专利名称：：用于大型汽轮机快速冷却的高温空气生产方法与装置的制作方法
技术领域：
：本发明专利涉及热能工程领域，特别涉及大型汽轮机停机后快速冷却用的高温空气生产方法和装置。
背景技术：
：为了减少高参数大容量汽轮机汽缸的散热，大机组汽轮机汽缸外部的保温绝热性能越来越好。这在正常运行时是必要的，它可减少对外散热损失和汽缸各部分温差，但在检修停机的自然冷却过程中，因汽缸散热条件差，热容量大，温度下降很慢，使得300丽以上的大型汽轮机在不采用快速冷却技术时，通常需近io天时间才能揭缸，延长了汽轮机检修时间，降低了机组的可用率。现在各热电厂停机后汽轮机的快速冷却大多采用内冷却方式加速汽轮机的冷却，常见的快速冷却方法有抽真空冷却法、蒸汽冷却法及压縮空气冷却法。(1)真空冷却。在汽轮机停机盘车后启动抽气系统，吸入环境空气对汽轮机进行快速冷却。冷却空气从预留的进气口吸入汽轮机，吸收热量后进入冷凝器由抽气器抽出。该方法投资少且易实现，但受到抽气器容量限制，冷却后期效果差，空气入口处金属和空气温差大，会造成较大的热应力。(2)蒸汽冷却。维持额定转速(3000r/min)，利用辅助汽源或锅炉余热产生低温低压蒸汽进入汽轮机进行冷却。蒸汽冷却方法虽然利用现有的汽源和系统，但是锅炉操作难度大，不易保证冷却蒸汽温度和压力来适应下降速度，易造成汽轮机汽缸温差及胀差超限。(3)压縮空气冷却。将压縮空气加热后通入汽轮机进行强制冷却，冷却速度也可通过空气流量或空气温度的不同来调节。由于空气比热小，对流换热系数小且无相变换热的疏水问题，因而冷却过程平缓，安全并且易于控制。综合比较几种冷却方式，大型汽轮机的快速冷却方式较适合压縮空气冷却，国内现阶段也较广泛的采用。但传统的汽轮机压縮空气冷却方式所用空气，采用电加热的方式，耗电很大，冷却空气流量小，控制困难，难以很好满足大型汽轮机快速冷却。
发明内容本发明专利的目的在于克服现有压縮空气冷却技术的缺点，提供一种运行可靠，经济实用，具有较好的高温冷却空气控制系统，能方便准确地控制大型汽轮机快速冷却所需空气温度和流量，满足大型汽轮机快速冷却要求的高温冷却空气的方法与装置。本发明专利的方法是用燃气燃烧热量加热空气替代传统的电加热空气方式。本发明的目的通过如下技术方案实现用于大型汽轮机快速冷却的高温空气生产装置，包括燃气输送装置、燃烧装置、引风装置和控制系统；燃气输送装置的燃气瓶通过管道依次与燃气调节阀和流量计之一连接，流量计之一通过电磁阀之一和电磁阀之二分别与烧嘴一和烧嘴二连接；燃烧装置的高温空气腔室两侧与燃烧室之一和燃烧室之二相连，燃烧室之一和燃烧室之二分别又与蓄热体之一和蓄热体之二相连，烧嘴一和烧嘴二分别设置在燃烧室之一和燃烧室之二内；所述引风装置的送风机通过送风调节阀与四通阀连接，四通阀通过流量计之二和流量计之三分别与蓄热体之一和蓄热体之二连接；高温空气腔室与高温空气引出管连接；四通阀通过引风调节阀和引风机连接；所述控制系统测温热电偶设置在高温空气腔室内，可编程控制器分别与燃气调节阀与测温热电偶连接；另一可编程控制器分别与流量计之二、流量计之三和送风调节阀连接。所述高温空气引出管与高温空气腔室的连接处设有高温空气出口挡板。应用上述装置的用于大型汽轮机快速冷却的高温空气生产，包括如下步骤(1)由送风机送入空气，通过送风调节阀与四通阀进入蓄热体之一中吸收蓄热，成高温空气；高温空气分两部分，一部分通过高温空气腔室，由高温空气引出管引入到汽轮机作为快速冷却用空气；另一部分与烧嘴二中燃气在燃烧室之二燃烧，烧嘴一和电磁阀之一处于关闭状态，燃烧用燃气由燃气瓶通过调节阀、流量计之一和电磁阀之一送到烧嘴二中点火燃烧；燃烧后烟气依次通过蓄热体之二、流量计之三、四通阀、引风调节阀，由引风机排出；(2)送风机送入空气，通过送风调节阀与四通阀进入蓄热体之二中吸热成高温空气，高温空气分两部分，一部分通过高温空气腔室，由高温空气引出管引入到汽轮机作为快速冷却用空气，另一部分与烧嘴一中燃气在燃烧室之一燃烧，燃烧后烟气通过蓄热体之一，再通过流量计之三、四通阀、引风调节阀，由引风机排出；所述步骤(1)、(2)送风机送入空气调节通过测量热电偶测量高温空气腔室温度，其信号送入可编程控制器，可编程控制器的温度设定值由汽轮机实测温度值再考虑热应力后确定；所述步骤(1)、(2)燃烧用燃气调节高温空气流量通过测量流量计之二、流量计之三得到送风量和引风量计后，送到可编程控制器，计算两者差值并取绝对值，以该绝对值作为被调量，以汽轮机冷却速度要求的风量作为设定值，用于控制送风调节阀开度；(3)重复步骤(1)和(2)，实现高温空气连续生产。所述高温空气的温度为100°C_500°C。本发明专利的方法与装置相对于现有技术具有如下的优点及效果(1)用一次燃料一燃气做能源，代替原电加热生产高温冷却空气的方式，节约能源。(2)本发明专利采用燃气做能源，功率大，能保证汽轮机冷却要求的空气温度和流(3)本发明专利采用燃气做能源，控制方便，能实现连续调节，满足大型汽轮机各阶段冷却要求，并且冷却速度快，时间短，热应力小。图1大型汽轮机快速冷却的高温空气生产方法与装置结构示意图；图2可编程控制器(PLC)温度、流量控制系统结构图；图3PLC温度控制框图；图4PLC流量控制框图。具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步地说明。如图1所示，用于大型汽轮机快速冷却的高温空气生产装置主要分为四部分第一部分为燃气输送装置，包括燃气瓶1、压力表2、燃气调节阀3、流量计之一4、电磁阀之一9-1、电磁阀之二9-2、烧嘴一8-1和烧嘴二8-2。燃气瓶1通过管道依次与燃气调节阀3和流量计之一4连接，流量计之一4通过电磁阀之一9-1和电磁阀之二9-1分别与烧嘴一8-1和烧嘴二8-2连接。压力表2设置在燃气瓶1与燃气调节阀3连接的管道上，用于测量燃气压力。烧嘴一8-l、二8-2带有脉冲点火装置。第二部分为燃烧装置，包括蓄热体之一6-l、蓄热体之二6-2、燃烧室之一7-l、燃烧室之二7-2、烧嘴一8-l、烧嘴二8-2和高温空气腔室13。高温空气腔室13其两侧与燃烧室之一7-1和燃烧室之二7-2相连，燃烧室之一7-1和燃烧室之二7-2分别又与蓄热体之一6-1和蓄热体之二6-2相连。烧嘴一8-1和烧嘴二8-2分别设置在燃烧室之一7-1和燃烧室之二7-2内。第三部分为送引风装置，包括送风机15、送风调节阀16、四通阀17、流量计之二14-1、流量计之三14-2、蓄热体之一6-l、蓄热体之二6-2、高温空气腔室13、高温空气出口挡板12、高温空气引出管11、引风机18和引风调节阀19。送风机15通过送风调节阀16与四通阀17连接，四通阀17通过流量计之二14-1和流量计之三14-2分别与蓄热体之一6-1和蓄热体之二6-2连接；高温空气腔室13后设有高温空气引出管ll，高温空气引出管11与高温空气腔室13连接，连接处设有高温空气出口挡板12;四通阀17通过引风调节阀19和引风机18连接，同时还通过送风调节阀16和送风机15连接。第四部分为控制系统，控制高温空气温度和流量，主要设备有测温热电偶10、可编程控制器5-l、5-2、燃气调节阀3以及流量计之二14-1、流量计之三14-2。测温热电偶10设置在高温空气腔室13内，可编程控制器5-1分别与燃气调节阀3与测温热电偶10连接，接收测温热电偶10信号，输出信号输送至燃气调节阀3;可编程控制器5-2分别与流量计之二14-1、流量计之三14-2和送风调节阀16连接，接受流量计之二14-1、流量计之三14-2的送风量和引风量信号，可编程控制器5-2的信号输送至送风调节阀16。可编程控制器5-2通过获取流量计之二14-1、流量计之三14-2的流量信号，比较两者的大小，得到两者流量之差绝对值，根据此绝对值与汽轮机冷却风量比较，得到送风量调节信号，该输出信号用于送风量的调节。送风调节阀16，引风调节阀19都为电动调节阀。如图2所示，可编程控制器5-1、5-2通过A/D转换器与温度变送器和流量变送器连接，并通过D/A转换器与放大器连接。可编程控制器5-l、5-2具有数学逻辑运算、数据传送、数据转换等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。可编程控制器5有两部分控制内容，一是高温空气温度控制，二是高温空气流量控制。它采用相应的A/D和D/A转换模块来处理模拟量，实现闭环控制。首先由测温热电偶测得温度信号或由涡街流量计测得流量信号，再由温度变送器或流量变送器把测得的信号+转化为4mA20mA的标准信号，而且此信号和温度或流量是成线性关系的。在系统内部A/D转换器将此数值进行模数变换，将其换算为和温度或流量等值的实数，再将此值与设定的给定值比较，进行PID运算，运算后信号再经D/A转换成4mA20mA的电流输出信号，后经过放大器进行功率放大后去控制调节阀。可编程控制器5(PLC)的温度、流量控制系统结构图见图2。可编程控制器5-1的温度程序控制框图见图3。首先输入汽轮机金属温度Tsp，如表1所示，其区间分成>500。C、500。C-400°C、400°C-300°C、300°C-200°C、<200°C，Tsp>50(TC时本装置报警，其他温度区间选择冷却的高温空气温度设定值分别为Stair=Tsp-30°C、Stair=Tsp-50°C、Stair=Tsp-70°C、Stair=Tsp-10(TC，与实际高温空气温度值Tair对比，差值〉5t:时反馈继续调节器PID工作，调节燃气调节阀开度改变高温空气温度，直到高温空气温度的设定值实际值<5t:时调节完成。可编程控制器5-2的流量程序控制框图见图4。首先输入汽轮机金属温度Tsp，如表1所示，其Tsp区间分成>500°C、500°C-400°C、400°C-300°C、300°C-200°C、<200°C，Tsp>50(TC时本装置报警，其他温度区间选择冷却的高温空气流量设定值分别为SG=60m3/min、SG=80m3/min、SG=1000m3/min、SG=150m3/min，以送引风量之差为实际高温空气流量值Gair，高温空气流量的设定值与实际值的差值>5mVmin时，反馈继续调节器PID工作，调节送风机调节阀开度改变高温空气流量，直到高温空气流量的设定值实际值<5mVmin时调节完成。测温热电偶10采用测温范围在0°C_7001:的KP镍铬镍硅热电偶，热电偶直径0.3mm。烧嘴燃用气体燃料，带有高能点火装置，在电磁阀打开，点火装置工作能使烧嘴点火燃烧。本装置工作时由送风机15送入新风，通过送风调节阀16与四通阀17进入蓄热体之一6-l中(A侧)吸收前一时间的蓄热，成高温空气。高温空气分两部分，一部分通过高温空气腔室13，由高温空气出口挡板12、高温空气引出管11引入到汽轮机作为快速冷却用空气，另一部分与烧嘴二8-2中燃气在燃烧室之二7-2燃烧，这时烧嘴一8-1和电磁阀之一9-1处于关闭状态，燃烧用燃气由燃气瓶1通过压力表2、调节阀3、流量计之一4，通过电磁阀之一9-2送到烧嘴8-2中点火燃烧。燃烧后烟气通过蓄热体之二6-2，再通过流量计之三14-2、四通阀17、引风调节阀19，由引风机18排出。同样，在下一时刻，燃气通过压力表2、调节阀3、流量计之一4，再通过电磁阀之一9-1送到烧嘴一8-1中点火燃烧，而烧嘴二8-2和电磁阀之二9-2处于关闭状态。这时四通阀17自动切换，送风进B侧，送风机15送入新风通过送风调节阀16与四通阀17进入蓄热体之二6-2中吸收蓄热成高温空气，高温空气分两部分，一部分通过高温空气腔室13，由高温空气出口挡板12、高温空气引出管11引入到汽轮机作为快速冷却用空气，另一部分与烧嘴一8-1中燃气在燃烧室之一7-1燃烧，燃烧用燃气由燃气瓶1通过压力表2、调节阀3、流量计之一4，通过电磁阀之一9-1送到烧嘴一8-1中点火燃烧。燃烧后烟气通过蓄热体之一6-l，再通过流量计之三14-2、四通阀17、引风调节阀19，由引风机18排出。整个工作过程中，电磁阀之一9-1、电磁阀之二9-l、烧嘴一8-l、烧嘴二8-2与四通阀17能联合互相切换，四通阀17使A侧送风导通时，A侧电磁阀关闭，而B侧电磁阀打开，B侧烧嘴二8-2在点火器作用下燃烧，产生的烟气把热量储存在蓄热体内，后通过四通阀17由引风机18排出；下一个时间刚好相反，四通阀17切换通道，新风经四通阀17送往B侧，吸收B侧蓄热体热量，B侧燃烧室不工作而转向A侧燃烧室工作，燃烧后烟气热量储存在A侧蓄热体，再由引风机18排出。如此周而复始交替切换工作，可以保证高温空气连续生产。高温空气的温度控制是通过测量热电偶IO测量高温空气腔室13温度，其信号送入可编程控制器5-1，可编程控制器5-1的温度设定值由汽轮机实测温度值再考虑热应力后确定。温度的控制通过改变燃气调节阀3的开度，改变燃烧强度来达到调温的目的。高温空气流量是通过测量流量计之二14-1、流量计之三14-2而得到送风量和引风量计后，送到可编程控制器5-2，计算两者差值并取绝对值，以该绝对值作为被调量，以汽轮机冷却速度要求的风量作为设定值，与实际需要风量的偏差作用于送风调节阀16，通过改变其开度来控制高温空气流量。在该装置启动初期，由于产生的空气温度较低，如果用于冷却汽轮机必然会引起较大的冷却热应力，这时高温空气出口挡板12关闭，产生的高温空气全部用于助燃之用，其热量随燃烧后的烟气一起储存到蓄热体内。直到高温空气符合汽轮机冷却要求后，再开启高温空气出口挡板12，这时的高温空气才分为汽轮机冷却空气和烧嘴助燃空气两部分。要使大型汽轮机停机以后强制冷却效果好，根据传热理论，一是加大冷却空气与金属温度差，二是增加冷却空气流量。加大冷却空气与金属温度差容易引起金属较大的应力，而限制冷却空气与金属温度差但增加冷却空气流量是一种安全有效的选择。本发明专利基于这个思想，设置了冷却用高温空气的温度和流量的控制策略。大型汽轮机停机后最高温度在40050(TC左右，采用较小温差30°C(现通常为50°C)与大流量60m3/min(现通常为40mVmin)，随着金属温度的降低而逐渐采用更大的温差和流量。其控制策略大致如下表l。本发明的高温空气的控制策略根据上表来控制冷却高温空气温度和高温空气流量，同时根据金属温度的改变而动态调整所生产的冷却高温空气温度，再由高压内缸金属温度区域控制冷却高温空气流量。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求用于大型汽轮机快速冷却的高温空气生产装置，包括燃气输送装置、燃烧装置、引风装置和控制系统；燃气输送装置的燃气瓶通过管道依次与燃气调节阀和流量计之一连接，流量计之一通过电磁阀之一和电磁阀之二分别与烧嘴一和烧嘴二连接；燃烧装置的高温空气腔室两侧与燃烧室之一和燃烧室之二相连，燃烧室之一和燃烧室之二分别又与蓄热体之一和蓄热体之二相连，烧嘴一和烧嘴二分别设置在燃烧室之一和燃烧室之二内；其特征在于所述引风装置的送风机通过送风调节阀与四通阀连接，四通阀通过流量计之二和流量计之三分别与蓄热体之一和蓄热体之二连接；高温空气腔室与高温空气引出管连接；四通阀通过引风调节阀和引风机连接；所述控制系统测温热电偶设置在高温空气腔室内，可编程控制器分别与燃气调节阀与测温热电偶连接；另一可编程控制器分别与流量计之二、流量计之三和送风调节阀连接。2.根据权利要求1所述用于大型汽轮机快速冷却的高温空气生产装置，其特征在于所述高温空气引出管与高温空气腔室的连接处设有高温空气出口挡板。3.应用权利要求1所述装置的高温空气生产方法，其特征在于包括如下步骤(1)由送风机送入空气，通过送风调节阀与四通阀进入蓄热体之一中吸收蓄热，成高温空气；高温空气分两部分，一部分通过高温空气腔室，由高温空气引出管引入到汽轮机作为快速冷却用空气；另一部分与烧嘴二中燃气在燃烧室之二燃烧，烧嘴一和电磁阀之一处于关闭状态，燃烧用燃气由燃气瓶通过调节阀、流量计之一和电磁阀之一送到烧嘴二中点火燃烧；燃烧后烟气依次通过蓄热体之二、流量计之三、四通阀、引风调节阀，由引风机排出；(2)送风机送入空气，通过送风调节阀与四通阀进入蓄热体之二中吸热成高温空气，高温空气分两部分，一部分通过高温空气腔室，由高温空气引出管引入到汽轮机作为快速冷却用空气，另一部分与烧嘴一中燃气在燃烧室之一燃烧，燃烧后烟气通过蓄热体之一，再通过流量计之三、四通阀、引风调节阀，由引风机排出；所述步骤(1)、(2)送风机送入空气调节通过测量热电偶测量高温空气腔室温度，其信号送入可编程控制器，可编程控制器的温度设定值由汽轮机实测温度值再考虑热应力后确定；所述步骤(1)、(2)燃烧用燃气调节高温空气流量通过测量流量计之二、流量计之三得到送风量和引风量计后，送到可编程控制器，计算两者差值并取绝对值，以该绝对值作为被调量，以汽轮机冷却速度要求的风量作为设定值，用于控制送风调节阀开度；(3)重复步骤(1)和(2)，实现高温空气连续生产。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述高温空气的温度为IO(TC-500°C。全文摘要本发明公开了用于大型汽轮机快速冷却的高温空气生产方法与装置。该包括燃气输送装置、燃烧装置、引风装置和控制系统；控制系统测温热电偶设置在高温空气腔室内，可编程控制器分别与燃气调节阀与测温热电偶连接；另一可编程控制器分别与流量计之二、流量计之三和送风调节阀连接。该方法通过测量热电偶测量高温空气腔室温度，其信号送入可编程控制器，可编程控制器的温度设定值由汽轮机实测温度值再考虑热应力后确定。本发明用燃气一次燃料做能源生产大型汽轮机快速冷却用高温空气，节约能源，功率大，同时温度和流量易于控制，能满足大型汽轮机停机后快速冷却用空气的温度和流量要求。文档编号F01D25/12GK101701533SQ200910208308公开日2010年5月5日申请日期2009年10月29日优先权日2008年10月29日发明者楼波申请人:华南理工大学