一种高压缸同轴分缸布置的宽负荷高效汽轮机组的制作方法

本发明涉及火力发电领域，尤其是涉及一种高压缸同轴分缸布置的宽负荷高效汽轮机组。

背景技术：

火电厂汽轮机组的配汽方式主要分两大类：即全周进汽节流调节和部分进汽喷嘴调节，由于全周进汽机组没有调节级，高压缸效率相对较高，在新建超(超)临界机组中都开始采用这种方式。对这类机组而言，采用高压调门全开滑压运行是最经济的，但在中低负荷处，滑压运行后使得主蒸汽压力下降较多，往往运行在亚临界区域，没有充分发挥超(超)临界机组应有的清洁高效特点。关小高压调门，虽然能提高主蒸汽压力，但由于调门节流损失加大等原因反而得不偿失。在中低负荷下主蒸汽压力这一初参数的降低，导致循环效率显著下降，供电煤耗率上升较多。

但另一方面，由于我国能源结构特点，火电机组作为一种基础发电方式长期存在，并参与电网调峰或深度调峰，经常运行在中低负荷处。尤其在当前风电、光伏等新能源大量接入，以及特高压电网大规模西电东送的背景下，对火电灵活性控制和调峰运行提出了更高要求。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高压缸同轴分缸布置的宽负荷高效汽轮机组。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高压缸同轴分缸布置的宽负荷高效汽轮机组，该机组分别与锅炉、加热器和凝汽器连接，所述的汽轮机组包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，所述的高压缸分别与锅炉的主蒸汽管道、锅炉的冷再热蒸汽管道和加热器连接，所述的高压缸分成两个，分别为同轴布置的切除高压缸和保留高压缸；

在负荷高于设定阈值时，两个高压缸同时进汽工作，低于设定阈值时，切除其中的切除高压缸，但切除高压缸仍维持额定转速。

优选地，所述的锅炉的主蒸汽管道分别通过各自的阀门与切除高压缸和保留高压缸连接，负荷高于设定阈值时主蒸汽分别进入两个高压缸同时做功，排汽汇总后进入锅炉再热。

优选地，所述的切除高压缸和保留高压缸同轴相向布置，用于平衡轴向推力。

优选地，所述的切除高压缸和保留高压缸均有一路抽汽，汇总后进入加热器。

优选地，所述的锅炉增加一路热再热蒸汽管道，该热再热蒸汽管道与切除高压缸连接，用于加热切除后的高压缸，以便于快速恢复使用。

优选地，所述的切除高压缸通过高排通风阀与凝汽器连接，用于将切除高压缸内蒸汽和鼓风摩擦热量通过真空抽吸排至凝汽器。

优选地，切除后的所述切除高压缸维持3000rpm额定转速，打开高排通风阀以带走鼓风摩擦发热，另外根据缸温变化情况适量通入热再蒸汽加热，以维持一定的缸温，便于快速进汽和带负荷。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用高压缸分缸布置，并在中低负荷下切除一个高压缸，在不牺牲高压缸效率的前提下，提高了主蒸汽压力，从而大幅提高发电机组运行经济性，进一步推进节能减排；

2、通过高压缸分缸同轴布置，高压缸切除后维持极热态额定转速，能够快速进汽恢复做功，便于调峰变负荷和灵活性控制。

附图说明

图1为本发明宽负荷高效汽轮机原则性热力系统图；

图2为本发明实施例分缸布置后的假想热耗率和负荷关系图。

其中1为切除高压缸，2为保留高压缸，3为中压缸，4为低压缸，5为锅炉，51为主蒸汽管道，52为热再热蒸汽管道，53为冷再热蒸汽管道，6为高压加热器，7为凝汽器，8为给水泵，9为高排通风阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

对于全周进汽节流调节汽轮机组，高压调门全开滑压运行是最经济的，但是在中低负荷下由于主蒸汽压力大幅下降，使得循环效率下降，这一因素是中低负荷下火电机组经济性差的主要原因。假如只是简单的关小高压调门，虽然可以提高主蒸汽压力，但加大了调门节流损失，高压缸效率下降，反而适得其反。如果能够找到一个办法，在不降低高压缸效率的前提下，提高主蒸汽压力，将会极大的提升中低负荷下的运行经济性。

如图1所示，一种高压缸同轴分缸布置的宽负荷高效汽轮机组，该机组分别与锅炉5、高压加热器6和凝汽器7连接，所述的汽轮机组包括依次连接的高压缸、中压缸3和低压缸4，所述的高压缸分别与锅炉5的主蒸汽管道51和锅炉的冷再热蒸汽管道53、高压加热器6连接，所述的高压缸分成两个，分别为同轴布置的切除高压缸1和保留高压缸2，在高负荷区域2个高压缸同时进汽工作，在中低负荷下切除其中1个，以降低高压缸的总体通流能力，这样就可以大幅度提高主蒸汽压力，同时继续运行的高压缸还能具有较高的缸效率，从而成为一种新型宽负荷高效发电的汽轮机组；

所述的热再热蒸汽管道52新增加一路与切除高压缸1连接，用于加热切除后的高压缸，以便于快速恢复使用。所述的切除高压缸1通过高排通风阀9与凝汽器连接，用于将切除高压缸内蒸汽和鼓风摩擦热量通过真空抽吸排至凝汽器7。

图1中高压缸分成两个，同轴相向布置，以平衡轴向推力。高负荷时主蒸汽分别进入两个高压缸同时做功，排汽汇总后进入锅炉再热。2个高压缸都有一路抽汽，汇总后进入高压加热器。

采用这样的布置方案后，改变了高压缸进汽方式，使得高压缸效率和主蒸汽压力发生变化，能从高压缸效率和初参数两个方面来同时提高循环效率。这一方案对中压缸和低压缸几乎没有影响，对锅炉效率影响也很小。当然在中低负荷下，由于主蒸汽压力的上升会使得给水泵耗功上升，增加小机用汽量，但初参数提高大大改善循环效率，另外中低负荷下给水温度会升高，从而提高回热效果，故总体上热耗率会有明显下降。

考虑到机组调峰的需求，一天内可能会有数次投用和切除高压缸，为避免频繁冲转而采用两个高压缸同轴布置，切除后高压缸还是维持3000rpm额定转速，此时需要打开高排通风阀以带走鼓风摩擦发热，另外根据缸温变化情况适量通入热再蒸汽加热，以维持一定的缸温，便于快速进汽和带负荷。

采用高压缸分缸设计后，使得两个高压缸的叶片变短，增加端部损失，可能会影响高压缸效率，可以通过优化设计尽可能接近采用单独高压缸时的效率值。

这种高压缸分缸布置的方案也完全适用于超(超)临界二次再热机组，此时将超高压缸分成2个，其他变化类似。

具体实施例

以一台超(超)临界1000mw一次再热机组为例，汽轮机采用节流配汽方式，高压调门全开滑压运行，在中低负荷下主蒸汽压力较低，影响机组经济性。为此采用高压缸分缸布置，考虑到高压缸积木块设置系列和机组调峰负荷要求，将原先1000mw机组的高压缸分成2个，分别为原先660mw机组和350mw机组相对应的高压缸，2个高压缸的做功和通流能力基本按照2:1的关系来设置。这样在660mw负荷以上采用2个高压缸同时进汽的方式，在660mw负荷以下切除小高压缸，只保留1个大高压缸运行，从而实现在不降低高压缸效率的前提下提高主蒸汽压力，从而提高循环效率。采用这一方式后，其汽轮机热耗率的典型变化曲线如

图2中“假想热耗率”所示。初步分析，在50％负荷处约有3.8％的热耗率下降，约使得机组供电煤耗率下降10g/kw.h，节能效果非常显著。

高压缸采用同轴分缸布置的方式后，其带负荷和调峰运行过程如下：

1.机组采用高中压缸联合启动方式实现冲转和带负荷运行，一直到额定负荷；

2.机组具备调峰能力后，在660mw负荷以上区域保持两个高压缸同时运行；

3.当负荷低于660mw时且有较长时间运行在低负荷区域，则开始进行切除操作，缓慢关小小高压缸的进汽调门，逐步实现高压缸进汽量的转移，直至小高压缸全部切除；

4.切除小高压缸后，维持额定转速，打开高排通风阀，以带走鼓风摩擦热量；

5.在660mw负荷以下区域运行时，小高压缸始终在切除状态，并根据缸温变化情况，通入适量再热蒸汽进行暖缸加热，以维持切除高压缸合适的温度，便于快速进汽带负荷；

6.当负荷准备升高超过660mw时，逐渐开启小高压缸的进汽调门，使得小高压缸再次进入工作状态，然后同步参与变负荷调节；

通过这样的分缸设计和运行控制，能够在宽负荷区域内实现汽轮机组经济运行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。