用於調節汽輪機的短期的功率提高的方法
2023-07-27 01:40:31
用於調節汽輪機的短期的功率提高的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於調節汽輪機的短期的功率提高的方法，所述汽輪機具有連接在上遊的燃燒礦物燃料的直流式鍋爐，所述鍋爐具有一定數量的構成流動路程、流過流動介質的省煤器加熱面、蒸發器加熱面和過熱器加熱面，這種方法應特別適合能短期地提高連接在下遊的汽輪機功率，與此同時不會不適當地降低蒸汽過程的效率。為此，為了短期提高汽輪機的功率，增大通過燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的流動介質流量。
【專利說明】用於調節汽輪機的短期的功率提高的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於調節汽輪機的短期的功率提高的方法，汽輪機具有連接在上遊的燃燒礦物燃料的直流式鍋爐，所述鍋爐具有一定數量的構成流動路程、流過流動介質的省煤器加熱面、蒸發器加熱面和過熱器加熱面。
【背景技術】
[0002]燃燒礦物燃料的鍋爐藉助通過燃燒礦物燃料生成的熱量來產生過熱蒸汽。燃燒礦物燃料的鍋爐大多在主要用於發電的熱電廠中使用。在這裡，將產生的蒸汽供給汽輪機。
[0003]類似於汽輪機不同的壓力級，燃燒礦物燃料的鍋爐也包括多個壓力級，它們各自含有的水汽混合物具有不同的熱力學狀態。在第一(高)壓力級內，流動介質在其流動路程上首先流過省煤器，以及接著流過蒸發器加熱面和過熱器加熱面的不同級，所述省煤器將餘熱利用於預熱流動介質。流動介質在蒸發器內汽化，然後在分離器內分離出可能的剩餘水分，含有的其餘蒸汽在過熱器內進一步過熱。在這之後，過熱的蒸汽流入汽輪機的高壓部分，在那裡膨脹並輸入鍋爐的後續的壓力級。蒸汽在那裡重新過熱(中間過熱器)以及供給汽輪機的下一個壓力部分。
[0004]基於完全不同的外部影響，傳輸給過熱器的熱功率會強烈波動。因此往往需要調整過熱溫度。通常這大多通過在個別過熱器加熱器前或後噴射給水進行冷卻達到，也就是說，從流動介質的主流分路出溢流管並溢流管導向在那裡相應地設置的噴射冷卻器。在這裡所述噴射一般通過一個表徵過熱器出口處與規定的溫度額定值的溫度偏差的特徵值，藉助附件進行調節。
[0005]當代電廠不僅要求高的效率，而且還需要儘可能靈活的運行方式。其中包括特別短的起動時間和高的負荷改變速度，還包括有可能補償聯合電網頻率幹擾。為了滿足這些要求，電廠必須有能力在幾秒鐘之內提供例如滿負荷的5%和更多的功率。
[0006]這種在數秒範圍內的電廠機組的功率改變，只有通過鍋爐與汽輪機協調的配合作用才能實現。燃燒礦物燃料的鍋爐為此能做出的貢獻是，利用其存貯器，例如蒸汽存貯器，但也可以是燃料存貯器，以及快速改變給水、噴射水、燃料以及空氣的調節值。
[0007]這例如可以通過打開部分汽輪機的節流的透平閥或所謂多級閥實現，由此降低汽輪機前的蒸汽壓力。因此從連接在上遊的燃燒礦物燃料的鍋爐的蒸汽存貯器，轉出蒸汽並供給汽輪機。採取這種措施達到在幾秒鐘內使功率升高。
[0008]附加的功率可以在比較短的時間內釋出，從而通過提高燃燒功率至少能部分補償延遲的功率增加。整個機組通過所述措施直接造成功率階躍，以及通過隨後的提高燃燒功率還可以持續保持或超過這一功率水平，前提條件是，在附加需要功率儲備量的時刻設備處於部分負荷區內。
[0009]然而透平閥為了保持儲備量的持續節流往往導致效率損失，所以為了經濟的運行方式，節流的程度應維持無論如何都需要的那麼低。此外，有些結構形式的燃燒礦物燃料的鍋爐，例如強制直流式鍋爐，在有些情況下與例如自然循環鍋爐相比具有小得多的存貯器容量。在上述方法中，存貯器容量的差別影響電廠機組功率改變時的特性。除此之外，尤其在高負荷區，通過節流整個鍋爐內不允許超過設計壓力，所以所述措施在高負荷區內只能有限使用或根本不能使用。
【發明內容】
[0010]因此本發明要解決的技術問題是，提供一種用於調節汽輪機的短期功率提高的方法，這種方法應特別適合能短期提高連接在下遊的汽輪機功率，與此同時不會不適當地降低蒸汽過程的效率。
[0011]按本發明為解決所述技術問題採取的措施是，為了短期提高汽輪機功率，增大通過燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的流動介質流量。
[0012]本發明考慮問題的出發點是，在鍋爐內加入的熱功率取決於燃燒功率，以及在突然改變時只能比較緩慢地產生效果。因此在汽輪機內附加的功率釋出應通過利用在鍋爐加熱面內貯存的熱能實現。熱量的轉出需要降低平均材料溫度。這應通過增大流量，亦即單位時間流動介質流過的量達到。採取這一措施，基於更大的流量和比較低的介質溫度，降低所有加熱面的平均材料溫度，並因此從所有這些加熱面轉出熱能並以附加功率的形式釋入汽輪機內。
[0013]按有利的擴展設計，為了短期提高汽輪機功率，減小蒸發器加熱面出口處的焓額定值。所述單位焓的額定值，在鍋爐的調節系統中作為調節量，用於確定流動介質流量的額定值。這種轉換措施產生兩種效果:第一，增大在給水額定值確定時計算出的用於蒸發器流量的基本額定值。第二，尤其當減小特別快(衝擊式)進行時，焓校正調節器通過一個現在確定的大的調節偏差增大其輸出信號，以便儘可能順利地降低蒸發器出口處的焓。由此在採取此措施的一開始便甚至超比例地增大給水量，以及可以特別迅速地從加熱面轉出熱量，並與之相關聯地將功率釋入汽輪機內。
[0014]優選地，將所述的焓額定值減小到規定的最低焓值。由此，一方面在所有的負荷狀態下保證最大的功率釋出，與此同時獲得運行安全性。
[0015]按特別有利的擴展設計，將最低焓值限定為，在燃燒礦物燃料的直流式鍋爐所有的負荷狀態下，均達到流動介質在蒸發器加熱面內完全汽化。也就是說，尤其在亞臨界運行時應保證，在蒸發器出口處的焓不過分降低，因此能夠可靠地避免剩餘水沉積在連接在下遊的分離器內。由此，在有儘可能更可靠的運行方式的同時，達到最大程度地增加附加給水並因而增大附加的功率釋出。
[0016]在這裡應強調指出，在穩態運行時選擇的蒸發器出口處實際的焓越高，亦即離固定規定的最低焓距離越大，也可以轉出更多的熱能，也就是說，短期可以產生越大的汽輪機功率。因此在採取所述措施的鍋爐設計中，應力求在穩態運行時或在頻率支持運行時離最低焓的距離儘可能大。在這方面當然應當考慮到，在所列舉的情況下只通過恰當的鍋爐設計避免蒸發器出口處不允許的高的溫度偏離。此外在設計時或針對現有的鍋爐設計還應考慮出現的瞬時荷載，根據大小和頻度它們可導致相應的材料疲勞。但在這裡還應提及，尤其在超臨界鍋爐運行時，此時可實現盡最大可能降低蒸發器出口焓，應基於在蒸發器出口僅適度溫度降的流動介質的水汽性質計算，並由此將蒸發器的材料負荷保持在相應的界限內。[0017]優選地，所涉及措施的參數與汽輪機內需要的功率釋入相諧調和優化。為此藉助所需要的功率提高，確定焓額定值減少的數額和/或持續時間。
[0018]在作為替代或補充方式的優選的擴展設計，為了短期提高汽輪機的功率，將在流動路程中提取的流動介質，噴入燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的過熱器加熱面區域內。也就是說，這種噴射可以為短期迅速地功率改變做出進一步貢獻。亦即通過所述附加噴入過熱器區域內，可以暫時提高蒸汽質量流量。在這裡同樣將貯存的熱能利用於汽輪機暫時的功率提升。由此獲得一個附加的優點，亦即通過恰當協調所有可提供使用的措施，可以將特別高的功率剩餘量迅速和儘可能長期地保持為恆定的水平。通過對各項措施分級，還可以對材料負荷造成積極的影響。
[0019]按另一項有利的設計，增加向燃燒礦物燃料的直流式鍋爐內的供熱，亦即提高燃燒器的燃燒功率。因此通過所說明的方法有利地影響或甚至完全避免蒸發器出口處的溫度降低，因為所述措施如作用在給水上的一個提前信號(Vorhaltsignal)。因此所述方法不僅能短期提高功率，而是也可以使用於更迅速地實行長期的功率提高。
[0020]按有利的擴展設計，一種用於燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的調節系統，所述鍋爐有一定數量的構成流動路程的、流過流動介質的省煤器加熱面、蒸發器加熱面和過熱器加熱面，所述調節系統包括一些用於實施所述方法的裝置。按另一項有利的設計，一種用於熱電廠的燃燒礦物燃料的直流式鍋爐包括這種調節系統，以及一種熱電廠包括這種燃燒礦物燃料的鍋爐。
[0021]採用本發明獲得的優點尤其在於，通過短期增加給水量，通過利用貯存在所有加熱面內的熱能，可以特別迅速地將功率釋入連接在鍋爐下遊的汽輪機內。此外，所述措施可以無需侵入性結構措施，只通過最小程度調整給水的調節方案實施，儘管如此仍能在沒有附加費用的同時得到很高的設備靈活性。
[0022]此外，與利用噴射作為提高功率的措施相比，也可以使用就流動介質而言尚定位在第一次噴射前的省煤器、蒸發器和第一過熱器加熱面貯存的熱能作為附加的能源。因此對於附加需要的功率，所貯存的熱能相當大的貯備量可以提供使用。因此，或可以引起大的功率提升(峰值，Peak)，或也可以低水平長時間地保持附加釋出功率。
[0023]尤其在高負荷區，其中例如透平閥的節流必須限於規定的程度，為了在高壓部分內不超過最大設計壓力，在需要的情況下通過所述方法可以保證高的功率剩餘量。正是在高負荷區內顯現出這些措施的優點，因為此時基於流動介質的水汽特性，在蒸發器出口處的溫度改變在可容許的界限內變動。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]下面藉助附圖詳細說明本發明的實施例。其中:
[0025]圖1表示在高負荷區通過增大給水量、結合分別在兩個壓力系統內噴入高壓蒸汽、中間再熱蒸汽來改善燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的快速儲備的模擬結果曲線軌跡圖；以及
[0026]圖2表示在低負荷區通過增大給水量、結合分別在兩個壓力系統內噴入高壓蒸汽、中間再熱蒸汽來改善燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的快速儲備的模擬結果曲線軌跡圖。
[0027]在所有的附圖中相同的部分採用同一個附圖標記。【具體實施方式】
[0028]圖1表示在燃燒功率保持不變的情況下，為了增大給水量，在燃燒礦物燃料的鍋爐內利用所述調節方法，亦即階躍式減小蒸發器出口處焓額定值的模擬結果曲線圖。圖中表示在95%負荷時在階躍式減小了蒸發器出口處單位焓額定值100kJ/kg之後附加功率佔滿負荷的百分數I與按秒計的時間2的關係曲線圖。這種減小按調節方案保證增大給水量。曲線軌跡4表示在沒有附加利用噴入時的結果，而曲線軌跡6和8表示在附加利用在高壓級或在高壓及中壓級內噴入時的結果。為了比較表示另一些曲線軌跡10、12、14，它們表示不增大給水量，而只通過利用在高壓級(曲線軌跡10)、中壓級(曲線軌跡12)和兩個壓力級(曲線軌跡14)內噴入時的結果。在這裡，噴入分別通過降低新汽溫度和必要時中間再熱溫度的額定值20K達到。
[0029]在圖1中可以看出，曲線軌跡4、6和8的最大值高於曲線軌跡10、12和14的最大值。因此附加釋出的功率較大。尤其是涉及給水與噴射的組合措施，顯示出明顯的功率提高(曲線軌跡6、8)。但曲線軌跡4已經表示，在圖1中高負荷的情況下，增大給水量表明在所有各種措施中能取得最大的功率增益(比較曲線軌跡10、12、14)。不過利用噴入可保證更迅速地提供附加功率，如可由相應的曲線軌跡位於圖中偏左的那些峰值看出的那樣。
[0030]圖2與圖1相比只小量變更，它表示40%負荷時的模擬曲線軌跡4、6、8、10、12、14，其餘所有參數以及曲線軌跡4、6、8、10、12、14的含義均與圖1 一致。在這裡尤其曲線軌跡4、6、10表明比圖1中有平緩得多的變化過程，也就是說，實行了一種比較緩慢和數額較小的功率提高。通過增大給水量功率剩餘量也明顯較小，但儘管如此仍是顯著的。
[0031]體現在曲線軌跡12內僅變更了中間再熱，表示在改變額定值後約60秒有比較高的功率提升，在這之後重新迅速下降，過渡到平緩變化過程的最大值。這種功率提升相應地也表示在按曲線軌跡8和14的兩個壓力級的變更中。但在所有的情況下均表明，在增大給水量時功率的提高，可以在更長的持續時間內取得最大功率增益，在高負荷區這一效果尤為明顯。
【權利要求】
1.一種用於調節汽輪機的短期的功率提高的方法，所述汽輪機具有連接在上遊的燃燒礦物燃料的直流式鍋爐，所述鍋爐具有一定數量的構成流動路程、流過流動介質的省煤器加熱面、蒸發器加熱面和過熱器加熱面，其中，為了短期地提高汽輪機功率，增大流過燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的流動介質的流量。
2.按照權利要求1所述的方法，其中，將所述蒸發器加熱面的出口處的焓額定值，用作確定流過燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的流動介質的流量額定值的調節量，以及為了短期地提高汽輪機功率，減小所述的焓額定值。
3.按照權利要求2所述的方法，其中，將所述的焓額定值減小到規定的最低焓值。
4.按照權利要求3所述的方法，其中，將所述最低焓值限定為，在燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的所有的負荷狀態下，均達到流動介質在蒸發器加熱面內完全汽化。
5.按照權利要求2至4中任一項所述的方法，其中，藉助所需要的功率提高，確定所述焓額定值減少的數額和/或持續時間。
6.按照權利要求1至5中任一項所述的方法，其中，為了短期地提高汽輪機的功率，將在流動路程中提取的流動介質，噴入燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的過熱器加熱面區域內。
7.按照權利要求1至6中任一項所述的方法，其中，增加向所述燃燒礦物燃料的直流式鍋爐內的供熱。
8.一種用於燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的調節系統，所述鍋爐具有一定數量的構成流動路程、流過流動介質的省煤器加熱面、蒸發器加熱面和過熱器加熱面，所述調節系統包括一些用於實施按照權利要求1至7中任一項所述方法的裝置。
9.一種用於熱電廠的燃燒礦物燃料的直流式鍋爐，具有按照權利要求8所述的調節系統。
10.一種熱電廠，具有按照權利要求9所述的燃燒礦物燃料的直流式鍋爐。
【文檔編號】F01K13/02GK103492678SQ201280019457
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年2月10日 優先權日:2011年2月25日
【發明者】F.託馬斯, J.布呂克納, M.埃弗特 申請人:西門子公司