专利名称：用于加热蒸汽轮机的方法
用于加热蒸汽轮^^的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于加热蒸汽轮机(Dampfturbine)的方法，其中蒸 汽轮机包括高压涡轮部分(Teiltwbine)及中压涡轮部分和/或低压涡轮 部分，而高压涡轮部分在入口侧通过新蒸汽管线(Frischdampfleitung) 按流体动力学(str6mungstechnisch)的方式联结到蒸汽发生器 (Dampferzeuger)，且在高压涡轮部分和中压涡轮部分之间设置有蒸汽 阀门(Dampf-Ventil),并且，并4亍加热高压涡轮部分、新蒸汽管线和蒸 汽发生器。
装备了蒸汽轮机设备来发电的发电站，依赖实际的电需求量可以 关闭单个蒸汽轮机或多个蒸汽l仑机，并依赖需求可以再打开单个蒸汽
轮机或多个蒸汽轮机。快速地启动每个蒸汽轮机设备在这里具有决定 性的意义。这尤其适用于停工时间长的情况，尤其是在冷启动后和在 热启动后，例如在周末停工后。根据现有技术，在启动过程其间，首 先加速或加热蒸汽发生器，以升高蒸汽温度和蒸汽压强。 一旦蒸汽稳 定地处在预定启动温度、预定启动压强以及预定启动质量下，就启动 用于开动蒸汽轮机的开动过程。因此，首先或多或少地打开新蒸汽阀 门。其中，选择蒸汽的启动温度、启动压强和启动质量，使得在蒸汽 轮机开动后可以实现蒸汽轮机的空载运行或低负载运行。在这里，蒸 汽具有一定的传导率，它的值必须处在给定的范围之内，以避免不洁 的蒸汽对蒸汽轮机的损坏。
因此，在开动蒸汽轮机设备时，需要持续不断地确定蒸汽的传导 率，并只有在当蒸汽低于一定的边界值时，才允许其流入蒸汽轮机。
选择蒸汽的启动温度、启动压强和启动质量， -使得在蒸汽轮机的 开动后可以实现蒸汽轮机的空载运行或低负载运行。这些参数必须稳定，直至实际的开动过程启动。视发电站类型和锅炉建造类型或发电
站规;漠而定，在这里经常会持续大约1至3小时。在从停机状态开动 时，在热蒸汽的冲击下，通过所出现的热拉伸应力，经常会达到较高 的材料负载。目前，已经实现了用测量技术来监视热拉伸应力。其中， 缩短这样的蒸汽轮机设备的启动时间具有很大的利益，因为由此可以
通常仅仅当蒸汽有预定的启动质量(尤其鉴于清洁度和pH-值)时 启动开动过程。优选地，也仅Y又在当蒸汽有预定的预热质量时启动预 热方法，其中启动质量高于预热质量。为了获得高质量的蒸汽而花费 的消耗相当高。
根据本发明的蒸汽轮机，可以包括多个涡轮部分。在这里，涡轮 部分可以设计成用于不同的蒸汽参数，例如温度和压强。在这里已知 的是高压涡轮部分、中压涡轮部分和低压涡轮部分。在高压涡轮部分 中一般流着过热的蒸汽，该过热蒸汽可以具有在62CTC之内的温度。 此外该过热蒸汽可以具有在300bar之内的压强。过热的蒸汽也称作热 蒸汽。如果饱和蒸汽由底座或冷凝物分开，并在相同的压强下加热， 则蒸汽越来越不饱和。这样的蒸汽称作热蒸汽或过热蒸汽。
在底座或冷凝物上的蒸汽空间，对于当前的均衡温度，容纳了最 大可能数量的分子这样的蒸汽称作饱和蒸汽、干燥蒸汽或已饱和蒸 汽。
与之相反，中压涡轮部分构造成，使得膨胀的蒸汽由高压涡轮部 分到达中间过热器中，其中，蒸汽在中间过热器中温度升高，并紧接 着流入中压涡轮部分。在这里，在中压涡轮部分中的蒸汽的温度处于 大约600°C,并具有大约80bar的压强。由中压涡轮部分流出的蒸汽 最后导入低压涡轮部分。
高压涡轮部分、中压涡轮部分和低压涡轮部分的划分在学术界没 有统一。所以蒸汽参数，例如温度和压强不作为高压强涡轮部分、中 压涡轮部分和低压涡轮部分之间的单 一 决定条件。运行带有蒸汽的中间过热的蒸汽轮机的方法是已知的，其中该蒸 汽从高压涡轮部分流出并流入中压涡轮部分。通过中间过热，再次升 高在高压强部分中已经完成蒸汽轮机工作的蒸汽的温度，并因此在蒸
汽到达低压涡轮部分中前加大可使用的落差(Ge创le)。由此提高设备 的效率。
带有蒸汽中间过热的蒸汽发电站或组合发电站的其它运行优点 是，通过中间过热，减少蒸汽在汽轮机最后阶段的最终湿度(Endnasse), 并由此增强流体动力学上的质量并延长使用寿命。
当蒸汽在机器中膨胀时过于潮湿，则在蒸汽轮机中应用中间过热 方法。蒸汽在流过一些阶段后，由汽轮机导出并导入中间过热器，并 在其后重新引入汽轮机。在压差非常大的情况下，应用多次中间过热， 使得在最后阶段的蒸汽湿度不会太大。
本发明的目的在于，加快已经冷却了的蒸汽轮机的加热速度。 该目的通过一种用于加热蒸汽轮机的方法来实现，其中，蒸汽轮 机包括高压涡轮部分及中压涡轮部分和/或低压涡轮部分，其中，高压 涡轮部分入口侧通过新蒸汽管线按流体动力学的方式联结到蒸汽发 生器，而在高压涡轮部分和中压涡轮部分之间设置了蒸汽阀门，并同 时加热高压涡轮部分、新蒸汽管线和蒸汽发生器，其中该方法包括以 下步骤
a) 升高高压涡轮部分出口侧的反压(Gegendruck),
b) —旦在蒸汽发生器中产生的蒸汽的传导率(Leitfehigkeit)降至低 于(unterschreiten;K^差值(Toleranzwert),就打开设置在高压涡轮部分入 口之前的阀门，
c) 闭合设置在高压涡轮部分和中压涡轮部分之间的蒸汽阀I、:i,
d) 把高压涡轮部分转子的转速值调节到低于额定转速 (Nenndrehzahl)，e) —旦在蒸汽发生器中产生的蒸汽的传导率低于边界值 (Grenzwert)，就降低反压，其中，边界值小于公差值，
f) 通过打开蒸汽阀门，利用由蒸汽发生器产生的蒸汽来加热中压 涡轮部分和/或低压涡轮部分，其中，蒸汽的传导率低于边界值。
本发明的主要观点在于，包括高压涡轮部分、中压涡轮部分和低 压蒸汽涡轮部分的蒸汽轮机并不必须同时流过有足够好质量的蒸汽。 所以本发明的一方面在于，当考虑到根据本发明的方法步骤时，可以 由质量(例如传导率)不足够好的蒸汽来沖击高压涡轮部分。在冷启动 后，在新蒸汽管线中开始加热形成有相应压强的蒸汽轮机。在大多情 况下，新蒸汽管线与蒸汽发生器一起同时加热。蒸汽发生器也称作锅
温度。在这里，蒸汽必须具有一定的质量。质量不够好的蒸汽可能会 因不洁而引起腐蚀，这样的腐蚀(例如)在初始蒸汽湿度范围内对叶片 材料的交变弯曲强度产生不利影响。然而，蒸汽质量不够好的问题尤 其关系到低压涡轮部分，因为最后阶段的高负荷在此处实现。对比于 低压涡轮部分，高压涡轮部分可以由传导率劣于冲击低压涡轮部分的 蒸汽的蒸汽来沖击。
基于现有技术，整个蒸汽轮机的加热仅在蒸汽具有足够的传导率 时开始。然而根据本发明，高压涡轮部分与新蒸汽管线和蒸汽发生器 一起，在中压涡轮部分和/或低压汽轮机封闭时进行预热。
由于高压涡轮部分对蒸汽传导率的要求相对低，所以在高传导率 时已经可以开始流动。为此，闭合设置在中压涡轮部分前的蒸汽阀门。 从而可以在高压涡轮部分的出口产生反压，该反压在允许值的相邻范 围内可以任意地提高。由此实现带有高冷凝热的加热。
本发明的一个主要方面在于，准许用带有相对高的电传导率的蒸 汽来预热高压涡轮部分，另一个方面在于，升高用于启动预热阶段的、 高压涡轮部分出口处的反压，并在紧接着的加速之前再降低到额定值 上。该蒸汽首先流过高压涡轮部分。高压涡轮部分出口处蒸汽的压强可以升高。这由例如设置在高压涡轮部分和中压涡轮部分之间的阀瓣
(Klappe)或阀门来实现，该阀瓣或阀门可以部分地或全部地闭合。通 过提高压强，改善了蒸汽向高压涡轮部分的厚壁部件的热传递。流过 的蒸汽在某种程度上在出口集聚，由此实现对高压涡轮部分的快速加 热。由此，蒸汽的饱和温度偏移到较高的值。 因此，步骤a)和c)可以交换。
在饱和(冷凝)时热传递系数可以达到大约5000W/(m2K)，其中在 过热状态(对流)情况下，热传递系数仅仅达到大约150W/(m2K)。由此， 可以提高高压涡轮部分的部件在加热阶段期间的携热量 (WSrmeeintrag)。
利用根据本发明的方法，蒸汽轮机的预热可以提前大约1至3小 时开始。另一优点在于，通过更大的饱和蒸汽温度，携热量引起高压 涡轮部分的部件的加速加热。由此，在冷启动中整个启动时间可以缩 短大约1至1.5小时。
在有利的改进中，蒸汽电传导率的公差值在0.5pSiemens/cm和 5jLiSiemens/cm之间。
经验值显示，这样的取值区间尤其适于公差值。
在其它有利的改进中，在步骤d)中转子的转速值调节到100转/ 分钟至1000转/分钟之间。由此避免通风，并使得蒸汽流量较低时的 预热成为可能。在这里，转速处在阻塞范围之下。
下文将参考附图来详细描述本发明的实施例。其中，带有相似参 考标号的元件起相似的作用。 其中
图1示意性地显示了蒸汽專仑机，该蒸汽轮机包括高压涡轮部分、 中压涡轮部分和低压涡轮部分，
图2示意性地显示了备选的蒸汽轮机，该备选蒸汽轮机包括高压 涡轮部分、中压涡轮部分和低压涡轮部分。在图1中示意性地显示了蒸汽轮机1，该蒸汽轮机l包括高压涡
轮部分2、中压涡轮部分3和岔流式低压涡轮部分4。高压涡轮部分2 包括至少两个新蒸汽管线5，其中，在新蒸汽管线5中设置有阀门6。 阀门6构造成用于调节流过新蒸汽管线5的蒸汽的流量。新蒸汽在未 详细显示的蒸汽发生器或锅炉中产生。在蒸汽发生器产生的蒸汽通过 新蒸汽管线5和阀门6到达高压涡轮部分2中，该蒸汽在高压涡轮部 分2中降低压强，紧接着由出口 7从高压涡轮部分2流出。通过排汽 管线8,降低了压强的蒸汽到达未详细显示的中间过热器，并在中间 过热器中加热到高温，紧接着通过至少一个中压入口管道9流入中压 涡轮部分3。在中压涡轮部分3中蒸汽降低到低温和低压状态，并从 中压涡轮部分3的出口侧10流出，通过管道11流入低压涡轮部分4 中。在低压涡轮部分4中进一步降低蒸汽的压强。蒸汽的温度进一步 降低。通过出口管道12，蒸汽最后从蒸汽轮机流出，并导入未详细显 示的冷凝器。在蒸汽轮机1的与测定相关的(bestimmungsgem犯en)运 行阶段期间，实现上述这种蒸汽导流。在多于48小时的停工后，蒸 汽轮机l处于冷却状态。在沖击和负荷之前，蒸汽轮机l中的机轴和 其它厚壁部件必须用热的新蒸汽可控制地预热，以防止在部件中出现 不允许的应力。阀门6的首次打开依赖于蒸汽的传导率、过热和蒸汽 的绝对值，例如压强p和温度T。
用于加热蒸汽轮^U1的方法按下文所述的方式来实现。蒸汽轮机 1包括高压涡轮部分2和中压涡轮部分3和/或低压涡轮部分4。在高 压涡轮部分2和中压涡轮部分3之间至少设置有高压-中压-阀门14。 高压涡轮部分2、新蒸汽管线5和蒸汽发生器同时加热。在第一步骤 中，升高高压涡轮部分出口侧7的反压。这可以通过闭合设置在高压 涡轮部分和中压涡轮部分之间的蒸汽阀门14来实现。在下一步骤中， 一旦在蒸汽发生器中产生的蒸汽的传导率低于公差值，就打开在高压 涡轮部分2的入口 13处的阀门6。该公差值可以处在0.5pSiemens/cm至5nSiemens/cm之间。在这里不间断地测量在蒸汽发生器中产生的蒸 汽的传导率，并在总站中收集并进一步利用。
在下一步骤中，高压涡轮部分2的转子的转速值调节到低于额定 转速。已经显示，用于加热高压涡轮部分的转子转速值最好应该在100 转/分钟至1000转/分钟之间。
在下一步骤中， 一旦在蒸汽发生器中产生的蒸汽的传导率低于 0.2-0.5pSiemens/cm的边界值，就降低充满出口侧7的反压。通过打 开蒸汽阀门14可以实现降低反压。
额定转速可以是3000转/分钟或3600转/分钟，这视交流网络运 行在哪个网络频率(50Hz或60Hz)而定。对于核发电站，蒸汽4t机设 备的额定转速可以是1500转/分钟。无论如何，在步骤d)中，具有重 要意义的是，转子的转速明显地低于额定转速，也就是说，转子转速 低于额定转速好几倍。
在下一步骤中，通过打开i殳置在高压涡轮部分和中压涡轮部分之 间的蒸汽阀门，利用蒸汽发生器产生的蒸汽来实现中压涡轮部分和/ 或低压涡轮部分4的加热，该蒸汽的传导率低于边界值。
在图2中显示了蒸汽轮机的备选实施例。蒸汽轮机l'包括高压涡 轮部分2'和构造成紧凑形式的中压涡轮部分和低压涡轮部分3'。中压 涡轮部分和低压涡轮部分也称作为E涡轮部分。与在图1中显示的蒸 汽轮机的实施例的主要区别在于，在图2中显示的蒸汽轮机l'不包括 通流管道ll。参考在图2中显示的蒸汽轮机，该方法的工作原理几乎 与在图1中描述的蒸汽轮机的工作原理相同。不同之处在于，图l中 的蒸汽轮机l包括两个涡轮部分， 一个中压涡轮部分3而另一个是低 压涡轮部分4。然而在图2中显示的涡轮部分3'中，中压涡轮部分和 低压涡轮部分都包括在同个壳体中。
权利要求
1.一种用于加热蒸汽轮机(1)的方法，其中，所述蒸汽轮机(1)包括高压涡轮部分(2)及中压涡轮部分和/或低压涡轮部分(3，4)，并且，所述高压涡轮部分(2)在入口侧通过新蒸汽管线(5)按流体动力学的方式联结到蒸汽发生器上，并且，在所述高压涡轮部分(2)和所述中压涡轮部分之间(3)设置有蒸汽阀门(14)，并且，所述高压涡轮部分(2)、所述新蒸汽管线(5)和所述蒸汽发生器同时加热，其特征在于下列步骤a)升高所述高压涡轮部分(2)的出口侧的反压，b)一旦在所述蒸汽发生器中产生的蒸汽的传导率降至低于公差值，就打开设置在所述高压涡轮部分(2)的入口(13)前的阀门(6)，c)闭合设置在所述高压涡轮部分(2)和所述中压涡轮部分(3)之间的所述蒸汽阀门(14)，d)调节所述高压涡轮部分(2)的转子的转速值到低于额定转速，e)一旦在所述蒸汽发生器中产生的蒸汽的传导率降至低于边界值，就降低反压，其中，所述边界值小于所述公差值，f)通过打开所述蒸汽阀门(14)，利用由所述蒸汽发生器产生的蒸汽来加热所述中压涡轮部分和/或低压涡轮部分(4)，其中，所述蒸汽的传导率低于所述边界值。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，所 述公差值处在0.5jiSiemens/cm至5jiSiemens/cm之间。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤d)中， 所述转子的转速值低于额定转速若干倍。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述转子的转速值在100转/分钟至1000转/分4中之间。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步 骤e)中，所述边界值处在0.2pSiemens/cm至0.5^Siemens/cm之间。
全文摘要
本发明涉及一种用于加热蒸汽轮机(1)的方法，其中，蒸汽轮机(1)包括高压涡轮部分(2)及中压涡轮部分和/或低压涡轮部分。该方法的主要特征在于，在冷启动后，由带有相对高的传导率的蒸汽冲击高压涡轮部分(2)，在冲击期间，中压涡轮部分(3)以及低压涡轮部分(4)保持闭合。一旦传导率低于一定值，则蒸汽也冲击中压涡轮部分(3)以及低压涡轮部分(4)。
文档编号F01K13/02GK101287892SQ200680037402
公开日2008年10月15日 申请日期2006年9月27日 优先权日2005年10月12日
发明者E·格布雷克特, H·迪斯塔贝克, K·彼得斯, R·奎因科茨 申请人:西门子公司