透平机进气管道电动隔离阀全开，再将调压阀微开，调整空气透平机高压主气阀前压力维持在0.3～0.4MPa，开启两处换热器压缩空气侧的多道对空排水门，对储气库来气进行排水，放尽储气库至空气透平机管道内的冷凝水。
进一步地，步骤（2）的具体方法如下：
将空气透平机进气管道压力提高至3.0～4.0MPa，投入气水换热器、油气换热器进行加热，开启透平机高压主气阀前疏水电动阀，对透平机前压缩空气及管道进行预热，当疏水电动阀处排气温度上升至70～80℃时，关闭疏水电动阀完成预热。
进一步地，步骤（3）的具体方法如下：
将空气透平机进气温度调节至60～70℃，压力调节至3.5～4.0MPa，空气透平机开始进气冲转；
随着空气透平机进气量的增加，逐渐增大加热介质流量，以1～3℃/min的升温速度升高压缩空气温度，当空气透平机的转速达到500rpm时，暖机30min，空气透平机进气温度约上升至80～90℃；
将空气透平机冲转，待低压缸进气后，投入气水换热器、油气换热器对低压缸进气进行加热，进行低速暖机。
进一步地，步骤（4）的具体方法如下：
检查空气透平机各项参数，根据参数调整空气透平机的低压进气温度以及低压排气温度；将空气透平机逐渐升速，通过临界转速区后，待达到并网转速3000rpm后，检查空气透平机各项参数无异常，将发电机并入电网带负荷。
进一步地，步骤（1）中待无白色水汽排出后，关闭对空排水门。
进一步地，步骤（3）中通过操作DEH控制系统，以高压缸调节启动模式冲转空气透平机，并通过低压进气调阀阀位限制，将低压进气调阀阀位限制在25%～30%。
进一步地，在完成低速暖机后，检查检查空气透平机TSI系统各项参数，包括透平机转子静子胀差以及透平机两侧的气缸膨胀量；若透平机两侧的气缸膨胀量大于0.5㎜，则将暖机时间延长；并采用压低低压缸进气温度的方法，使其在空气透平机低流量时，保持低压进气温度不超过100℃，低压排气温度不超过200℃；通过低压调阀、低压进气温度的控制，保证高压排气温度以及低压排气温度符合要求；接着继续对空气透平机升速，在转速过临界过程中，增大升速率，以便快速通过临界转速区；随着高压进气温度逐步升高，放开低压调阀的开度限制，鼓风摩擦产生热量减少，使低压缸排气温度缓慢下降，低压进气温度逐步提升，达到并网转速3000rpm后，且检查透平机各参数无异常时，将发电机并入电网带负荷。
本发明的有益效果为：
1、根据空气透平机启动的不同阶段，调整空气透平机进气参数，尤其是进气温度，逐步对空气透平机进气采取启动排水、升温升压、调整各气门开度等技术手段，安全、快速地启动空气透平机；
2、填补国内空气透平机启动方法领域的空白，解决了同类型机组低参数启动是否可行，如何控制透平机各部位尤其是高、低压缸排气温度等困扰生产调试人员的问题；
3、可为同类型机组提供优化方案。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本实施例为一种空气透平机低温启动控制方法，该控制方法包括以下步骤：
（1）排空储气库至空气透平机管道内的冷凝水；
将20℃、压力为10～14MPa的常温压缩空气由储气库内引出，并将至空气透平机进气管道电动隔离阀全开，再将调压阀微开，调整至空气透平机高压主气阀前压力维持在0.3～0.4MPa，开启两处换热器压缩空气侧的多道对空排水门，对储气库来气进行排水，放尽储气库至空气透平机管道内的冷凝水；
待无白色水汽排出后，关闭对空排水门。
（2）对透平机前压缩空气及管道进行预热；
将空气透平机进气管道压力提高至3.0～4.0MPa，投入气水换热器、油气换热器进行加热，开启透平机高压主气阀前疏水电动阀，对透平机前压缩空气及管道进行预热，当疏水电动阀处排气温度上升至70～80℃时，关闭疏水电动阀完成预热。
（3）冲转空气透平机进行低速暖机；
通过操作DEH控制系统，以高压缸调节启动模式冲转空气透平机，将空气透平机进气温度调节至60～70℃，压力调节至3.5～4.0MPa，开始进气；并通过低压进气调阀阀位限制，将低压进气调阀阀位限制在25%～30%；
随着空气透平机进气量的增加，逐渐增大加热介质流量，以1～3℃/min的升温速度升高压缩空气温度，当空气透平机的转速达到500rpm时，暖机30min，并使空气透平机进气温度约上升至80～90℃；
将空气透平机冲转，待低压缸进气后，投入气水换热器、油气换热器对低压缸进气进行加热，进行低速暖机。
（4）将空气透平机转速逐渐升高，并逐渐增大进气量，待各项参数无异常后，并入电网带负荷；
在完成低速暖机后，检查检查空气透平机TSI系统各项参数，包括透平机转子静子胀差以及透平机两侧的气缸膨胀量；若透平机两侧的气缸膨胀量大于0.5㎜，则将暖机时间延长；并采用压低低压缸进气温度的方法，使其在空气透平机低流量时，保持低压进气温度不超过100℃，低压排气温度不超过200℃；
通过低压调阀、低压进气温度的控制，保证高压排气温度以及低压排气温度符合要求；接着继续对空气透平机升速，在转速过临界过程中，增大升速率，以便快速通过临界转速区；随着高压进气温度逐步升高，放开低压调阀的开度限制，使低压缸排气温度缓慢下降，低压进气温度逐步提升，达到并网转速3000rpm后，且检查透平机各参数无异常时，将发电机并入电网带负荷。
需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种空气透平机低温启动控制方法，其特征在于：该控制方法包括以下步骤：
（1）排空储气库至空气透平机管道内的冷凝水；
（2）对空气透平机前压缩空气及管道进行预热；
（3）冲转空气透平机进行低速暖机；
（4）将空气透平机转速逐渐升高，并逐渐增大进气量，到达同期转速，各项参数无异常后，并入电网带负荷。
2.根据权利要求1所述的一种空气透平机低温启动控制方法，其特征在于：所述步骤（1）的具体方法如下：
将常温压缩空气由储气库内引出，并将至空气透平机进气管道电动隔离阀全开，再将调压阀微开，调整空气透平机高压主气阀前压力维持在0.3～0.4MPa，开启两处换热器压缩空气侧的多道对空排水门，对储气库来气进行排水，放尽储气库至空气透平机管道内的冷凝水。
3.根据权利要求1所述的一种空气透平机低温启动控制方法，其特征在于：所述步骤（2）的具体方法如下：
将空气透平机进气管道压力提高至3.0～4.0MPa，投入气水换热器、油气换热器进行加热，开启透平机高压主气阀前疏水电动阀，对透平机前压缩空气及管道进行预热，当疏水电动阀处排气温度上升至70～80℃时，关闭疏水电动阀完成预热。
4.根据权利要求1所述的一种空气透平机低温启动控制方法，其特征在于：所述步骤（3）的具体方法如下：
将空气透平机进气温度调节至60～70℃，压力调节至3.5～4.0MPa，空气透平机开始进气冲转；
随着空气透平机进气量的增加，逐渐增大加热介质流量，以1～3℃/min的升温速度升高压缩空气温度，当空气透平机的转速达到500rpm时，暖机30min，空气透平机进气温度约上升至80～90℃；
将空气透平机冲转，待低压缸进气后，投入气水换热器、油气换热器对低压缸进气进行加热，进行低速暖机。
5.根据权利要求1所述的一种空气透平机低温启动控制方法，其特征在于：所述步骤（4）的具体方法如下：
检查空气透平机各项参数，根据参数调整空气透平机的低压进气温度以及低压排气温度；将空气透平机逐渐升速，通过临界转速区后，待达到并网转速3000rpm后，检查空气透平机各项参数无异常，将发电机并入电网带负荷。
6.根据权利要求2所述的一种空气透平机低温启动控制方法，其特征在于：待无白色水汽排出后，关闭对空排水门。
7.根据权利要求4所述的一种空气透平机低温启动控制方法，其特征在于：所述步骤（3）中通过操作DEH控制系统，以高压缸调节启动模式冲转空气透平机，并通过低压进气调阀阀位限制，将低压进气调阀阀位限制在25%～30%。
8.根据权利要求5所述的一种空气透平机低温启动控制方法，其特征在于：在完成低速暖机后，检查检查空气透平机TSI系统各项参数，包括透平机转子静子胀差以及透平机两侧的气缸膨胀量；若透平机两侧的气缸膨胀量大于0.5㎜，则将暖机时间延长；并采用压低低压缸进气温度的方法，使其在空气透平机低流量时，保持低压进气温度不超过100℃，低压排气温度不超过200℃； 通过低压调阀、低压进气温度的控制，保证高压排气温度以及低压排气温度符合要求；接着继续对空气透平机升速，在转速过临界过程中，增大升速率，以便快速通过临界转速区； 随着高压进气温度逐步升高，放开低压调阀的开度限制，使低压缸排气温度缓慢下降，低压进气温度逐步提升，达到并网转速3000rpm后，且检查透平机各参数无异常时，将发电机并入电网带负荷。
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