CN117413116A - 一种基于串联辅助调节的汽轮机组、热力系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于串联辅助调节的汽轮机组、热力系统及运行方法，在常规压力级组(41)之前串联有多个可采用全周进汽的调节压力级组(6)，每个调节压力级组(6)都有对应的调节进汽通道(10)来输送蒸汽，根据不同负荷区间，投运不同调节压力级组(6)，且当投运位于上游的调节压力级组(6)时，下游的调节压力级组(6)由于串联关系也一并投入运行，实现汽轮机组的结构适应性重建，提高机组低负荷效率，降低振动幅度，且只需利用机组在轴向上的长度空间，即可实现不同压力级结构的搭建；在中低负荷下，锅炉烟道温度较低，存在不满足脱硝需求的风险，通过在调节压力级组末端引出一抽气管道与可调加热器连接，提高锅炉进口端的水温，根据实际需要调整脱硝处的烟温，以达到脱硝需求。

Description

一种基于串联辅助调节的汽轮机组、热力系统及运行方法 技术领域

本发明属于热力转换技术领域，尤其涉及一种基于串联辅助调节的汽轮机组、热力系统及运行方法。

背景技术

蒸汽轮机广泛应用于火力发电、核电、生物质发电等民用电力和民用大型运载船只领域，以及航空母舰、大型舰船、核潜艇等军事运载领域，是最主要的大型动力设备之一。蒸汽轮机低负荷运行不仅导致机组能耗大幅攀升，在常规顺序阀配汽方式下还可能因周向进汽不均匀导致机组振动严重，影响机组安全运行，更影响军事舰船的防雷达性能。

“双碳”战略推动构建以新能源为主体的新型电力系统，随着大规模具有随机波动性的光伏、风电等新能源电力并网，迫使以火电为主体的基础电力全面参与深度调峰。火电机组设计主要考虑额定负荷工况下的运行效率，在深度调峰过程中的中低负荷工况下的机组发电能效急剧恶化，相比于额定负荷工况，常规火电机组30％额定负荷工况煤耗增加30-40g/kW·h，这使得为新能源让路而产生的全社会综合节能减排效益大打折扣。

基于现有汽轮机和热力系统的技术与结构特性，其在低负荷工况下，主蒸汽压力无论采用滑压运行、定压运行，抑或是“定-滑-定”运行方式，中低负荷下调节级以后的各级压力都大幅下降。而在中低负荷工况下，锅炉可以提供的额定主蒸汽压力与调节级后压力之间形成的很大的理想焓降，现有技术无法有效利用，直接导致热力系统在中低负荷工况下循环效率大幅下降，系统能耗大 幅升高。

系统解决汽轮机组深度调峰过程中低负荷工况下的运行效率下降问题，是关乎民用企业节能降耗、全局节能减排，乃至国家“双碳”目标按期高质量完成的关键问题，也是关乎运载设备单次航程及其综合服役能力的根本问题。低负荷工况的振动问题更是关乎设备安全运行和军事安全航行的核心问题。因此，亟需一种能够在中低负荷工况下仍能保持较高循环效率、振动性能可控的汽轮机组和热力系统，来解决目前的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种全负荷高效汽轮机组、热力系统及运行方法，主要用于解决现有技术中燃煤火电机组在参与深度调峰过程中，中低负荷下运行效率低、调节能力差、振动大等问题。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种基于串联辅助调节的汽轮机组，包括做功缸体，所述做功缸体为高压缸、中压缸和低压缸中的任一个，所述做功缸体内设有常规进汽通道和常规压力级组，所述做功缸体内还设有至少一个调节压力级组，所述调节压力级组依次同轴串联于所述常规压力级组之前，每个所述调节压力级组内设有至少一个压力级，所述压力级由位于前端的静叶栅和位于后端的动叶栅组成，每个所述调节压力级组对应有独立的调节进汽通道，所述调节进汽通道前端连接有用于控制蒸汽流量通断的至少一个调节阀门。

进一步地，所述常规压力级组或至少一个所述调节压力级组采用全周进汽方式，且其前端不设置调节级。

进一步地，距离所述常规压力级组最远的所述调节压力级组中的最前端的压力级中的静叶栅嵌入在所述做功缸体的内缸上。

进一步地，距离所述常规压力级组最远的所述调节压力级组设有调节级，所述调节级内设有至少两个喷嘴组。

进一步地，每个所述调节压力级组的出口设有对应的逆止门组件，所述逆止门组件用于当对应的所述调节压力级组及其之前的调节压力级组投运时开启，当对应的所述调节压力级组不投运，且其之后的调节压力级组或常规压力级组投运时关闭。

进一步地，每个所述调节压力级组的出口设有环形通道，所述逆止门组件设于所述环形通道处。

进一步地，所述逆止门组件包括多个沿圆周方向依次设置的逆止门单元，所述逆止门单元包括转动轴和开合构件，所述开合构件可沿所述转动轴作转动，关闭状态下的所述开合构件沿轴向投影是由内缘线、第一边线、第二边线和外缘线组成的不规则面，所述不规则面互不重叠，在关闭状态下，多个所述开合构件的内缘线首尾相连组成的圆形与所述环形通道的内圆重合，多个所述开合构件的外缘线首尾相连组成一封闭图形。

进一步地，所述外缘线为直线，所述封闭图形为多边形，所述多边形的边数≥3，所述转动轴的中轴线与所述多边形的边线沿轴向投影重合。

进一步地，所述多边形的内切圆的覆盖面积大于等于所述环形通道的外圆。

进一步地，所述外缘线为弧线，所述封闭图形为圆形，所述圆形的覆盖面积大于等于所述环形通道的外圆。

进一步地，所述开合构件根据所处区域的前后压差沿所述转动轴作向外翻转或向内翻转。

进一步地，所述开合构件从关闭状态向上翻转至打开状态的旋转角度不大于135°。

进一步地，所述逆止门单元还包括两个定位构件，两个所述定位构件分别用于固定或缓冲在关闭状态和打开状态下的所述开合构件。

第二方面，本发明还提供一种基于串联辅助调节的热力系统，包括锅炉和如上述的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，所述做功缸体为高压缸，所述锅炉通过管路系统与所述调节进汽通道一一连接，所述管路系统上设有用于控制所述锅炉主蒸汽流量通断的主汽阀门，所述主汽阀门与每一个所述调节进汽通道之间设有至少一个调节阀门。

进一步地，所述管路系统包括一根主汽管道和至少一级支汽管网，所述主汽阀门设于所述主汽管道上，所述支汽管网由若干根支气管道组成，所述支气管道上均设有一个调节阀门。

进一步地，还包括回热系统，所述回热系统包括至少一个可调加热器，至少有一个所述调节压力级组的蒸汽出口通过抽气管道与所述可调加热器连接，所述抽气管道上设有调气阀组件，所述可调加热器与锅炉连接。

第三方面，本发明还提供一种基于串联辅助调节的热力系统的运行方法，包括以下步骤：

根据各个调节压力级组与常规压力级组第一压力级的距离，由近至远依次定义为第一调节压力级组、第二调节压力级组……第n调节压力级组，与所述调节压力级组对应的调节进汽通道依次定义为第一调节进汽通道、第二调节进汽通道……第n调节进汽通道，所述常规进汽通道确定为第零进汽通道；

将所述热力系统的运行负荷划分为n+1个负荷区间，将各个负荷区间分别 与一个所述调节进汽通道对应；

根据热力系统当前运行的负荷率或者根据设定的目标负荷率，确定热力系统需要进入的目标负荷区间，切换至与目标负荷区间相对应的调节进汽通道。

进一步地，在所述热力系统升负荷时，根据升负荷速率或目标负荷率需求，确定所需切换到的最终调节进汽通道；

直接开启最终调节进汽通道，或者；

若所述最终调节进汽通道与当前调节进汽通道之间存在其它中间调节进汽通道，则从当前调节进汽通道开始依次开启或者同时开启中间调节进汽通道，直至开启最终调节进汽通道；

判断当前负荷是否达到设定值，若达到，则逐步关闭除最终调节进汽通道以外的其它调节进汽通道。

进一步地，在所述热力系统降负荷时，根据降负荷速率需求，确定所需切换到的最终调节进汽通道；

逐渐关小当前调节进汽通道对应的调节阀门；

判断当前负荷是否达到设定值，若达到，则逐步打开最终调节进汽通道对应的调节阀门，并逐步关闭当前调节进汽通道对应的调节阀门。

进一步地，当所述热力系统的负荷率低于X％额定负荷时，打开所述调气阀组件，将对应的所述调节压力级组中的蒸汽输入至所述可调加热器中。

进一步地，检测锅炉烟道温度，若所述锅炉烟道温度低于设定温度值，则打开所述调气阀组件，通过控制所述调气阀组件的开度，调节所述锅炉烟道温度至高于所述设定温度值。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

在常规压力级组之前串联有多个调节压力级组，每个调节压力级组都有对应的调节进汽通道来输送蒸汽，根据不同的负荷区间，投运不同的调节压力级组，且当投运位于上游的调节压力级组时，下游的调节压力级组由于串联的关系也会一并投入运行，实现汽轮机组的结构适应性重建，提高机组低负荷效率，且只需利用机组在轴向上的长度空间，即可实现不同压力级结构的搭建；

由于调节压力级组可全面采用全周进汽方式，可消除低负荷工况因部分进汽产生的周向进汽不均，从而引起机组振动偏大的问题；

利用管路系统中设置的主汽阀门和调节阀门控制各个调节进汽通道的通断，还可通过设置多级支汽管网，实现在不同调节进汽通道之间切换时能够顺滑过渡，避免蒸汽流通量产生突变，消除低负荷工况的潜在振动与安全危险；

在中低负荷下，锅炉烟道温度较低，存在不满足脱硝需求的风险，通过在调节压力级组末端引出一抽气管道与可调加热器连接，提高锅炉进口端的水温，根据实际需要调整脱硝处的烟温，以达到脱硝需求。

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。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明提供的一种基于串联辅助调节的汽轮机组的半剖面示意图。

图2是本发明提供一种实施方式下逆止门组件在关闭状态下的结构示意图。

图3是本发明提供一种实施方式下逆止门组件在打开状态下的结构示意图。

图4是本发明提供另一种实施方式下逆止门组件在关闭状态下的结构示意图。

图5是本发明提供另一种实施方式下逆止门组件在打开状态下的结构示意图。

图6是本发明提供的一种基于串联辅助调节的热力系统的结构示意图。

图7是在一种实施方式下管路系统的示意图。

图8是在另一种实施方式下管路系统的示意图。

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，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

第一方面，参照图1，在本实施例中公开了一种基于串联辅助调节的汽轮机组，包括做功缸体2，做功缸体2为高压缸4、中压缸和低压缸中的任一个，做功缸体2内设有常规进汽通道42和常规压力级组41，但是由于机组的运行负荷会时常发生变化，而常规压力级组41是根据额定负荷工况设计的，无法适应中低负荷工况，鉴于此，本实施例在做功缸体2内还设有至少一个调节压力级组6，调节压力级组6依次同轴串联于常规压力级组41之前，每个调节压力级组6内设有至少一个压力级7，压力级7由位于前端的静叶栅8和位于后端的动叶栅9组成，静叶栅8由多根沿周向排列的静叶组成，动叶栅9由多根沿周向排列的动叶组成，通过一前一后的两个静叶栅8和动叶栅9组成一个压力级7，压力级7响应于从锅炉1中产生的主蒸汽而做功，每个调节压力级组6对应有独立的调节进汽通道10，调节进汽通道10前端连接有用于控制蒸汽流量通断的至少一个调节阀门11，沿着轴向方向，两个调节压力级组6的压力级7之间通过调节进汽通道10相隔开，最后一级调节压力级组和常规压力级组41的压力级之间则通过常规进汽通道42相隔开。

需要说明的是，汽轮机组中的做功缸体2可以为高压缸4、中压缸和低压缸，而高压缸4、中压缸和低压缸中均可设置串联连接的至少一个调节压力级组6，因此应当认为，不管哪一个或者多个做功缸体2中设置了调节压力级组6，均在本实施例要求保护的范围内，在此不再一一描述。

每个调节进汽通道10都有对应的控制其蒸汽流量通断的调节阀门11，需要注意的是，可以是一个调节阀门11控制一个调节进汽通道10，也可以是一个调节阀门11控制两个及以上的调节进汽通道10，也可以由多个调节阀门11控制一个调节进汽通道10，也可以是以上各种方式的综合应用。

当正常运行在高负荷下时，常规进汽通道42开启并输送主蒸汽，常规压力 级组41投运；当机组运行在中低负荷下时，根据具体的负荷区间，可切换至不同的调节压力级组6，每个调节压力级组6沿着常规压力级组41的同轴方向依次串联，每个调节压力级组6中都设有用于做功的压力级7，即各个压力级7沿着同轴方向串联，各个压力级7均处于备用状态，因此当上游的调节压力级组6投运时，下游的调节压力级组6中的压力级7也会一并投入运行，通过启用不同的调节进汽通道10，实现机组负荷越低，调节越多的压力级7投入运行，且能共用下游的压力级7，只需利用级组在轴向上的长度空间，即可实现不同压力级7结构的搭建，实现汽轮机组的结构适应性重建，提高机组低负荷效率。

可见，每个调节压力级组6都是常规压力级组41的备用压力级组，可实现根据实际负荷情况而动态重构在做功缸体2内实际投运的压力级组，当负荷越低，投入越多的压力级7，且在本实施例中各压力级7沿轴向设置，只需开启上游的调节进汽通道10即可利用下游的压力级7，压力级7利用率高，机组适应性强，效率高。

在一些实施例中，常规压力级组41或至少一个调节压力级组6采用全周进汽方式，且其前端不设置调节级，更进一步地，不设置采用部分进汽的调节级，通过以上进汽方式，再加上在低负荷时切换至能让更多压力级7投入运行的调节进汽通道10，可消除低负荷工况因部分进汽产生的周向进汽不均而引起机组振动偏大的问题，降低了低负荷工况下机组的振动幅度。

在一些实施例中，各个调节压力级组沿着轴向由近至远串联布置，在最低负荷工况下，开启距离常规压力级组41最远的调节压力级组63，为了提高在最低负荷下汽轮机组的运行稳定性，将最远的调节压力级组63中的最前端的压力级中的静叶栅嵌入在做功缸体2的内缸26上，由于内缸26是定子，静止不动，稳定性高，因此能加强最前端一级压力级63的静叶栅的连接强度。

在一些实施例中，距离常规压力级组41最远的调节压力级组6设有调节级，调节级内设有至少两个喷嘴组，即在最低负荷工况下时，需加入调节级，利用调节级的作用，提高当所有调节压力级组6中的压力级7都投运时的运行效率。

在本实施例中，每个调节压力级组6的出口设有对应的逆止门组件12，且每个调节压力级组6均有与之对应的一个逆止门组件12，调节压力级组6在前，逆止门组件12在后，逆止门组件12用于当对应的调节压力级组6及其之前的调节压力级组6投运时开启，当对应的调节压力级组6不投运，且其之后的调节压力级组6或常规压力级组41投运时关闭，以上的前后方向描述是对应于蒸汽流动方向而言，即逆止门组件12相当于通断阀门，其能确保在沿同一轴线串联的各个压力级7中只有实际需要的一部分压力级7有蒸汽通过，而无需投运的另一部分压力级7则不通过蒸汽，且防止这一部分压力级7空转，引起鼓风现象，降低系统效率。

更详细地，在常规压力级组41之前设置了三个调节压力级组6，从近至远分别为第一调节压力级组61、第二调节压力级组62和第三调节压力级组63，每一个调节压力级组6中均设有两个压力级7，共计六个压力级7；在每一个调节压力级组6之后紧接着就是其对应的逆止门组件12，调节压力级组6与逆止门组件12一一对应，举例说明，当第二调节压力级组62投运时，第二逆止门组件、第一逆止门组件都会开启，第一调节压力级组61、第二调节压力级组62中的共计四个压力级均投入运行，但是第三逆止门组件关闭，即第三调节压力级组63的两个压力级不投运，不转动。

更进一步地，每个调节压力级组6的出口设有环形通道104，当前调节压力级组的下一级调节压力级组的调节进汽通道10则通过此环形通道104进行进气分配，逆止门组件12设于环形通道104处，利用环形通道104的空间，逆止门 组件12既能向外封堵下一级的调节进汽通道10，又能向内封堵当前级的调节压力级组6出口；举例说明，在上一例子中，第三逆止门组件所处的位置即第二调节压力级组62的调节进汽通道10对应的环形通道104，当第三逆止门组件关闭时，第二调节压力级组62的调节进汽通道10中的蒸汽能顺利通过环形通道104，再依次进入到第二调节压力级组62中的两个压力级和第一调节压力级组61中的两个压力级。

参照图2至5，在本实施例中，逆止门组件12包括多个沿圆周方向依次设置的逆止门单元13，各个逆止门单元13首尾相连，逆止门单元13包括转动轴15和开合构件14，开合构件14可沿转动轴15作转动，转动轴15的位置固定不动，开合构件14存在两种状态，分别是打开状态和关闭状态，关闭状态下的开合构件14沿轴向投影是由内缘线21、第一边线22、第二边线23和外缘线24组成的不规则面，内缘线21与外缘线24分别位于内外两个方向，第一边线22和第二边线23分别连接内缘线21和外缘线24的左右两侧端点，在轴向投影上，各个开合构件14对应的不规则面互不重叠，在关闭状态下，多个开合构件14的内缘线21首尾相连组成的圆形与环形通道104的内圆17重合，多个开合构件14的外缘线24首尾相连组成一封闭图形，当多个逆止门单元13关闭时，多条内缘线21连成的圆形能抵接住对应环形通道104的内圆17，保证密封性，有效杜绝蒸汽向上游区域流动。

结合图2和图3，作为一种实施方式，外缘线24为直线，封闭图形为多边形，多边形的边数≥3，转动轴15的中轴线与多边形的边线沿轴向投影重合，开合构件14沿着转动轴15转动，相当于不规则面沿着多边形的边线转动。

优选地，多边形的内切圆的覆盖面积大于等于环形通道104的外圆16，即当逆止门组件12处于打开状态时，各个开合构件14沿转动轴15向外翻转打开 后，能完全将环形通道104的外圆16露出，蒸汽在环形通道104中流动不再受到逆止门组件12的影响，保证流动畅通。

结合图4和图5，作为另一种实施方式，外缘线24为弧线，封闭图形为圆形，各个开合构件14的外缘线24首尾相接，组成一个封闭的圆形，此时将外缘线24的两个端点通过直线相连，各个开合构件14对应的这条虚拟直线首尾连接也组成一个多边形，更近一步地，圆形的覆盖面积大于等于环形通道104的外圆16，另外地，当开合构件14向外翻转180°后，即外缘线24翻向里，内缘线21翻向外，外缘线24所连成的图形的覆盖区域也完全覆盖环形通道104的外圆16，保证即使在最极限状态，也不占据环形通道104的流通面积。

在本实施例中，开合构件14根据所处区域的前后压差沿转动轴15作向外翻转或向内翻转，即开合构件14与转动轴15之间无其他执行构件，开合构件14的打开和关闭完全依靠蒸汽气流的作用，当逆止门组件12前方的调节压力级组6投入运行时，依靠前方的蒸汽气流冲击打开各个开合构件14；当逆止门组件12前方的调节压力级组6不投运，且其后方紧接着的调节进气通道开启流通蒸汽时，依靠后方的蒸汽气流冲击关闭各个开合构件14，整个开合过程无需特定的执行构件来控制，根据蒸汽流动的变化而变化，开合过程稳定可靠，无需控制。

优选地，开合构件14从关闭状态向上翻转至打开状态的旋转角度不大于135°，更进一步地，逆止门单元13还包括两个定位构件，两个定位构件分别用于固定或缓冲在关闭状态和打开状态下的开合构件14。

需要说明的是，由于蒸汽气流速度很快，无论是开启还是关闭，开合构件14都有可能被突然冲击，而为了消除开合构件14的突然撞击或者振动，在开合构件14的关闭状态和打开状态两个位置状态点处，分别设置定位构件，一是能 将开合构件14固定住，二是能实现缓冲作用，避免气缸损伤。

参照图6，第二方面，本实施例中提供一种基于串联辅助调节的热力系统，包括锅炉1和上述实施例中的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，其中做功缸体2为高压缸4，锅炉1通过管路系统与调节进汽通道10一一连接，管路系统上设有用于控制锅炉1主蒸汽流量通断的主汽阀门5，主汽阀门5与每一个调节进汽通道10之间设有至少一个调节阀门11，主汽阀门5用于控制锅炉1出口的主蒸汽的通断，而调节阀门11则用于控制对应一个或者多个调节进汽通道10的通断，当然也可以采取能控制流通比例的调节阀门11，通过控制调节阀门11的开度改变蒸汽流通量。

需要注意的是，为了实现调节进汽通道10之间的运行切换，调节阀门11与调节进汽通道10的对应关系有很多种，这些对应关系都依靠管路系统来实现，更详细地，管路系统包括一根主汽管道和至少一级支汽管网，主汽阀门5设于主汽管道上，支汽管网由若干根支气管道组成，支气管道上均设有一个调节阀门11。

参照图7，作为一种实施方式，采用一分多的方式，一根主汽管道搭配一级支汽管网，有多少个调节进汽通道10就有多少根支气管道，直接一个调节阀门11控制一个调节进汽通道10，在调节进汽通道10和主汽阀门5之间只有一个调节阀门11；

参照图8，作为另一种实施方式，采用一分多再分多的方式，一根主汽管道搭配两级支汽管网，即主汽管道与第一级支汽管网直接连接，第一级支汽管网再与第二级支汽管网直接连接，在具有3个调节进汽通道10的实施例中，第一级支汽管网具有两根支气管道，第二级支汽管网具有三根支气管道，每一根第一级支汽管网中的支气管道同时与两根第二级支汽管网的支气管道相连接，如 此设置的好处在于，当需要跨调节进汽通道10切换调节时，其中间的调节进汽通道10能起到一个过渡作用，存在一种过渡阶段。

另外地，如做功缸体2为中压缸，在中压缸中设置至少一个调节压力级组6，则此调节压力级组6与锅炉1中回热后的管路相连接，同样地，回热后的管路与中压缸调节压力级组6之间的连接关系，可以参考上述锅炉1主蒸汽管路与高压缸4调节压力级组6之间的连接关系，如做功缸体2为低压缸也同理，在此不再一一赘述。

参照图6，在一些实施例中，还包括回热系统3，回热系统3包括一可调加热器19，调节压力级组6末端通过抽气管道与可调加热器19连接，通常是在最接近常规压力级组41的调节压力级组6的压力级7之后的环形通道104处连接抽气管道，抽气管道上设有调气阀组件18，调气阀组件18能调节抽气管道的通断及其流通量，可调加热器19与锅炉1连接，这一目的在于，当处于中低负荷下时，锅炉1烟道温度较低，存在不满足脱硝需求的风险，通过在调节压力级组6末端引出一抽气管道与可调加热器19连接，提高锅炉1进口端的水温，根据实际需要调整脱硝处的烟温，以达到脱硝需求。

第三方面，本实施例中提供一种基于串联辅助调节的热力系统的运行方法，包括以下步骤：

S1：根据各个调节压力级组6与常规压力级组41第一压力级7的距离，由近至远依次定义为第一调节压力级组61、第二调节压力级组62……第n调节压力级组6，与调节压力级组6对应的调节进汽通道10依次定义为第一调节进汽通道101、第二调节进汽通道102……第n调节进汽通道10，常规进汽通道42确定为第零进汽通道；

S2：将热力系统的运行负荷划分为n+1个负荷区间，将各个负荷区间分别 与一个调节进汽通道10对应；

在本实施例中，n＝3，即由近至远依次设置有3个调节进汽通道10，而在常规压力级组41之前紧接着的为常规进汽通道42，即第零进汽通道；一共划分4个负荷区间，分别为[100％，90％]、[90％，70％]、[70％，50％]和[50％，30％]，[100％，90％]负荷区间对应只开启第零进汽通道，只有常规压力级组41投运；[90％，70％]负荷区间对应只开启第一调节进汽通道101，第一调节压力级组61和常规压力级组41投运；[70％，50％]负荷区间对应只开启第二调节进汽通道102，第二调节压力级组62、第一调节压力级组61和常规压力级组41投运；[50％，30％]负荷区间对应只开启第三调节进汽通道103，第三调节压力级组63、第二调节压力级组62、第一调节压力级组61和常规压力级组41均投运。

S3：根据热力系统当前运行的负荷率，或者根据设定的目标负荷率，确定热力系统需要进入的目标负荷区间，切换至与目标负荷区间相对应的调节进汽通道10，如果负荷区间没发生变化，则保持当前进汽通道运行，如果负荷区间发生了变化，则从当前的调节进汽通道10切换至目标负荷区间相对应的调节进汽通道10。

可见，随着机组负荷的变化，所需投运的压力级7数量也会发生变化，而通过将热力系统状态自动重构这一方式，切换至不同的调节进汽通道10，使得重构后的压力级7数量更匹配当前的负荷率，为了达到这一目的，负荷区间与调节进汽通道10的组合方式有多种，最基本的是一个负荷区间对应一个调节进汽通道10，当然也可以是一个负荷区间对应两个及以上调节进汽通道10。而要切换调节进汽通道10的原因，可以是被动的，也可以是主动的，即可以当机组负荷发生变化时，调节进汽通道10随之切换；也可以是人为设定一个目标负荷率，在热力系统其他装置调节的同时，调节进汽通道10也在主动切换。

在一些实施例中，在热力系统升负荷时，根据升负荷速率或目标负荷率需求，确定所需切换到的最终调节进汽通道；需要说明的是，不管是主动还是被动地切换调节进汽通道10，只要满足切换调节进汽通道10的触发条件，就会产生一个升负荷速率或目标负荷率需求的参数，例如需要从第三调节进汽通道103切换至第一调节进汽通道101还是切换至第二调节进汽通道102，也即会形成一个最终调节进汽通道；

确定最终调节进汽通道后，可以直接开启最终调节进汽通道，这一做法是为了提高负荷调整速率，直接开启最终调节进汽通道后再通过其他因素来调稳，这种方式属于静态调整方式；

或者可以采取这种方式，即若最终调节进汽通道与当前调节进汽通道之间存在其它中间调节进汽通道10，则从当前调节进汽通道开始依次开启或者同时开启中间调节进汽通道10，直至开启最终调节进汽通道；意思是，如果需要从第三调节进汽通道103切换至第一调节进汽通道101，两者之间还存在一个第二调节进汽通道102，则在切换过程中，需要先开启第二调节进汽通道102，起到过渡作用，最后才开启第一调节进汽通道101；可看出，这种方式是一种动态调整方式，在升负荷过程中各个调节进汽通道10的开启状态会发生变化；

在切换调节进汽通道10的过程中，判断当前负荷是否达到设定值，若达到，且通过调节锅炉1稳住负荷时，则不再往下开启调节进汽通道10或常规进汽通道42，逐步关闭除最终调节进汽通道以外的其它调节进汽通道10，即先关闭第三调节进汽通道103，再关闭第二调节进汽通道102，需要注意的是，在逐步关闭除最终调节进汽通道以外的其它调节进汽通道10时，从远至近的顺序关闭，当然地，也可同时关闭，但是在关闭过程中需缓慢关闭。

另外地，如果出现在动态调整过程中，例如从第三调节进汽通道103切换 至第一调节进汽通道101过程中，开启第二调节进汽通道102时，负荷已经达到设定值，则停留在第二调节进汽通道102，不再开启第一调节进汽通道101，可见，在一些实施方式中，当前负荷是否达到设定值作为调整调节进汽通道10开启的第一判定优先级。

另外地，当处于过渡阶段，即开启第二调节进汽通道102时，可以先开一定比例的第二调节进汽通道102，关闭一定比例的第三调节进汽通道103，当第二调节进汽通道102开启到设定比例或者当第三调节进汽通道103关闭至一定比例，再开启第一调节进汽通道101，三个调节进汽通道10的开度之和可按一定函数关系或者一定数值来控制，最终达到全部开启第一调节进汽通道101，并依次关闭第三调节进汽通道103和第二调节进汽通道102。

在一些实施例中，在热力系统降负荷时，根据降负荷速率需求，确定所需切换到的最终调节进汽通道；需要说明的是，不管是主动还是被动地切换调节进汽通道10，只要满足切换调节进汽通道10的触发条件，就会产生一个降负荷速率需求的参数，例如需要从第一调节进汽通道101切换至第三调节进汽通道103还是切换至第二调节进汽通道102，也即会形成一个最终调节进汽通道；

逐渐关小当前调节进汽通道对应的调节阀门11；

判断当前负荷是否达到设定值，若达到，且通过调节锅炉1稳住负荷时，则逐步打开最终调节进汽通道对应的调节阀门11，并关闭当前调节进汽通道对应的调节阀门11。

更详细地，如需从第一调节进汽通道101切换至第三调节进汽通道103，首先根据调度要求的降负荷速率的需要，逐渐关小第一调节进汽通道101的调节阀门11，当负荷达到设定值时，在通过调节锅炉1稳住负荷的同时，逐步打开第三调节进汽通道103的调节阀门11，并缓慢关闭第一调节进汽通道101的调 节阀门11。

在一些实施例中，当热力系统的负荷率低于X％额定负荷时，打开调气阀组件18，将对应的调节压力级组6中的蒸汽输入至可调加热器19中，其中，20％<x％<60％，优选地，根据系统优化，常规亚临界机组可通过计算验证确定x％为40％左右。即当机组负荷率低于设定值时，需要将调节压力级组6中的蒸汽回流至可调加热器19中，并随之流回锅炉1。

在一些实施例中，检测锅炉1烟道温度，若锅炉1烟道温度低于设定温度值，则打开调气阀组件18，通过控制调气阀组件18的开度，调节从调节压力级组6中抽出的蒸汽回流量，进而调节锅炉1烟道温度至高于设定温度值。

综上，相对于现有技术，上述实施例提供一种基于串联辅助调节的汽轮机组、热力系统及运行方法，在常规压力级组41之前串联有多个调节压力级组6，每个调节压力级组6都有对应的调节进汽通道10来输送蒸汽，根据不同的负荷区间，投运不同的调节压力级组6，且当投运位于上游的调节压力级组6时，下游的调节压力级组6由于串联的关系也会一并投入运行，实现汽轮机组的结构适应性重建，提高机组低负荷效率，且只需利用机组在轴向上的长度空间，即可实现不同压力级7结构的搭建；

由于调节压力级组6可全面采用全周进汽方式，可消除低负荷工况因部分进汽产生的周向进汽不均，从而引起机组振动偏大的问题；

利用管路系统中设置的主汽阀门5和调节阀门11控制各个调节进汽通道10的通断，还可通过设置多级支汽管网，实现在不同调节进汽通道10之间切换时能够顺滑过渡，避免蒸汽流通量产生突变，消除低负荷工况的潜在振动与安全危险；

在中低负荷下，锅炉1烟道温度较低，存在不满足脱硝需求的风险，通过 在调节压力级组6末端引出一抽气管道与可调加热器19连接，提高锅炉1进口端的水温，根据实际需要调整脱硝处的烟温，以达到脱硝需求。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (21)

1. 一种基于串联辅助调节的汽轮机组，包括做功缸体，所述做功缸体为高压缸、中压缸和低压缸中的任一个，所述做功缸体内设有常规进汽通道和常规压力级组，其特征在于，所述做功缸体内还设有至少一个调节压力级组，所述调节压力级组依次同轴串联于所述常规压力级组之前，每个所述调节压力级组内设有至少一个压力级，所述压力级由位于前端的静叶栅和位于后端的动叶栅组成，每个所述调节压力级组对应有独立的调节进汽通道，所述调节进汽通道前端连接有用于控制蒸汽流量通断的至少一个调节阀门。
2. 根据权利要求1所述的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，其特征在于，所述常规压力级组或至少一个所述调节压力级组采用全周进汽方式，且其前端不设置调节级。
3. 根据权利要求1所述的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，其特征在于，距离所述常规压力级组最远的所述调节压力级组中的最前端的压力级中的静叶栅嵌入在所述做功缸体的内缸上。
4. 根据权利要求1所述的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，其特征在于，距离所述常规压力级组最远的所述调节压力级组设有调节级，所述调节级内设有至少两个喷嘴组。
5. 根据权利要求1至4任一项所述的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，其特征在于，每个所述调节压力级组的出口设有对应的逆止门组件，所述逆止门组件用于当对应的所述调节压力级组及其之前的调节压力级组投运时开启，当对应的所述调节压力级组不投运，且其之后的调节压力级组或常规压力级组投运时关闭。
6. 根据权利要求5所述的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，其特征在于，每个所述调节压力级组的出口设有环形通道，所述逆止门组件设于所述环形通 道处。
7. 根据权利要求6所述的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，其特征在于，所述逆止门组件包括多个沿圆周方向依次设置的逆止门单元，所述逆止门单元包括转动轴和开合构件，所述开合构件可沿所述转动轴作转动，关闭状态下的所述开合构件沿轴向投影是由内缘线、第一边线、第二边线和外缘线组成的不规则面，所述不规则面互不重叠，在关闭状态下，多个所述开合构件的内缘线首尾相连组成的圆形与所述环形通道的内圆重合，多个所述开合构件的外缘线首尾相连组成一封闭图形。
8. 根据权利要求7所述的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，其特征在于，所述外缘线为直线，所述封闭图形为多边形，所述多边形的边数≥3，所述转动轴的中轴线与所述多边形的边线沿轴向投影重合。
9. 根据权利要求8所述的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，其特征在于，所述多边形的内切圆的覆盖面积大于等于所述环形通道的外圆。
10. 根据权利要求7所述的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，其特征在于，所述外缘线为弧线，所述封闭图形为圆形，所述圆形的覆盖面积大于等于所述环形通道的外圆。
11. 根据权利要求7至10任一项所述的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，其特征在于，所述开合构件根据所处区域的前后压差沿所述转动轴作向外翻转或向内翻转。
12. 根据权利要求11所述的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，其特征在于，所述开合构件从关闭状态向上翻转至打开状态的旋转角度不大于135°。
13. 根据权利要求12所述的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，其特征在于，所述逆止门单元还包括两个定位构件，两个所述定位构件分别用于固定或 缓冲在关闭状态和打开状态下的所述开合构件。
14. 一种基于串联辅助调节的热力系统，其特征在于，包括锅炉和如权利要求1至13任一项所述的一种基于串联辅助调节的汽轮机组，所述做功缸体为高压缸，所述锅炉通过管路系统与所述调节进汽通道一一连接，所述管路系统上设有用于控制所述锅炉主蒸汽流量通断的主汽阀门，所述主汽阀门与每一个所述调节进汽通道之间设有至少一个调节阀门。
15. 根据权利要求14所述的一种基于串联辅助调节的热力系统，其特征在于，所述管路系统包括一根主汽管道和至少一级支汽管网，所述主汽阀门设于所述主汽管道上，所述支汽管网由若干根支气管道组成，所述支气管道上均设有一个调节阀门。
16. 根据权利要求14所述的一种基于串联辅助调节的热力系统，其特征在于，还包括回热系统，所述回热系统包括至少一个可调加热器，至少有一个所述调节压力级组的蒸汽出口通过抽气管道与所述可调加热器连接，所述抽气管道上设有调气阀组件，所述可调加热器与锅炉连接。
17. 一种基于串联辅助调节的热力系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

    根据各个调节压力级组与常规压力级组第一压力级的距离，由近至远依次定义为第一调节压力级组、第二调节压力级组……第n调节压力级组，与所述调节压力级组对应的调节进汽通道依次定义为第一调节进汽通道、第二调节进汽通道……第n调节进汽通道，所述常规进汽通道确定为第零进汽通道；

    将所述热力系统的运行负荷划分为n+1个负荷区间，将各个负荷区间分别与一个所述调节进汽通道对应；

    根据热力系统当前运行的负荷率或者根据设定的目标负荷率，确定热力系 统需要进入的目标负荷区间，切换至与目标负荷区间相对应的调节进汽通道。
18. 根据权利要求17所述的一种基于串联辅助调节的热力系统的运行方法，其特征在于，

    在所述热力系统升负荷时，根据升负荷速率或目标负荷率需求，确定所需切换到的最终调节进汽通道；

    直接开启最终调节进汽通道，或者；

    若所述最终调节进汽通道与当前调节进汽通道之间存在其它中间调节进汽通道，则从当前调节进汽通道开始依次开启或者同时开启中间调节进汽通道，直至开启最终调节进汽通道；

    判断当前负荷是否达到设定值，若达到，则逐步关闭除最终调节进汽通道以外的其它调节进汽通道。
19. 根据权利要求17所述的一种基于串联辅助调节的热力系统的运行方法，其特征在于，

    在所述热力系统降负荷时，根据降负荷速率需求，确定所需切换到的最终调节进汽通道；

    逐渐关小当前调节进汽通道对应的调节阀门；

    判断当前负荷是否达到设定值，若达到，则逐步打开最终调节进汽通道对应的调节阀门，并逐步关闭当前调节进汽通道对应的调节阀门。
20. 根据权利要求17至19任一项所述的一种基于串联辅助调节的热力系统的运行方法，其特征在于，当所述热力系统的负荷率低于X％额定负荷时，打开所述调气阀组件，将对应的所述调节压力级组中的蒸汽输入至所述可调加热器中。
21. 根据权利要求17至19任一项所述的一种基于串联辅助调节的热力系 统的运行方法，其特征在于，检测锅炉烟道温度，若所述锅炉烟道温度低于设定温度值，则打开所述调气阀组件，通过控制所述调气阀组件的开度，调节所述锅炉烟道温度至高于所述设定温度值。