CN86102437A - 再热式汽轮机的一种暖机方法 - Google Patents

Abstract

采用中压缸系统的再热式汽轮机，其高压缸的前级是在中压缸起动时用高温蒸汽进行暖机，同时，高压缸的末级保持真空。而高温蒸汽通过中压缸汽室的进汽管的支管上的暖机阀送入。加热过数级之后的高温蒸汽到达末级组，并通过放汽阀和蒸汽管排入凝汽管中，高压缸前级用高温蒸汽进行强烈暖机以减小不匹配量。在中压缸起动时，用高温蒸汽对高压缸进行暖机，并用真空进行冷却。

Description

本发明涉及再热式汽轮机的一种暖机方法，特别是涉及到具有高压缸和中压缸并采用中压缸起动系统的再热式汽轮机的高压缸的暖机方法。

常规的再热式汽轮机采用一种中压缸起动系统，中压缸是在高压缸内保持真空状态下起动。在达到预定的传送负荷之后（即在中压缸进汽调节阀完全开启之后），逐渐开启高压缸的蒸汽调节阀，以达到额定负荷。

高压缸的进汽流量受到节制，以免由于在真空中旋转的、低温的汽轮机叶片金属温度与流入高压缸的高压蒸汽温度的温差（不匹配量）而造成转子的热应力急剧增加。

对这种不匹配量将参照图4加以说明。当中压缸起动时，再热蒸汽室的金属温度Tm1与再热蒸汽室内进汽温度Ts1（分别以曲线A与B表示）之间产生一个不匹配量t₁。还需要确定到高压缸放汽前所需的时间，以便使产生的热应力低于允许值。

如上所述，需要使金属温度迅速达到与其较大不匹配的蒸汽温度，同时，在一段长时间内速度和负荷必须提高。这点完全适用于高压缸的起动。

高压缸起动时高压一级进汽汽温称为Ts2，如曲线C所示。根据常规技术得知，曲线E所示的高压一级的金属温度T_m2′与中压缸起动前的温度相同，因为根本没有进行暖机。所以当高压缸放汽时，高压一级处的不匹配量为△t₂′，如图4所示。

利用旁路截流阀控制中压缸起动蒸汽的再热式汽轮机的上述暖机方法，可以相对地加速高压缸入口处蒸汽调节阀的开启，并可缩短起动时间。

然而常规方法并没有考虑采取任何措施来改善上述的不匹配量，所以也就没有能解决足以防止高压缸受热应力不利影响的问题。

另一方面，例如在日本的No.2483/1985号专利中为采用中压蒸汽起动系统的再热式汽轮机推荐了一种常规的暖机方法。

根据上述的再热式汽轮机的常规暖机方法，中压缸除进汽调节阀之外，还配备一个调节蒸汽流量的小口径旁路截流阀。在中压缸起动之前，调节蒸汽流量的旁路截流阀开启，并在达到预定的传送负荷之后，开启高压缸入口处的另一个蒸汽调节阀，此时，高压缸即起。动。

本发明的目的是为采用中压缸起动系统的再热式汽轮机提供一种暖机方法，它可以减轻高压缸转子的热应力，从而缩短轮机的起动时间。

装有一个高压缸和一个中压缸的再热式汽轮机的一种暖机方法，它首先采用中压缸起动，然后再高压缸起动的系统。

本发明为此在中压缸起动时用高温蒸汽先对高压缸的前级组进行暖机，同时高压缸的末级组仍保持真空状态。

本发明中的再热式汽轮机的暖机方法是在中压缸起动时间外部的高温蒸汽对高压缸的前级组进行暖机，以改善不匹配量和减小热应力，并将暖机用蒸汽排到高压缸之外，不使其到达在真空中旋转的末级组。

当中压缸起动时，流入的蒸汽的热能不能带动高压缸转动，而高压缸只是慢车旋转，所以，由于与涡轮转子周围气体的摩擦而产生机械损失（鼓风损失）。

经验得知，汽轮机叶片转动产生的鼓风损失量与其周围气体比重成正比，约正比于叶片长度的1.5次方，约正比于在同一转数下旋转的叶片的节圆直径的4次方。

标准的再热式汽轮机的高压缸的叶片最长、且节圆直径大的末级叶片旋转所产生的鼓风损失量约为叶片最短、节圆直径小的第一级叶片的5倍。

另一方面，从设计上考虑，末级旋转叶片的最高温度必须是额定负荷下的蒸汽温度。然而常有这种现象发生，即由于种种原因蒸汽送不进高压缸，不能使其慢车旋转，由于产生鼓风损失而使其温度远远高于上述最高设计温度，致使高压缸过热。

为了减少这种鼓风损失，高压缸的末级和与其相靠近的几级必须保持真空状态。相反，包括叶片短、节圆直径小的第一级叶片在内的前级组所产生的鼓风损失并不太大，不足以使高压缸过热。

如上所述，本发明的再热式汽轮机的暖机方法是在中压缸起动阶段将高压缸的暖机与真空冷却相结合起来。

当包括高压缸第一级在内的前级组保持真空状态时，则前级组往往处于低温状态，为此，本发明决定对包括第一级在内的前级组进行暖机，而不是将其保持在真空状态，以减少不匹配量。

真空冷却和加压暖机（通过进汽加压）这两种截然相反的要求可以通过将高压缸分成两个级组的办法来满足，即在前级组暖机之后，在分支管处抽真空将蒸汽排出高压缸之外，不使其进入高压缸的末级组。

本发明可以减小涡轮转子的热应力，同时还可以缩短汽轮机高压缸起动时所需时间。所以本发明有利于改善汽轮机性能，提高其寿命，并能节省运行所需煤耗和各种辅助机械的能量。

图1为本发明所涉及的再热式汽轮机部分实例的剖面图。

图2为再热式汽轮机部分的实施例与整个系统简图的相互关系示意图。

图3为与本发明中汽轮机的起动和停机有关的每个阀门的开、关状态图表。

图4为本发明中的不匹配量与先有技术中的不匹配量的比较表。

图5和图6分别为再热式汽轮机部分另外两个实施例的示意图。

对本发明的最佳实例将参照附图进行介绍。图1为本发明的典型实施例，图2为包括图1所示实例的整个系统简图。

过热器1中所产生的蒸汽通过主蒸汽管2、主蒸汽截止阀或带液压缸4的紧急切断阀3、蒸汽管5、带液压缸7的高压蒸汽流量调节阀6、蒸汽管8和进汽口9进入高压缸10中。

旁路设备的构造将在下面介绍。过热器1中产生的蒸汽通过主蒸汽管2、蒸汽管15、带液压缸17的旁路蒸汽流量调节阀16、蒸汽管18和蒸汽管19进入再热器20中。

一个带阀门执行机构13的止回阀12连接到高压缸10的排气管11上。止回阀12还通过一个连接管14接到蒸汽管18与蒸汽管19之间。

再热器20中产生的蒸汽通过蒸汽管21、带液压缸30的旁路蒸汽流量控制阀31和蒸汽管32进入凝汽器54中。凝汽管54中的蒸汽凝结水再用凝结水泵（图中未示出）送回过热器1中。

再热器20中产生的蒸汽通过蒸汽管21、蒸汽管22、带液压缸24的紧急切断阀门23、蒸汽管25、带液压缸27的中压蒸汽流量调节阀26、蒸汽管28和再热蒸汽室29进入    中压缸50中。

再热式汽轮机的涡轮进汽阀由控制来自过热器1的高压蒸汽的流量控制阀6、紧急切断阀3、控制来自再热器20的中压蒸汽的流量控制阀26和紧急切断阀23构成。

来自高压缸10的中间出口80的蒸汽，通过连接管82、蒸汽管84、带阀门执行机构86的放汽阀85和蒸汽管87进入凝汽器54中。

中压缸50和低压缸52通过一个联轴器而构成一个整个的旋转体，然后带动高压缸10在相同转速下转动。

当中压蒸汽控制阀26开启时，蒸汽通过蒸汽管28使中压缸50转动。在中压缸50中作过功的蒸汽通过连接管51进入低压缸52中，并在低压缸中继续膨胀，然后通过低压缸排汽室53进入凝汽器54。

图1中，进入中压缸室中或再热蒸汽室29中的蒸汽主要部分通过连接管51进入低压缸52中，同时在中压缸级中进行膨胀。

一部分蒸汽通过中压缸50的初级定子叶片210与汽封箱40之间的缝隙，并通过迷宫汽封42a与涡轮转子39之间的缝隙进入蒸汽室41中。一部分蒸汽通过汽封箱40上的孔101、内叶轮腔室201中的孔102、连接管103、外叶轮腔室301中的孔104、蒸汽管43和蒸汽管77进入暖机蒸汽阀75。

由于排汽阀44完全关闭，当暖机蒸汽阀75适当开启时，蒸汽即通过蒸汽管74、外叶轮腔室301中的孔73、连接管72、高压内叶轮腔室201中的孔71和内叶轮腔室201内表面周围的槽70而进入高压缸10的高压一级10a中。这样，暖过几级之后的蒸汽到达末级10b，并通过完全开启的放汽阀85和蒸汽管87排入保持真空状态的凝汽器54中。

迷宫汽封42a的设计使其齿数少于迷宫汽封42b的齿数。这是为了减少通过迷宫汽封42b流入蒸汽室35中的蒸汽量，并将尽量多的蒸汽用于暖机。

另一方面，迷宫汽封303a、303b和303c设在汽封箱302内，以防止高压缸10在正常负荷下运行时高压蒸汽漏出汽轮机之外，相反，它起着防止外部空气在中压缸50起动时进入处于真空状态的高压缸10内。所以，将控制到稍高于大气压力的预定压力的汽封蒸汽（约1.3绝对气压）送入蒸汽室304内。

此蒸汽一部分通过迷宫汽封303a进入高压缸10，另一部分通过迷宫汽封303b进入蒸汽室305。蒸汽室305与汽封蒸汽排汽管（未示出）相连，排汽管控制到稍低于大气压力的预定压力（约1.02绝对气压）。大气中的空气通过迷宫汽封303c进入一个空间，然后与上述蒸汽一起排入汽封蒸汽排汽管。

根据上述汽流而建立了一个Q₃＝Q₁+Q₂的关系式，式中Q₁为由再热蒸汽室29到末级10b的暖机蒸汽流量，Q₂为通过迷宫汽封303a进入高压缸10的汽封蒸汽流量，Q₃为由末级10b通过放汽阀85排入凝汽器54中的蒸汽流量。

根据本发明人的计算，在级10b处能满足上述关系式的真空度比凝汽器54中的值多少有些降低，但实际上已足以减少末级组的鼓风损失（Q₁/Q₂之比值约为10）。因为级10b与10c之间留有足够的空间，而且由于节流产生的压力损失几乎可以忽略不计，所以级10b和10c实质上保持相同的真空度。

在紧靠近高压一级10a的高压内叶轮腔室201的内壁上设置一个热电偶60a，它通过测量内叶轮腔室201的温度来模拟第一级10a的暖机效应。由于末级组10b的真空度将被过量的暖机用蒸汽破坏，所以设置了另一个热电偶60b，以便探测由于鼓风损失而产生的高压缸10的排汽室110的温升变化。

下一步，参照图3介绍再热式汽轮机的每种运行工况和每个阀门的开、关操作情况。当再热式汽轮机的紧急跳闸系统复位时，则高压缸10的紧急跳闸阀门3和中压缸50的紧急跳闸阀门23完全开启。同时，暖机蒸汽阀75完全开启。

当中压缸50进汽温度所达到的值在再热蒸汽室29的金属温差（不匹配量）允许范围内时，中压蒸汽流量调节阀26开始打开，同时，排汽阀44完全关闭。这样做是为了防止进入蒸汽管43的暖机蒸汽通过排汽阀44排入凝汽器54中。

当中压蒸汽流量调节阀26打开时，中压缸50加速到额定转速。在达到额定速度之后，与汽轮机直接连接的发电机即同步运行，并给其施加预定的传送负荷。由汽轮机开始起动到此点所需的时间取决于再热蒸汽室29的不匹配量。

例如，当蒸汽温度高于金属温度时，则应加长不匹配量大的金属所需的升温时间，以便减少与蒸汽的温差，并将金属的热应力限制在允许范围内。

然后，中压蒸汽流量调节阀26完全开启，高压蒸汽流量调节阀6开始打开，以保证负荷，高压缸10即开始进汽。此时，暖机蒸汽阀75和放汽阀85即完成其任务，两个阀门即完全关闭。

在额定负荷下运行时，如果由于某种原因或由于鼓风损失而汽轮机跳闸时，受鼓风损失影响再热汽轮机将过热。为了防止出现这种问题，放汽阀85再完全打开，使高压缸10与凝汽器54接通。由于汽轮机中压缸50通过低压缸52与凝汽器54连接，所以这种措施是不必要的。

排汽阀44由迷宫汽封42a和42b中间部分抽出封闭在高压缸10中的剩余蒸汽，以防止该蒸汽通过迷宫汽封42b和42a流入中压缸50而使中压缸50和低压缸52加速，并将蒸汽排入凝汽器54中。因此，排汽阀44又完全打开。暖机阀75也再次完全打开，以促使上述放汽阀85和排汽阀44发挥作用。

下一步将参照图4对本发明的效果结合暖机蒸汽阀75的效果和不匹配量一起进行介绍。

如本发明背景中所述，根据常规技术，高压一级金属温度Tm₂′与中压缸起动前温度相同，因为根本没有进行暖机。高压缸放汽时高压一级处的不匹配量为△t₂′。

另一方面，根据本发明，暖机蒸汽阀75使暖机蒸汽在中压缸50起动时流入高压缸10，所以高压一级处的金属温度升高到Tm2，如曲线D所示。此时不匹配量为△t₂，△t₂＜△t₂′关系式显然可以成立，如图4所示。因此，达到额定负荷所需时间由较小的△t₂值来确定，达到额定负荷所需时间可以比常规方法短。

再热式汽轮机暖机方法的另一个实施例将参照图5和图6予以介绍。如果暖机蒸汽具有最佳压力和温度时，则不特别需要利用图1中所示的进入中压缸50的部分蒸汽。

所以可以利用来自汽轮机之外的辅助蒸汽作为暖机用蒸汽。图5中作为暖机用的辅助蒸汽通过蒸汽管77a和带阀门执行机构76a的暖机阀门75a供给。

图6所示为本发明的另一个实施例，高压缸10的、被汽轮机复位机构完全打开的紧急切断阀门3所送出的蒸汽由高压蒸汽调节阀6旁路通过（此时高压蒸汽调节阀6完全关闭），作为暖机用蒸汽。

暖机蒸汽由蒸汽管5分流，通过蒸汽管77b、带阀门执行机构76b的暖机阀门75b、蒸汽管74和连接管72进入槽70中。

在上述的每一种情况下，暖机蒸汽阀75a或75b与其他阀门之间的开、关关系应与图3所示一致。

Claims (8)

1、具有高压缸(10)和中压缸(50)并首先起动中压缸(50)然后起动高压缸(10)的再热式汽轮机的暖机方法特点是：

在中压缸(50)起动时，用高温蒸汽对高压缸(10)的前级组(10a)进行暖机，同时，高压缸(10)的末级组则保持真空状态。

2、根据权利要求1，再热式汽轮机暖机方法的特点是使高压缸前级组（10a）升温的温蒸汽在到达末级组（10b）之前即排出高压缸（10）之外。

3、根据权利要求1，再热式汽轮机暖机方法的特点是使高压缸（10）的前级组（10a）升温的高温蒸汽是在中压缸（50）起动之前或起动的同时送入，并在高压缸（10）起动之前停止送入该高温蒸汽。

4、根据权利要求1，再热式汽轮机暖机方法的特点是暖机用的高温蒸汽由排汽阀（44）与中迷宫汽封（42b;42a）之间抽出。

5、根据权利要求1，再热式汽轮机暖机方法的特点是暖机用高温蒸汽由中压缸（50）进口处的再热蒸汽供给。

6、根据权利要求1，再热式汽轮机暖机方法的特点是由再热式汽轮机之外供给暖机用的、具有最佳压力和温度的蒸汽。

7、根据权利要求1，再热式汽轮机暖机方法的特点是暖机用高温蒸汽由高压缸（10）入口处的主蒸汽供给。

8、具有高压缸（10）和中压缸（50）、首先起动中压缸（50）然后起动高压缸（10）的再热式汽轮机暖机方法特点是：

高压缸（10）的前级组（10a）是在中压缸（50）起动时用高温蒸汽来暖机，该高温蒸汽通过中压缸汽室（29）的进气管（43）的支管上的暖机阀（75）送入，同时，高压缸（10）的末级组（10b）保持真空，加热过数级之后的高温蒸汽到达末级组（10b），并通过放汽阀（85）和蒸汽管（87）排入凝汽器（54）中。

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