一种并联高压缸的一次再热汽轮机的制作方法

本发明涉及汽轮机技术领域，尤其涉及一种并联高压缸的一次再热汽轮机。

背景技术：

近年来，受宏观经济影响，用电量保持低速增长已经成为常态，与此同时，我国电网容量不断扩大，能源结构不断调整，可再生能源的占比稳步上升。为了保证可再生能源的基本负荷，火电机组将参与深度调峰，长期在低负荷工况运行是必然的趋势。火电机组的设计重点也有所变化，从原来的保证基本负荷的高效，升级为保证机组在全负荷的高效。

目前，国内电力行业应用三种不同的设计规范来定义汽轮机的容量：原电力部行业标准dl/t892-2004、国标gb5578-2007、国际iec60045-1。其中，dl/t892-2004标准提出一种按夏季极端高背压11.8kpa(a)定义机组容量的规范：(1)铭牌出力为夏季工况(trl)；(2)最大连续出力工况(tmcr)；(3)热耗率验收工况(tha)；(4)阀门全开工况(vwo)；通流设计的最大容量约为额定工况的112％-113％。gb5578-2007标准提出一种按当地夏季背压定义机组容量的规范：(1)铭牌出力、最大保证出力、热耗率保证三个合为同一个工况(tmcr)；(2)夏季工况(trl)；(3)阀门全开工况(vwo)；通流设计的最大容量约为额定工况的108％-110％。iec60045-1以最大保证连续功率来定义机组的容量：(1)铭牌出力、最大保证出力、热耗率保证三个合为同一个工况(tmcr)；(2)阀门全开工况(vwo)；通流设计的最大容量约为额定工况的103％-105％。按照目前的设计规范配置的汽轮机，最小在87％的通流能力下，已经能发出额定出力，机组长期在部分负荷下运行，明显降低了机组的经济性。随着火电机组的年利用小时数不断下降，机组的经济性下降更加明显。

现有技术中，为了提高机组在低负荷的经济性，将汽轮机设计工况的发电能力降低至83％-95％额定出力，汽轮机组在低于额定负荷的工况就可以达到额定的主蒸汽压力。相应地，部分负荷的主蒸汽压力、回热抽汽压力、最终给水温度都会提高，部分负荷的整体经济性得以提升。与此同时，通过采用加热器旁路调节和汽轮机超压运行的技术手段，提高汽轮机在该通流容量下的出力，达到汽轮机发额定出力的要求。

如图1所示，为上述现有汽轮机的结构示意图，锅炉01中的高压蒸汽经调节阀组02进入汽轮机的高压缸hp中，高压缸hp上设有一个抽汽口，从该抽汽口引出蒸汽，并通过加热器031加热给水，回收汽化潜热。高压缸hp的排汽引至再热器04，进行加热升温，然后进入中压缸ip。中压缸ip上设有两个抽汽口，从两个抽汽口引出蒸汽，并分别通过加热器033和加热器034加热给水，回收汽化潜热。中压缸ip的排汽引至第一低压缸lp1和第二低压缸lp2。同时，高压缸hp和中压缸ip的排汽分别通过加热器032和加热器035加热给水或供给其它用户。加热器031、加热器032、加热器033和加热器034分别与一旁路并联。机组通过发电机05向电网输送电能。

由于该方案降低了汽轮机组通流设计的最大容量，使得机组在部分负荷的经济性得以提升。但是同时，为了满足汽轮机组的发电能力，需要依次投入旁路，降低了最终给水温度和热力循环效率，显著地降低了汽轮机组在高负荷工况的经济性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种可提高部分负荷经济性、具备发额定负荷能力、同时能够保证全负荷经济性的并联高压缸的一次再热汽轮机，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种并联高压缸的一次再热汽轮机，包括主汽轮机系统和辅助高压缸，主汽轮机系统包括高压缸、中压缸、低压缸和再热器，高压缸的进汽口与高压蒸汽管道连通，且排汽口通过冷再热蒸汽管道与再热器的入口连通；辅助高压缸的进汽口通过辅助进汽管道与高压蒸汽管道连通，且排汽口通过辅助排汽管道与冷再热蒸汽管道连通，辅助进汽管道上设有辅助进汽阀组；再热器的出口通过热再热蒸汽管道与中压缸的进汽口连通；高压缸上设有高压抽汽口，高压抽汽口处连接有通向第一加热器的第一抽汽管道，第一加热器与第一旁路并联。

优选地，第一旁路上设有第一调节阀组。

优选地，高压缸的排汽口处连接有通向第二加热器的第二抽汽管道，第二加热器与第二旁路并联。

优选地，第二旁路上设有第二调节阀组。

优选地，高压缸的进汽口处设有高压进汽阀组。

优选地，中压缸上设有第一中压抽汽口和第二中压抽汽口，第一中压抽汽口和第二中压抽汽口处分别连接有通向第三加热器的第三抽汽管道和通向第四加热器的第四抽汽管道，第三加热器和第四加热器分别与第三旁路和第四旁路并联。

优选地，第三旁路和第四旁路上分别设有第三调节阀组和第四调节阀组。

优选地，主汽轮机系统采用单轴布置，且辅助高压缸与主汽轮机系统分轴布置；高压缸或低压缸的转子输出轴上设有第一发电机，辅助高压缸的转子输出轴上设有第二发电机。

优选地，主汽轮机系统采用单轴布置，且辅助高压缸与高压缸的转子轴通过自动同步离合器连接；低压缸的转子输出轴上设有第一发电机。

优选地，高压缸与中压缸分轴布置，中压缸与低压缸同轴布置，辅助高压缸与高压缸的转子轴通过自动同步离合器连接；中压缸或低压缸的转子输出轴上设有第一发电机，高压缸的转子输出轴上设有第二发电机。

与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

通过设置辅助高压缸，可以进一步降低主汽轮机系统高压缸通流设计的最大容量，提高部分负荷工况下的主蒸汽压力、回热抽汽压力以及最终给水温度，从而提升部分负荷工况的经济性。同时，通过辅助高压缸和加热器旁路调节相结合，可以提高机组在高负荷工况的经济性，在增加机组容量的基础上，保证额定负荷工况的经济性。因此本发明的并联高压缸的一次再热汽轮机能够提高热力循环的经济性，尤其可提高机组在宽低负荷工况的整体经济性。

附图说明

图1是现有技术中汽轮机的结构示意图。

图2是本发明实施例的并联高压缸的一次再热汽轮机的第一种结构示意图。

图3是本发明实施例的并联高压缸的一次再热汽轮机的第二种结构示意图。

图4是本发明实施例的并联高压缸的一次再热汽轮机的第三种结构示意图。

图中：

hp、高压缸hp1、高压缸hp2、辅助高压缸

ip、中压缸lp1、第一低压缸lp2、第二低压缸

100、高压蒸汽管道200、冷再热蒸汽管道300、辅助进汽管道

400、辅助排汽管道500、热再热蒸汽管道600、中压蒸汽管道

701、第一抽汽管道702、第二抽汽管道703、第三抽汽管道

704、第四抽汽管道705、第五抽汽管道801、第一旁路

802、第二旁路803、第三旁路804、第四旁路

01、锅炉02、调节阀组031、加热器

032、加热器033、加热器034、加热器

035、加热器04、再热器05、发电机

1、锅炉21、辅助进汽阀组22、高压进汽阀组

31、第一加热器32、第二加热器33、第三加热器

34、第四加热器35、第五加热器4、再热器

51、第一调节阀组52、第二调节阀组53、第三调节阀组

54、第四调节阀组61、第一发电机62、第二发电机

7、自动同步离合器

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。“多个”的含义是两个或两个以上。

如图2至图4所示，本发明的并联高压缸的一次再热汽轮机的一种实施例。如图2所示，本实施例的并联高压缸的一次再热汽轮机包括主汽轮机系统和辅助高压缸hp2，主汽轮机系统包括高压缸hp1、中压缸ip、低压缸和再热器4，本实施例中的低压缸设有两个：第一低压缸lp1和第二低压缸lp2。

其中，高压缸hp1的进汽口与高压蒸汽管道100连通，由高压蒸汽管道100向高压缸hp1内通入高压蒸汽。高压蒸汽管道100可以与锅炉1的出口连通，以将锅炉1中的高压蒸汽引入高压缸hp1内。优选地，在高压缸hp1的进汽口处设有高压进汽阀组22，通过高压进汽阀组22开度大小的调节，可以调节控制进入高压缸hp1内的高压蒸汽的流量。高压缸hp1的排汽口通过冷再热蒸汽管道200与再热器4的入口连通，高压缸hp1的排汽口排出的蒸汽由冷再热蒸汽管道200引入再热器4中，由再热器4对其进行再加热。

辅助高压缸hp2的进汽口通过辅助进汽管道300与高压蒸汽管道100连通，辅助进汽管道300上设有辅助进汽阀组21，辅助进汽阀组21开启时，可由辅助进汽管道300将高压蒸汽管道100中的部分高压蒸汽引入辅助高压缸hp2内；辅助进汽阀组21关闭时，则无高压蒸汽流入辅助高压缸hp2内。并且，通过调节辅助进汽阀组21的开度大小，可以调节控制进入辅助高压缸hp2内的高压蒸汽的流量。辅助高压缸hp2的排汽口通过辅助排汽管道400与冷再热蒸汽管道200连通，由辅助排汽管道400将辅助高压缸hp2的排汽口排出的蒸汽引入冷再热蒸汽管道200中。辅助进汽阀组21开启时，辅助高压缸hp2的排汽口排出的蒸汽和高压缸hp1的排汽口排出的蒸汽在冷再热蒸汽管道200中混合后进入再热器4中，由再热器4对其进行再加热。

再热器4的出口通过热再热蒸汽管道500与中压缸ip的进汽口连通，由热再热蒸汽管道500将再热器4中再加热后的蒸汽引入中压缸ip中。中压缸ip的排汽口通过中压蒸汽管道600分别与第一低压缸lp1的进汽口和第二低压缸lp2的进汽口连通，由中压蒸汽管道600将中压缸ip的排汽口排出的蒸汽引入第一低压缸lp1和第二低压缸lp2中。

高压缸hp1上设有高压抽汽口，该高压抽汽口处连接有通向第一加热器31的第一抽汽管道701，第一加热器31与第一旁路801并联。由第一加热器31加热给水，可以回收汽化潜热。当第一旁路801投入使用时，部分给水走第一旁路801，可减少经过第一加热器31的给水量，从而减少第一抽汽管道701中的抽汽需求量，进而增加机组的出力。优选地，第一旁路801上设有第一调节阀组51，通过第一调节阀组51开度的逐渐增大，可以使进入第一旁路801的给水流量缓慢地增加，具有更好的安全性和灵活性，可通过调节进入第一旁路801的给水流量来达到机组所需的负荷。

进一步，高压缸hp1的排汽口处连接有通向第二加热器32的第二抽汽管道702，第二加热器32与第二旁路802并联。同样的，由第二加热器32加热给水，可以回收汽化潜热。当第二旁路802投入使用时，部分给水走第二旁路802，可减少经过第二加热器32的给水量，从而减少第二抽汽管道702中的抽汽需求量，进而增加机组的出力。优选地，第二旁路802上设有第二调节阀组52，通过第二调节阀组52开度的逐渐增大，可以使进入第二旁路802的给水流量缓慢地增加，具有更好的安全性和灵活性，可通过调节进入第二旁路802的给水流量来达到机组所需的负荷。

本实施例的并联高压缸的一次再热汽轮机通过设置辅助高压缸hp2，可以进一步降低主汽轮机系统高压缸hp1通流设计的最大容量，提高部分负荷工况下的主蒸汽压力、回热抽汽压力以及最终给水温度，从而提升部分负荷工况的经济性。同时，通过辅助高压缸hp2和加热器旁路调节相结合，可以提高机组在高负荷工况的经济性，在增加机组容量的基础上，保证额定负荷工况的经济性。因此本实施例的并联高压缸的一次再热汽轮机能够提高热力循环的经济性，尤其可提高机组在宽低负荷工况的整体经济性。具体地，在实际运行时，随着机组负荷的逐步增加，本实施例的并联高压缸的一次再热汽轮机可以依次实现以下五种运行模式：

运行模式一、辅助进汽阀组21关闭，锅炉1出口进入高压蒸汽管道100中的高压蒸汽全部经高压进汽阀组22进入主汽轮机系统的高压缸hp1中，辅助高压缸hp2内无高压蒸汽流入，第一调节阀组51和第二调节阀组52均关闭，第一旁路801和第二旁路802均不投入使用。

运行模式二、辅助进汽阀组21关闭，锅炉1出口进入高压蒸汽管道100中的高压蒸汽全部经高压进汽阀组22进入主汽轮机系统的高压缸hp1中，辅助高压缸hp2内无高压蒸汽流入，第一调节阀组51开启，第一旁路801投入使用，第二调节阀组52关闭，第二旁路802不投入使用。

运行模式三、辅助进汽阀组21关闭，锅炉1出口进入高压蒸汽管道100中的高压蒸汽全部经高压进汽阀组22进入主汽轮机系统的高压缸hp1中，辅助高压缸hp2内无高压蒸汽流入，第一调节阀组51和第二调节阀组52均开启，第一旁路801和第二旁路802均投入使用。

运行模式四、辅助进汽阀组21开启，锅炉1出口进入高压蒸汽管道100中的高压蒸汽一部分经高压进汽阀组22进入主汽轮机系统的高压缸hp1中，另一部分经辅助进汽阀组21进入辅助高压缸hp2中，第一调节阀组51和第二调节阀组52均关闭，第一旁路801和第二旁路802均不投入使用。

运行模式五、辅助进汽阀组21开启，锅炉1出口进入高压蒸汽管道100中的高压蒸汽一部分经高压进汽阀组22进入主汽轮机系统的高压缸hp1中，另一部分经辅助进汽阀组21进入辅助高压缸hp2中，第一调节阀组51开启，第一旁路801投入使用，第二调节阀组52关闭，第二旁路802不投入使用。

当机组所需负荷小于主汽轮机系统通流设计的最大容量时，仅主汽轮机系统就可以满足机组的负荷要求，此时可选择运行模式一，由于主汽轮机系统的高压缸hp1通流设计的最大容量降低，因此部分负荷工况下的主蒸汽压力、回热抽汽压力以及最终给水温度都会提高，使部分负荷工况下的整体经济性得以提升。当机组所需负荷略大于主汽轮机系统通流设计的最大容量时，若开启辅助进汽阀组21，则进入辅助高压缸hp2内的高压蒸汽流量较小，偏离辅助高压缸hp2的设计点较多，会造成经济性下降，因此可根据实际机组所需负荷的大小选择运行模式二或运行模式三，并通过第一调节阀组51和第二调节阀组52调节进入第一旁路801和第二旁路802的给水流量来达到机组所需的负荷要求。当机组所需负荷接近机组的额定出力时，则可选择运行模式四，此时主汽轮机系统和辅助高压缸hp2均在接近设计点运行，保证了机组的经济性。当机组所需负荷大于机组的额定出力时，则可选择运行模式五，此时主汽轮机系统和辅助高压缸hp2均在接近设计点运行，并通过第一旁路801投入使用增加机组的实际出力，达到所需负荷要求。

进一步，本实施例的中压缸ip上设有第一中压抽汽口和第二中压抽汽口，中压缸ip上的第一中压抽汽口和第二中压抽汽口处分别连接有通向第三加热器33的第三抽汽管道703和通向第四加热器34的第四抽汽管道704，中压缸ip的排汽口处连接有通向第五加热器35的第五抽汽管道705。由第三加热器33、第四加热器34和第五加热器35加热给水，可以回收汽化潜热。

本实施例中的第三加热器33和第四加热器34分别与第三旁路803和第四旁路804并联。优选地，第三旁路803和第四旁路804上分别设有第三调节阀组53和第四调节阀组54。由于本实施例的并联高压缸的一次再热汽轮机设置了辅助高压缸hp2，由辅助高压缸hp2及第一旁路801和第二旁路802的配合实现了机组发额定负荷能力，因此在实际正常运行中不需要通过第三旁路803和第四旁路804的投入使用来增加机组的出力，只有当第三加热器33或第四加热器34发生故障时，才需要开启第三调节阀组53或第四调节阀组54，使给水从第三旁路803或第四旁路804通过，保证机组正常运行。

本实施例中的第一加热器31、第二加热器32、第三加热器33和第四加热器34均采用表面式高压加热器，第五加热器35采用混合式加热器。

本实施例中主汽轮机系统以及辅助高压缸hp2的布置形式并不局限，主汽轮机系统可以采用单轴布置，也可以采用分轴布置，辅助高压缸hp2与主汽轮机系统可以同轴布置，也可以分轴布置。

例如，如图2所示，主汽轮机系统采用单轴布置，且辅助高压缸hp2与主汽轮机系统分轴布置。即高压缸hp1、中压缸ip、第一低压缸lp1和第二低压缸lp2同轴布置，辅助高压缸hp2与高压缸hp1分轴布置。高压缸hp1的转子输出轴上设有第一发电机61，辅助高压缸hp2的转子输出轴上设有第二发电机62。当然，第一发电机61也可以设置在第二低压缸lp2的转子输出轴上。

如图3所示，主汽轮机系统采用单轴布置，且辅助高压缸hp2与高压缸hp1的转子轴通过自动同步离合器7连接。即高压缸hp1、中压缸ip、第一低压缸lp1和第二低压缸lp2同轴布置，辅助高压缸hp2与高压缸hp1同轴布置。第二低压缸lp2的转子输出轴上设有第一发电机61。

如图4所示，主汽轮机系统采用分轴布置，高压缸hp1与中压缸ip分轴布置，中压缸ip、第一低压缸lp1和第二低压缸lp2同轴布置，辅助高压缸hp2与高压缸hp1的转子轴通过自动同步离合器7连接，即辅助高压缸hp2与高压缸hp1同轴布置。中压缸ip的转子输出轴上设有第一发电机61，高压缸hp1的转子输出轴上设有第二发电机62。当然，第一发电机61也可以设置在第二低压缸lp2的转子输出轴上。

采用如图3和图4所示的布置方式时，通过辅助进汽阀组21的开启和关闭，可以实现辅助高压缸hp2的同步并网和在线解列。具体地，当机组在运行模式一、运行模式二或运行模式三下运行时，辅助进汽阀组21关闭，自动同步离合器7自动脱开，辅助高压缸hp2解列；当机组负荷上升，需采用运行模式四或运行模式五时，开启辅助进汽阀组21，启动辅助高压缸hp2，当辅助高压缸hp2的转速上升至与主汽轮机系统的高压缸hp1的转速相等时，自动同步离合器7可实现自动啮合并锁定，从而实现辅助高压缸hp2的同步并网发电；当机组负荷下降明显，需切换至运行模式一、运行模式二或运行模式三时，先将自动同步离合器7解锁，然后关闭辅助进汽阀组21，阻断辅助高压缸hp2的进汽，则辅助高压缸hp2的转速降低，自动同步离合器7自动脱开，从而实现辅助高压缸hp2的在线解列。

当然，本发明主汽轮机系统以及辅助高压缸hp2的布置形式并不局限于本实施例的上述三种形式，也可以采用其它的形式。

综上所述，本实施例的并联高压缸的一次再热汽轮机通过设置辅助高压缸hp2，在热力设计上，主汽轮机系统高压缸hp1通流设计的最大容量可降低至现有汽轮机的80％以下，能够有效提高部分负荷工况下的主蒸汽压力、回热抽汽压力以及最终给水温度，从而提升部分负荷工况的经济性。同时，通过辅助高压缸hp2和加热器旁路调节相结合，可以提高机组在高负荷工况的经济性，在增加机组容量的基础上，保证额定负荷工况的经济性。因此本实施例的并联高压缸的一次再热汽轮机能够提高热力循环的经济性，尤其可提高机组在宽低负荷工况的整体经济性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。