专利名称：改进的汽轮机低负荷运行的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种汽轮机系统的运行方法，特别涉及到低负荷水平时的运行。
汽轮机运行期间，例如在锅炉燃烧的电厂中，常常需要汽轮机在非常低的负荷水平下运转，经常低达额定负荷的5%～10%，持续若干时间。然而，由于这样的装置是按额定负荷运行设计的，非常低的负荷水平运行，必然会带来能量利用效率的降低。另外，低负荷水平的运行下已知的操作程序会导致温度的瞬变过程，这对设备的工作寿命有着不利的影响。
发电厂中采用的汽轮机包括装有第一级的汽缸，蒸汽通过围绕整个第一级室圆周或选择的一段圆周分布的多个入口喷咀供给第一级。蒸汽供给第一级可以以两种方式中任一种实现全周进汽和部分圆弧进汽。全周进汽时，蒸汽经过全部入口喷咀均匀地供给，部分圆弧进汽时，向选择的入口喷咀供汽的汽轮机调节阀逐一关闭，从而使汽轮机出力逐渐降低。
用一种称为滑压方法的操作程序，即降低向锅炉供水的给水泵的转速，汽轮机可以在降低负荷时用全周进汽方式运行。这使整个系统即从泵出口开始，通过锅炉、过热器，最后到汽轮机各级的压力降低。压力降低导致流过这些部件的蒸汽的饱和温度相应降低，结果汽包和水冷壁因此在每次负荷降低的周期内经受一次温度瞬变过程。
汽轮机在部分圆弧进汽时，首先通过逐一地关闭选择的调节阀，使汽轮机出力下降，在这种情况中，尽管送到汽轮机第一级的蒸汽量减少了，但整个系统保持正常的压力和温度状态。
这种操作程序，在达到某一点，即供给第一级的蒸汽量减少到一定比例前，效率最高。在许多系统中这个比例相当于一半的调节阀全开而一半的调节阀全闭。进一步的负荷降低，正如上面所述的，按照滑压方法效率比较高。
上述的每种操作程序中，降低锅炉压力，特别是由于随着压力降低，蒸汽饱和温度降低，会使锅炉承受一定的温度应力。为此，开发出整定锅炉压力较低极限值的运行方法，一旦达到了较低的极限值，采用对开启的汽轮机调节阀节流，即减少通过的流量来控制进一步的负荷降低。但节流带来一定的缺点，因为由于焦耳-汤姆逊效应，节流导致蒸汽的冷却。这会在阀体和汽轮机中造成温度瞬变过程，此外使蒸汽的有效能量损失，而降低了系统的总效率。
本发明的主要目的是使系统在非常低的负荷水平下运行，而不使锅炉压力降低到一个选择的较低极限值以下，并使汽轮机调节阀没有节流。
根据这个的目的，本发明属于汽轮机系统在低负荷水平下运行的一种方法，在该方法中，上述汽轮机系统包括用于产生蒸汽的装置;具有用来接受来自产生蒸汽装置的蒸汽的入口喷咀的汽轮机第一级;该产生蒸汽装置由一台串联布置的锅炉组成，它产生具有给定低限值的选用压力的蒸汽;第一级过热器装置;挡板(division)阀装置，它提供一个具有可调节横截面面积的蒸汽流量通道;以及连接在挡板阀装置和入口喷咀之间的第二级过热器;其特征在于减小了由上述挡板阀提供的蒸汽流量通道的横断面面积，而随着蒸汽流量通道截面积的减小，对第二级过热器装置中蒸汽的供热速率增大与其配合的量。
本发明可以应用到具有两个或多个过热器段和以部分圆弧进汽或全周进汽运行的汽轮机调节系统，不过该发明在部分圆周进汽系统中作了较大的运行改进。
正如本文前面所叙述的，技术上通常采用的方法是在达到一个预定的锅炉较低压力极限以前汽轮机出力由满负荷往下降。一旦锅炉压力降到了它的预定的低限，根据本发明，用维持锅炉压力不变，且逐渐节流该挡板阀进一步减小汽轮机出力;同时供给过热器系统或挡板阀下游的过热器的热能以同样的方式改变。理论上，供给蒸汽的热能是受到控制的，以使蒸汽到达汽轮机调节阀时具有的温度等于或高于锅炉出口压力处于它的低限值且挡板阀全开时的温度。
但是，当挡板阀逐渐被节流时，通过开启的汽轮机阀或阀组的蒸汽压力和质量流量减小，这意味着供给汽轮机的驱动能量减少。
由于开启的汽轮机调节阀没有被节流，蒸汽通过阀门时仅经受小的压力和温度降，因此到达汽轮机第一级的蒸汽温度与高负荷水平时具有的温度不相上下。
从以下仅作为举例示出的最佳实施例的叙述，本发明将变得更为清楚明了，在附图
中，其中唯一的图是按照本发明设计运行的汽轮机系统的示意图。
该图示的基本上是一个用于将蒸汽供到一台汽轮机2的传统系统，该汽轮机有一个高压缸4，高压缸中装有多个级，包括蒸汽首先供到的第一级。在锅炉6中产生蒸汽，按照要求，由泵8将水供给锅炉。锅炉6产生的蒸汽流过一个分配器10，它将所需的一部分蒸汽送到第一级过热器段12而其余的蒸汽返回到锅炉入口。
蒸汽在第一级过热器段12中增加了额外的热量且产生的过热蒸汽经过挡板阀14送到第二级或末级过热器段16，使蒸汽温度达到高压缸4的第一级需要的温度。该蒸汽经过汽轮机调节阀18送到高压缸4的第一级，汽轮机调节阀18用已知的方式控制，如本文前面所叙述的。
蒸汽流过缸4后，通过一个再热器20(如果装设的话)引导到汽轮机第二个缸22。根据所采用的特定型式的锅炉系统，第一级过热器段12入口、第二级过热器段16的出口端和再热器20可以经过适当的阀门与凝汽器相连接。
至此，所叙述的结构及其正常运行，在技术方面是已知的。
根据本发明，挡板阀14和第二级过热器段16相连接，由一个控制系统24控制。另外，该控制系统经信号线26接收有关锅炉出口压力的信息，而经信号线28接收有关所需的汽轮机2出力的信息。
锅炉6分别以技术上已知的方式进行控制，当汽轮机出力要降低时就使输出压力降低。当锅炉6的输出压力达到它的较低限值时(线26上的压力信号指示出该低限值)，在经线28提供的要求的锅炉输出水平信号控制下，控制系统24投入运行，根据后者信号值控制系统24工作，逐渐地使挡板阀14节流，同时相应增加供给第二级过热器段16的热能。控制系统24可以是一种相对简单的程序装置，或者另外的产生控制信号的装置，该信号是经线28提供的汽轮机负荷信号的直接函数。作为被控制的特定的汽轮机系统的运行参数的一个函数，当然将确定输入和输出信号之间关系曲线的确切性质。
当挡板阀14逐渐被节流时，通过阀门的蒸汽流量，以及那些蒸汽温度要降低，然而，由于由第二级过热器段16供给的热能增加，蒸汽温度可以恢复到近似于挡板阀14全开时蒸汽会具有的温度值。
由于进入第二级过热器段16的蒸汽温度降低，通过第二级过热器段16的热交换速率可以增加，而第二级过热器管不会有烧坏的危险或造成通过蒸汽的速率增大。由于到达汽轮机调节阀18的蒸汽温度可以做到等于或甚至大于挡板阀14全开时具有的温度，结果将延长汽轮机调节阀阀体的工作寿命。
此外，第二级过热器段16中的燃烧率的增加将导致能量利用效率提高。
再有，挡板阀14引起的节流起到了使流过第二级过热器段16的蒸汽速度增大的作用，这促使第二级过热器段16内的热交换率增大且由此导致对第二级过热器表面的很好的“洗涤”作用。从而，将会延长在第二级过热器16内传导蒸汽的管子的有效寿命。
根据本发明的一个改型，控制系统24可以响应于高压缸4的第一级出口汽室内的压力，代替锅炉压力。
计算机模拟已经表明低负荷水平时使用本发明与按照前述的已知方法运行相比结果汽轮机出力显著增加，且总的热耗率下降。
权利要求
1.一种汽轮机系统在低负荷水平时运行的方法，其中上述汽轮机系统包括用于产生蒸汽的装置(6，12，14，16)；汽轮机第一级(4)，它具有衔接起来接受来自产生蒸汽装置(6，12，14，16)的蒸汽的入口喷咀，该产生蒸汽装置(6，12，14，16)是由一台串联布置的锅炉(6)组成，产生具有给定的较低极限值的选定压力蒸汽；第一级过热器装置(12)，挡板阀(14)提供一个具有可调节横截面面积的蒸汽流量通道；以及第二级过热器装置(16)，它接在挡板阀装置(14)和入口喷咀之间，其特征在于上述挡板阀装置(14)提供的蒸汽流量通道的横截面积减小，并且随着蒸汽流通截面积减小，对上述第二级过热器装置(16)中蒸汽的供热速率增大与其配合的量。
2.权利要求1规定的方法，其特征在于蒸汽流通面积减小，而供热速率增大，与此同时锅炉蒸汽压力保持在给定的较低极限值。
全文摘要
汽轮机系统运行方法，该系统包括具有第一级和接受来自产生蒸汽装置蒸汽的入口喷嘴的汽轮机；产生蒸汽装置由锅炉组成，它在给定较低极限值的选定压力下产生蒸汽；第一级过热器；一个或多个挡板阀，它提供可调横截面的蒸汽流量通道；和第二级过热器。在低负荷水平时系统的出力的控制为减小挡板阀的蒸汽流通截面；随之对第二级过热器中蒸汽的供热速率增大与之配合的量。
文档编号F01K3/22GK1043188SQ8910887
公开日1990年6月20日 申请日期1989年11月29日 优先权日1988年11月30日
发明者乔治·约瑟夫·西尔维斯丽 申请人:西屋电气公司