在宽负荷区间内高效运行的汽轮发电机组系统的运行方法与流程

1.本发明涉及一种汽轮发电机组系统的运行方法，特别涉及一种双轴汽轮发电机组系统在宽负荷区间，均可实现高效、安全的调峰运行方法。


背景技术：

2.现有的汽轮发电机组，采用单轴型式，即，汽轮机的高压缸、中压缸、低压缸和发电机是同轴布置的，并且是以100%发电负荷为额定工况设计制造的；当电网要求汽轮发电机组深度调峰时，随着发电负荷的降低，汽轮发电机组的实际运行工况偏离额定工况的情况会越来越严重，汽轮发电机组的热耗率也会逐步增大；发电负荷越低，汽轮发电机组的热耗率增加得就越多，在30%额定负荷左右，汽轮机低压缸末级叶片的动应力会快速增加；在更低负荷时，还会发生叶片颤振、排汽超温和叶根水蚀等危及安全运行的问题，导致汽轮发电机运行的安全性能和经济性能急速变差；在当前国内新能源发电日渐增多的电网体系中，日间由于光伏的发电量较多，火电厂的汽轮发电机组是以低发电负荷深度调峰的运行方式为主，但在日出前和日落后的两段时间内，由于光伏停止发电，此时，又需要火电厂的汽轮发电机组要以高发电负荷形式运行；传统的汽轮发电机组系统，受限于自身的性能特点和电网的运行特性，在低负荷运行时，往往只能牺牲一部分运行的经济性和安全性，来换取调峰运行的灵活性。
3.专利申请号为202111584542.4，名称为“一种用于深度灵活调峰的双轴汽轮机系统”的专利文献，公开了以下信息：一种用于深度灵活调峰的双轴汽轮机系统，包括相互连接的汽轮机组和第一发电机，其特征在于，所述双轴汽轮机系统还包括联通管道、低压缸组和第二发电机，所述汽轮机组连接所述联通管道，所述汽轮机组接入蒸汽并向所述联通管道供入蒸汽，所述的低压缸组包括多个调峰低压缸（低压缸组包括第一调峰低压缸和第二调峰低压缸），每个调峰低压缸均通过对应的调峰阀门接入所述联通管道，各个调峰低压缸依次连接后接入所述第二发电机，所述联通管道的一端设有供热阀门；当所述双轴汽轮机系统的机组负荷大于预设的调峰负荷时，开启各个调峰阀门，使得蒸汽进入各个调峰低压缸，第一发电机和第二发电机同时工作；当所述双轴汽轮机系统的机组负荷不超过预设的调峰负荷时，关闭各个调峰阀门，第一发电机工作；所述调峰负荷的取值范围在75％-85％的额定负荷范围以内；该双轴汽轮机系统的调峰方式在现场实施时不具有可行性，原因如下：首先，该技术方案是将75％-85％的额定负荷作为节点，关闭各个调峰阀，停运多个调峰低压缸，来实现深度调峰运行的；但是，在发电厂汽轮发电机组的实际运行中，75%额定负荷及以上，基本都是汽轮发电机组较经济的高效运行区间，以75％-85％的额定负荷作为调峰节点，停运部分低压缸，反而对汽轮发电机组的经济运行不利；在实际的发电和送电过程中，电网调度经常会要求：汽轮发电机组要在一天时间内反复多次穿越75%-85％的额定负荷，若将75％-85％的额定负荷，作为多个调峰低压缸投停的条件，则调峰低压缸的投停将会过于频繁，反而更不利于汽轮发电机组的经济、安全运行；因此，如何科学合理地确定调峰低压缸的切除条件，是实现汽轮机高效和安全调峰运行的关键，也是双轴汽轮发电机组
系统科学运行的关键；其次，汽轮发电机组在50%额定负荷及以上运行时，基本不会出现低压缸叶片超温、水蚀、颤振的安全性问题；最后，该技术方案是通过关闭各个调峰阀门的方式，来停运多个调峰低压缸的，关闭低压缸调峰阀门，会使低压缸停止运行，低压缸被停运后，若要再次启动，至少需要经历盘车、冲转、暖缸等操作程序，整个过程存在耗时长和响应电网快速升负荷要求的能力低的缺陷；另外，调峰低压缸的频繁冷热交替变化，也会加速调峰低压缸的寿命损耗，增加安全运行的风险；并且，在该系统结构中，设置了两个或两个以上同时投停的调峰低压缸，反而会造成调峰系统的复杂，多个调峰低压缸会占用较大的厂房空间，投资也高，影响到系统的经济性。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种可在宽负荷区间内高效运行的汽轮发电机组系统的运行方法，解决现有汽轮发电机组低负荷运行时，发电热耗率高和安全性差的技术问题；本发明既兼顾了75%额定负荷及以上时，汽轮发电机组运行的较佳经济性能，又实现了汽轮发电机组在50%额定负荷以下运行时的经济性和安全性。
5.本发明在研究了大量汽轮发电机组20-85%发电负荷区间的热力特性资料，并经计算分析后，发现：汽轮发电机组低发电负荷运行时，汽轮机高压缸缸效率、中压缸缸效率，以及发电机效率的衰减均很小；造成汽轮发电机组发电热耗率大幅上升的最主要因素，除了锅炉新蒸汽参数下降之外，最主要的是低压缸缸效率随着发电负荷的下降，而出现大幅衰减；进一步的数据分析显示，在其他边界条件相同时，汽轮发电机组的发电负荷越低，低压缸排汽的容积流量越小；而低压缸排汽的容积流量相对额定工况偏离越多，低压缸的缸效率衰减就越大；例如：某1000mw汽轮发电机组，额定工况时的低压缸缸效率为90%；75%额定负荷时的低压缸排汽容积流量约为额定工况流量的81%，低压缸的缸效率90%；50%额定负荷时的低压缸排汽容积流量约为额定工况流量的60%，低压缸的缸效率87%；40%额定负荷时的低压缸排汽容积流量约为额定工况流量的52%，低压缸的缸效率82%；30%额定负荷时的低压缸排汽容积流量约为额定工况流量的45%，低压缸的缸效率80%；当低压缸排汽的容积流量随着汽轮发电机组发电负荷降至30%以下时，低压缸的缸效率、排汽温度、低压缸末级叶片的振动值和动应力，将进一步恶化，直至触发机组运行报警，甚至出现非正常停机事故；通过上述大量的研究、分析和现场试验，本发明探索出了切除低压缸，进行调峰的最佳节点。
6.本发明的总体构思是：采用双轴低压缸驱动双发电机的汽轮发电机组结构，将50%额定负荷作为副机组投切的条件，既保持了75%额定负荷及以上时，汽轮发电机组运行的既有经济性；又实现了汽轮发电机组50%额定负荷以下运行时的经济性和安全性；当汽轮发电机组在50%额定负荷及以上运行时，主机组和副机组，均置于发电运行状态；当汽轮发电机组运行到50%额定负荷以下，且在8小时内需要回升至50%额定负荷及以上运行时，则将副机组切换到低速空转的热备用状态；当汽轮发电机组运行到50%额定负荷以下，且后续要超过8小时在50%额定负荷以下运行时，则副机组可切换到停运状态。
7.一种在宽负荷区间内高效运行的汽轮发电机组系统的运行方法，由汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、中低压缸主导汽管、汽轮机主低压缸、主发电机、主封母线和主变压器组成主机组，在汽轮机中压缸与汽轮机主低压缸之间，设置中低压缸主导汽管，将汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机主低压缸，与主发电机同轴布置，组成了主机组轴系，主发电机，
通过主封闭母线与主变压器连接在一起；由中低压缸副导汽管、一台副低压缸进汽调节阀、一台汽轮机副低压缸、一台副发电机、副封闭母线和断路器组成了副机组，在汽轮机中压缸与汽轮机副低压缸之间，设置中低压缸副导汽管，在中低压缸副导汽管上，设置副低压缸进汽调节阀，汽轮机副低压缸与副发电机同轴布置，并且独立在主机组轴系外，副发电机，通过副封闭母线与主变压器连接在一起，在副封闭母线上，设置断路器；其运行特征在于：当汽轮发电机组的发电负荷大于或等于汽轮发电机组额定负荷的50%时，将副低压缸进汽调节阀全开，断路器闭合，主机组和副机组，均处于在线发电状态；当汽轮发电机组的发电负荷下降到低于汽轮发电机组额定负荷的50%时，若，汽轮发电机组在8小时内需要回升至汽轮发电机组额定负荷的50%及以上运行；将副低压缸进汽调节阀调至最小开度，然后，断开断路器，使汽轮机副低压缸和副发电机，维持在热备用的最低转速上，主机组处于发电工作状态，副机组处于不发电的热备用状态；若，汽轮发电机组持续在汽轮发电机组额定负荷的50%以下运行；则将副低压缸进汽调节阀关闭，断开断路器，使汽轮机副低压缸和副发电机切换为停运状态，主机组处于发电工作状态，副机组退出发电工作状态。
8.当副机组处于热备用状态时，若汽轮发电机组的发电负荷需要回升到汽轮发电机组额定负荷的50%及以上持续运行，则加大副低压缸进汽调节阀的开度，使汽轮机副低压缸逐步升速至3000转/分钟，待转速稳定后，闭合断路器，使副机组从热备用状态，切换到并网发电运行状态，然后，继续加大副低压缸进汽调节阀的开度，直至全开，副机组转入正常发电状态。
9.当副机组处于停运状态时，若汽轮发电机组的发电负荷需要回升到汽轮发电机组额定负荷的50%及以上持续运行，根据副机组进汽冲转、暖机和并网发电所需时长，副机组提前开始盘车,若，副机组停机超过72小时，则其应在计划并网前约2-6小时开始进汽冲转，进汽冲转时,小幅开启副低压缸进汽调节阀，使汽轮机副低压缸冲转至500转/分钟，确认汽轮机运转正常后，逐渐加大副低压缸进汽调节阀的开度，逐步增加汽轮机副低压缸的进汽量，直至转速到达3000转/分钟，待转速稳定后，闭合断路器，使副机组完成并网发电，继续加大副低压缸进汽调节阀的开度，直至全开，副机组进入正常发电运行状态；若，副机组停机时间未超过72小时，则其应在并网前0.3-2小时开始进汽冲转，进汽冲转时,小幅开启副低压缸进汽调节阀，使汽轮机副低压缸冲转至500转/分钟，确认汽轮机运转正常后，逐渐加大副低压缸进汽调节阀的开度，逐步增加汽轮机副低压缸的进汽量，直至转速到达3000转/分钟，待转速稳定后，闭合断路器，使副机组完成并网发电，继续加大副低压缸进汽调节阀的开度，直至全开，副机组进入正常发电运行状态。
10.本发明克服了现有汽轮发电机组低发电负荷运行时，发电热耗率高和安全性差的不足，在发电负荷低于汽轮发电机组额定负荷50%工况区间，通过将分轴布置的副机组切换为低速空转的热备用状态或者停机状态，从而使主机组的汽轮机主低压缸保持了较高水平的排汽容积流量，可有效避免主低压缸末级叶片在排汽小容积流量时出现的叶片振动和动应力激增，以及排汽温升过大和叶根水蚀等问题，同时，使得这种双轴低压缸驱动双发电机
的汽轮发电机组在低发电负荷运行时的发电热耗率，大幅优于其他的汽轮发电机组系统。
附图说明
11.图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
12.下面结合附图对本发明进行详细说明：实施例一、一种在宽负荷区间内高效运行的汽轮发电机组系统的运行方法，由汽轮机高压缸1、汽轮机中压缸2、中低压缸主导汽管3、汽轮机主低压缸4、主发电机5、主封闭母线6和主变压器7组成主机组，在汽轮机中压缸2与汽轮机主低压缸4之间，设置中低压缸主导汽管3，将汽轮机高压缸1、汽轮机中压缸2、汽轮机主低压缸4与主发电机5同轴布置，组成主机组轴系，主发电机5，通过主封闭母线6与主变压器7连接在一起；由中低压缸副导汽管8、一台副低压缸进汽调节阀9、一台汽轮机副低压缸10、一台副发电机11、副封闭母线12和断路器13组成了副机组，在汽轮机中压缸2与汽轮机副低压缸10之间，设置中低压缸副导汽管8，在中低压缸副导汽管8上，设置副低压缸进汽调节阀9，汽轮机副低压缸10与副发电机11同轴布置，并且独立于主机组轴系以外，副发电机11，通过副封闭母线12与主变压器7连接在一起，在副封闭母线12上，设置断路器13；其特征在于以下步骤：若，汽轮发电机组的发电负荷大于或等于额定负荷的50%时，将副低压缸进汽调节阀9完全打开，断路器13闭合，主机组和副机组，均处于在线发电状态中；若，电网调度要求汽轮发电机组的发电负荷降低到50%额定负荷及以下持续运行不超过8小时，后续汽轮发电机组的发电负荷回升至额定负荷的50%以上运行，在汽轮发电机组的负荷降至50%额定负荷时，将副低压缸进汽调节阀9逐渐关至最小开度，然后，断开断路器13，使汽轮机副低压缸10和副发电机11，维持在热备用的最低转速上；主机组处于在线工作状态中；由于汽轮机副低压缸10退出发电运行模式，汽轮机主低压缸4的排汽容积流量相对于额定工况偏离小，汽轮发电机组的热耗率和主低压缸的缸效率均能保持较好水平，使主低压缸叶片振动和动应力的增大，以及排汽温度的上升和叶根水蚀的问题，均得到有效地抑制；若，汽轮发电机组的发电负荷从较低水平逐渐回升至50%额定负荷，并且电网调度要求汽轮发电机组在50%额定负荷以上持续运行时；适当加大副低压缸进汽调节阀9的开度，使汽轮机副低压缸10逐步升速至3000转/分钟，待转速稳定后，闭合断路器13，使副机组从热备用状态，切换到并网发电运行状态，而后继续加大副低压缸进汽调节阀9的开度，直至全开，副机组转入正常发电状态，同时，汽轮发电机组的发电负荷可按电网调度要求继续增加。
13.实施例二、一种在宽负荷区间内高效运行的汽轮发电机组系统的运行方法，由汽轮机高压缸1、汽轮机中压缸2、中低压缸主导汽管3、汽轮机主低压缸4、主发电机5、主封闭母线6和主变压器7组成主机组，在汽轮机中压缸2与汽轮机主低压缸4之间，设置中低压缸主导汽管3，将汽轮机高压缸1、汽轮机中压缸2、汽轮机主低压缸4与主发电机5同轴布置，组成主机组轴系，主发电机5，通过主封闭母线6与主变压器7连接在一起；由中低压缸副导汽管8、一台副低压缸进汽调节阀9、一台汽轮机副低压缸10、一台副发电机11、副封闭母线12
和断路器13组成了副机组，在汽轮机中压缸2与汽轮机副低压缸10之间，设置中低压缸副导汽管8，在中低压缸副导汽管8上，设置副低压缸进汽调节阀9，汽轮机副低压缸10与副发电机11同轴布置，并且独立于主机组轴系以外，副发电机11，通过副封闭母线12与主变压器7连接在一起，在副封闭母线12上，设置断路器13；其特征在于以下步骤：若，汽轮发电机组的发电负荷大于或等于额定负荷的50%时，将副低压缸进汽调节阀9完全打开，断路器13闭合，主机组和副机组，均处于在线发电状态中；若，电网调度要求汽轮发电机组的发电负荷降低到50%额定负荷及以下持续运行超过8小时，则在汽轮发电机组的负荷降至50%额定负荷时，逐渐调小副低压缸进汽调节阀9至最小开度，接着快速关闭，同时断开断路器13，使副机组转速逐步降低，然后，盘车至停机，主机组保持在线发电状态中；由于副机组退出发电运行模式，汽轮机主低压缸4的排汽容积流量相对于额定工况偏离小，汽轮发电机组的热耗率和主低压缸的缸效率均能保持较好水平，使主低压缸叶片振动和动应力的增大，以及排汽温度的上升和叶根水蚀的问题，均得到有效地抑制；若，汽轮发电机组的发电负荷从较低水平逐渐回升至50%额定负荷，并且电网调度要求汽轮发电机组在50%额定负荷以上持续运行时；根据副机组进汽冲转、暖机和并网发电所需时长，副机组应提前开始盘车；若副机组停机超过72小时，则其应在计划并网前约2-6小时开始进汽冲转；若副机组停机时间未超过72小时，则其应在计划并网前约0.3-2小时开始进汽冲转；进汽冲转时,小幅开启副低压缸进汽调节阀9，使汽轮机副低压缸10冲转至500转/分钟左右，待确认汽轮机运转正常后，逐渐加大副低压缸进汽调节阀9的开度，逐步增加汽轮机副低压缸10的进汽量，并根据汽轮机副低压缸10的暖机需要，控制转速升高的速率，直至转速到达3000转/分钟，待转速稳定，闭合断路器13，使副机组完成并网发电，而后继续加大副低压缸进汽调节阀9的开度直至全开，副机组进入正常发电状态，同时，汽轮发电机组的发电负荷可以按电网调度要求继续增加。
14.本发明是以汽轮发电机组50%额定负荷值作为判断投切副机组是否经济合理的标准；在实际运行操作中，还要尽量避免因电网调度的发电负荷偶然有
±
5%左右的小幅频繁波动，造成副机组高频次反复投切；因此，副机组完成投切转换的工况点，也可以在汽轮发电机组40%-60%额定负荷之间，进行灵活选择。