[发明专利]低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法

说明书

一种低压缸零出力运行方式下旁路进汽调阀的控制方法，所述方法依据低压缸的进汽温度、进汽压力、排汽压力三个信号将汽轮机低压缸运行状态细分为多个工况区，并记录每一个工况区内稳态运行工况下最优的低压缸次末级蒸汽温度和其对应的低压缸进汽流量，作为此工况区的典型样本；当机组实际运行工况处于某一工况区内时，如果低压缸次末级蒸汽温度典型样本值与低压缸次末级蒸汽温度的差值超过设定值，则控制低压缸旁路进汽流量向低压缸旁路进汽流量典型样本值方向移动。本发明根据各工况区的典型样本值来调节旁路进汽调阀的开度，能消除低压缸进汽温度、进汽压力、排气压力变化的扰动，将低压缸次末级蒸汽温度控制在安全范围内，保证汽轮机安全运行。

技术领域

本发明涉及一种汽轮机低压缸旁路进汽调阀的控制方法，可提高供热机组运行灵活性，属于热力发电技术领域。

背景技术

以风电、光伏为代表的可再生能源发电具有本质上的间歇性和随机性的特点，规模化并网后会对电网造成很大扰动，需要电网配置大量的灵活可调的发电电源进行逆向负荷补偿。在北方地区，绝大部分火电机组为供热机组，冬季工作在“以热定电”方式下，为提高供热负荷必须增加发电负荷，与可再生能源争夺发电负荷的矛盾十分突出，由此造成严重的“弃风、弃光”现象。我国火电机组将逐步承担电网灵活调峰的任务，为可再生能源发电提供容量支撑。供热机组汽轮机低压缸零出力运行，能够在保证供热负荷不变甚至增加的前提下，大幅降低其发电负荷，拓宽了发电负荷调节范围，提高了机组运行灵活性。

“以热定电”是由供热机组汽轮机结构和运行特性决定的。蒸汽进入汽轮机后，先在高压缸和中压缸内做功，中压缸排汽分成两部分，一部分进入低压缸内继续做功，另一部分被抽出提供供热热源。理论上，可以通过灵活分配中压缸排汽流量，增加供热负荷并减小发电负荷。但实际上，汽轮机低压缸存在最小通流量的限制，当低压缸进汽流量小于最小通流量时，会出现“鼓风”现象，危及汽轮机运行安全。

造成“鼓风”现象的原因是：在正常情况下，具有一定温度和压力的蒸汽在汽轮机低压缸内逐级膨胀做功，逐级将内能转化为机械能推动汽轮机叶片转动，同时温度压力也不断下降，最后成为乏汽排出，乏汽温度一般在30～60℃之间。但是，当汽轮机低压缸进汽流量很小时，蒸汽进入缸内后先要预膨胀以填充流通的空间，因此在前几级内很快就完成膨胀做功变成乏汽，乏汽继续流入低压缸后几级，反而需要在汽轮机叶片带动下被推出汽轮机。此时蒸汽在低压缸后几级内实际上在做“负功”，由于压缩和摩擦效应，蒸汽的温度反而升高，即出现“鼓风”现象。由于低压缸次末级、末级动叶片长度大，高速转动时叶尖处线速度也大，推动蒸汽流动时的温升效应最为显著，蒸汽温度可达到120～150℃。当温度长时间超过允许值时，巨大的离心力和热应力会导致动叶片损坏，造成严重事故。所以，供热机组汽轮机运行时需要限制低压缸最小进汽流量。当低压缸进汽流量降至最小进汽流量限制值时，供热机组只能依靠增加整个汽轮机的进汽流量来增加供热抽汽流量，导致增加供热负荷必须增加发电负荷的情况，即“以热定电”。

在机组启停机过程中发现，汽轮机低压缸在微进汽流量工况下，存在一个鼓风和冷却的平衡区。一方面蒸汽成为乏汽后需要汽轮机动叶片带动下推出汽轮机造成动叶片温升；但另一方面蒸汽在前级膨胀做功后温度降低，低温蒸汽能够对叶片产生冷却作用。两者达到平衡时低压缸次末级、末级动叶片的温度在100～110℃之间，刚好能够满足汽轮机安全运行的要求。对于300MW级汽轮机，低压缸最小进汽流量在120～150t/h左右，而鼓风冷却平衡流量在10～25t/h之间，在此流量下低压缸不产生功率输出，因此这种运行方式也被称作低压缸零出力运行方式或低压缸切缸运行方式。

供热机组汽轮机中压缸-低压缸联通管道上安装低压缸进汽调节蝶阀，蝶阀尺寸巨大、调节特性很差。为了满足精确调整低压缸进汽流量的需求，机组深调峰改造时，在汽轮机中压缸和低压缸之间加装一个小管径的旁路联通管，在旁路联通管上安装低压缸旁路进汽调阀，如图1所示。低压缸零出力运行时，关闭低压缸进汽调节蝶阀，依靠低压缸旁路进汽调阀调整低压缸进汽流量。