再熱式汽輪機的一種暖機方法

2023-06-14 19:38:36

專利名稱:再熱式汽輪機的一種暖機方法
本發明涉及再熱式汽輪機的一種暖機方法，特別是涉及到具有高壓缸和中壓缸並採用中壓缸起動系統的再熱式汽輪機的高壓缸的暖機方法。
常規的再熱式汽輪機採用一種中壓缸起動系統，中壓缸是在高壓缸內保持真空狀態下起動。在達到預定的傳送負荷之後(即在中壓缸進汽調節閥完全開啟之後)，逐漸開啟高壓缸的蒸汽調節閥，以達到額定負荷。
高壓缸的進汽流量受到節制，以免由於在真空中旋轉的、低溫的汽輪機葉片金屬溫度與流入高壓缸的高壓蒸汽溫度的溫差(不匹配量)而造成轉子的熱應力急劇增加。
對這種不匹配量將參照圖4加以說明。當中壓缸起動時，再熱蒸汽室的金屬溫度Tm1與再熱蒸汽室內進汽溫度Ts1(分別以曲線A與B表示)之間產生一個不匹配量t1。還需要確定到高壓缸放汽前所需的時間，以便使產生的熱應力低於允許值。
如上所述，需要使金屬溫度迅速達到與其較大不匹配的蒸汽溫度，同時，在一段長時間內速度和負荷必須提高。這點完全適用於高壓缸的起動。
高壓缸起動時高壓一級進汽汽溫稱為Ts2，如曲線C所示。根據常規技術得知，曲線E所示的高壓一級的金屬溫度Tm2′與中壓缸起動前的溫度相同，因為根本沒有進行暖機。所以當高壓缸放汽時，高壓一級處的不匹配量為△t2′，如圖4所示。
利用旁路截流閥控制中壓缸起動蒸汽的再熱式汽輪機的上述暖機方法，可以相對地加速高壓缸入口處蒸汽調節閥的開啟，並可縮短起動時間。
然而常規方法並沒有考慮採取任何措施來改善上述的不匹配量，所以也就沒有能解決足以防止高壓缸受熱應力不利影響的問題。
另一方面，例如在日本的No.2483/1985號專利中為採用中壓蒸汽起動系統的再熱式汽輪機推薦了一種常規的暖機方法。
根據上述的再熱式汽輪機的常規暖機方法，中壓缸除進汽調節閥之外，還配備一個調節蒸汽流量的小口徑旁路截流閥。在中壓缸起動之前，調節蒸汽流量的旁路截流閥開啟，並在達到預定的傳送負荷之後，開啟高壓缸入口處的另一個蒸汽調節閥，此時，高壓缸即起。動。
本發明的目的是為採用中壓缸起動系統的再熱式汽輪機提供一種暖機方法，它可以減輕高壓缸轉子的熱應力，從而縮短輪機的起動時間。
裝有一個高壓缸和一個中壓缸的再熱式汽輪機的一種暖機方法，它首先採用中壓缸起動，然後再高壓缸起動的系統。
本發明為此在中壓缸起動時用高溫蒸汽先對高壓缸的前級組進行暖機，同時高壓缸的末級組仍保持真空狀態。
本發明中的再熱式汽輪機的暖機方法是在中壓缸起動時間外部的高溫蒸汽對高壓缸的前級組進行暖機，以改善不匹配量和減小熱應力，並將暖機用蒸汽排到高壓缸之外，不使其到達在真空中旋轉的末級組。
當中壓缸起動時，流入的蒸汽的熱能不能帶動高壓缸轉動，而高壓缸只是慢車旋轉，所以，由於與渦輪轉子周圍氣體的摩擦而產生機械損失(鼓風損失)。
經驗得知，汽輪機葉片轉動產生的鼓風損失量與其周圍氣體比重成正比，約正比於葉片長度的1.5次方，約正比於在同一轉數下旋轉的葉片的節圓直徑的4次方。
標準的再熱式汽輪機的高壓缸的葉片最長、且節圓直徑大的末級葉片旋轉所產生的鼓風損失量約為葉片最短、節圓直徑小的第一級葉片的5倍。
另一方面，從設計上考慮，末級旋轉葉片的最高溫度必須是額定負荷下的蒸汽溫度。然而常有這種現象發生，即由於種種原因蒸汽送不進高壓缸，不能使其慢車旋轉，由於產生鼓風損失而使其溫度遠遠高於上述最高設計溫度，致使高壓缸過熱。
為了減少這種鼓風損失，高壓缸的末級和與其相靠近的幾級必須保持真空狀態。相反，包括葉片短、節圓直徑小的第一級葉片在內的前級組所產生的鼓風損失並不太大，不足以使高壓缸過熱。
如上所述，本發明的再熱式汽輪機的暖機方法是在中壓缸起動階段將高壓缸的暖機與真空冷卻相結合起來。
當包括高壓缸第一級在內的前級組保持真空狀態時，則前級組往往處於低溫狀態，為此，本發明決定對包括第一級在內的前級組進行暖機，而不是將其保持在真空狀態，以減少不匹配量。
真空冷卻和加壓暖機(通過進汽加壓)這兩種截然相反的要求可以通過將高壓缸分成兩個級組的辦法來滿足，即在前級組暖機之後，在分支管處抽真空將蒸汽排出高壓缸之外，不使其進入高壓缸的末級組。
本發明可以減小渦輪轉子的熱應力，同時還可以縮短汽輪機高壓缸起動時所需時間。所以本發明有利於改善汽輪機性能，提高其壽命，並能節省運行所需煤耗和各種輔助機械的能量。
圖1為本發明所涉及的再熱式汽輪機部分實例的剖面圖。
圖2為再熱式汽輪機部分的實施例與整個系統簡圖的相互關係示意圖。
圖3為與本發明中汽輪機的起動和停機有關的每個閥門的開、關狀態圖表。
圖4為本發明中的不匹配量與先有技術中的不匹配量的比較表。
圖5和圖6分別為再熱式汽輪機部分另外兩個實施例的示意圖。
對本發明的最佳實例將參照附圖進行介紹。圖1為本發明的典型實施例，圖2為包括圖1所示實例的整個系統簡圖。
過熱器1中所產生的蒸汽通過主蒸汽管2、主蒸汽截止閥或帶液壓缸4的緊急切斷閥3、蒸汽管5、帶液壓缸7的高壓蒸汽流量調節閥6、蒸汽管8和進汽口9進入高壓缸10中。
旁路設備的構造將在下面介紹。過熱器1中產生的蒸汽通過主蒸汽管2、蒸汽管15、帶液壓缸17的旁路蒸汽流量調節閥16、蒸汽管18和蒸汽管19進入再熱器20中。
一個帶閥門執行機構13的止回閥12連接到高壓缸10的排氣管11上。止回閥12還通過一個連接管14接到蒸汽管18與蒸汽管19之間。
再熱器20中產生的蒸汽通過蒸汽管21、帶液壓缸30的旁路蒸汽流量控制閥31和蒸汽管32進入凝汽器54中。凝汽管54中的蒸汽凝結水再用凝結水泵(圖中未示出)送回過熱器1中。
再熱器20中產生的蒸汽通過蒸汽管21、蒸汽管22、帶液壓缸24的緊急切斷閥門23、蒸汽管25、帶液壓缸27的中壓蒸汽流量調節閥26、蒸汽管28和再熱蒸汽室29進入 中壓缸50中。
再熱式汽輪機的渦輪進汽閥由控制來自過熱器1的高壓蒸汽的流量控制閥6、緊急切斷閥3、控制來自再熱器20的中壓蒸汽的流量控制閥26和緊急切斷閥23構成。
來自高壓缸10的中間出口80的蒸汽，通過連接管82、蒸汽管84、帶閥門執行機構86的放汽閥85和蒸汽管87進入凝汽器54中。
中壓缸50和低壓缸52通過一個聯軸器而構成一個整個的旋轉體，然後帶動高壓缸10在相同轉速下轉動。
當中壓蒸汽控制閥26開啟時，蒸汽通過蒸汽管28使中壓缸50轉動。在中壓缸50中作過功的蒸汽通過連接管51進入低壓缸52中，並在低壓缸中繼續膨脹，然後通過低壓缸排汽室53進入凝汽器54。
圖1中，進入中壓缸室中或再熱蒸汽室29中的蒸汽主要部分通過連接管51進入低壓缸52中，同時在中壓缸級中進行膨脹。
一部分蒸汽通過中壓缸50的初級定子葉片210與汽封箱40之間的縫隙，並通過迷宮汽封42a與渦輪轉子39之間的縫隙進入蒸汽室41中。一部分蒸汽通過汽封箱40上的孔101、內葉輪腔室201中的孔102、連接管103、外葉輪腔室301中的孔104、蒸汽管43和蒸汽管77進入暖機蒸汽閥75。
由於排汽閥44完全關閉，當暖機蒸汽閥75適當開啟時，蒸汽即通過蒸汽管74、外葉輪腔室301中的孔73、連接管72、高壓內葉輪腔室201中的孔71和內葉輪腔室201內表面周圍的槽70而進入高壓缸10的高壓一級10a中。這樣，暖過幾級之後的蒸汽到達末級10b，並通過完全開啟的放汽閥85和蒸汽管87排入保持真空狀態的凝汽器54中。
迷宮汽封42a的設計使其齒數少於迷宮汽封42b的齒數。這是為了減少通過迷宮汽封42b流入蒸汽室35中的蒸汽量，並將儘量多的蒸汽用於暖機。
另一方面，迷宮汽封303a、303b和303c設在汽封箱302內，以防止高壓缸10在正常負荷下運行時高壓蒸汽漏出汽輪機之外，相反，它起著防止外部空氣在中壓缸50起動時進入處於真空狀態的高壓缸10內。所以，將控制到稍高於大氣壓力的預定壓力的汽封蒸汽(約1.3絕對氣壓)送入蒸汽室304內。
此蒸汽一部分通過迷宮汽封303a進入高壓缸10，另一部分通過迷宮汽封303b進入蒸汽室305。蒸汽室305與汽封蒸汽排汽管(未示出)相連，排汽管控制到稍低於大氣壓力的預定壓力(約1.02絕對氣壓)。大氣中的空氣通過迷宮汽封303c進入一個空間，然後與上述蒸汽一起排入汽封蒸汽排汽管。
根據上述汽流而建立了一個Q3＝Q1+Q2的關係式，式中Q1為由再熱蒸汽室29到末級10b的暖機蒸汽流量，Q2為通過迷宮汽封303a進入高壓缸10的汽封蒸汽流量，Q3為由末級10b通過放汽閥85排入凝汽器54中的蒸汽流量。
根據本發明人的計算，在級10b處能滿足上述關係式的真空度比凝汽器54中的值多少有些降低，但實際上已足以減少末級組的鼓風損失(Q1/Q2之比值約為10)。因為級10b與10c之間留有足夠的空間，而且由於節流產生的壓力損失幾乎可以忽略不計，所以級10b和10c實質上保持相同的真空度。
在緊靠近高壓一級10a的高壓內葉輪腔室201的內壁上設置一個熱電偶60a，它通過測量內葉輪腔室201的溫度來模擬第一級10a的暖機效應。由於末級組10b的真空度將被過量的暖機用蒸汽破壞，所以設置了另一個熱電偶60b，以便探測由於鼓風損失而產生的高壓缸10的排汽室110的溫升變化。
下一步，參照圖3介紹再熱式汽輪機的每種運行工況和每個閥門的開、關操作情況。當再熱式汽輪機的緊急跳閘系統復位時，則高壓缸10的緊急跳閘閥門3和中壓缸50的緊急跳閘閥門23完全開啟。同時，暖機蒸汽閥75完全開啟。
當中壓缸50進汽溫度所達到的值在再熱蒸汽室29的金屬溫差(不匹配量)允許範圍內時，中壓蒸汽流量調節閥26開始打開，同時，排汽閥44完全關閉。這樣做是為了防止進入蒸汽管43的暖機蒸汽通過排汽閥44排入凝汽器54中。
當中壓蒸汽流量調節閥26打開時，中壓缸50加速到額定轉速。在達到額定速度之後，與汽輪機直接連接的發電機即同步運行，並給其施加預定的傳送負荷。由汽輪機開始起動到此點所需的時間取決於再熱蒸汽室29的不匹配量。
例如，當蒸汽溫度高於金屬溫度時，則應加長不匹配量大的金屬所需的升溫時間，以便減少與蒸汽的溫差，並將金屬的熱應力限制在允許範圍內。
然後，中壓蒸汽流量調節閥26完全開啟，高壓蒸汽流量調節閥6開始打開，以保證負荷，高壓缸10即開始進汽。此時，暖機蒸汽閥75和放汽閥85即完成其任務，兩個閥門即完全關閉。
在額定負荷下運行時，如果由於某種原因或由於鼓風損失而汽輪機跳閘時，受鼓風損失影響再熱汽輪機將過熱。為了防止出現這種問題，放汽閥85再完全打開，使高壓缸10與凝汽器54接通。由於汽輪機中壓缸50通過低壓缸52與凝汽器54連接，所以這種措施是不必要的。
排汽閥44由迷宮汽封42a和42b中間部分抽出封閉在高壓缸10中的剩餘蒸汽，以防止該蒸汽通過迷宮汽封42b和42a流入中壓缸50而使中壓缸50和低壓缸52加速，並將蒸汽排入凝汽器54中。因此，排汽閥44又完全打開。暖機閥75也再次完全打開，以促使上述放汽閥85和排汽閥44發揮作用。
下一步將參照圖4對本發明的效果結合暖機蒸汽閥75的效果和不匹配量一起進行介紹。
如本發明背景中所述，根據常規技術，高壓一級金屬溫度Tm2′與中壓缸起動前溫度相同，因為根本沒有進行暖機。高壓缸放汽時高壓一級處的不匹配量為△t2′。
另一方面，根據本發明，暖機蒸汽閥75使暖機蒸汽在中壓缸50起動時流入高壓缸10，所以高壓一級處的金屬溫度升高到Tm2，如曲線D所示。此時不匹配量為△t2，△t2＜△t2′關係式顯然可以成立，如圖4所示。因此，達到額定負荷所需時間由較小的△t2值來確定，達到額定負荷所需時間可以比常規方法短。
再熱式汽輪機暖機方法的另一個實施例將參照圖5和圖6予以介紹。如果暖機蒸汽具有最佳壓力和溫度時，則不特別需要利用圖1中所示的進入中壓缸50的部分蒸汽。
所以可以利用來自汽輪機之外的輔助蒸汽作為暖機用蒸汽。圖5中作為暖機用的輔助蒸汽通過蒸汽管77a和帶閥門執行機構76a的暖機閥門75a供給。
圖6所示為本發明的另一個實施例，高壓缸10的、被汽輪機復位機構完全打開的緊急切斷閥門3所送出的蒸汽由高壓蒸汽調節閥6旁路通過(此時高壓蒸汽調節閥6完全關閉)，作為暖機用蒸汽。
暖機蒸汽由蒸汽管5分流，通過蒸汽管77b、帶閥門執行機構76b的暖機閥門75b、蒸汽管74和連接管72進入槽70中。
在上述的每一種情況下，暖機蒸汽閥75a或75b與其他閥門之間的開、關關係應與圖3所示一致。
權利要求
1.具有高壓缸(10)和中壓缸(50)並首先起動中壓缸(50)然後起動高壓缸(10)的再熱式汽輪機的暖機方法特點是在中壓缸(50)起動時，用高溫蒸汽對高壓缸(10)的前級組(10a)進行暖機，同時，高壓缸(10)的末級組則保持真空狀態。
2.根據權利要求
1，再熱式汽輪機暖機方法的特點是使高壓缸前級組(10a)升溫的溫蒸汽在到達末級組(10b)之前即排出高壓缸(10)之外。
3.根據權利要求
1，再熱式汽輪機暖機方法的特點是使高壓缸(10)的前級組(10a)升溫的高溫蒸汽是在中壓缸(50)起動之前或起動的同時送入，並在高壓缸(10)起動之前停止送入該高溫蒸汽。
4.根據權利要求
1，再熱式汽輪機暖機方法的特點是暖機用的高溫蒸汽由排汽閥(44)與中迷宮汽封(42b;42a)之間抽出。
5.根據權利要求
1，再熱式汽輪機暖機方法的特點是暖機用高溫蒸汽由中壓缸(50)進口處的再熱蒸汽供給。
6.根據權利要求
1，再熱式汽輪機暖機方法的特點是由再熱式汽輪機之外供給暖機用的、具有最佳壓力和溫度的蒸汽。
7.根據權利要求
1，再熱式汽輪機暖機方法的特點是暖機用高溫蒸汽由高壓缸(10)入口處的主蒸汽供給。
8.具有高壓缸(10)和中壓缸(50)、首先起動中壓缸(50)然後起動高壓缸(10)的再熱式汽輪機暖機方法特點是高壓缸(10)的前級組(10a)是在中壓缸(50)起動時用高溫蒸汽來暖機，該高溫蒸汽通過中壓缸汽室(29)的進氣管(43)的支管上的暖機閥(75)送入，同時，高壓缸(10)的末級組(10b)保持真空，加熱過數級之後的高溫蒸汽到達末級組(10b)，並通過放汽閥(85)和蒸汽管(87)排入凝汽器(54)中。
專利摘要
採用中壓缸系統的再熱式汽輪機，其高壓缸的前級是在中壓缸起動時用高溫蒸汽進行暖機，同時，高壓缸的末級保持真空。而高溫蒸汽通過中壓缸汽室的進汽管的支管上的暖機閥送入。加熱過數級之後的高溫蒸汽到達末級組，並通過放汽閥和蒸汽管排入凝汽管中，高壓缸前級用高溫蒸汽進行強烈暖機以減小不匹配量。在中壓缸起動時，用高溫蒸汽對高壓缸進行暖機，並用真空進行冷卻。
文檔編號F01D25/10GK86102437SQ86102437
公開日1986年12月3日 申請日期1986年4月12日
發明者阿部正治 申請人:株式會社日立製作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan