本实用新型涉及燃气-蒸汽联合循环系统技术领域，尤其涉及一种联合循环汽轮机冷态启动预暖系统。
背景技术：
汽轮机是电站建设中的关键动力设备之一，是把热能转换成机械能进而转换成电能的能量转换装置。由锅炉产生的高温、高压蒸汽，经过蒸汽透平，将热能与压力势能转换成汽轮机的机械能，带动汽轮机转子输出轴做功，该机械能通过汽轮机转子输出轴传递给发电机，从而将机械能转换成电能。
燃气-蒸汽联合循环系统指将燃气轮机作为前置透平，用余热锅炉来回收燃气轮机的排气余热，产出的蒸汽注入汽轮机，蒸汽在汽轮机中膨胀做功并输出电能。燃气-蒸汽联合循环把具有较高平均吸热温度的燃气轮机与具有较低平均放热温度的蒸汽轮机结合起来，使燃气轮机的高温尾气进入余热锅炉产生蒸汽，并使蒸汽在汽轮机中继续做功发电，使整个联合循环系统的热能利用率较简单循环有了明显提高。联合循环系统发电的净效率可达48％～62％。
燃气-蒸汽联合循环系统中的燃气轮机和汽轮机可以设计成单轴布置或多轴布置。单轴布置即燃气轮机轴系和汽轮机的轴系串联成一个轴系，共同驱动同一台发电机。多轴布置即燃气轮机和汽轮机各自驱动单独的发电机。单轴联合循环机组具有系统简化、布置紧凑、厂房面积小、土建成本低等优点，近年来被迅速推广应用，特别是新一代大功率联合循环中广泛采用单轴联合循环机组。
目前市场上的单轴联合循环机组最广泛的一种是在汽轮机和发电机之间装有自动同步离合器，该种形式的联合循环机组调峰性能优异，燃气轮机可单独运行。但是，该种形式的单轴联合循环机组存在冷态启动时汽轮机启动较慢的现象。冷态启动的过程中，燃气轮机启动速度快，汽轮机启动速度慢。因此，启动时，要么让燃气轮机长时间低负荷运行，等待汽轮机暖机，导致热效率较低；要么让燃气轮机快速加负荷参与调峰运行，此时，由于冷态的汽轮机尚未暖好，大部分余热锅炉产生的蒸汽不被允许进入汽轮机做功，而是直接通过旁路排至凝汽器，这样就不可避免的产生了较大的能源损失，增加了发电成本。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是提供一种减少联合循环汽轮机暖机耗时、缩短冷态启动时间的联合循环汽轮机冷态启动预暖系统，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种联合循环汽轮机冷态启动预暖系统，包括暖机汽源以及同轴布置且依次连接的燃气轮机、发电机、自动同步离合器和汽轮机，汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸，暖机汽源连接有通向高压缸和中压缸的暖机蒸汽输送管道；高压缸的进汽口与高压主蒸汽管道连通，高压主蒸汽管道上从上游至下游依次设有电动隔离阀、疏水管路和高压进汽阀组，疏水管路上设有疏水阀；暖机蒸汽输送管道通过高压输送管道在电动隔离阀和高压进汽阀组之间与高压主蒸汽管道连通。
优选地，高压输送管道上设有高压截止阀；高压缸的排汽口与高排蒸汽管道连通，高排蒸汽管道上从上游至下游依次设有通风管路和高排逆止阀，通风管路与一凝汽器连通，且通风管路上设有通风阀。
优选地，疏水管路与凝汽器连通。
优选地，高排逆止阀为具有强制关闭功能的逆止阀。
优选地，高排逆止阀为具有强制开启功能的逆止阀。
优选地，还包括再热器，高排蒸汽管道与再热器的入口连通，再热器的出口通过中压进汽管道与中压缸的进汽口连通，中压进汽管道上设有中压进汽阀组。
优选地，中压进汽阀组包括中压主汽阀和中压调节阀，中压主汽阀和中压调节阀之间设有快冷接口，暖机蒸汽输送管道通过中压输送管道在快冷接口处与中压进汽管道连通。
优选地，中压输送管道上设有中压截止阀。
优选地，中压输送管道上在中压截止阀的上游还设有调节阀。
优选地，发电机与一变频启动装置连接。
与现有技术相比，本实用新型具有显著的进步：
本实用新型的联合循环汽轮机冷态启动预暖系统，可以在燃气轮机启动之前，先利用暖机汽源提供的暖机蒸汽对汽轮机进行冲转预暖，提高汽轮机的初温，可以使汽轮机更早带负荷运行，增加调峰能力和发电量的同时，能够大大缩短联合循环机组冷态启动所需的时间，节约能源和启动成本，提高机组冷态启动的灵活性。由于汽轮机带燃气轮机和发电机一起转动，相当于汽轮机带负载运行，暖机进汽量增大，可以显著缩短暖机时间，暖机效果也更好。
附图说明
图1是本实用新型实施例的联合循环汽轮机冷态启动预暖系统的结构示意图。
图中：
100、暖机蒸汽输送管道 101、高压输送管道 102、中压输送管道
200、高压主蒸汽管道 300、高排蒸汽管道 400、中压进汽管道
500、高压旁路 600、中压旁路 700、通风管路
800、疏水管路
HP、高压缸 IP、中压缸 LP、低压缸
1、燃气轮机 2、自动同步离合器 3、暖机汽源
4、输送阀 51、高压主汽阀 52、高压调节阀
6、电动隔离阀 7、高压截止阀 8、再热器
91、中压主汽阀 92、中压调节阀 93、快冷接口
10、高排逆止阀 11、中压截止阀 12、调节阀
13、高压旁路阀 14、凝汽器 15、中压旁路阀
16、通风阀 17、发电机 18、变频启动装置
20、疏水阀
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，本实用新型联合循环汽轮机冷态启动预暖系统的一种实施例。本实施例的联合循环汽轮机冷态启动预暖系统包括暖机汽源3以及同轴布置且依次连接的燃气轮机1、发电机17、自动同步离合器2和汽轮机，即发电机17转轴的一端与燃气轮机1的转子轴连接，发电机17转轴的另一端则通过自动同步离合器2与汽轮机的转子轴连接。发电机17与变频启动装置18连接，变频启动装置18可启动发电机17，并使发电机17达到所要求的转速，通过变频启动装置18启动发电机17，可带动燃气轮机1随发电机17一起转动。汽轮机包括高压缸HP、中压缸IP和低压缸LP，汽轮机可以采用高压缸HP单独分缸、中压缸IP和低压缸LP合缸的结构，也可以采用高压缸HP和中压缸IP合缸、低压缸LP单独分缸的结构。暖机汽源3连接有通向高压缸HP和中压缸IP的暖机蒸汽输送管道100，用于向高压缸HP和中压缸IP内通入暖机蒸汽。暖机蒸汽输送管道100上设有输送阀4，用于控制暖机蒸汽输送管道100的通断。暖机汽源3提供的暖机蒸汽可以是相邻机组的高排蒸汽，也可以是相邻机组的低压补汽，也可以是相邻机组的供热蒸汽，也可以是启动锅炉蒸汽。
本实施例中，高压缸HP的进汽口与高压主蒸汽管道200连通，高压主蒸汽管道200用于向高压缸HP内通入高压主蒸汽。高压主蒸汽管道200上从上游至下游依次设有电动隔离阀6、疏水管路800和高压进汽阀组。高压进汽阀组靠近高压缸HP的进汽口，用于调节进入高压缸HP内的高压主蒸汽的流量。优选地，高压进汽阀组包括高压主汽阀51和高压调节阀52，高压主汽阀51和高压调节阀52串联。电动隔离阀6靠近提供高压主蒸汽的锅炉侧，用于控制高压主蒸汽管道200的通断。疏水管路800上设有疏水阀20，用于控制疏水管路800的通断。本实施例中，暖机蒸汽输送管道100通过高压输送管道101在电动隔离阀6和高压进汽阀组之间与高压主蒸汽管道200连通。关闭电动隔离阀6和疏水阀20、开启高压进汽阀组时，暖机蒸汽输送管道100中的暖机蒸汽可以经高压输送管道101通入高压主蒸汽管道200中，并以正向进汽的方式经高压进汽阀组从高压缸HP的进汽口进入高压缸HP中，关闭的电动隔离阀6则可防止通入高压主蒸汽管道200中的暖机蒸汽流向锅炉侧。在向高压缸HP中通入暖机蒸汽之前，利用暖机蒸汽输送管道100中的暖机蒸汽进行暖管、暖阀时，开启疏水阀20，则有利于高压主蒸汽管道200中暖机蒸汽的流通，加速暖管、暖阀。
本实施例的联合循环汽轮机冷态启动预暖系统，可以在燃气轮机1启动之前，先利用暖机汽源3提供的暖机蒸汽对汽轮机进行冲转预暖，提高汽轮机的初温，可以使汽轮机更早带负荷运行，增加调峰能力和发电量的同时，能够大大缩短联合循环机组冷态启动所需的时间，节约能源和启动成本，提高机组冷态启动的灵活性。由于汽轮机带燃气轮机1和发电机17一起转动，相当于汽轮机带负载运行，暖机进汽量增大，可以显著缩短暖机时间，暖机效果也更好。
优选地，在高压输送管道101上设有高压截止阀7，用于控制高压输送管道101的通断。由于高压截止阀7直接接触高温蒸汽，为安全起见，优选地，在高压输送管道101上串联设有两个高压截止阀7。
本实施例中，高压缸HP的排汽口与高排蒸汽管道300连通，在高排蒸汽管道300上从上游至下游依次设有通风管道700和高排逆止阀10，通风管路700与一凝汽器14连通，且通风管路700上设于通风阀16，用于控制通风管路700的通断。暖机蒸汽输送管道100中的暖机蒸汽经高压输送管道101通入高压缸HP中，流经高压缸HP后进入通风管路700中，经通风阀16进入凝汽器14中，由此构成高压暖机回路。高排逆止阀10用于防止高排蒸汽倒流进高压缸HP内。优选地，本实施例中的高排逆止阀10为具有强制关闭和强制开启功能的逆止阀。当高排逆止阀10前的压力P较低时，例如，P＜0.1MPa时，高排逆止阀10强制关闭。当高排逆止阀10前的压力P较高时，例如P≥0.1MPa时，高排逆止阀10强制开启，暖机蒸汽会经高排蒸汽管道300流出。具有强制关闭和强制开启功能的逆止阀，可以防止小流量蒸汽由于压力不稳定频繁冲开、关闭高排逆止阀10，造成阀门损坏。
优选地，本实施例中，疏水管路800与凝汽器14连通。
本实施例的联合循环汽轮机冷态启动预暖系统还包括再热器8，高压缸HP排汽口处的高排蒸汽管道300与再热器8的入口连通，再热器8的出口通过中压进汽管道400与中压缸IP的进汽口连通。高压缸HP排汽口排出的高排蒸汽经高排蒸汽管道300通入再热器8中进行再加热，再热器8中产生的热再热蒸汽则经中压进汽管道400通入中压缸IP内。
中压进汽管道400上设有中压进汽阀组，中压进汽阀组靠近中压缸IP的进汽口，用于调节进入中压缸IP内的热再热蒸汽流量。优选地，中压进汽阀组包括中压主汽阀91和中压调节阀92，中压主汽阀91和中压调节阀92串联，中压进汽阀组阀壳上在中压主汽阀91和中压调节阀92之间设有快冷接口93。
本实施例中，暖机蒸汽输送管道100通过中压输送管道102在快冷接口93处与中压进汽管道400连通。关闭中压主汽阀91、开启中压调节阀92时，暖机蒸汽输送管道100中的暖机蒸汽可以经中压输送管道102通入快冷接口93，并经中压调节阀92以正向进汽的方式从中压缸IP的进汽口进入，关闭的中压主汽阀91则可以防止暖机蒸汽经中压主汽阀91流入再热器8侧。暖机蒸汽输送管道100中的暖机蒸汽经中压输送管道102通入中压缸IP中，流经中压缸IP和低压缸LP后排入凝汽器14中，由此构成中压暖机回路。
优选地，在中压输送管道102上设有中压截止阀11，用于控制中压输送管道102的通断。由于中压截止阀11直接接触高温蒸汽，为安全起见，优选地，在中压输送管道102上串联设有两个中压截止阀11。进一步，在中压输送管道102上在中压截止阀11前设有调节阀12，用于精确控制进入中压缸IP中暖机蒸汽的流量。
此外，本实施例中，在高压主蒸汽管道200与高排蒸汽管道300之间连通有高压旁路500，高压旁路500上设有高压旁路阀13。在中压进汽管道400上设有与凝汽器14连通的中压旁路600，中压旁路600上设有中压旁路阀15。
当暖机蒸汽采用相邻机组的蒸汽时，将凝汽器14中产生的凝结水返送回相邻机组的热井中。
本实施例的联合循环汽轮机冷态启动预暖系统实现冷态启动预暖的方法为：
(1)燃气轮机1在其盘车装置的拖动下保持120转/分钟的盘车转速，汽轮机在其盘车装置的拖动下保持60转/分钟的转速。输送阀4、高压截止阀7、调节阀12、中压截止阀11、电动隔离阀6、高压旁路阀13、中压旁路阀15、高排逆止阀10、疏水阀20、高压主汽阀51、高压调节阀52、中压主汽阀91和中压调节阀92均关闭，通风阀16开启，机组轴封系统供汽，建立真空。
(2)开启输送阀4、高压截止阀7和疏水阀20，进入暖管、暖阀阶段，暖高压进汽阀组。优选地可以以点动方式间断开启高压主汽阀51，加速暖阀。此时优选地可以以点动的方式间断开启调节阀12和中压截止阀11，暖中压进汽阀组。由于中压调节阀92关不严，其泄露的蒸汽会使汽轮机转速上升，因此需控制汽轮机的转速不超过燃气轮机1的盘车转速。
(3)通过变频启动装置18将燃气轮机1的转速提升至m转/分钟，使燃气轮机1的转速稳定在m转/分钟。m满足：700≤m≤1200。优选地，m＝800。
(4)开启高压主汽阀51和高压调节阀52，关闭疏水阀20，利用高压调节阀52调整高压缸HP的进汽量，将汽轮机的转速提升至m转/分钟，当汽轮机转速有超越燃气轮机1转速的趋势时，自动同步离合器2将自动啮合。调节阀12、中压截止阀11和中压调节阀92可以在自动同步离合器2自动啮合前开启，也可以在自动同步离合器2自动啮合后开启。利用调节阀12和中压调节阀92调整中压缸IP的进汽量。
(5)变频启动装置18退出运行，由汽轮机带动燃气轮机1和发电机17转动，开始暖机。通过高压调节阀52、调节阀12以及中压调节阀92调节高压缸HP和中压缸IP的进汽比例，可以使汽轮机带动燃气轮机1、发电机17转动的转速维持在n转/分钟，n满足：300≤n≤1000。优选地，n＝500或n＝800。由于汽轮机带负载运行，使得进汽量增加，可以增强暖机效果。优选地，开始暖机后，为提高暖机效率，可以提高汽轮机机组中凝汽器14的压力，即增加汽轮机的背压，背压越高，相同转速下汽轮机的进汽量就越大，暖机时间也就越短。优选地，将凝汽器14的压力控制在10KPa-30KPa。
(6)当汽轮机中压转子的温度达到预设温度或者暖机时间达到预设时间时，关闭高压主汽阀51、高压调节阀52、高压截止阀7、中压截止阀11和输送阀4，切断暖机蒸汽，结束暖机，燃气轮机1和汽轮机恢复至盘车状态，燃气轮机1和汽轮机的转速各自降低至初始的盘车转速，当汽轮机的转速低于燃气轮机1的转速时，自动同步离合器自动脱开。根据汽轮机中压转子的温度是否达到预设温度来确定是否结束暖机时，所述预设温度应不低于150℃，优选地，该预设温度可以根据现场实际工况进行选择确定，例如，可以在汽轮机中压转子的温度升至150℃或者200℃或者300℃时切断暖机蒸汽，以结束暖机。当然，也可以根据实际暖机时间是否达到预设时间来确定是否结束暖机，所述预设时间则根据现场实际工况进行选择确定。
当暖机结束，燃气轮机1和汽轮机的转速均恢复至盘车转速后，则按常规的温态或热态启动方式正常启动联合循环机组。
综上所述，本实用新型的联合循环汽轮机冷态启动预暖系统，可以在燃气轮机1启动之前，先利用暖机汽源3提供的暖机蒸汽对汽轮机进行冲转预暖，提高汽轮机的初温，可以使汽轮机更早带负荷运行，增加调峰能力和发电量的同时，能够大大缩短联合循环机组冷态启动所需的时间，节约能源和启动成本，提高机组冷态启动的灵活性。由于汽轮机带燃气轮机1和发电机17一起转动，相当于汽轮机带负载运行，暖机进汽量增大，可以显著缩短暖机时间，暖机效果也更好。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。