專利名稱：改進的汽輪機低負荷運行的制作方法
技術領域：
本發明涉及到一種汽輪機系統的運行方法，特別涉及到低負荷水平時的運行。
汽輪機運行期間，例如在鍋爐燃燒的電廠中，常常需要汽輪機在非常低的負荷水平下運轉，經常低達額定負荷的5%～10%，持續若干時間。然而，由于這樣的裝置是按額定負荷運行設計的，非常低的負荷水平運行，必然會帶來能量利用效率的降低。另外，低負荷水平的運行下已知的操作程序會導致溫度的瞬變過程，這對設備的工作壽命有著不利的影響。
發電廠中采用的汽輪機包括裝有第一級的汽缸，蒸汽通過圍繞整個第一級室圓周或選擇的一段圓周分布的多個入口噴咀供給第一級。蒸汽供給第一級可以以兩種方式中任一種實現全周進汽和部分圓弧進汽。全周進汽時，蒸汽經過全部入口噴咀均勻地供給，部分圓弧進汽時，向選擇的入口噴咀供汽的汽輪機調節閥逐一關閉，從而使汽輪機出力逐漸降低。
用一種稱為滑壓方法的操作程序，即降低向鍋爐供水的給水泵的轉速，汽輪機可以在降低負荷時用全周進汽方式運行。這使整個系統即從泵出口開始，通過鍋爐、過熱器，最后到汽輪機各級的壓力降低。壓力降低導致流過這些部件的蒸汽的飽和溫度相應降低，結果汽包和水冷壁因此在每次負荷降低的周期內經受一次溫度瞬變過程。
汽輪機在部分圓弧進汽時，首先通過逐一地關閉選擇的調節閥，使汽輪機出力下降，在這種情況中，盡管送到汽輪機第一級的蒸汽量減少了，但整個系統保持正常的壓力和溫度狀態。
這種操作程序，在達到某一點，即供給第一級的蒸汽量減少到一定比例前，效率最高。在許多系統中這個比例相當于一半的調節閥全開而一半的調節閥全閉。進一步的負荷降低，正如上面所述的，按照滑壓方法效率比較高。
上述的每種操作程序中，降低鍋爐壓力，特別是由于隨著壓力降低，蒸汽飽和溫度降低，會使鍋爐承受一定的溫度應力。為此，開發出整定鍋爐壓力較低極限值的運行方法，一旦達到了較低的極限值，采用對開啟的汽輪機調節閥節流，即減少通過的流量來控制進一步的負荷降低。但節流帶來一定的缺點，因為由于焦耳-湯姆遜效應，節流導致蒸汽的冷卻。這會在閥體和汽輪機中造成溫度瞬變過程，此外使蒸汽的有效能量損失，而降低了系統的總效率。
本發明的主要目的是使系統在非常低的負荷水平下運行，而不使鍋爐壓力降低到一個選擇的較低極限值以下，并使汽輪機調節閥沒有節流。
根據這個的目的，本發明屬于汽輪機系統在低負荷水平下運行的一種方法，在該方法中，上述汽輪機系統包括用于產生蒸汽的裝置;具有用來接受來自產生蒸汽裝置的蒸汽的入口噴咀的汽輪機第一級;該產生蒸汽裝置由一臺串聯布置的鍋爐組成，它產生具有給定低限值的選用壓力的蒸汽;第一級過熱器裝置;擋板(division)閥裝置，它提供一個具有可調節橫截面面積的蒸汽流量通道;以及連接在擋板閥裝置和入口噴咀之間的第二級過熱器;其特征在于減小了由上述擋板閥提供的蒸汽流量通道的橫斷面面積，而隨著蒸汽流量通道截面積的減小，對第二級過熱器裝置中蒸汽的供熱速率增大與其配合的量。
本發明可以應用到具有兩個或多個過熱器段和以部分圓弧進汽或全周進汽運行的汽輪機調節系統，不過該發明在部分圓周進汽系統中作了較大的運行改進。
正如本文前面所敘述的，技術上通常采用的方法是在達到一個預定的鍋爐較低壓力極限以前汽輪機出力由滿負荷往下降。一旦鍋爐壓力降到了它的預定的低限，根據本發明，用維持鍋爐壓力不變，且逐漸節流該擋板閥進一步減小汽輪機出力;同時供給過熱器系統或擋板閥下游的過熱器的熱能以同樣的方式改變。理論上，供給蒸汽的熱能是受到控制的，以使蒸汽到達汽輪機調節閥時具有的溫度等于或高于鍋爐出口壓力處于它的低限值且擋板閥全開時的溫度。
但是，當擋板閥逐漸被節流時，通過開啟的汽輪機閥或閥組的蒸汽壓力和質量流量減小，這意味著供給汽輪機的驅動能量減少。
由于開啟的汽輪機調節閥沒有被節流，蒸汽通過閥門時僅經受小的壓力和溫度降，因此到達汽輪機第一級的蒸汽溫度與高負荷水平時具有的溫度不相上下。
從以下僅作為舉例示出的最佳實施例的敘述，本發明將變得更為清楚明了，在附圖
中，其中唯一的圖是按照本發明設計運行的汽輪機系統的示意圖。
該圖示的基本上是一個用于將蒸汽供到一臺汽輪機2的傳統系統，該汽輪機有一個高壓缸4，高壓缸中裝有多個級，包括蒸汽首先供到的第一級。在鍋爐6中產生蒸汽，按照要求，由泵8將水供給鍋爐。鍋爐6產生的蒸汽流過一個分配器10，它將所需的一部分蒸汽送到第一級過熱器段12而其余的蒸汽返回到鍋爐入口。
蒸汽在第一級過熱器段12中增加了額外的熱量且產生的過熱蒸汽經過擋板閥14送到第二級或末級過熱器段16，使蒸汽溫度達到高壓缸4的第一級需要的溫度。該蒸汽經過汽輪機調節閥18送到高壓缸4的第一級，汽輪機調節閥18用已知的方式控制，如本文前面所敘述的。
蒸汽流過缸4后，通過一個再熱器20(如果裝設的話)引導到汽輪機第二個缸22。根據所采用的特定型式的鍋爐系統，第一級過熱器段12入口、第二級過熱器段16的出口端和再熱器20可以經過適當的閥門與凝汽器相連接。
至此，所敘述的結構及其正常運行，在技術方面是已知的。
根據本發明，擋板閥14和第二級過熱器段16相連接，由一個控制系統24控制。另外，該控制系統經信號線26接收有關鍋爐出口壓力的信息，而經信號線28接收有關所需的汽輪機2出力的信息。
鍋爐6分別以技術上已知的方式進行控制，當汽輪機出力要降低時就使輸出壓力降低。當鍋爐6的輸出壓力達到它的較低限值時(線26上的壓力信號指示出該低限值)，在經線28提供的要求的鍋爐輸出水平信號控制下，控制系統24投入運行，根據后者信號值控制系統24工作，逐漸地使擋板閥14節流，同時相應增加供給第二級過熱器段16的熱能。控制系統24可以是一種相對簡單的程序裝置，或者另外的產生控制信號的裝置，該信號是經線28提供的汽輪機負荷信號的直接函數。作為被控制的特定的汽輪機系統的運行參數的一個函數，當然將確定輸入和輸出信號之間關系曲線的確切性質。
當擋板閥14逐漸被節流時，通過閥門的蒸汽流量，以及那些蒸汽溫度要降低，然而，由于由第二級過熱器段16供給的熱能增加，蒸汽溫度可以恢復到近似于擋板閥14全開時蒸汽會具有的溫度值。
由于進入第二級過熱器段16的蒸汽溫度降低，通過第二級過熱器段16的熱交換速率可以增加，而第二級過熱器管不會有燒壞的危險或造成通過蒸汽的速率增大。由于到達汽輪機調節閥18的蒸汽溫度可以做到等于或甚至大于擋板閥14全開時具有的溫度，結果將延長汽輪機調節閥閥體的工作壽命。
此外，第二級過熱器段16中的燃燒率的增加將導致能量利用效率提高。
再有，擋板閥14引起的節流起到了使流過第二級過熱器段16的蒸汽速度增大的作用，這促使第二級過熱器段16內的熱交換率增大且由此導致對第二級過熱器表面的很好的“洗滌”作用。從而，將會延長在第二級過熱器16內傳導蒸汽的管子的有效壽命。
根據本發明的一個改型，控制系統24可以響應于高壓缸4的第一級出口汽室內的壓力，代替鍋爐壓力。
計算機模擬已經表明低負荷水平時使用本發明與按照前述的已知方法運行相比結果汽輪機出力顯著增加，且總的熱耗率下降。
權利要求
1.一種汽輪機系統在低負荷水平時運行的方法，其中上述汽輪機系統包括用于產生蒸汽的裝置(6，12，14，16)；汽輪機第一級(4)，它具有銜接起來接受來自產生蒸汽裝置(6，12，14，16)的蒸汽的入口噴咀，該產生蒸汽裝置(6，12，14，16)是由一臺串聯布置的鍋爐(6)組成，產生具有給定的較低極限值的選定壓力蒸汽；第一級過熱器裝置(12)，擋板閥(14)提供一個具有可調節橫截面面積的蒸汽流量通道；以及第二級過熱器裝置(16)，它接在擋板閥裝置(14)和入口噴咀之間，其特征在于上述擋板閥裝置(14)提供的蒸汽流量通道的橫截面積減小，并且隨著蒸汽流通截面積減小，對上述第二級過熱器裝置(16)中蒸汽的供熱速率增大與其配合的量。
2.權利要求1規定的方法，其特征在于蒸汽流通面積減小，而供熱速率增大，與此同時鍋爐蒸汽壓力保持在給定的較低極限值。
全文摘要
汽輪機系統運行方法，該系統包括具有第一級和接受來自產生蒸汽裝置蒸汽的入口噴嘴的汽輪機；產生蒸汽裝置由鍋爐組成，它在給定較低極限值的選定壓力下產生蒸汽；第一級過熱器；一個或多個擋板閥，它提供可調橫截面的蒸汽流量通道；和第二級過熱器。在低負荷水平時系統的出力的控制為減小擋板閥的蒸汽流通截面；隨之對第二級過熱器中蒸汽的供熱速率增大與之配合的量。
文檔編號F01K3/22GK1043188SQ8910887
公開日1990年6月20日 申請日期1989年11月29日 優先權日1988年11月30日
發明者喬治·約瑟夫·西爾維斯麗 申請人:西屋電氣公司