一种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统，包括主汽轮机中压缸，主汽轮机中压缸的入口端连接至锅炉再热器，出口端分别连接至主汽轮机低压缸和旁路透平，主汽轮机低压缸的出口端和旁路透平的出口端均连接至主凝汽器，主凝汽器的出口端连接至给水回热系统，主汽轮机中压缸和主汽轮机低压缸的功率输出轴连接至主发电机，旁路透平的功率输出轴连接至辅发电机。本实用新型能够使机组在较宽工况范围内高效运行，最大限度地降低机组煤耗率。
【专利说明】
一种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统
技术领域
[0001]本实用新型属于机械工程和节能领域，具体涉及一种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统。
【背景技术】
[0002]大功率汽轮机在高负荷运行时，常常存在低压缸末级通流面积不足的问题，导致较大的排汽余速损失并限制机组排汽压力的进一步降低，影响低压缸和机组的经济性。产生该问题的主要原因如下:
[0003]I)汽轮机末级的进汽压力与蒸汽流量成正比，但排汽压力基本不随流量变化，导致末级焓降随机组负荷剧烈变化，其高效工况范围很窄，需要合理选择最佳工况点。
[0004]2)当排汽量低于最佳排汽量较多时，末级叶片局部区域将出现回流，使叶栅损失急剧增大;显然，末级最佳工况点对应的机组负荷越高，出现回流的低负荷工况范围越大。
[0005]3)对于夏季工况，因排汽背压提高、容积流量减少，出现回流的低负荷工况范围比设计工况更大。
[0006]4)由于大功率汽轮机末级的体积流量非常大，通道面积和叶片高度常常接近甚至达到设计极限。根据上面的分析可知，最佳工况点对应的机组负荷越低，叶片就越短，安全裕量就越大。
[0007]因此，在实际汽轮机设计时，需要综合考虑机组的常用工况范围、安全性、制造成本和转子稳定性等各种因素的影响，最佳工况点一般选择65%?85%负荷，这必然导致高负荷工况下低压缸效率随负荷的增加而降低，满负荷比最佳工况点低1%?2%以上，如图1所示。低压缸末级通流面积不足的问题并不是单纯增大末级通道面积(如增加一套低压缸)就可以解决的，只有采取措施减少高负荷工况的低压缸排汽量但不改变低负荷工况的低压缸排汽量才能有效解决上述问题，使机组在较宽工况范围内高效运行。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的在于提供一种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统，以克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型能够使机组在较宽工况范围内高效运行，最大限度地降低机组煤耗率。
[0009]为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0010]—种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统，包括主汽轮机中压缸，主汽轮机中压缸的入口端连接至锅炉再热器，出口端分别连接至主汽轮机低压缸和旁路透平，主汽轮机低压缸的出口端和旁路透平的出口端均连接至主凝汽器，主凝汽器的出口端连接至给水回热系统，主汽轮机中压缸和主汽轮机低压缸的功率输出轴连接至主发电机，旁路透平的功率输出轴连接至辅发电机。
[0011 ]进一步地，旁路透平的出口端与主凝汽器的入口端之间设有辅凝汽器。
[0012]进一步地，主汽轮机中压缸的出口端与旁路透平的入口端之间设有第一进汽阀。
[0013]进一步地，旁路透平为定转速单分流低压纯凝汽式旁路透平或定转速双分流低压纯凝汽式旁路透平。
[0014]进一步地，主汽轮机中压缸的出口端与旁路透平的入口端之间设有并联的第一进汽阀和第二进汽阀。
[0015]进一步地，旁路透平为定转速双分流低压纯凝汽式旁路透平。
[0016]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果:
[0017]本实用新型提出一种与主汽轮机并联且仅在高负荷时运行的定转速低压旁路透平系统，用其分流部分主汽轮机低压蒸汽来解决高负荷工况下末级排汽通道面积不足的问题，并为进一步降低汽轮机背压提供了条件，本实用新型是在原汽轮发电机组的基础上，增加一套由旁路透平、进汽阀、辅发电机和辅凝汽器(可选)组成的低压旁路透平系统，利用旁路透平对主汽轮机低压缸蒸汽量的分流和调节作用解决高负荷工况下主汽轮机末级排汽通道面积不足的问题。其工作原理是:在高负荷工况，旁路透平进汽阀处于全开状态，从主汽轮机中压缸排汽中分流出一部分蒸汽经由进汽阀进入旁路透平膨胀做功，减少进入主汽轮机低压缸的蒸汽量以降低排汽余速损失和排汽压力；而在低负荷工况，关闭旁路透平进汽阀以减少主汽轮机低压缸在低流量时的涡流损失。
[0018]本实用新型的旁路透平采用定转速运行的纯凝汽式汽轮机，直接驱动辅发电机，其产生的电能进入厂用电或并入电网，透平乏汽在辅凝汽器内凝结后汇入主凝汽器或直接进入主凝汽器。本实用新型的旁路透平因进汽节流损失小、无中间抽汽、各级叶片高度处于理想状态等特征，使其效率接近甚至超过主汽轮机低压缸，并可实现汽轮机排汽压力的进一步降低和低压缸在较宽工况范围内高效运行，使电厂平均煤耗降低1.0?2.5g/kWh以上，具有显著的经济效益和应用前景。
【附图说明】
[0019]图1是汽轮机各缸效率随进汽量变化的示意图；
[0020]图2是本实用新型实施例1的结构示意图；
[0021]图3是本实用新型实施例2的结构示意图；
[0022]图4是本实用新型实施例3的结构示意图；
[0023]图5是本实用新型实施例4的结构示意图。
[0024]其中，1.主汽轮机中压缸;2.主汽轮机低压缸;3.主发电机;4.主凝汽器;5.第一进汽阀；6.旁路透平;7.辅发电机;8.辅凝汽器;9.第二进汽阀;Pl.锅炉再热器;P2.给水回热系统。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述:
[0026]参见图2至图4，一种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统，包括主汽轮机中压缸I，主汽轮机中压缸I的入口端连接至锅炉再热器Pl，出口端分别连接至主汽轮机低压缸2和旁路透平6，主汽轮机低压缸2的出口端和旁路透平6的出口端均连接至主凝汽器4，旁路透平6的出口端与主凝汽器4的入口端之间设有辅凝汽器8，主凝汽器4的出口端连接至给水回热系统P2，主汽轮机中压缸I和主汽轮机低压缸2的功率输出轴连接至主发电机3，旁路透平6的功率输出轴连接至辅发电机7。
[0027]主汽轮机中压缸I的出口端与旁路透平6的入口端之间设有第一进汽阀5或并联设有第一进汽阀5和第二进汽阀9，当仅设置第一进汽阀5时，旁路透平6为定转速单分流低压纯凝汽式旁路透平或定转速双分流低压纯凝汽式旁路透平；当并联设置第一进汽阀5和第二进汽阀9时，旁路透平6为定转速双分流低压纯凝汽式旁路透平。
[0028]所述系统的旁路透平可以采用单分流+单进汽阀结构，也可以采用双分流+双进汽阀结构或双分流+单进汽阀结构。其中，所述双分流+双进汽阀可以采用对称结构，也可以采用非对称结构。
[0029]所述系统可以通过调节循环水量使汽轮机最佳排汽压力降低，拓宽机组高效运行的工况范围，降低机组的平均煤耗;其循环水量的调节方法包括采用循环水栗变频运行、双转速循环水栗扩大单元制运行或单转速循环水栗扩大单元制运行;其最佳排汽压力是指对应工况下机组供电煤耗率最低时的汽轮机排汽压力。
[0030]所述系统及旁路透平的运行方式是:若采用单进汽阀结构，旁路透平在主汽轮机负荷高于上限设定值时启动，正常运行时进汽阀全开以减少旁路透平的进汽损失，而在主汽轮机负荷低于下限设定值时关闭进汽阀及旁路透平。若采用双进汽阀结构，当主汽轮机负荷升高且高于上限设定值时按负荷大小依次开启对应的进汽阀，使主汽轮机排汽量始终处于低压缸高效工作区；当主汽轮机负荷降低且低于下限设定值时，关闭进汽阀及旁路透平;在旁路透平正常运行时各进汽阀始终处于全开或全关状态以减少进汽节流损失。在旁路透平进汽阀关闭后，仍然可以通过调节循环水量使汽轮机排汽压力处于最佳状态。
[0031]所述旁路透平开启或关闭的主汽轮机负荷设定值的选择原则是:保持主汽轮机低压缸高效运行的同时尽可能减少旁路透平的启停次数。所述旁路透平的汽源可选择中低压缸导汽管抽汽或低压缸回热抽汽点抽汽，乏汽可以直接排入主凝汽器，也可以排入为其专门设置的辅凝汽器，也可以排入与给水栗汽轮机共用的辅凝汽器。所述旁路透平直接驱动辅发电机发电，其产生的电能并入电网或厂用电。
[0032]下面对本实用新型的实施过程作进一步详细描述:
[0033]实施例1
[0034]—种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统，如图2所示。所述系统是在常规大型汽轮机组的基础上，增加一套由单个第一进汽阀5控制的定转速单分流低压纯凝汽式旁路透平、辅凝汽器8和辅发电机7及其管路系统，利用旁路透平6对主汽轮机低压缸2蒸汽量的分流和调节作用解决高负荷工况下末级排汽通道面积不足的问题，并为进一步降低汽轮机背压提供了条件。
[0035]所述旁路透平6的进汽来自于主汽轮机中压缸I到主汽轮机低压缸2的导汽管，乏汽排入辅凝汽器8，产生的机械能驱动辅发电机7发电。
[0036]所述系统的运行方式是:假定主汽轮机低压缸2的排汽量为Q，最佳工况点对应的排汽量为QoPt，当Q>kQQpt时，启动旁路透平6以减少主汽轮机低压缸2蒸汽量，使主汽轮机低压缸2处于高效工作区；当(KQopt/k时，关闭第一进汽阀5及旁路透平6Λ的取值原则是:保持主汽轮机低压缸高效运行的同时尽可能减少旁路透平的启停次数，建议但不限定k在1.04?1.12范围内取值。为了减少进汽节流损失，在旁路透平6正常运行时第一进汽阀5始终处于全开状态。
[0037]所述旁路透平在正常运行时因进汽节流损失小、无中间抽汽、各级叶片高度处于理想状态等特征，使其效率接近甚至超过主汽轮机低压缸;另外，采用所述技术方案可以使高负荷工况下主汽轮机低压缸2效率提高0.5?1.5 %以上，通过循环水量调节可以使汽轮机最佳排汽压力可降低0.5?lkPa，并大大拓宽了机组高效运行的工况范围，使机组综合煤耗率可降低1.5?3g/kWh，具有显著的经济效益和应用前景。
[0038]实施例2
[0039]—种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统，如图3所示。所述系统是在常规大型汽轮机组的基础上，增加一套由单个第一进汽阀5控制的定转速双分流低压纯凝汽式旁路透平、辅凝汽器8和辅发电机7及其管路系统，利用旁路透平6对主汽轮机低压缸2蒸汽量的分流和调节作用解决高负荷工况下末级排汽通道面积不足的问题，并为进一步降低汽轮机背压提供了条件。
[0040]所述旁路透平6的进汽来自于主汽轮机中压缸I到主汽轮机低压缸2的导汽管，乏汽排入辅凝汽器8，产生的机械能驱动辅发电机7发电。
[0041]所述系统的运行方式是:假定主汽轮机低压缸2的排汽量为Q，最佳工况点对应的排汽量为QoPt，当Q>kQQpt时，启动旁路透平6以减少主汽轮机低压缸2蒸汽量，使主汽轮机低压缸2处于高效工作区；当(KQopt/k时，关闭第一进汽阀5及旁路透平6Λ的取值原则是:保持主汽轮机低压缸高效运行的同时尽可能减少旁路透平的启停次数，建议但不限定k在1.04?1.12范围内取值。为了减少进汽节流损失，在旁路透平6正常运行时第一进汽阀5始终处于全开状态。
[0042]所述旁路透平在正常运行时因轴向推力和进汽节流损失小、无中间抽汽、各级叶片高度处于理想状态等特征，使其效率接近甚至超过主汽轮机低压缸;另外，采用所述技术方案可以使高负荷工况下主汽轮机低压缸2效率提高0.5?1.5%以上，通过循环水量调节可以使汽轮机最佳排汽压力可降低0.5?lkPa，并大大拓宽了机组高效运行的工况范围，使机组综合煤耗率可降低1.5?3g/kWh，具有显著的经济效益和应用前景。
[0043]与实施例1相比，本实施例中的旁路透平采用双分流结构，用于平衡轴向推力、降低叶片高度，适用于功率较大的旁路透平系统。
[0044]实施例3
[0045]—种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统，如图4所示。所述系统是在常规大型汽轮机组的基础上，增加一套由并联的第一进汽阀5和第二进汽阀9分别控制的定转速双分流低压纯凝汽式旁路透平、辅凝汽器8和辅发电机7及其管路系统，利用旁路透平6对主汽轮机低压缸2蒸汽量的分流和调节作用解决高负荷工况下末级排汽通道面积不足的问题，并为进一步降低汽轮机背压提供了条件。
[0046]所述旁路透平6的进汽来自于主汽轮机中压缸I到主汽轮机低压缸2的导汽管，分别由第一进汽阀5和第二进汽阀9控制，进入旁路透平6两侧的进汽口。所述旁路透平6可以采用对称结构，也可以采用非对称结构，但两侧乏汽均排入辅凝汽器8，产生的机械能驱动辅发电机5发电。
[0047]若采用对称结构，所述系统的运行方式是:假定主汽轮机低压缸2的排汽量为Q，最佳工况点对应的排汽量为Qcipt;在旁路透平停机状态，当Q升高且9>1^_时，首先开启第一进汽阀5，启动旁路透平6，若Q继续增大并超过kQ—时，再开启第二进汽阀9，使主汽轮机排汽量始终处于主汽轮机低压缸2高效工作区；在旁路透平两阀全开状态，当Q减小且WQopt/k时，首先关闭第一进汽阀5，若Q继续减小并低于Qc>pt/k时，再关闭第二进汽阀9，使旁路透平停机。
[0048]若采用非对称结构，所述系统可以采用与对称结构相同的运行方式，此时首先开启和最后关闭的进汽阀一般选择但不局限于尺寸较小的阀；如果透平两侧蒸汽流量差距较大，且首先开启的时小阀，也可以在第二个阀开启时关闭第一个阀，当Q继续增大并超过kQ_时再次开启第一个阀，关闭时正好相反，使主汽轮机低压缸流量变化更平稳。
[0049]k的取值原则是:保持主汽轮机低压缸高效运行的同时尽可能减少旁路透平的启停次数，一般情况下，建议但不限定k在1.02?1.1范围内取值。为了减少进汽节流损失，在旁路透平正常运行时各进汽阀始终处于全开或全关状态。
[0050]与实施例2相比，本实施例的主汽轮机低压缸流量调节更精细、平滑，高效工况范围也更大。本方案的实施将使高负荷工况下低压缸效率提高0.8?2.0 %以上，通过循环水量调节可以使汽轮机最佳排汽压力降低0.5?lkPa，使煤耗最多降低2?4g/kWh，具有显著的经济效益和应用前景。本实施例的主要缺点是旁路透平的调节控制复杂。
[0051 ] 实施例4
[0052]一种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统，如图5所示。所述系统是在常规大型汽轮机组的基础上，增加一套由单个第一进汽阀5控制的定转速单分流低压纯凝汽式旁路透平6和辅发电机7及其管路系统，利用旁路透平对主汽轮机低压缸2蒸汽量的分流和调节作用解决高负荷工况下末级排汽通道面积不足的问题。
[0053]所述旁路透平6的进汽来自于主汽轮机中压缸I到主汽轮机低压缸2的导汽管，乏汽直接排入主凝汽器4，产生的机械能驱动辅发电机7发电。尽管冷端负荷和参数没有变化，但由于主汽轮机排汽量减少，仍然具有降低排汽压力的条件。
[0054]所述系统的运行方式是:假定主汽轮机低压缸2的排汽量为Q，最佳工况点对应的排汽量为QoPt，当Q>kQQpt时，启动旁路透平6以减少主汽轮机低压缸2蒸汽量，使主汽轮机低压缸2处于高效工作区；当(KQopt/k时，关闭第一进汽阀5及旁路透平6Λ的取值原则是:保持主汽轮机低压缸2高效运行的同时尽可能减少旁路透平的启停次数，建议但不限定k在1.04?1.12范围内取值。为了减少进汽节流损失，在旁路透平正常运行时第一进汽阀5始终处于全开状态。
[0055]所述旁路透平在正常运行时因进汽节流损失小、无中间抽汽、各级叶片高度处于理想状态等特征，使其效率接近甚至超过主汽轮机低压缸;另外，采用所述技术方案可以使高负荷工况下低压缸效率提高0.5?1.5%以上，通过循环水量调节可以使汽轮机最佳排汽压力可降低0.5?lkPa，并大大拓宽了机组高效运行的工况范围，具有显著的经济效益和应用前景。
[0056]采用双分流旁路透平时，如实施例2和实施例3，也可以不设置辅凝汽器。
【主权项】
1.一种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统，其特征在于，包括主汽轮机中压缸(I)，主汽轮机中压缸(I)的入口端连接至锅炉再热器(Pl)，出口端分别连接至主汽轮机低压缸(2)和旁路透平(6)，主汽轮机低压缸(2)的出口端和旁路透平(6)的出口端均连接至主凝汽器(4)，主凝汽器(4)的出口端连接至给水回热系统(P2)，主汽轮机中压缸(I)和主汽轮机低压缸(2)的功率输出轴连接至主发电机(3)，旁路透平(6)的功率输出轴连接至辅发电机(7)。2.根据权利要求1所述的一种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统，其特征在于，旁路透平(6)的出口端与主凝汽器(4)的入口端之间设有辅凝汽器(8)。3.根据权利要求1所述的一种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统，其特征在于，主汽轮机中压缸(I)的出口端与旁路透平(6)的入口端之间设有第一进汽阀(5)。4.根据权利要求3所述的一种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统，其特征在于，旁路透平(6)为定转速单分流低压纯凝汽式旁路透平或定转速双分流低压纯凝汽式旁路透平。5.根据权利要求1所述的一种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统，其特征在于，主汽轮机中压缸(I)的出口端与旁路透平(6)的入口端之间设有并联的第一进汽阀(5)和第二进汽阀(9)。6.根据权利要求5所述的一种用于大型汽轮机高负荷工况的低压旁路透平系统，其特征在于，旁路透平(6)为定转速双分流低压纯凝汽式旁路透平。
【文档编号】F01K7/16GK205477780SQ201620256635
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】王顺森, 颜晓江, 张俊杰, 胡斌, 姚建华, 张磊, 程上方, 周勇, 徐亚涛, 乔加飞
【申请人】西安交通大学