一种汽轮机冷态快速启动加热系统及其方法
阅读说明：本技术 一种汽轮机冷态快速启动加热系统及其方法 (Cold-state quick start heating system and method for steam turbine ) 是由 赵强 李森 沈杰 房大明 刘聪 于 2019-07-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种汽轮机冷态快速启动加热系统及其方法,其中汽轮机冷态快速启动加热系统包括汽轮机快速冷却装置、控温系统,本发明汽轮机冷态快速启动加热系统在汽轮机冷态冲转前将较高于汽轮机金属壁温的压缩空气通过疏水管道逆向送入汽轮机高、中压汽缸进行金属部件的加热,以实现汽轮机本体动、静金属部件温度缓慢加热,达到脆性转变温度,使汽轮机汽缸和转子在受热作用下均匀膨胀,避免间隙减小而形成动静碰撞磨现象,节省冷态冲转过程中速暖机节点,节省启动时间90-120分钟,从而达到节省启机过程厂用耗电量和燃油消耗。(The invention discloses a steam turbine cold-state quick start heating system and a method thereof, wherein the steam turbine cold-state quick start heating system comprises a steam turbine quick cooling device and a temperature control system, and the steam turbine cold-state quick start heating system reversely feeds compressed air with a temperature higher than the temperature of a metal wall of a steam turbine into high-pressure and medium-pressure cylinders of the steam turbine through a drainage pipeline for heating metal parts before the cold-state impulse rotation of the steam turbine so as to slowly heat the dynamic and static metal parts of a steam turbine body to reach a brittle transition temperature, so that the steam turbine cylinder and a rotor are uniformly expanded under the heating action, the dynamic and static collision and abrasion phenomenon caused by the reduction of gaps is avoided, the warm-up nodes at the medium speed in the cold-state impulse rotation process are saved, the start-up time is saved for 90-120 minutes, and the plant power consumption and.)
技术领域
本发明涉及汽轮机冷态启动技术领域，具体是指一种汽轮机冷态快速启动加热系统及其方法。
背景技术
流化床锅炉启动初期向炉膛布风板添加约200吨的床料(为不可燃固定颗粒)通过风道燃烧器将柴油点燃以加热布风板流通的一次风，再通过加热后的一次风通过导热的方式加热床料，通过床料在炉膛内流化循环形成初期的炉膛热源以加热炉侧汽水形成蒸汽提供汽轮机冲转使用，而汽轮机处于冷态，即静止部分：汽缸、持环、隔板；动态部分：转子锻件、叶轮、叶片温度均较低，处于金属的脆性转变温度以下，必须要进行中速暖机方可进一步升速，否则2040r/min之后的发电机二阶临界转速、叶片共振转速将无法通过，且汽轮机使用说明书明确要求禁止采取硬闯的方式升速，否则将会造成动静碰磨，形成不可估量的损失。因此冷态启机中速暖机过程必不可少。汽轮机维持2040r/min这个恒定转速且高、中、低压缸均进气做功，汽轮机实际进气量非常少。进入汽轮机通流部分的蒸汽要求低温低压，满足冲转要求即可，一方面减少蒸汽对金属部件的热冲击；另一方面因转子重量小受热膨胀快，而汽缸尤其是高压缸为双层缸在较小进气量的情况下，受热膨胀相对转子而滞后，为防止二者膨胀量超差导致动静间隙减少甚至消失形成动静碰磨，该暖机过程严格按照要求执行。
两个小时的中速暖机效果，决定着后期继续升速的平稳性，锅炉侧要保证汽温、汽压平稳，但是随着炉侧燃油放热对床料的加热，汽温、汽压必持续升高。汽机侧要保证蒸汽参数平稳，一般通过高、低旁串联的方式将4Mpa，350℃的蒸汽进行减压、减温排入凝汽器，或者开启炉侧向空排电动阀的方式释放，造成热量的浪费。中速暖机时段，机、炉侧所有辅汽已经恢复至运行状态，对电能的消耗也较大。以往每次开机，当天的厂用电率都居高不下，甚至达到9％。另外，对于机、炉运行人员而言，中速暖机过程操作压力和操作风险较大。综上所述，设计一种冷态启动方式优化节能系统是相关领域内技术人员急需解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种汽轮机冷态快速启动加热系统，包括汽轮机快速冷却装置、控温系统，所述汽轮机快速冷却装置设置于汽轮机一侧，所述汽轮机快速冷却装置通过手动控制阀或自动控制阀与汽轮机连接控制进入汽轮机高压缸、中压缸的空汽量与温度，所述控温系统为两套，分别与汽轮机高压缸、中压缸连接对高压缸、中压缸以不同汽温独立地进行快速冷却控制，所述汽轮机快速冷却装置中设有加热装置、集汽箱以及与分汽箱一、分汽箱二，所述分汽箱一、分汽箱二分别与汽轮机高压缸、中压缸连接供应高压缸、中压缸用汽，所述分汽箱一、分汽箱二分别与配汽总管一、配汽总管二连接，所述配汽总管一、配汽总管二输出端通过手动截止阀与汽轮机疏水管道在疏水阀之前连接。
作为改进，所述配汽总管一输出端分成四路分别至高压导汽管一、高压导汽管二、高压导汽管三、高压导汽管四，所述配汽总管二输出端分成四路分别至高压外缸一、高压外缸二、中压导汽管一、中压导汽管二。
作为改进，所述配汽总管一、配汽总管二输出端每路上手动截止阀的数量均为两个。
作为改进，所述分汽箱一、分汽箱二之间通过阀门连接。
作为改进，所述汽轮机快速冷却装置为CL-240-Ⅲ控制柜，所述汽轮机为K156型汽轮机。
本发明还公开了一种汽轮机冷态快速启动加热系统的实现方法，包括以下步骤：
(1)检查开启汽轮机快速冷却装置串联门。
(2)检查关闭汽轮机快速冷却装置并联门。
(3)检查关闭汽轮机快速冷却装置冷空汽直通门。
(4)检查关闭集汽箱出口所有手动隔离门。
(5)检查压缩空气压力正常，开启汽轮机快速冷却装置压缩空气进气门，并将流量尽量调大约10分钟。
(6)合上汽轮机快速冷却装置控制柜空汽开关。
(7)旋动报警设定电位器，设定报警温度比设定温度高30℃。
(8)将汽轮机快速冷却装置可控硅电压调整器打至“自动”位置。
(9)当集汽箱压缩空气温度达到设定值时，开始向汽轮机送汽，当各进气支管路疏水门无水流出，管道温度明显升高时关闭各疏水门。
(10)开启汽轮机快速冷却装置各分汽箱至高、中压缸进气共8个支路手动阀。
(11)在加热过程中，根据各控制指标随时调整集汽箱出汽门及各支路进气量。
(12)随着加热过程进行，缸温随之上升，要及时切换加热器运行方式，提高冷却装置出口空汽温度。
(13)控制空汽温度比缸温高30～40℃，高压缸第一级及中压第一级静叶持环温升率在2～3℃/小时。
(14)控制高压缸第一级金属温度和中压静叶持环温度能够同时达到加热要求。
(15)汽轮机快速冷却装置投入加热运行期间，监盘人员每30分钟记录一次汽轮机TSI参数缸温表。
本发明方案在汽轮机冷态冲转前将较高于汽轮机金属壁温的压缩空气通过疏水管道逆向送入汽轮机高、中压汽缸进行金属部件的加热，以实现汽轮机本体动、静金属部件温度缓慢加热，达到脆性转变温度，使汽轮机汽缸和转子在受热作用下均匀膨胀，避免间隙减小而形成动静碰撞磨现象，节省冷态冲转过程中速暖机节点，节省启动时间90-120分钟，从而达到节省启机过程厂用耗电量和燃油消耗。
具体来说，本发明具有如下优点：
1、本发明中逆向使用快速加热装置，采用较高于汽轮机金属壁温的压缩空气缓慢加热汽轮机，以实现汽轮机本体动、静金属部件温度缓慢加热，从而达到脆性转变温度。
2、本发明中汽轮机汽缸和转子在受热作用下均匀膨胀，进而缩短甚至避免整个中速暖机过程，可有效节省90至120分钟启动时间，给关键工作的压缩提供一定自由时差，可满足调度要求和电网用电需求。
3、本发明中因冲转时间节省可有效减少燃油和厂用电量消耗，尽早并网发电，节能收益可观。
4、本发明中最重要的是在技术层面上彻底解决中速暖机这个汽轮机启动过程中最重要也是最难以控制节点，保证汽缸和转子同步膨胀，避免受热不均造成动静碰磨现象。
5、本发明中优化整个启动流程，保证锅炉燃烧能够稳定速率进行升温升压，一方面不必为了控制冲转参数稳定，而采取对空排放和减温减压等措施，造成热量的浪费。
6、锅炉投油燃烧，床温具备条件后即可点动投煤，持续提升床温，尽早退出油枪运行，保证布袋除尘器安全运行和控制烟汽环保数据在合格范围内等各项工作也具有重大意义。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图。
具体实施方式
结合附图，一种汽轮机冷态快速启动加热系统，包括汽轮机快速冷却装置、控温系统，所述汽轮机快速冷却装置设置于汽轮机一侧，所述汽轮机快速冷却装置通过手动控制阀或自动控制阀与汽轮机连接控制进入汽轮机高压缸、中压缸的空汽量与温度，所述控温系统为两套，分别与汽轮机高压缸、中压缸连接对高压缸、中压缸以不同汽温独立地进行快速冷却控制，所述汽轮机快速冷却装置中设有加热装置、集汽箱以及分汽箱一、分汽箱二，所述分汽箱一、分汽箱二分别与汽轮机高压缸、中压缸连接供应高压缸、中压缸用汽，所述分汽箱一、分汽箱二分别与配汽总管一、配汽总管二连接，所述配汽总管一、配汽总管二输出端通过手动截止阀与汽轮机疏水管道在疏水阀之前连接。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述配汽总管一输出端分成四路分别至高压导汽管一、高压导汽管二、高压导汽管三、高压导汽管四，所述配汽总管二输出端分成四路分别至高压外缸一、高压外缸二、中压导汽管一、中压导汽管二。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述配汽总管一、配汽总管二输出端每路上手动截止阀的数量均为两个。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述分汽箱一、分汽箱二之间通过阀门连接。
作为本实施例较佳实施方案的是，所述汽轮机快速冷却装置为CL-240-Ⅲ控制柜，所述汽轮机为K156型汽轮机。
快速冷却装置分为两个进气箱，两个进气箱可实现串联或者并联运行，分汽箱一、分汽箱二分别供应高、中压缸用气，各配气总管通过管道和两只手动截止阀与汽轮机本体疏水管道在疏水阀之前搭接，被加热的压缩空气通过汽轮机本体各疏水管进入汽轮机内部各通流区域实现对流换热。
本发明还公开了一种汽轮机冷态快速启动加热系统的实现方法，包括以下步骤：
(1)检查开启汽轮机快速冷却装置串联门。
(2)检查关闭汽轮机快速冷却装置并联门。
(3)检查关闭汽轮机快速冷却装置冷空汽直通门。
(4)检查关闭集汽箱出口所有手动隔离门。
(5)检查压缩空气压力正常，开启汽轮机快速冷却装置压缩空气进气门，并将流量尽量调大约10分钟。
(6)合上汽轮机快速冷却装置控制柜空汽开关。
(7)旋动报警设定电位器，设定报警温度比设定温度高30℃。
(8)将汽轮机快速冷却装置可控硅电压调整器打至“自动”位置。
(9)当集汽箱压缩空气温度达到设定值时，开始向汽轮机送汽，当各进气支管路疏水门无水流出，管道温度明显升高时关闭各疏水门。
(10)开启汽轮机快速冷却装置各分汽箱至高、中压缸进气共8个支路手动阀。
(11)在加热过程中，根据各控制指标随时调整集汽箱出汽门及各支路进气量。
(12)随着加热过程进行，缸温随之上升，要及时切换加热器运行方式，提高冷却装置出口空汽温度。
(13)控制空汽温度比缸温高30～40℃，高压缸第一级及中压第一级静叶持环温升率在2～3℃/小时。
(14)控制高压缸第一级金属温度和中压静叶持环温度能够同时达到加热要求。
(15)汽轮机快速冷却装置投入加热运行期间，监盘人员每30分钟记录一次汽轮机TSI参数缸温表。
一、使用实例
1、首次使用详情
2016年10月18日江苏徐矿综合利用发电有限公司中班维修部电汽专业对快速装置进行绝缘测量合格后联系运行人员送电。当值运行人员恢复相关安措，采用不开进气缸一、二次分门而采用打开疏水和对空排阀的方式进行装置试投运工作，快速装置加热压缩空气温度达350℃，则第一步工作合格，紧接着进入第二步工作：
(1)当值运行人员联系国华汽机检修人员打开#1汽轮机低压缸南北两侧共4个人孔门,检修人员准备好复装该两处人孔门的工作和材料；
(2)启动主机润滑油、密封油系统投入主机顶轴油和盘车运行；
(3)打开高压缸排汽逆止阀前疏水罐至地沟一、二次手动阀；
(4)关闭高、中压缸体所有汽动疏水阀；
(5)投入快速装置暖管和疏水；
(6)保证加热后的压缩空气比高中压缸壁温有56℃过热度，开启至高、中压缸各4路进气手动阀，运行人员每半小时抄录一次缸温表，根据实际情况调节各支路进气量和进气温度控制高、中压缸金属壁温温升率在2-3℃/H。
(7)高中压缸金属壁温最高限为180℃，达到该温度值后维持该温度。
2、使用效果：自18日18:00投入快速加热至20日14:48停运快速装置，期间总计投入44小时。因机组启机节点推迟至21日6:08主机才冲转，停运至冲转间隔16个小时，汽缸金属壁温有一定程序下降。主机各项主要参数详见下表：
二、多次使用详情
该技术自2016年10日第一次使用，经过不断完善和优化直至2017年08月已经成功实施4次，详细统计请见下表：
在不同机组上多次成功使用该技术，并经过汽机专业人员不断摸索和经验积累，形成一项可以安全掌控的成熟技术。
在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括-一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。