一種鍋爐驅動的新型汽輪機組及其控制方法
2023-04-28 08:24:06
一種鍋爐驅動的新型汽輪機組及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種鍋爐驅動的新型汽輪機組，包括汽輪機、給水泵和液力行星齒輪複合傳動裝置，所述的汽輪機設置有汽輪發電機組主軸，所述的汽輪機通過液力行星齒輪複合傳動裝置驅動給水泵，所述的給水泵連接至鍋爐。本發明在變工況下運行時，給水經濟性提高；具體為在變工況下液力行星齒輪複合傳動裝置拖動給水泵運行的效率大於通過液力偶合器拖動給水泵運行的效率，給水經濟性提高。
【專利說明】一種鍋爐驅動的新型汽輪機組及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鍋爐驅動的新型汽輪機組及其控制方法，涉及到了節能和提高汽 輪發電機組效率的【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 在我國，火電機組給水系統的配置方法有：配備2X50%最大連續蒸發量（MCR)的 汽動給水泵並配備一臺30% MCR電動給水泵，正常情況下汽動給水泵參與給水流量控制和 調整的實現，電動給水泵在機組啟/停過程中參與給水控制和調整；配備2X50% MCR的 電動給水泵並配備一臺30% -50% BMCR的備用電動給水泵；汽動給水方法由專門的小汽 輪機拖動給水泵運行，電動給水實現方法一般由電動機通過變速裝置拖動給水泵運行。國 內超臨界機組、超超臨界火電機組和蒸汽燃氣聯合循環機組多採用第一種給水系統配置 方法，也有部分機組採用後兩種給水系統配置方法，現役核電機組的給水系統的配置多為 3X50% MCR電動給水泵，由電動機通過調速型液力偶合器拖動給水泵運行。綜上所述，我 國汽輪發電機組給水實現方法主要有，電動機通過液力偶合器拖動給水泵的電動給水方 法；專門小型汽輪機拖動給水泵的給水方法。兩種方法都需要為給水泵配備專門的大型原 動機。
[0003] 經過多年來的電力建設，我國電網裕量不斷增大，峰谷負荷值相差較大，電網內越 來越多的燃煤機組開始參與調峰運行，帶基本負荷的燃煤機組也越來越少，機組在變工況 下運行的時間也越來越長，很多火電機組谷負荷的只有機組額定負荷的50%左右，機組運 行經濟性下降，對機組節能運行構成了挑戰。機組在變負荷下熱力循環效率下降，主要設備 偏離經濟運行工況，經濟性下降，給水系統的經濟性也有大幅下降。對於電動機通過液力偶 合器拖動給水泵的電動給水方法來說，隨著機組偏離基本負荷運行，給水流量和給水壓力 也發生變化，給水泵運行負荷下降，傳動裝置傳動效率下降，導致給水經濟性下降。對於採 用專門小型汽輪機拖動給水泵的給水方法來說，機組在低負荷下運行時，因拖動給水泵的 汽輪機效率下降導致給水經濟性下降。因此，需要針對現有給水方法在變工況下運行的不 足經行改進，提高給水效率。
[0004] 相對於雙臺採用雙臺給水泵的給水流量實現方法，單臺給水泵提供給水的效率給 高，單位功率給水泵的投資也有所下降，近年來有採用100% BMCR給水泵給水實現方法。在 這種給水實現方法中，採用小型汽輪機直接拖動100% MCR給水泵運行，相對於採用2臺容 量為50% MCR汽動給水泵的給水方法，因給水泵容量和拖動給水泵的汽輪機效率提高而給 水效率提高，經濟性有所提高，但機組在變工況下運行時，依然難以避免小汽輪機效率降低 導致機組運行經濟性降低的問題；若採用電動機通過調速裝置拖動100% BMCR給水泵運 行，則需要配置的電動機過大，存在製造難題，且成本較高，機組廠用電率變大。
[0005] 液力行星齒輪傳動複合裝置是一種高效的傳動裝置，變負荷應用中，液力負荷行 星齒輪傳動裝置的效率要高於液力偶合器，但由於液力負荷行星齒輪傳動裝置有液力變矩 器的存在（液力變矩器的效率曲線為拋物線），在變負荷應用中液力負荷行星齒輪傳動裝 置存在著最佳負載率，也存在最佳傳動比，高於或低於這個傳動比，傳動效率會下降。本發 明在於採用液力行星齒輪傳動複合裝置作為汽輪發電機組主汽輪機拖動鍋爐給水泵運行 的傳動裝置，相比於其他類型的傳動裝置，在變負荷工況下運行的效率更高。採用變頻器控 制的電動機拖動100%鍋爐最大連續蒸發量前置泵運行，在不改變給水泵出口給水壓力的 前提下，可以通過變頻器調整前置泵出口壓力，同時通過傳動裝置傳動比的變化來調整給 水泵的功率，使給水泵傳動裝置的傳動比接近傳動裝置的最佳傳動比，提高傳動裝置的傳 動效率，進而降低給水能耗提高給水效率。
【發明內容】
[0006] 發明目的：本發明的目的在於本發明旨在充分利用汽輪發電機組汽輪機，通過設 計一種鍋爐驅動的新型汽輪機組及其控制方法，來解決目前所應用的給水實現方法在變負 荷下運行效率下降，經濟性降低的技術問題。
[0007] 技術方案：本發明所述的一種鍋爐驅動的新型汽輪機組，包括汽輪機、給水泵和液 力行星齒輪複合傳動裝置，所述的汽輪機設置有汽輪發電機組主軸，所述的汽輪機通過液 力行星齒輪複合傳動裝置驅動給水泵，所述的給水泵連接至鍋爐。
[0008] 本發明所述的液力行星齒輪複合傳動裝置為傳動效率較高液力行星齒輪複合傳 動裝置，其在60% -100%額定調速工作，整體傳動效率可達95%以上。本發明實施實例中 所選擇的行星齒輪傳動裝置，為應用比較成熟的RW型和RWE型傳動裝置，也包括其它類型 的高效液力行星齒輪複合傳動裝置。
[0009] 具體有兩種方案實現：
[0010] (1)進一步地，還包括給水前置泵，所述的給水前置泵串聯在汽輪發電機組主軸 上，所述的給水前置泵連接至給水泵的吸入口。
[0011] (2)進一步地，還包括給水前置泵和給水前置泵電動機，所述的給水前置泵電動機 驅動給水前置泵，所述的給水前置泵連接至給水泵的吸入口。
[0012] 對於方案⑴或（2)，進一步地，還包括汽輪機盤車裝置和發電機，所述的汽輪機 包括汽輪機高中壓合缸、第一汽輪機低壓缸和第二汽輪機低壓缸，所述的汽輪機高中壓合 缸、第一汽輪機低壓缸、第二汽輪機低壓缸、汽輪機盤車裝置、發電機依次串聯在汽輪發電 機組主軸上。
[0013] 對於方案（1)或（2)，進一步地，還包括第一聯軸器、第二聯軸器，所述的汽輪發電 機組主軸一端通過第一聯軸器連接至液力行星齒輪傳動裝置的輸入端，所述的給水泵通過 第二聯軸器連接至液力行星齒輪傳動裝置的輸出端。
[0014] 對於方案（2)，進一步地，還包括控制器、變頻器，所述給水泵上設置有給水壓力探 測器，該控制器連接至給水壓力探測器、變頻器和液力行星齒輪複合傳動裝置、所述變頻器 連接至給水前置泵電動機。對於方案（1)的還包括控制器，所述給水泵上設置有給水壓力 探測器，該控制器連接至給水壓力探測器、給水前置泵電動機和液力行星齒輪複合傳動裝 置。
[0015] 此外，本發明還包括方案（1)的鍋爐驅動的新型汽輪機組的控制方法，包括以下 步驟：
[0016] 1)讀取機組目標負荷下給水壓力P1 ;
[0017] 2)將P1與實測給水壓力值P。，在控制器中進行比較；
[0018] 3)若P1 < Ptl比較結果為"是"，則控制器發送信號至液力行星齒輪複合傳動裝置， 增加液力行星齒輪複合傳動裝置傳動比X 1, Ptl增大，然後將實測給水壓力值Po反饋至控制 器；
[0019] 4)若P1 < Ptl比較結果為"否"，則控制器發送信號至液力行星齒輪複合傳動裝置， 減少液力行星齒輪複合傳動裝置傳動比X 1, Ptl減小，然後將實測給水壓力值Po反饋至控制 器；
[0020] 5)重複步驟1)?4)。
[0021] 此外，本發明還包括方案（2)的鍋爐驅動的新型汽輪機組的控制方法，包括以下 步驟：
[0022] 1)讀取目標負荷下給水壓力P1,測量此刻給水壓力值Ptl ;
[0023] 2)將P1與實測給水壓力值P。，在控制器中進行比較；
[0024] 3)若P1 < Ptl結果"是"，則控制器發送信號至液力行星齒輪複合傳動裝置，增大液 力行星齒輪複合傳動裝置傳動比X 1, Ptl增大，同時將Ptl值反饋至控制器；
[0025] 4)若P1 < Ptl結果"否"，則控制器發送信號至液力行星齒輪複合傳動裝置，減小液 力行星齒輪複合傳動裝置傳動比X 1, Ptl減小，同時將Ptl值反饋至控制器；
[0026] 5)將反饋而來的Ptl值與目標負荷給水壓力P1值，在控制器內進行計算得A 1,
【權利要求】
1. 一種鍋爐驅動的新型汽輪機組，其特徵在於，包括汽輪機、給水泵（8)和液力行星齒 輪複合傳動裝置（7)，所述的汽輪機設置有汽輪發電機組主軸（9)，所述的汽輪機通過液力 行星齒輪複合傳動裝置（7)驅動給水泵（8)，所述的給水泵（8)連接至鍋爐。
2. 根據權利要求1所述的鍋爐驅動的新型汽輪機組，其特徵在於，還包括給水前置泵 (6)，所述的給水前置泵（6)串聯在汽輪發電機組主軸（9)上，所述給水前置泵（6)通過液 力行星齒輪複合傳動裝置（7)與給水泵（8)連接，所述給水前置泵（6)出口與給水泵（8) 吸入口相連。
3. 根據權利要求1所述的鍋爐驅動的新型汽輪機組，其特徵在於，還包括給水前置泵 (6)和給水前置泵電動機（10)，所述的給水前置泵電動機（10)驅動給水前置泵（6)，所述的 給水前置泵（6)出口連接至給水泵（8)的吸入口。
4. 根據權利要求2或3所述的鍋爐驅動的新型汽輪機組，其特徵在於，還包括汽輪機盤 車裝置（4)和發電機（5)，所述的汽輪機包括汽輪機高中壓合缸（1)、第一汽輪機低壓缸（2) 和第二汽輪機低壓缸（3)，所述的汽輪機高中壓合缸（1)、第一汽輪機低壓缸（2)、第二汽輪 機低壓缸（3)、汽輪機盤車裝置（4)、發電機（5)依次串聯在汽輪發電機組主軸（9)上。
5. 根據權利要求4所述的鍋爐驅動的新型汽輪機組，其特徵在於，還包括第一聯軸器 (11)、第二聯軸器（28)，所述的汽輪發電機組主軸（9) 一端通過第一聯軸器（11)連接至液 力行星齒輪傳動裝置（7)的輸入端，所述的給水泵（8)通過第二聯軸器（28)連接至液力行 星齒輪傳動裝置（7)的輸出端。
6. 根據權利要求2所述的鍋爐驅動的新型汽輪機組，其特徵在於，還包括控制器，所述 給水泵（8)上設置有給水壓力探測器，該控制器連接至給水壓力探測器和液力行星齒輪復 合傳動裝置（7)。
7. 根據權利要求3所述的鍋爐驅動的新型汽輪機組，其特徵在於，還包括控制器、變 頻器（13)，所述給水泵（8)上設置有給水壓力探測器，該控制器連接至給水壓力探測器、變 頻器（13)和液力行星齒輪複合傳動裝置（7)、所述變頻器（13)連接至給水前置泵電動機 (10)。
8. 根據權利要求6所述的鍋爐驅動的新型汽輪機組的控制方法，其特徵在於包括以下 步驟： 1) 讀取機組目標負荷下給水壓力P1, 2) 將P1與實測給水壓力值Ptl，在控制器中進行比較； 3) 若P1 < Ptl比較結果為"是"，則控制器發送信號至液力行星齒輪複合傳動裝置，增加 液力行星齒輪複合傳動裝置傳動比X 1, Ptl增大，然後將實測給水壓力值Ptl反饋至控制器； 4) 若P1 < Ptl比較結果為"否"，則控制器發送信號至液力行星齒輪複合傳動裝置，減少 液力行星齒輪複合傳動裝置傳動比X 1, Ptl減小，然後將實測給水壓力值Ptl反饋至控制器； 5) 重複步驟1)?4)。
9. 根據權利要求7所述的鍋爐驅動的新型汽輪機組的控制方法，其特徵在於，包括以 下步驟： 1) 讀取目標負荷下給水壓力P1，測量此刻給水壓力值P。； 2) 將P1與實測給水壓力值Ptl，在控制器中進行比較； 3) 若P1 < Ptl結果"是"，則控制器發送信號至液力行星齒輪複合傳動裝置，增大液力行 星齒輪複合傳動裝置傳動比X1, Ptl增大，同時將Ptl值反饋至控制器； 4)若P1 < Ptl結果"否"，則控制器發送信號至液力行星齒輪複合傳動裝置，減小液力行 星齒輪複合傳動裝置傳動比X1，Ptl減小，同時將Ptl值反饋至控制器；
U &反饋而來的Ptl值與目標負荷給水壓力P1值，在控制器內進行計算得A1, ，將A1和a在控制器內進行比較，a為根據機組運行穩定性要求而事先選定參數， 若A1彡a的結果是"否"，則重複步驟1)?4)，若A1彡a的結果是"是"，則進行步驟6); 6) 讀取此時液力行星齒輪複合傳動裝置傳動比X1，將X1與預存在控制器內的Xtl進行 比較； 7) 若X1 < Xtl比較結果為"是"，則控制器發送信號至液力行星齒輪複合傳動裝置和變 頻器，增大液力行星齒輪複合傳動裝置傳動比X 1，增大給水泵轉速N1，降低給水前置泵轉速 N2，給水前置泵出口壓力P2降低，同時將X1值反饋至控制器； 8) 若X1 < Xtl比較結果為"否"，則控制器發送信號至液力行星齒輪複合傳動裝置和變 頻器，降低液力行星齒輪複合傳動裝置傳動比X 1，降低給水泵轉速N1，給水前置泵轉速N2增 大，給水前置泵出口壓力P 2增大，同時將X1值反饋至控制器； 9) 重複6)?8)，直到X1 = Xtl時運行步驟10); 10) 將測量此刻給水壓力值Ptl，運行步驟5)。
10.根據權利要求9所述的鍋爐驅動的新型汽輪機組的控制方法，其特徵在於，在步驟 6)和7)中，降低或提高給水前置泵轉速N2時，給水前置泵轉速N2的變化率與給水泵轉速 N1相配合，使得給水壓力Ptl恆定。
【文檔編號】F01D15/10GK104373158SQ201410241287
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】門冉, 盛昌棟, 張振, 魏昌淼, 樊雙, 陳媛, 範鵬慧, 李波 申請人:門冉, 門淼