一种汽轮机组启动过程中的升负荷方法与流程

本发明涉及汽轮机组技术领域，尤其涉及一种汽轮机组启动过程中的升负荷方法。

背景技术

目前，国内电力能源市场上，传统燃煤火力发电量比重正逐渐降低，以风电、光热发电为代表的新能源发电量占比逐渐提高。

然而，这类再生能源因受自然特性的影响，往往输出不稳定，电网在调度时则需要火电机组做调峰谷运行。于是，电厂对火电机组与快速变负荷及快速启动带负荷相关的灵活运行性能要求，显得更为突出。已有研究表明，这些动作将会引起蒸汽参数在机组内部空间和时间维度上发生剧烈变化，导致零部件内部形成较大的温度梯度，进而产生较大的热应力及由此造成的低周疲劳寿命损耗是面临的首要问题。

图1示出了常规启动过程中汽轮机组转子表面热应力随时间的变化曲线，可见，启动过程中的热应力峰值主要是冲转时的“蒸汽温度突变”带来的热冲击(峰值1)和升负荷时的“温度均匀上升”(峰值2)所致。这些因素之间的规律是：(1)冲转时，蒸汽温度高于汽轮机组零部件的金属温度的程度越高，引起的热冲击强度越大，导致的热应力越高，低周疲劳寿命损耗量越大；(2)升负荷时，温度均匀上升速率越快，引起的热应力越高，低周疲劳寿命损耗量越大。由此可见，采用较高的冲转蒸汽温度和较大的蒸汽温升速率，可缩短启动时间，但又会引起较大的疲劳寿命损耗，而启动过程中较大的疲劳寿命损耗量又会使得零部件的寿命减低，减少了机组的启动次数，致使可能无法满足光热机组每日启停和火电机组做调峰运行时频繁启停的要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种汽轮机组启动过程中的升负荷方法，能够实现机组负荷在低于设定温度值的蒸汽温度下达到设定负荷值，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种汽轮机组启动过程中的升负荷方法，适用于汽轮机组启动过程中的蒸汽压力、蒸汽流量、蒸汽温度以及机组负荷分别上升至设定压力值、设定流量值、设定温度值以及设定负荷值的升负荷过程，在蒸汽温度上升至设定温度值之前，将蒸汽压力提高至一大于设定压力值的较大压力值，且蒸汽流量随之提高至一大于设定流量值的较大流量值，当蒸汽压力达到较大压力值且蒸汽流量达到较大流量值时，机组负荷达到设定负荷值；随后，将蒸汽压力减小至设定压力值，且蒸汽流量随之减小至设定流量值，同时，蒸汽温度上升至设定温度值。

优选地，设定压力值、设定流量值、设定温度值以及设定负荷值分别为汽轮机组的额定压力值、额定流量值、额定温度值以及额定负荷值，汽轮机组具有一大于额定压力值的安全限定压力值和一大于额定流量值的安全限定流量值，较大压力值大于额定压力值且小于安全限定压力值，较大流量值大于额定流量值且小于安全限定流量值。

优选地，设定负荷值小于汽轮机组的额定负荷值，设定压力值、设定流量值和设定温度值均与设定负荷值相匹配，设定压力值小于汽轮机组的额定压力值，设定流量值小于汽轮机组的额定流量值，设定温度值小于或等于汽轮机组的额定温度值。

优选地，较大压力值与设定压力值的差值为设定压力值的3％-7％。

优选地，汽轮机组为火电汽轮机组或光热汽轮机组。

与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

本发明的汽轮机组启动过程中的升负荷方法，通过在蒸汽温度上升至设定温度值之前将蒸汽压力提高至一大于设定压力值的较大压力值，且蒸汽流量随之提高至一大于设定流量值的较大流量值，实现机组负荷在低于设定温度值的蒸汽温度下达到设定负荷值。因此，一方面，在相同的蒸汽温升速率下，相较常规的启动方法，本发明的升负荷方法能够使机组负荷在较低的蒸汽温度下提前达到设定负荷值，即加快机组负荷上升至设定负荷值，从而有效缩短机组启动时间，可减少启动能力消耗、提高机组经济效益；另一方面，在相同的启动时间下，相较常规的启动方法，本发明的升负荷方法，由于机组负荷在较低的蒸汽温度下达到设定负荷值，因此可配以较小的蒸汽温升速率，即降低启动过程中的蒸汽温升速率，由此能够降低机组的热应力水平，从而减小机组的低周疲劳寿命耗损量，延长机组零部件的无裂纹寿命，提高安全性能和服役寿命，实现较多的启动次数，满足机组频繁启停的运行要求。

附图说明

图1是常规启动过程中汽轮机组转子表面热应力随时间的变化曲线。

图2是常规汽轮机组的典型启动曲线。

图3是本发明实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法的启动曲线。

图4是本发明实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法与常规启动方法相比较节省启动时间和增加发电量的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图2，常规汽轮机组的典型启动曲线的一个特征是：机组负荷在蒸汽温度达到额定温度值、蒸汽压力达到额定压力值、蒸汽流量达到额定流量值时才能达到额定负荷值，亦即，只有在各项参数均达到额定值时机组才能达到满发状态。而对于启动过程中将机组负荷升至某一特定的负荷值的情况，则为：在蒸汽温度、蒸汽压力蒸汽流量均达到该特定负荷值下的热力设计值时，机组负荷才能达到该特定的负荷值。所述热力设计值是指在该特定负荷值下的热力系统匹配的最优蒸汽温度值、压力值和流量值。

参见图3，本发明汽轮机组启动过程中的升负荷方法的一种实施例。本实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法适用于汽轮机组启动过程中的蒸汽压力、蒸汽流量、蒸汽温度以及机组负荷分别上升至设定压力值、设定流量值、设定温度值以及设定负荷值的升负荷过程，具体为：在蒸汽温度上升至设定温度值之前，将蒸汽压力提高至一较大压力值，该较大压力值大于设定压力值，蒸汽流量则随着蒸汽压力的增加而提高至一较大流量值，该较大流量值大于设定流量值；当蒸汽压力达到较大压力值且蒸汽流量达到较大流量值时，机组负荷达到设定负荷值；随后，将蒸汽压力减小至设定压力值，且蒸汽流量随着蒸汽压力的下降而减小至设定流量值，同时，蒸汽温度上升至设定温度值。由此完成汽轮机组的升负荷过程。

本实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法，通过在蒸汽温度上升至设定温度值之前将蒸汽压力提高至一大于设定压力值的较大压力值，且蒸汽流量随之提高至一大于设定流量值的较大流量值，实现机组负荷在低于设定温度值的蒸汽温度下达到设定负荷值。因此，一方面，在相同的蒸汽温升速率下，相较常规的启动方法，本发明的升负荷方法能够使机组负荷在较低的蒸汽温度下提前达到设定负荷值，即加快机组负荷上升至设定负荷值，从而有效缩短机组启动时间(参见图3所示)，可减少启动能力消耗、提高机组经济效益。另一方面，在相同的启动时间下，相较常规的启动方法，本发明的升负荷方法，由于机组负荷在较低的蒸汽温度下达到设定负荷值，因此可配以较小的蒸汽温升速率，即降低启动过程中的蒸汽温升速率，由此能够降低机组的热应力水平，从而减小机组的低周疲劳寿命耗损量，延长机组零部件的无裂纹寿命，提高安全性能和服役寿命，实现较多的启动次数，满足机组频繁启停的运行要求。

需要说明的是，图2和图3中示出的启动曲线均是依据汽轮机组冷态启动的情况绘制的，且为方便对比，图2和图3中除了蒸汽压力、蒸汽流量和机组负荷不同，其余参数均一致。但本实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法不仅适用于汽轮机组的冷态启动，也适用于汽轮机组的温态启动和热态启动。并且，本实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法不仅能够实现在相同的蒸汽温升速率下缩短机组启动时间，也能够实现在相同的启动时间下减小启动过程中的蒸汽温升速率。

本实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法所适用的升负荷过程可以是汽轮机组的升满负荷过程，即所述设定压力值为汽轮机组的额定压力值，所述设定流量值为汽轮机组的额定流量值，所述设定温度值为汽轮机组的额定温度值，所述设定负荷值为汽轮机组的额定负荷值。由于发电用汽轮机具有承受短时压力超过额定值的能力，因此汽轮机组具有一大于额定压力值的安全限定压力值和一大于额定流量值的安全限定流量值，且所述较大压力值大于额定压力值且小于安全限定压力值，所述较大流量值大于额定流量值且小于安全限定流量值。汽轮机组的出力与蒸汽的做功能力有关，而蒸汽的做功能力又与蒸汽的质量流量和焓值相关，蒸汽的焓值则与蒸汽的温度、压力等相关。采用本实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法实现汽轮机组升满负荷，可以在机组的安全限定压力值和安全限定流量值范围内，充分挖掘利用机组的超压潜能，提高蒸汽压力，则可提高蒸汽的质量流量，如此便可在较低的蒸汽温度下配合较高的质量流量，来实现机组负荷的提前发满，同时不会对机组的安全造成影响。所述额定压力值、额定流量值、额定温度值、额定负荷值、安全限定压力值以及安全限定流量值均不局限，应根据实际应用的汽轮机组的启动状态及运行工况进行设定。

当然，本实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法所适用的升负荷过程也可以是将机组负荷升至某一小于额定负荷值的特定负荷值的升负荷过程，即所述设定负荷值小于汽轮机组的额定负荷值，设定压力值、设定流量值和设定温度值均与设定负荷值相匹配，即设定压力值、设定流量值和设定温度值分别为所述设定负荷值下的热力系统匹配的最优蒸汽压力值、流量值和温度值，设定压力值小于汽轮机组的额定压力值，设定流量值小于汽轮机组的额定流量值，设定温度值小于或等于汽轮机组的额定温度值。采用本实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法实现将汽轮机组的负荷提升至小于额定负荷值的设定负荷值，可以实现减小蒸汽温升速率以降低机组疲劳寿命耗损量和缩短启动时间以减小启动消耗的目的。此时，优选地，较大压力值与设定压力值的差值可以为设定压力值的3％-7％。最优地，较大压力值与设定压力值的差值可以设为设定压力值的5％。所述设定压力值、设定流量值、设定温度值以及设定负荷值均不局限，应根据实际应用的汽轮机组的启动状态及运行工况进行设定。

本实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法可适用于光热汽轮机组，也可适用于火电汽轮机组，通过采用本实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法，可以缩短光热汽轮机组或火电汽轮机组的启动时间、增加机组满负荷运行时间、提高机组经济效益；也可以减小光热汽轮机组或火电汽轮机组启动时升负荷过程中的蒸汽温升速率，降低机组的热应力水平和低周疲劳寿命耗损量，实现较多的启动次数，满足光热机组每日启停和火电汽轮机组做调峰运行时频繁启停的要求。

以一实际投运的光热汽轮机组的升满负荷为例，该机组的额定蒸汽压力值为14mpa(a)，额定蒸汽温度值为540℃，额定蒸汽流量值为151t/h。基于电厂对该机组启动时间和启动次数的要求，冷态启动时，冲转所需的蒸汽温度设为330℃、蒸汽压力设为5.6mpa(a)，待暖机充分后，便冲转至额定转速，并进行并(电)网升负荷操作。

若采用常规的启动方法，则需待蒸汽的压力、流量和温度均达到上述额定值时，机组负荷才可升满，从并网到升满负荷所需时间为87分钟，升负荷过程中的蒸汽温升速率为3.5℃/min。

若采用本实施例的升负荷方法(超压超流量方法)，在蒸汽温升速率不变的情况下，在蒸汽压力达到14.5mpa(a)、蒸汽流量达到163t/h、蒸汽温度为494℃时，机组负荷便可达到额定负荷值，从并网到升满负荷的时间为67分钟，相较常规的启动方法节省时间20分钟，实现多发电8.3mwh，即8300kwh，参见图4，图4中阴影部分的面积即为多出的发电量。可见，本实施例的超压超流量方法相较常规的启动方法，能够有效缩短启动时间、提高机组的经济效益。在启动时间不变的情况下，则可将升负荷过程中的蒸汽温升速率控制在2.7℃/min，3.5℃/min和2.7℃/min的蒸汽温升速率所致的热应力峰值对应的疲劳寿命耗损量分别为0.33‰和0.12‰，本实施例的超压超流量方法相较常规的启动方法能够多进行5200多次的启停。可见，本实施例的超压超流量方法相较常规的启动方法，能够有效降低机组的疲劳寿命耗损量，实现较多的启动次数。

综上，本实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法具有以下优点：

(1)相较于汽轮机组的常规启动方法，本实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法可实现缩短启动时间，提前发满负荷，提高汽轮机机组的经济效益。

(2)逆向来看，本实施例的汽轮机组启动过程中的升负荷方法可在相同的启动时间要求下，通过蒸汽超压超流量，配合较低的蒸汽温度来实现负荷升满，因此可降低蒸汽温度均匀上升的速率，减少热应力及低周疲劳寿命损耗量，为机组实现更多的启动次数，延长机组零部件的无裂纹寿命，提高安全性能和服役寿命。

(3)无需额外添加设备，仅通过挖掘利用机组的超压潜能，即可实现加快升负荷(包括升满负荷)的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。