用于调节汽轮机的短期的功率提高的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于调节汽轮机的短期的功率提高的方法，所述汽轮机具有连接在上游的燃烧矿物燃料的直流式锅炉，所述锅炉具有一定数量的构成流动路程、流过流动介质的省煤器加热面、蒸发器加热面和过热器加热面，这种方法应特别适合能短期地提高连接在下游的汽轮机功率，与此同时不会不适当地降低蒸汽过程的效率。为此，为了短期提高汽轮机的功率，增大通过燃烧矿物燃料的直流式锅炉的流动介质流量。
【专利说明】用于调节汽轮机的短期的功率提高的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于调节汽轮机的短期的功率提高的方法，汽轮机具有连接在上游的燃烧矿物燃料的直流式锅炉，所述锅炉具有一定数量的构成流动路程、流过流动介质的省煤器加热面、蒸发器加热面和过热器加热面。
【背景技术】
[0002]燃烧矿物燃料的锅炉借助通过燃烧矿物燃料生成的热量来产生过热蒸汽。燃烧矿物燃料的锅炉大多在主要用于发电的热电厂中使用。在这里，将产生的蒸汽供给汽轮机。
[0003]类似于汽轮机不同的压力级，燃烧矿物燃料的锅炉也包括多个压力级，它们各自含有的水汽混合物具有不同的热力学状态。在第一(高)压力级内，流动介质在其流动路程上首先流过省煤器，以及接着流过蒸发器加热面和过热器加热面的不同级，所述省煤器将余热利用于预热流动介质。流动介质在蒸发器内汽化，然后在分离器内分离出可能的剩余水分，含有的其余蒸汽在过热器内进一步过热。在这之后，过热的蒸汽流入汽轮机的高压部分，在那里膨胀并输入锅炉的后续的压力级。蒸汽在那里重新过热(中间过热器)以及供给汽轮机的下一个压力部分。
[0004]基于完全不同的外部影响，传输给过热器的热功率会强烈波动。因此往往需要调整过热温度。通常这大多通过在个别过热器加热器前或后喷射给水进行冷却达到，也就是说，从流动介质的主流分路出溢流管并溢流管导向在那里相应地设置的喷射冷却器。在这里所述喷射一般通过一个表征过热器出口处与规定的温度额定值的温度偏差的特征值，借助附件进行调节。
[0005]当代电厂不仅要求高的效率，而且还需要尽可能灵活的运行方式。其中包括特别短的起动时间和高的负荷改变速度，还包括有可能补偿联合电网频率干扰。为了满足这些要求，电厂必须有能力在几秒钟之内提供例如满负荷的5%和更多的功率。
[0006]这种在数秒范围内的电厂机组的功率改变，只有通过锅炉与汽轮机协调的配合作用才能实现。燃烧矿物燃料的锅炉为此能做出的贡献是，利用其存贮器，例如蒸汽存贮器，但也可以是燃料存贮器，以及快速改变给水、喷射水、燃料以及空气的调节值。
[0007]这例如可以通过打开部分汽轮机的节流的透平阀或所谓多级阀实现，由此降低汽轮机前的蒸汽压力。因此从连接在上游的燃烧矿物燃料的锅炉的蒸汽存贮器，转出蒸汽并供给汽轮机。采取这种措施达到在几秒钟内使功率升高。
[0008]附加的功率可以在比较短的时间内释出，从而通过提高燃烧功率至少能部分补偿延迟的功率增加。整个机组通过所述措施直接造成功率阶跃，以及通过随后的提高燃烧功率还可以持续保持或超过这一功率水平，前提条件是，在附加需要功率储备量的时刻设备处于部分负荷区内。
[0009]然而透平阀为了保持储备量的持续节流往往导致效率损失，所以为了经济的运行方式，节流的程度应维持无论如何都需要的那么低。此外，有些结构形式的燃烧矿物燃料的锅炉，例如强制直流式锅炉，在有些情况下与例如自然循环锅炉相比具有小得多的存贮器容量。在上述方法中，存贮器容量的差别影响电厂机组功率改变时的特性。除此之外，尤其在高负荷区，通过节流整个锅炉内不允许超过设计压力，所以所述措施在高负荷区内只能有限使用或根本不能使用。
【发明内容】
[0010]因此本发明要解决的技术问题是，提供一种用于调节汽轮机的短期功率提高的方法，这种方法应特别适合能短期提高连接在下游的汽轮机功率，与此同时不会不适当地降低蒸汽过程的效率。
[0011]按本发明为解决所述技术问题采取的措施是，为了短期提高汽轮机功率，增大通过燃烧矿物燃料的直流式锅炉的流动介质流量。
[0012]本发明考虑问题的出发点是，在锅炉内加入的热功率取决于燃烧功率，以及在突然改变时只能比较缓慢地产生效果。因此在汽轮机内附加的功率释出应通过利用在锅炉加热面内贮存的热能实现。热量的转出需要降低平均材料温度。这应通过增大流量，亦即单位时间流动介质流过的量达到。采取这一措施，基于更大的流量和比较低的介质温度，降低所有加热面的平均材料温度，并因此从所有这些加热面转出热能并以附加功率的形式释入汽轮机内。
[0013]按有利的扩展设计，为了短期提高汽轮机功率，减小蒸发器加热面出口处的焓额定值。所述单位焓的额定值，在锅炉的调节系统中作为调节量，用于确定流动介质流量的额定值。这种转换措施产生两种效果:第一，增大在给水额定值确定时计算出的用于蒸发器流量的基本额定值。第二，尤其当减小特别快(冲击式)进行时，焓校正调节器通过一个现在确定的大的调节偏差增大其输出信号，以便尽可能顺利地降低蒸发器出口处的焓。由此在采取此措施的一开始便甚至超比例地增大给水量，以及可以特别迅速地从加热面转出热量，并与之相关联地将功率释入汽轮机内。
[0014]优选地，将所述的焓额定值减小到规定的最低焓值。由此，一方面在所有的负荷状态下保证最大的功率释出，与此同时获得运行安全性。
[0015]按特别有利的扩展设计，将最低焓值限定为，在燃烧矿物燃料的直流式锅炉所有的负荷状态下，均达到流动介质在蒸发器加热面内完全汽化。也就是说，尤其在亚临界运行时应保证，在蒸发器出口处的焓不过分降低，因此能够可靠地避免剩余水沉积在连接在下游的分离器内。由此，在有尽可能更可靠的运行方式的同时，达到最大程度地增加附加给水并因而增大附加的功率释出。
[0016]在这里应强调指出，在稳态运行时选择的蒸发器出口处实际的焓越高，亦即离固定规定的最低焓距离越大，也可以转出更多的热能，也就是说，短期可以产生越大的汽轮机功率。因此在采取所述措施的锅炉设计中，应力求在稳态运行时或在频率支持运行时离最低焓的距离尽可能大。在这方面当然应当考虑到，在所列举的情况下只通过恰当的锅炉设计避免蒸发器出口处不允许的高的温度偏离。此外在设计时或针对现有的锅炉设计还应考虑出现的瞬时荷载，根据大小和频度它们可导致相应的材料疲劳。但在这里还应提及，尤其在超临界锅炉运行时，此时可实现尽最大可能降低蒸发器出口焓，应基于在蒸发器出口仅适度温度降的流动介质的水汽性质计算，并由此将蒸发器的材料负荷保持在相应的界限内。[0017]优选地，所涉及措施的参数与汽轮机内需要的功率释入相谐调和优化。为此借助所需要的功率提高，确定焓额定值减少的数额和/或持续时间。
[0018]在作为替代或补充方式的优选的扩展设计，为了短期提高汽轮机的功率，将在流动路程中提取的流动介质，喷入燃烧矿物燃料的直流式锅炉的过热器加热面区域内。也就是说，这种喷射可以为短期迅速地功率改变做出进一步贡献。亦即通过所述附加喷入过热器区域内，可以暂时提高蒸汽质量流量。在这里同样将贮存的热能利用于汽轮机暂时的功率提升。由此获得一个附加的优点，亦即通过恰当协调所有可提供使用的措施，可以将特别高的功率剩余量迅速和尽可能长期地保持为恒定的水平。通过对各项措施分级，还可以对材料负荷造成积极的影响。
[0019]按另一项有利的设计，增加向燃烧矿物燃料的直流式锅炉内的供热，亦即提高燃烧器的燃烧功率。因此通过所说明的方法有利地影响或甚至完全避免蒸发器出口处的温度降低，因为所述措施如作用在给水上的一个提前信号(Vorhaltsignal)。因此所述方法不仅能短期提高功率，而是也可以使用于更迅速地实行长期的功率提高。
[0020]按有利的扩展设计，一种用于燃烧矿物燃料的直流式锅炉的调节系统，所述锅炉有一定数量的构成流动路程的、流过流动介质的省煤器加热面、蒸发器加热面和过热器加热面，所述调节系统包括一些用于实施所述方法的装置。按另一项有利的设计，一种用于热电厂的燃烧矿物燃料的直流式锅炉包括这种调节系统，以及一种热电厂包括这种燃烧矿物燃料的锅炉。
[0021]采用本发明获得的优点尤其在于，通过短期增加给水量，通过利用贮存在所有加热面内的热能，可以特别迅速地将功率释入连接在锅炉下游的汽轮机内。此外，所述措施可以无需侵入性结构措施，只通过最小程度调整给水的调节方案实施，尽管如此仍能在没有附加费用的同时得到很高的设备灵活性。
[0022]此外，与利用喷射作为提高功率的措施相比，也可以使用就流动介质而言尚定位在第一次喷射前的省煤器、蒸发器和第一过热器加热面贮存的热能作为附加的能源。因此对于附加需要的功率，所贮存的热能相当大的贮备量可以提供使用。因此，或可以引起大的功率提升(峰值，Peak)，或也可以低水平长时间地保持附加释出功率。
[0023]尤其在高负荷区，其中例如透平阀的节流必须限于规定的程度，为了在高压部分内不超过最大设计压力，在需要的情况下通过所述方法可以保证高的功率剩余量。正是在高负荷区内显现出这些措施的优点，因为此时基于流动介质的水汽特性，在蒸发器出口处的温度改变在可容许的界限内变动。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]下面借助附图详细说明本发明的实施例。其中:
[0025]图1表示在高负荷区通过增大给水量、结合分别在两个压力系统内喷入高压蒸汽、中间再热蒸汽来改善燃烧矿物燃料的直流式锅炉的快速储备的模拟结果曲线轨迹图；以及
[0026]图2表示在低负荷区通过增大给水量、结合分别在两个压力系统内喷入高压蒸汽、中间再热蒸汽来改善燃烧矿物燃料的直流式锅炉的快速储备的模拟结果曲线轨迹图。
[0027]在所有的附图中相同的部分采用同一个附图标记。【具体实施方式】
[0028]图1表示在燃烧功率保持不变的情况下，为了增大给水量，在燃烧矿物燃料的锅炉内利用所述调节方法，亦即阶跃式减小蒸发器出口处焓额定值的模拟结果曲线图。图中表示在95%负荷时在阶跃式减小了蒸发器出口处单位焓额定值100kJ/kg之后附加功率占满负荷的百分数I与按秒计的时间2的关系曲线图。这种减小按调节方案保证增大给水量。曲线轨迹4表示在没有附加利用喷入时的结果，而曲线轨迹6和8表示在附加利用在高压级或在高压及中压级内喷入时的结果。为了比较表示另一些曲线轨迹10、12、14，它们表示不增大给水量，而只通过利用在高压级(曲线轨迹10)、中压级(曲线轨迹12)和两个压力级(曲线轨迹14)内喷入时的结果。在这里，喷入分别通过降低新汽温度和必要时中间再热温度的额定值20K达到。
[0029]在图1中可以看出，曲线轨迹4、6和8的最大值高于曲线轨迹10、12和14的最大值。因此附加释出的功率较大。尤其是涉及给水与喷射的组合措施，显示出明显的功率提高(曲线轨迹6、8)。但曲线轨迹4已经表示，在图1中高负荷的情况下，增大给水量表明在所有各种措施中能取得最大的功率增益(比较曲线轨迹10、12、14)。不过利用喷入可保证更迅速地提供附加功率，如可由相应的曲线轨迹位于图中偏左的那些峰值看出的那样。
[0030]图2与图1相比只小量变更，它表示40%负荷时的模拟曲线轨迹4、6、8、10、12、14，其余所有参数以及曲线轨迹4、6、8、10、12、14的含义均与图1 一致。在这里尤其曲线轨迹4、6、10表明比图1中有平缓得多的变化过程，也就是说，实行了一种比较缓慢和数额较小的功率提高。通过增大给水量功率剩余量也明显较小，但尽管如此仍是显著的。
[0031]体现在曲线轨迹12内仅变更了中间再热，表示在改变额定值后约60秒有比较高的功率提升，在这之后重新迅速下降，过渡到平缓变化过程的最大值。这种功率提升相应地也表示在按曲线轨迹8和14的两个压力级的变更中。但在所有的情况下均表明，在增大给水量时功率的提高，可以在更长的持续时间内取得最大功率增益，在高负荷区这一效果尤为明显。
【权利要求】
1.一种用于调节汽轮机的短期的功率提高的方法，所述汽轮机具有连接在上游的燃烧矿物燃料的直流式锅炉，所述锅炉具有一定数量的构成流动路程、流过流动介质的省煤器加热面、蒸发器加热面和过热器加热面，其中，为了短期地提高汽轮机功率，增大流过燃烧矿物燃料的直流式锅炉的流动介质的流量。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，将所述蒸发器加热面的出口处的焓额定值，用作确定流过燃烧矿物燃料的直流式锅炉的流动介质的流量额定值的调节量，以及为了短期地提高汽轮机功率，减小所述的焓额定值。
3.按照权利要求2所述的方法，其中，将所述的焓额定值减小到规定的最低焓值。
4.按照权利要求3所述的方法，其中，将所述最低焓值限定为，在燃烧矿物燃料的直流式锅炉的所有的负荷状态下，均达到流动介质在蒸发器加热面内完全汽化。
5.按照权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，借助所需要的功率提高，确定所述焓额定值减少的数额和/或持续时间。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，为了短期地提高汽轮机的功率，将在流动路程中提取的流动介质，喷入燃烧矿物燃料的直流式锅炉的过热器加热面区域内。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，增加向所述燃烧矿物燃料的直流式锅炉内的供热。
8.一种用于燃烧矿物燃料的直流式锅炉的调节系统，所述锅炉具有一定数量的构成流动路程、流过流动介质的省煤器加热面、蒸发器加热面和过热器加热面，所述调节系统包括一些用于实施按照权利要求1至7中任一项所述方法的装置。
9.一种用于热电厂的燃烧矿物燃料的直流式锅炉，具有按照权利要求8所述的调节系统。
10.一种热电厂，具有按照权利要求9所述的燃烧矿物燃料的直流式锅炉。
【文档编号】F01K13/02GK103492678SQ201280019457
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年2月10日 优先权日:2011年2月25日
【发明者】F.托马斯, J.布吕克纳, M.埃弗特 申请人:西门子公司