一种新型调节级配置的汽轮机系统及其运行方法与流程

本发明属于汽轮发电机组领域，具体涉及一种新型调节级配置的汽轮机系统及其运行方法。

背景技术：

1、

2、对于常规亚临界机组，一般配置锅炉汽包和带调节级的汽轮机，使得其负荷响应――灵活变负荷的能力相对要强，无论是从机组运行的安全性还是经济性，调节级都是不可或缺的。

3、而目前汽轮机所配置的常规调节级，为兼顾强度要求，其设计效率往往较低，且在汽轮机高压缸内承担着较大比例的焓降，尤其是在部分负荷下，常规调节级效率进一步降低与常规调节级做功比例增加的双重不利影响叠加，使得高压缸效率下降较大，严重影响汽轮机低负荷性能。

4、常规调节级运行效率低下体现在如下两方面：

5、一方面，调节级作为亚临界、超临界甚至少数超超临界机组调负荷的主要手段，其原理是通过调节喷嘴组的面积来控制汽轮机的进汽流量以适应负荷变化。为保证机组夏季工况及最大进汽流量下汽轮机仍能达到相应的出力，以4阀组配置的调节级为例，额定工况下，常常设置为3阀组全开；夏季工况时，则通过部分或完全开启第4阀增加汽轮机进汽流量来达到额定出力；当负荷降低时，通过减少阀门开度或阀门开启数量来控制汽轮机进汽流量。一旦某个调阀部分开启，该通道内的蒸汽即被节流，产生节流损失。且调阀开度越小，节流损失越大。

6、另一方面，常规调节级自身级效率低，主要原因有三：1）实际运行中，常规调节级需考虑满足承受较大压降/焓降的强度要求，受制于当前材料及制造工艺的限制，只能将其设计的短小而粗壮，难以兼顾效率水平，且顶部汽封的漏汽比例相对较大，漏汽损失较大；2）常规调节级的运行工况复杂，一般高负荷蒸汽在调节级喷嘴的压比较大，高于临界压比，调节级喷嘴采用渐缩喷嘴即可。而对于定压运行的机组，随着负荷的降低，蒸汽在调节级喷嘴的压比逐渐减小，当在喷嘴的压比小于临界压比时，则必须采用缩放喷嘴以满足蒸汽进一步的膨胀。因此，对于常规调节级既要采用渐缩喷嘴、又要采用缩放喷嘴的特殊需求，一般通过喷嘴出口设置斜切部分来实现。当蒸汽在喷嘴的压比大于等于临界压比时，斜切只起导向作用；当蒸汽在喷嘴的压比小于临界压比时，蒸汽在斜切部分可进一步膨胀，喷嘴出口压力进一步降低。然而，斜切部分（渐扩段）易出现蒸汽激波，产生损失，使得调节级效率降低较多；3）常规调节级配置，汽轮机除vwo工况（部分进汽损失最小）外，始终存在着较大的部分进汽损失，且部分进汽度越大，损失越大。

7、因此，本领域的技术人员致力于开发一种新型调节级配置的汽轮机系统和对应的运行方法，以提高汽轮机设计和运行效率，从而提高机组全运行负荷的经济性。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的是汽轮机常规调节级配置效率低下的问题，同时降低调节级喷嘴叶型设计的困难，提高调节级效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种新型调节级配置的汽轮机系统，至少包括配置新型调节级的高压缸、主汽阀、进汽导管、新型调节级的喷嘴组以及布置在每一进汽导管上的主汽调阀，蒸汽经过所述主汽阀后，再通过若干进汽导管进入所述高压缸，其特征在于，机组额定工况下，所述主汽阀和所述主汽调阀均为全开状态；所述新型调节级的喷嘴组采用渐缩喷嘴型式，所承受的压比高于临界压比。

3、进一步地，所述高压缸还包括调节级后腔室、压力级、补汽阀、补汽导管、补汽口；蒸汽在所述调节级做功后，在所述调节级后腔室内充分混合，然后再进入所述压力级继续膨胀做功；所述补汽口布置位于所述调节级后腔室处，或布置于所述高压缸任一压力级后。

4、进一步地，所述汽轮机系统还包括末级抽汽管道、高压缸末级抽汽口，以所述高压缸末级抽汽口为汽源的给水加热器，及所述末级抽汽管道上的调节阀；所述高压缸末级抽汽口布置于所述调节级后腔室处，或布置于所述高压缸任一压力级后。

5、进一步地，所述新型调节级配置的汽轮机系统还包括高压缸次末级抽汽管道、次末级抽汽口，以所述高压缸次末级抽汽口为汽源的给水加热器，及所述次末级抽汽管道上的调节阀；所述高压缸次末级抽汽口位于所述高压缸任一压力级后。

6、采用本发明的一种新型调节级配置的汽轮机系统的运行方法：

7、若需降低机组负荷，根据负荷率变化，可通过逐步关小直至关闭部分主汽调阀来调节喷嘴组面积来维持定压运行方式，或采用滑压运行方式，或定压与滑压两者组合的运行方式。具体为：

8、步骤1，机组负荷降低时，通过按顺序依次逐步关小直至关闭部分主汽调阀来维持定压运行方式，直至调节级所承受压降达到其设计限值；反之，机组负荷需进一步升高时，通过按顺序依次逐步开大直至完全开启全部主汽调阀。

9、步骤2，机组负荷继续降低时，为避免调节级所承受压降过大而超出其设计限值，采用滑压运行方式；反之，机组负荷需进一步升高时，则采用滑压运行方式。

10、步骤3，机组负荷进一步降低时，由于进汽流量小，调节级压降相应降低，从而腾出了压降余量，故可在满足调节级强度限值下，进一步按顺序依次关小直至关闭剩余部分的主汽调阀，但需保留至少一个主汽调阀开启；反之，机组负荷继续升高时，则按顺序依次开启部分主汽调门，维持定压运行方式。

11、步骤4，若机组负荷仍需进一步降低时，如进入深度调峰，继续采用滑压运行方式，直至滑至锅炉所需最低压力即可；反之，机组负荷需升高时，则采用滑压运行方式。

12、在需超过额定主蒸汽流量（如夏季高背压）的运行工况时，主汽阀和主汽调阀均为全开状态下，若需增大主蒸汽流量，可采用滑压方式提高主蒸汽压力直至上限来提高主蒸汽流量，若仍需进一步增大主蒸汽流量以确保额定负荷，可采用开启补汽阀或/和逐步关小直至关闭所述末级抽汽调节阀或/和次末级抽汽调节阀。在步骤1中具体还包括：

13、步骤1.1，若汽轮机运行背压高于设计值，汽轮机在其主调门全开，进汽流量为额定值的情况下机组的输出功率仍将低于额定值。此时，若需进一步增大汽轮进汽流量来增加机组负荷，采用滑压方式提高主蒸汽压力直至设计上限来提高机组出力；

14、步骤1.2，在滑压提高主蒸汽压力直至设计上限后，若仍需进一步增大主蒸汽流量以确保额定负荷，可采用开启补汽阀方式或/和逐步关小直至关闭所述末级抽汽调节阀或/和次末级抽汽调节阀。

15、本发明的一种新型调节级配置的汽轮机系统及其运行方法，具体有以下优点及技术效果：

16、（1）额定工况下，所有主汽阀及主汽调阀均为全开状态，蒸汽以近乎全周进汽的方式进入调节级喷嘴组，汽轮机部分进汽度明显降低，部分进汽损失得以大幅降低，调节级效率最高；

17、（2）相对常规调节级配置的汽轮机，同等进汽流量下，本发明的新型调节级所承受的压降/焓降相对小，不存在超音速的恶劣工况，调节级叶片强度要求低，因而喷嘴叶型等设计可得到优化，调节级自身效率从而得以提高；同时，喷嘴可设计为渐缩喷嘴，避免了传统调节级斜切部分（渐扩段）易出现蒸汽激波导致级效率降低的情况；

18、（3）配置调节级后腔室，使得调节级动叶后的蒸汽得以充分混合，不仅能避免压力级可能出现的部分进汽损失，还可将一部分蒸汽动能转化为压力能，减少调节级余速损失；

19、（4）当机组负荷降低时，汽轮机可采用定压、滑压或两者组合方式运行，由于所述主汽调阀开启数量相对更多，加之调节级效率本身更高，即可实现更高的额定工况调节级效率和更宽的定压调节范围，综合实现运行效率的更优。

20、以下对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。