发电厂汽轮机快速预暖启动系统及方法
技术领域
本发明涉及一种发电厂汽轮机快速预暖启动系统。本发明还涉及一种在上述系统基础上的发电厂汽轮机快速预暖启动方法。
背景技术
目前国内电力行业发电厂汽轮机的启动方式一般是采用中压缸启动、高压缸启动或高中压缸联合启动几种方式。但无论采用何种方式启动，汽轮机启动前均需要对高压缸(部分机组也要求中压缸)进行预暖。即利用辅助蒸汽系统的过热蒸汽，引入汽轮机高压缸内部，将高压缸内缸外壁温度加热至150℃以上，保证汽轮机高、中压转子可以尽早的越过脆性转变温度，且汽缸能够尽快膨胀开，避免冲转过程中转子与汽缸较大的膨胀差而出现动静碰磨引起的转子振动大甚至无法启动的问题。汽轮机在冲转后，一般冲转至1500rpm(额定转速的50％)时定速，并进行中速暖机，将高压内缸外壁温度加热至320℃(温态)以上，该过程一般需要持续4～6小时。在中速暖机合格后，再进行冲转，将汽轮机转子转速提升至3000rpm额定转速，高速暖机维持15～30分钟，最后才能实现发电机并网。汽轮机从冷态(高压内缸外壁温度低于320℃)至发电机并网的时间一般为6.5～8小时，持续时间长，操作繁杂，且并网前的启动过程耗费大量的能量，造成发电厂机组能效降低。
发电厂汽轮机一般包括有中压缸和高中压缸，中压缸和高中压缸都设有至少一级加热器。
由于发电厂汽轮机不会是只有单机运行的，一般都会是多台并行运行的，这就给我们加快某台汽轮机快速预暖启动提供了可能性。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种发电厂汽轮机快速预暖启动系统。
本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种在上述系统基础上的发电厂汽轮机快速预暖启动方法。
采用本发明的系统及方法，能有效减少汽轮机冷态启动过程的启动时间，将启动时间长度由6.5～8小时降低至1小时以内，实现汽轮机快速并网。
解决上述第一个技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种发电厂汽轮机快速预暖启动系统，所述的发电厂汽轮机至少包括一台运行中的邻机和需快速预暖启动的本机，所述的系统其特征是：
所述的本机包括高压缸1，其一是通过蒸汽管道、进汽控制阀9连接加热器2；二是通过主蒸汽管道-导汽管和排汽管道-导汽管排汽控制阀8输出至本机凝汽器；三是经排汽管道、暖缸排汽控制阀7后也是连接至本机凝汽器；所述的加热器2则还分别经蒸汽管道、加热汽源来汽控制阀5后输入邻机来汽；经蒸汽管道、来汽控制阀4输入本机辅助蒸汽；经蒸汽管道输出至邻机下一级加热器；经蒸汽管道输出至疏水罐3再经排汽管道、加热器疏水控制阀6后输出至本机凝汽器。
所述的加热器为表面式热交换器，壳侧为高温汽源蒸汽、管侧为辅助蒸汽。
所述的加热器2的输入和输出管道上都设有压力和温度测点。
解决上述第二个技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种在上述系统基础上的发电厂汽轮机快速预暖启动方法，其特征是包括以下步骤：
1)将运行中的邻机中压缸第一级加热器抽汽的高温汽源蒸汽引入需快速预暖启动的本机，对本机降温降压后参数为0.1MPa(a)、170℃的蒸汽进行加热，将本机蒸汽参数加热至0.1MPa(a)、350℃以上，再将加热后的过热蒸汽引入本机高压缸进行预暖；
2)充分考虑从本机辅助蒸汽系统中取用的蒸汽参数经过降压后出现的降温、进入本机高压缸的实际预暖蒸汽温度较低的问题，对降压、降温后实际进入本机高压缸的预暖蒸汽进行加热升温，实现进入本机高压缸的蒸汽参数可控；(原理说明)
3)在降压后的辅助蒸汽管路上设置表面式热交换器，壳侧为高温汽源蒸汽、管侧为辅助蒸汽；高温汽源蒸汽管路上设置调节阀，控制高温汽源蒸汽的进汽量；加热器壳侧设置疏水控制装置，疏水进入机组加热系统主疏水管路，疏水进入邻机下一级加热器蒸汽侧，避免能量的浪费，疏水控制装置包括疏水罐体、水位控制器、自动控制阀和疏水管道；
4)系统运行时，先投入辅助蒸汽加热系统，对高压缸进行初步预暖；初步预暖期间投入高温汽源蒸汽加热系统，将进入高压缸的实际辅助蒸汽温度由200℃直接提高到350℃以上，加快高压缸的升温速度；
5)表面式热交换器设置壳侧高温汽源蒸汽和管侧辅助蒸汽进/出口的压力、温度测量装置，以控制辅助蒸汽、高温汽源蒸汽进出加热器的温度、压力，实现高压缸预暖蒸汽升温速率受控，可调整高压缸的升温速率；
6)设置专门的预暖排汽排汽系统，包括管道和控制阀，高压缸预暖依靠控制阀的开度调节预暖蒸汽流量，使预暖蒸汽流通整个高压缸各部位，汽缸内部各部位能够流通大量的高温蒸汽，并通过排汽管路进入本机凝汽器，实现高压缸的快速暖缸升温；
7)进入高压缸前导汽管道上所有的疏水管总通径面积增加至高压缸预暖蒸汽进汽管最小通径的50％以上，以增加通过高压缸调节级的预暖蒸汽流量，快速加热高压缸高压段和导汽管、主汽阀，快速暖缸、暖阀。
本发明的技术效果体现在：
本发明充分考虑高压缸预暖辅助蒸汽进入高压缸后存在降压降温后，其实际预暖蒸汽温度较低的情况，通过取用邻机高温汽源蒸汽直接对降压降温后的预暖蒸汽进行加热升温，可以实现有效控制进入高压缸实际暖缸蒸汽的温度。
另外，通过设置高压缸进汽段预暖蒸汽排汽系统，增加高压缸进汽段的疏水能力，保证在汽缸预暖期间大流量的预暖蒸汽流通高压缸缸内各部位，实现对汽缸的充分加热、升温。
最后，取用的邻机高温汽源蒸汽仅对本机降压降温后的辅助蒸汽进行加热升温，降温后的邻机高温汽源蒸汽仍然流回邻机下一级加热器，依靠两级加热器之间的压差、调节阀控制高温汽源蒸汽的流量，并减少对邻机运行状态的影响。
本发明能最大限度提高高压缸在预暖期间的预暖蒸汽流量和温度，实现高压缸的可控、快速升温，减少高压缸的暖缸时间，使汽轮机直接由冷态进入稳态，汽轮机冲转后不需要在半速状态暖机，直接由0转速升速至额定转速。经实际验证，汽轮机的启动时间由6.5小时可减少至1小时。
附图说明
图1为本发明的整套系统图。
图中附图标记指代：
1—高压缸；
2—加热器；
3—疏水罐；
4—来汽控制阀；
5—加热汽源来汽控制阀；
6—加热器疏水控制阀；
7—暖缸排汽控制阀；
8—导汽管排汽控制阀；
9—进汽控制阀；
粗实线-主蒸汽管道；
实线-蒸汽管道；
虚线-疏水、排汽管道；
具体实施方式
参见图1，为本发明的发电厂汽轮机快速预暖启动系统实施例，所述的发电厂汽轮机至少包括一台运行中的邻机和需快速预暖启动的本机。
所述的本机包括高压缸1，其一是通过蒸汽管道、进汽控制阀9连接加热器2；二是通过主蒸汽管道-导汽管和排汽管道-导汽管排汽控制阀8输出至本机凝汽器；三是经排汽管道、暖缸排汽控制阀7后也是连接至本机凝汽器。
加热器2则还分别经蒸汽管道、加热汽源来汽控制阀5后输入邻机来汽；经蒸汽管道、来汽控制阀4输入本机辅助蒸汽；经蒸汽管道输出至邻机下一级加热器；经蒸汽管道输出至疏水罐3再经排汽管道、加热器疏水控制阀6后输出至本机凝汽器。
本实施例中的加热器为表面式热交换器，壳侧为高温汽源蒸汽、管侧为辅助蒸汽，加热器2的输入和输出管道上都设有压力和温度测点。
本机辅助蒸汽经过来汽控制阀4进入加热器2管侧，被邻机来汽经过加热汽源来汽控制阀5进入加热器2壳侧进行加热升温后，控制加热汽源来汽控制阀5的开度可以控制辅助蒸汽加热后的温度。升温后的辅助蒸汽经过进汽控制阀9进入高压缸1中加热高压缸。邻机来汽经过加热器2加热本机辅助蒸汽后降温，返回邻机并进入邻机下一级加热器。加热器2壳侧的冷凝水进入疏水罐3，加热器疏水控制阀6根据疏水罐3的水位开启控制阀，排出加热器中的冷凝水。
升温后的辅助蒸汽经过进汽控制阀9进入高压缸1中加热高压缸1，加热高压缸1后的乏汽进入汽缸、导汽管道疏水系统，经过暖缸排汽控制阀7、导汽管疏水控制阀8进入凝汽器。通过控制来汽控制阀4、加热汽源来汽控制阀5的开度可以控制进入高压缸的辅助蒸汽流量、温度，控制高压缸的温升速率，完成高压缸预暖的平稳、快速升温，使高压缸达到温态状态。
汽轮机达到温态状态后，汽轮机开始冲转至定速过程，不再进行低速、中速暖机，直接由0转速冲转至额定转速(3000rpm)定速，冲转时间可以缩短至小于1个小时。
