阶梯档位负载箱式二氧化碳发电试验平台透平调节方法与流程

1.本发明属于超临界二氧化碳循环发电技术领域，具体涉及阶梯档位负载箱式二氧化碳发电试验平台透平调节方法。


背景技术：

2.对于目前的超临界二氧化碳循环发电试验平台而言，其循环为闭式系统，在实际调节运行中高压透平入口调门动作会同时影响高压透平与低压透平的功率值，而低压透平入口调门动作也会同时影响高压透平与低压透平的功率值，即高低压透平的阀门开度与其彼此的功率值是相互耦合影响的。同时，因为目前二氧化碳发电机组都处于试验阶段，其所产生电能不能直接输入电网，只能采用发电机负载箱消耗掉，而目前国内二氧化碳试验平台大多采用阶梯式发电机负载箱，负载箱不能连续地进行功率调节，只能进行阶梯式档位调节，相邻阶梯档位功率间隔δp＝50～200kw。
3.由此可以看出，对于阶梯档位发电机负载箱式二氧化碳发电试验平台而言，一方面是高、低压透平调节时彼此会相互耦合影响，另一方面则是阶梯档位式负载箱不能连续地进行发电功率的调节，这两个因素纠缠在一起，导致目前超临界二氧化碳循环发电试验平台高、低压透平功率非常难以调节。


技术实现要素：

4.为了克服以上技术问题，本发明提供了一种阶梯档位负载箱式二氧化碳发电试验平台透平调节方法，用于阶梯档位发电负载箱式二氧化碳发电试验平台的高、低压透平调节。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种阶梯档位负载箱式二氧化碳发电试验平台透平调节系统，包括加热器1，所述加热器1出口分别与高压透平入口调门2入口道、高压透平旁路调门3入口相连接，高压透平入口调门2出口与高压透平4入口相连，高压透平4出口与高压透平旁路调门3出口汇合后，共同接入再热器5入口，再热气5出口分别与低压透平入口调门6入口、低压透平旁路调门7入口相连，低压透平入口调门6出口与低压透平8入口相连，低压透平8出口与低压透平旁路调门7出口汇合后，共同接入回热器9热侧入口，回热器9热侧出口与工质补充阀门10出口汇合后与预冷器11入口相连接，预冷器11出口连接至压缩机入口调门12入口，压缩机入口调门12出口连接至压缩机13入口，压缩机13出口连接至回热器9冷侧入口，回热器9冷侧出口与加热器1入口相连接。
7.所述高压透平发电机14与高压透平4采用联轴器连接，低压透平发电机15与低压透平8采用联轴器连接，高压透平发电机负载箱16与高压透平发电机14通过电路连接，低压透平发电机负载箱17与低压透平发电机15通过电路连接，用于消耗发电机发出的电能，其中高压透平发电机负载箱16与低压透平发电机负载箱17为阶梯档位调节式，每次调节增加或减少的电功率δp＝50～200kw。
8.一种阶梯档位负载箱式二氧化碳发电试验平台透平调节方法，包括以下步骤；
9.当机组启动时，保持高压透平入口调门2及低压透平入口调门6完全关闭，保持高压透平旁路调门3及低压透平旁路调门7开度100％，保持工质补充阀门10开度为100％，启动压缩机13保持工质在回路中循环，逐步提高加热器1功率直至高压透平入口调门2前工质温度达到250～300℃时，逐步关小高压透平旁路调门3，继续提高加热器1功率及压缩机13功率，直至高压透平入口调门2前工质压力达到16mpa～17mpa、工质温度达到300～350℃时，开始逐步关闭高压透平旁路调门3，逐步开启高压透平入口调门2，继续提高加热器1功率及压缩机13功率，并设定高压透平4目标转速，开始高压透平4冲转；
10.机组在运行过程中，高压透平旁路调门3与低压透平旁路调门7保持关闭状态，二氧化碳工质经过预冷器11冷却后进入压缩机13，经压缩机13升压后进入回热器9冷侧升温，然后工质再经过加热器1再次升温后，进入高压透平4做功，做功后工质经过再热器5再次加热，继续进入低压透平8做功，做功后乏气经过回热器9热侧进行冷却，冷却后的工质再次回到预冷器11入口，从而完成一个完整的循环，工质补充阀门10用于升降负荷过程中对系统进行补充或泄放工质。
11.所述高压透平4及低压透平8冲转时，将高压透平4及低压透平8的额定转速nr分为若干段进行分段冲转，即分别设定若干个目标转速：n1＝(15％-20％)*nr；n2＝(30％-35％)*nr；n3＝(45％-55％)*nr；n3＝(45％-55％)*nr；n4＝(75％-85％)*nr；n5＝nr；并保持目标转速均与转子各阶临界转速保持10％以上的避开率，透平冲转期时，逐步关闭高压透平旁路调门3至0％、逐步开启高压透平入口调门2至100％、逐步提高加热器1功率及压缩机13功率，直至高压透平4达到目标转速n1后，保持系统各调门及设备开度与功率不变，稳定30min后，继续冲转至n2，重复以上操作直至高压透平达到nr，稳定30min后，完成高压透平4冲转过程。
12.所述高压透平4完成冲转并达到额定转速nr后，通过此时高压透平4的质量流量及进出口温度压力，计算出高压透平4输出功率p
gi
，进而可以计算出高压透平4输出扭矩其中p
gi
单位为kw，nr单位为r/min，t
di
单位为nm；计算出当高压透平4输出功率不变而高压透平发电机负载箱16功率增加或减少δp时，透平转速变化δn
gi
为：为保证透平转速变化时不会超速或进入临界转速区，需校核确保δn
gi
/2≤9％*nr；获得以上数据后，通过逐步提高加热器1功率及压缩机13功率，并保持其他阀门开度不变，使高压透平4转速升至后，将发电机负载箱功率档位调高至p
gn
+δp，则高压透平4转速会突降至逐步提高加热器1功率及压缩机13功率，将高压透平4转速增加至nr；重复采用高压透平4的实时质量流量及进出口温度压力计算其实时输出功率p
gi
，并计算透平实时扭矩t
gi
及转速变化δn
gi
，循环重复以上步骤，将高压透平功率调节至目标功率值，同理，采用本步骤中的方法，计算出低压透平8的实时功率p
di
保持不变而低压透平负载箱17增加或减少δp时，低压透平8转速变化δn
di
。
13.采用历史数据或高压透平4运行数据估算出低压透平的空载功率值p
dn
，将高压透平4发电功率值提升至(120％-150％)*p
dn
后，逐步关闭低压透平旁路调门7、逐步开大低压透平入口调门6、逐步增加再热器5功率，通过高压透平4冲转的方法，对低压透平8进行冲转，由于循环系统中储备工质能量守恒，因此在低压透平8冲转升速过程中，必然会造成高压透平4转速降低，当高压透平4的转速降低至步骤4中的时，需要将高压透平4的发电机负载箱功率调低一档，即高压透平发电机负载箱16功率减小δp后，则高压透平4转速会突增至继续提升低压透平8转速，从而高压透平4转速继续降低，重复以上步骤，直至低压透平8达到其额定转速nr；
14.完成上述操作后，使高、低压透平转速分别位于[n
r-δn
gi
/2,nr+δn
gi
/2]及[n
r-δn
di
/2,nr+δn
di
/2]转速范围内，通过分别将高压透平入口调门2及低压透平入口调门6保持在70％-80％，同时不断逐步提升压缩机13、加热器1及再热器5功率，当高压透平4转速达到nr+δn
gi
/2，将高压透平发电机负载箱16功率提高δp，从而将高压透平4转速突降至n
r-δn
gi
/2；当低压透平8转速达到nr+δn
di
/2时，将低压透平发电机负载箱17功率提高δp，从而将低压透平8转速突降至n
r-δn
di
/2；重复以上操作可持续提升高压透平4及低压透平8的输出功率及发电机负载箱功率；
[0015]
当需要降低透平输出功率时，保持高压透平入口调门2及低压透平入口调门6不变，逐步减小压缩机13、加热器1及再热器5功率，当高压透平4转速降低到n
r-δn
gi
/2，将高压透平发电机负载箱16功率降低δp；当低压透平8转速降低到n
r-δn
di
/2时，将低压透平发电机负载箱17功率降低δp；重复以上操作可持续降低高压透平4及低压透平8的输出功率及发电机负载箱功率；通过以上重复操作，总能使高、低压透平总发电功率达到目标功率值；
[0016]
当高低压透平总发电功率达到目标功率值后，高、低压透平转速分别位于[n
r-δn
gi
/2,nr+δn
gi
/2]及[n
r-δn
di
/2,nr+δn
di
/2]转速范围内，通过微调高压透平入口调门2及低压透平入口调门6，并适当增加压缩机13、加热器1及再热器5功率，使高、低压透平转速均达到其额定转速nr，从而完成高低压透平发电功率的调节。
[0017]
本发明的有益效果：
[0018]
本发明由于该二氧化碳发电试验平台高、低压透平为闭式串联布置，调节阀门时彼此会相互影响，同时发电机负载箱为阶梯档位式，发电机功率不能连续地进行调节，在运行过程中高低压透平地发电功率值非常难以调节。本发明所述方法通过计算高、低压透平实时功率所对应的实时扭矩，进而通过实时扭矩计算当发电机负载箱实时功率突然变化δp时，高、低压透平所对应的转速突变值，从而在调节时预先将透平转速调高或调低转速突变值的一半，再进行发电机负载箱功率调节，如此往复进行循环调节，从而能够使高低压透平总功率达到目标值。
附图说明
[0019]
图1为本发明的系统流程图。
具体实施方式
[0020]
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
[0021]
本发明提出了一种阶梯档位负载箱式二氧化碳发电试验平台透平调节方法，如图1所示，加热器1出口管道与高压透平入口调门2入口管道、高压透平旁路调门3入口管道相连接，高压透平入口调门2出口与高压透平4入口相连，高压透平4出口与高压透平旁路调门3出口汇合后，共同接入再热器5入口，再热气5出口分别与低压透平入口调门6入口、低压透平旁路调门7入口相连，低压透平入口调门6出口与低压透平8入口相连，低压透平8出口与低压透平旁路调门7出口汇合后，共同接入回热器9热侧入口，回热器9热侧出口与工质补充阀门10出口汇合后与预冷器11入口相连接，预冷器11出口连接至压缩机入口调门12入口，压缩机入口调门12出口连接至压缩机13入口，压缩机13出口连接至回热器9冷侧入口，回热器9冷侧出口与加热器1入口相连接。机组在运行过程中，高压透平旁路调门3与低压透平旁路调门7保持关闭状态，二氧化碳工质经过预冷器11冷却后进入压缩机13，经压缩机13升压后进入回热器9冷侧升温，然后工质再经过加热器1再次升温后，进入高压透平4做功，做功后工质经过再热器5再次加热，继续进入低压透平8做功，做功后乏气经过回热器9热侧进行冷却，冷却后的工质再次回到预冷器11入口，从而完成一个完整的循环，工质补充阀门10用于升降负荷过程中对系统进行补充或泄放工质。高压透平发电机14(低压透平发电机15)与高压透平4(低压透平8)采用联轴器连接，高压透平发电机负载箱16(低压透平发电机负载箱17)与高压透平发电机14(低压透平发电机15)通过电路连接，用于消耗发电机发出的电能。其中高压透平发电机负载箱16与低压透平发电机负载箱17为阶梯档位调节式，每次调节增加或减少的电功率δp＝50～200kw。
[0022]
由于图1所示的二氧化碳发电试验系统中，高、低压透平为闭式串联布置，调节阀门时彼此会相互影响，同时发电机负载箱为阶梯档位式，发电机功率不能连续地进行调节，因此该试验平台在运行过程中，高、低压透平的发电功率值非常难以调节，为此提出以下技术方案，本发明实施过程中技术要点如下：
[0023]
1、当机组启动时，保持高压透平入口调门2及低压透平入口调门6完全关闭，保持高压透平旁路调门3及低压透平旁路调门7开度100％，保持工质补充阀门10开度为100％，启动压缩机13保持工质在回路中循环，逐步提高加热器1功率直至高压透平入口调门2前工质温度达到250～300℃时，逐步关小高压透平旁路调门3，继续提高加热器1功率及压缩机13功率，直至高压透平入口调门2前工质压力达到16mpa～17mpa、工质温度达到300～350℃时，开始逐步关闭高压透平旁路调门3，逐步开启高压透平入口调门2，继续提高加热器1功率及压缩机13功率，并设定高压透平4目标转速，开始高压透平4冲转。
[0024]
2、高压透平4及低压透平8冲转时，假设高压透平4及低压透平8的额定转速为nr，为避免透平缸体内外壁温差过大，特将额定转速nr分为若干段进行分段冲转，即分别设定若干个目标转速：n1＝(15％-20％)*nr；n2＝(30％-35％)*nr；n3＝(45％-55％)*nr；n3＝(45％-55％)*nr；n4＝(75％-85％)*nr；n5＝nr；并保持目标转速均与转子各阶临界转速保持10％以上的避开率。透平冲转期时，逐步关闭高压透平旁路调门3至0％、逐步开启高压透平入口调门2至100％、逐步提高加热器1功率及压缩机13功率，直至高压透平4达到目标转速n1后，保持系统各调门及设备开度与功率不变，稳定30min后，继续冲转至n2，重复以上操作直至高压透平达到nr，稳定30min后，完成高压透平4冲转过程。
δn
gi
/2,nr+δn
gi
/2]及[n
r-δn
di
/2,nr+δn
di
/2]转速范围内，通过微调高压透平入口调门2及低压透平入口调门6，并适当增加压缩机13、加热器1及再热器5功率，使高、低压透平转速均达到其额定转速nr，从而完成高低压透平发电功率的调节。