阅读说明：本技术 一种汽轮机组空气预暖快速启动控制系统及方法 (Steam turbine unit air pre-warming quick start control system and method ) 是由 赵文波 戴义勇 金杰 刘宝民 孙学革 季鹏飞 邓爱祥 高世杰 青可儿 杨国强 张 于 2020-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种汽轮机组空气预暖快速启动控制系统及方法,该系统包括汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、高压主汽阀、高压调节阀、高压缸排汽逆止阀、高压缸排汽通风阀、中压主汽阀、中压调节阀、高压主汽阀后疏水阀、中压主汽阀后疏水阀、高压缸暖缸进气调节阀、中压缸暖缸进气调节阀、空气预暖装置、汽轮机低压缸、凝汽器、真空破坏阀、压缩空气进汽温度测量装置、高压缸温度测量装置、中压缸温度测量装置、温度匹配控制器。本发明能够将汽轮机的冷态启动转变为温态启动,缩短启动时间,达到快速启动汽轮机的目的,节省了燃料的消耗和启动费用,实现了节能减排。(The invention relates to a steam turbine set air pre-warming quick start control system and a method, and the system comprises a steam turbine high-pressure cylinder, a steam turbine intermediate-pressure cylinder, a high-pressure main steam valve, a high-pressure regulating valve, a high-pressure cylinder steam exhaust check valve, a high-pressure cylinder steam exhaust ventilation valve, an intermediate-pressure main steam valve, an intermediate-pressure regulating valve, a high-pressure main steam valve rear drain valve, an intermediate-pressure main steam valve rear drain valve, a high-pressure cylinder warm cylinder air inlet regulating valve, an intermediate-pressure cylinder warm cylinder air inlet regulating valve, an air pre-warming device, a steam turbine low-pressure cylinder, a condenser, a vacuum breaking valve, a compressed air inlet steam temperature measuring device, a high-pressure cylinder temperature measuring device, an intermediate-pressure cylinder temperature measuring. The invention can change the cold-state starting of the steam turbine into the warm-state starting, shorten the starting time, achieve the purpose of quickly starting the steam turbine, save the consumption of fuel and the starting cost, and realize energy conservation and emission reduction.)

一种汽轮机组空气预暖快速启动控制系统及方法

技术领域

本发明涉及火力发电技术领域，尤其涉及一种汽轮机组空气预暖快速启动控制系统及方法。

背景技术

在节能减排大趋势下，光伏发电，风力发电等新型能源发电不断地快速发展，发电占比也日益提高，而由于新能源发电不具备电网的调峰性能以及一次调频能力，传统的火力发电其机组调峰性能及一次调频的作用显得越发突出，从而使得火电机组在电网中的稳定性作用越来越突出，启动也越来越频繁。

传统的火力发电机组受到设计制造结构及工艺材料的限制，以及汽轮机组本体加热速率的要求，机组的实际冷态启动时间从锅炉点火到机组带满负荷约需要10-16小时，不但造成启动燃料的巨大浪费，也会影响到电网的稳定运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽轮机组空气预暖快速启动控制系统及方法，在机组冷态启动前，通过空气预暖装置及其温度匹配控制器将压缩空气加热到与缸体相匹配的温度来加热缸体，通过调整缸体和加热空气的匹配温差以及空气流量的控制，实现将缸体温度预暖到预期目标，从而实现将汽轮机的冷态启动转变为温态启动，缩短启动时间，达到快速启动汽轮机的目的，以节省燃料的消耗和启动费用，实现节能减排。

本发明提供了一种汽轮机组空气预暖快速启动控制系统，包括汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、高压主汽阀、高压调节阀、高压缸排汽逆止阀、高压缸排汽通风阀、中压主汽阀、中压调节阀、高压主汽阀后疏水阀、中压主汽阀后疏水阀、高压缸暖缸进气调节阀、中压缸暖缸进气调节阀、空气预暖装置、汽轮机低压缸、凝汽器、真空破坏阀、压缩空气进气温度测量装置、高压缸温度测量装置、中压缸温度测量装置、温度匹配控制器；

所述汽轮机高压缸通过主蒸汽管道依次连接所述高压调节阀及高压主汽阀，通过高压排汽管道与所述高压缸排汽逆止阀、高压缸排汽通风阀连接；所述汽轮机中压缸通过再热蒸汽管道依次连接所述中压调节阀及中压主汽阀；所述汽轮机中压缸通过导汽管道与所述汽轮机低压缸连接，所述汽轮机低压缸与所述凝汽器连接，所述凝汽器与所述真空破坏阀连接；

所述空气预暖装置通过空气输送管道与所述高压缸暖缸进汽调节阀连接，所述高压缸暖缸进汽调节阀通过高压缸疏水管道与所述高压主汽阀及高压调节阀连接；所述高压主汽阀后疏水阀与所述高压主汽阀后疏水管道连接；

所述空气预暖装置通过空气输送管道与所述中压缸暖缸进气调节阀连接，所述中压缸暖缸进汽调节阀通过中压缸疏水管道与所述中压主汽阀及中压调节阀连接；所述中压主汽阀后疏水阀与所述中压主汽阀后疏水管道连接；

所述空气预暖装置的空气输送管道设有压缩空气进汽温度测量装置，所述汽轮机高压缸设有高压缸温度测量装置，所述汽轮机中压缸设有中压缸温度测量装置；

所述温度匹配控制器通过信号控制电缆与所述压缩空气进气温度测量装置、高压缸温度测量装置、中压缸温度测量装置连接。

进一步地，所述汽轮机高压缸通过所述高压缸排汽通风阀与所述凝汽器连接，用于将所述汽轮机高压缸的排气送入所述凝汽器。

进一步地，所述空气预暖装置采用空气为介质的加热装置。

进一步地，所述高压缸温度测量装置测量的温度包括高压缸缸体上部温度、下部温度、内缸温度、外缸温度，缸体的进口温度和出口温度，以及缸体的内壁温度和外壁温度；

所述中压缸温度测量装置测量的温度包括中压缸缸体上部温度、下部温度、内缸温度、外缸温度，缸体的进口温度和出口温度，以及缸体的内壁温度和外壁温度。

本发明还提供了一种上述系统的空气预暖快速启动控制方法，包括：

当汽轮发电机组启动时，在锅炉点火之前，启动空气预暖装置加热汽轮机高压缸及汽轮机中压缸；预暖汽轮机高压缸时，开启高压缸暖缸进气调节阀、高压调节阀、高压缸排汽通风阀，关闭高压主汽阀、高压缸排汽逆止阀及高压主汽阀后疏水阀，从而使得进入汽轮机高压缸的热空气加热高压缸，然后通过高压缸排汽通风阀进入到凝汽器，通过凝汽器的真空破坏阀排入大气；预暖汽轮机中压缸时，开启中压缸暖缸进气调节阀、中压调节阀，关闭中压主汽阀及中压主汽阀后疏水阀，从而使进入汽轮机中压缸的热空气加热中压缸，然后通过中压排汽管道进入汽轮机低压缸和凝汽器，通过凝汽器的真空破坏阀排入大气。

启动汽轮机组空气预暖快速启动控制系统后，通过温度匹配控制器判断缸体状态，按照设定的缸体与空气预暖装置出口温差和设定温度目标，综合判断缸体温升率及缸体上下温差，通过缸体进气调节阀对进口空气量的调节，直至汽轮机高压缸、汽轮机中压缸缸体温度达到温态启动条件。完成空气对缸体的预暖后，停止空气预暖装置，关闭高压调节阀、高压缸暖缸进气调节阀，以及中压调节阀、中压缸暖缸进气调节阀，使机组进入正常温态启动程序；

当汽轮机高压缸和汽轮机中压缸缸体温升率不同时，分别通过高压缸暖缸进气调节阀和中压缸暖缸进气调节阀的开度控制进入汽轮机高压缸和汽轮机中压缸的空气量，控制汽轮机高压缸和汽轮机中压缸的温升率和最终缸体温度。

借由上述方案，通过汽轮机组空气预暖快速启动控制系统及方法，在汽轮机组启动前，通过空气预暖装置及其温度匹配控制器将压缩空气加热到与缸体相匹配的温度，分别通入汽轮机高压缸、中压缸和低压缸，利用控制器的逻辑控制，通过调整缸体和加热空气的匹配温差以及空气流量的控制，实现将缸体温度予暖到预期目标，从而实现将汽轮机的冷态启动转变为温态启动，缩短机组的启动时间接近一半，提高了机组的启动效率，同时解决了汽轮机高中压缸膨胀不畅和由此产生的振动问题，节约了机组启动燃料成本和启动费用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明汽轮机组空气预暖快速启动控制系统的结构示意图。

图2为本发明汽轮机组空气预暖快速启动控制方法的流程图。

图中标号：

1-汽轮机高压缸、2-汽轮机中压缸、3-高压主汽阀、4-高压调节阀、5-高压缸排汽逆止阀、6-高压缸排汽通风阀、7-中压主汽阀、8-中压调节阀、9-高压主汽阀后疏水阀、10-中压主汽阀后疏水阀、11-高压缸暖缸进气调节阀、12-中压缸暖缸进汽调节阀、13-空气预暖装置、14-汽轮机低压缸、15-凝汽器、16-真空破坏阀、17-压缩空气进气温度测量装置、18-高压缸温度测量装置、19-中压缸温度测量装置、20-温度匹配控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参图1所示，本实施例提供了一种汽轮机组空气预暖快速启动控制系统，包括汽轮机高压缸1、汽轮机中压缸2、高压主汽阀3、高压调节阀4、高压缸排汽逆止阀5、高压缸排汽通风阀6、中压主汽阀7、中压调节阀8、高压主汽阀后疏水阀9、中压主汽阀后疏水阀10、高压缸暖缸进气调节阀11、中压缸暖缸进气调节阀12、空气预暖装置13、汽轮机低压缸14、凝汽器15、真空破坏阀16、压缩空气进气温度测量装置17、高压缸温度测量装置18、中压缸温度测量装置19、温度匹配控制器20；

汽轮机高压缸1通过主蒸汽管道依次连接高压调节阀4及高压主汽阀3，通过高压排汽管道与高压缸排汽逆止阀5、高压缸排汽通风阀6连接；汽轮机中压缸2通过再热蒸汽管道依次连接中压调节阀8及中压主汽阀7；汽轮机中压缸2通过导汽管道与汽轮机低压缸14连接，汽轮机低压缸14与凝汽器15连接，凝汽器15与真空破坏阀16连接；

空气预暖装置13通过空气输送管道与高压缸暖缸进气调节阀11连接，高压缸暖缸进气调节阀11通过高压主汽阀体疏水管道与高压主汽阀3及高压调节阀4连接；高压主汽阀后疏水阀9与高压主汽阀后疏水管道连接；空气预暖装置13通过空气输送管道进入到汽轮机高压缸1的接入位置，不仅仅是高压主汽阀3和高压调节阀4的疏水管道，也包括所有与汽轮机高压缸相连接的疏水接入位置，如高压调节阀4与汽轮机高压缸1相连接的管道疏水，以及汽轮机高压缸1本身的本体疏水等。

空气预暖装置13通过空气输送管道与中压缸暖缸进气调节阀12连接，中压缸暖缸进气调节阀12通过中压主汽阀体后疏水管道与中压主汽阀7及中压调节阀8连接；中压主汽阀后疏水阀10与中压阀体后疏水管道连接；空气预暖装置13通过空气输送管道进入到汽轮机中压缸2的接入位置，不仅仅是中压主汽阀7和中压调节阀8的疏水管道，也包括所有与汽轮机中压缸相连接的疏水接入位置，如中压调节阀8与汽轮机中压缸2相连接的管道疏水，以及汽轮机中压缸2本身的本体疏水等。

空气预暖装置13的空气输送管道设有压缩空气进气温度测量装置17，汽轮机高压缸1设有高压缸温度测量装置18，汽轮机中压缸2设有中压缸温度测量装置19；

温度匹配控制器20通过信号控制电缆与压缩空气进气温度测量装置17、高压缸温度测量装置18、中压缸温度测量装置19连接。

在本实施例中，汽轮机高压缸1通过高压缸排汽通风阀6与凝汽器15连接，用于将汽轮机高压缸1的排气送入凝汽器15。也包括任何汽轮机高压缸与凝汽器相排入的管道和系统，如高压缸缸体疏水、高排逆止门前的管道疏水等。

在本实施例中，空气预暖装置13采用任何型式空气加热装置。空气预暖装置13空气来源不仅仅是厂用压缩空气，包括来自于任何地方的空气。

在本实施例中，高压缸温度测量装置18测量的温度包括高压缸缸体上部温度、下部温度、内缸温度、外缸温度，缸体的进口温度和出口温度，以及缸体的内壁温度和外壁温度；

中压缸温度测量装置19测量的温度包括中压缸缸体上部温度、下部温度、内缸温度、外缸温度，缸体的进口温度和出口温度，以及缸体的内壁温度和外壁温度。

本实施例中的凝汽器真空破坏装置不仅仅包括真空破坏阀，也包括任何能够使得凝汽器内部与外部相通的任何部件和通道，如低压缸大气安全阀、凝汽器汽侧人孔门等。

参图2所示，该系统的空气预暖快速启动控制方法为：

当汽轮发电机组启动时，在锅炉点火之前，启动空气预暖装置加热汽轮机高压缸及汽轮机中压缸；预暖汽轮机高压缸时，开启高压缸暖缸进气调节阀、高压调节阀、高压缸排汽通风阀，关闭高压主汽阀、高压缸排汽逆止阀及高压主汽阀后疏水阀，从而使得进入汽轮机高压缸的热空气加热高压缸，然后通过高压缸排汽通风阀进入到凝汽器，通过凝汽器的真空破坏阀排入大气；预暖汽轮机中压缸时，开启中压缸暖缸进气调节阀、中压调节阀，关闭中压主汽阀及中压主汽阀后疏水阀，从而使得进入汽轮机中压缸的热空气加热中压缸，然后通过中压排汽管道进入汽轮机低压缸和凝汽器，通过凝汽器的真空破坏阀排入大气。

启动汽轮机组空气预暖快速启动控制系统后，通过温度匹配控制器判断缸体状态，按照设定的缸体与空气预暖装置出口温差(或人工设定温差)和设定温度目标，综合判断缸体温升率及缸体上下温差，通过缸体进气调节阀对进口空气量的调节，直至汽轮机高压缸缸体温度、汽轮机中压缸缸体温度达到温态启动条件(150-200℃)，停止空气预暖装置后，关闭高压调节阀、高压缸暖缸进气调节阀，以及中压调节阀、中压缸暖缸进气调节阀，使机组进入正常温态启动程序；

当汽轮机高压缸和汽轮机中压缸缸体温升率不同时，分别通过高压缸暖缸进气调节阀和中压缸暖缸进气调节阀的开度控制进入汽轮机高压缸和汽轮机中压缸的空气量，控制汽轮机高压缸和汽轮机中压缸的温升率和最终缸体温度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，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变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。