用于調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的短期的功率提高的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的短期的功率提高的方法，所述汽輪機(jī)具有連接在上游的燃燒礦物燃料的直流式鍋爐，所述鍋爐具有一定數(shù)量的構(gòu)成流動(dòng)路程、流過流動(dòng)介質(zhì)的省煤器加熱面、蒸發(fā)器加熱面和過熱器加熱面，這種方法應(yīng)特別適合能短期地提高連接在下游的汽輪機(jī)功率，與此同時(shí)不會(huì)不適當(dāng)?shù)亟档驼羝^程的效率。為此，為了短期提高汽輪機(jī)的功率，增大通過燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的流動(dòng)介質(zhì)流量。
【專利說明】用于調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的短期的功率提高的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的短期的功率提高的方法，汽輪機(jī)具有連接在上游的燃燒礦物燃料的直流式鍋爐，所述鍋爐具有一定數(shù)量的構(gòu)成流動(dòng)路程、流過流動(dòng)介質(zhì)的省煤器加熱面、蒸發(fā)器加熱面和過熱器加熱面。
【背景技術(shù)】
[0002]燃燒礦物燃料的鍋爐借助通過燃燒礦物燃料生成的熱量來產(chǎn)生過熱蒸汽。燃燒礦物燃料的鍋爐大多在主要用于發(fā)電的熱電廠中使用。在這里，將產(chǎn)生的蒸汽供給汽輪機(jī)。
[0003]類似于汽輪機(jī)不同的壓力級(jí)，燃燒礦物燃料的鍋爐也包括多個(gè)壓力級(jí)，它們各自含有的水汽混合物具有不同的熱力學(xué)狀態(tài)。在第一(高)壓力級(jí)內(nèi)，流動(dòng)介質(zhì)在其流動(dòng)路程上首先流過省煤器，以及接著流過蒸發(fā)器加熱面和過熱器加熱面的不同級(jí)，所述省煤器將余熱利用于預(yù)熱流動(dòng)介質(zhì)。流動(dòng)介質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)汽化，然后在分離器內(nèi)分離出可能的剩余水分，含有的其余蒸汽在過熱器內(nèi)進(jìn)一步過熱。在這之后，過熱的蒸汽流入汽輪機(jī)的高壓部分，在那里膨脹并輸入鍋爐的后續(xù)的壓力級(jí)。蒸汽在那里重新過熱(中間過熱器)以及供給汽輪機(jī)的下一個(gè)壓力部分。
[0004]基于完全不同的外部影響，傳輸給過熱器的熱功率會(huì)強(qiáng)烈波動(dòng)。因此往往需要調(diào)整過熱溫度。通常這大多通過在個(gè)別過熱器加熱器前或后噴射給水進(jìn)行冷卻達(dá)到，也就是說，從流動(dòng)介質(zhì)的主流分路出溢流管并溢流管導(dǎo)向在那里相應(yīng)地設(shè)置的噴射冷卻器。在這里所述噴射一般通過一個(gè)表征過熱器出口處與規(guī)定的溫度額定值的溫度偏差的特征值，借助附件進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0005]當(dāng)代電廠不僅要求高的效率，而且還需要盡可能靈活的運(yùn)行方式。其中包括特別短的起動(dòng)時(shí)間和高的負(fù)荷改變速度，還包括有可能補(bǔ)償聯(lián)合電網(wǎng)頻率干擾。為了滿足這些要求，電廠必須有能力在幾秒鐘之內(nèi)提供例如滿負(fù)荷的5%和更多的功率。
[0006]這種在數(shù)秒范圍內(nèi)的電廠機(jī)組的功率改變，只有通過鍋爐與汽輪機(jī)協(xié)調(diào)的配合作用才能實(shí)現(xiàn)。燃燒礦物燃料的鍋爐為此能做出的貢獻(xiàn)是，利用其存貯器，例如蒸汽存貯器，但也可以是燃料存貯器，以及快速改變給水、噴射水、燃料以及空氣的調(diào)節(jié)值。
[0007]這例如可以通過打開部分汽輪機(jī)的節(jié)流的透平閥或所謂多級(jí)閥實(shí)現(xiàn)，由此降低汽輪機(jī)前的蒸汽壓力。因此從連接在上游的燃燒礦物燃料的鍋爐的蒸汽存貯器，轉(zhuǎn)出蒸汽并供給汽輪機(jī)。采取這種措施達(dá)到在幾秒鐘內(nèi)使功率升高。
[0008]附加的功率可以在比較短的時(shí)間內(nèi)釋出，從而通過提高燃燒功率至少能部分補(bǔ)償延遲的功率增加。整個(gè)機(jī)組通過所述措施直接造成功率階躍，以及通過隨后的提高燃燒功率還可以持續(xù)保持或超過這一功率水平，前提條件是，在附加需要功率儲(chǔ)備量的時(shí)刻設(shè)備處于部分負(fù)荷區(qū)內(nèi)。
[0009]然而透平閥為了保持儲(chǔ)備量的持續(xù)節(jié)流往往導(dǎo)致效率損失，所以為了經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式，節(jié)流的程度應(yīng)維持無論如何都需要的那么低。此外，有些結(jié)構(gòu)形式的燃燒礦物燃料的鍋爐，例如強(qiáng)制直流式鍋爐，在有些情況下與例如自然循環(huán)鍋爐相比具有小得多的存貯器容量。在上述方法中，存貯器容量的差別影響電廠機(jī)組功率改變時(shí)的特性。除此之外，尤其在高負(fù)荷區(qū)，通過節(jié)流整個(gè)鍋爐內(nèi)不允許超過設(shè)計(jì)壓力，所以所述措施在高負(fù)荷區(qū)內(nèi)只能有限使用或根本不能使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的短期功率提高的方法，這種方法應(yīng)特別適合能短期提高連接在下游的汽輪機(jī)功率，與此同時(shí)不會(huì)不適當(dāng)?shù)亟档驼羝^程的效率。
[0011]按本發(fā)明為解決所述技術(shù)問題采取的措施是，為了短期提高汽輪機(jī)功率，增大通過燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的流動(dòng)介質(zhì)流量。
[0012]本發(fā)明考慮問題的出發(fā)點(diǎn)是，在鍋爐內(nèi)加入的熱功率取決于燃燒功率，以及在突然改變時(shí)只能比較緩慢地產(chǎn)生效果。因此在汽輪機(jī)內(nèi)附加的功率釋出應(yīng)通過利用在鍋爐加熱面內(nèi)貯存的熱能實(shí)現(xiàn)。熱量的轉(zhuǎn)出需要降低平均材料溫度。這應(yīng)通過增大流量，亦即單位時(shí)間流動(dòng)介質(zhì)流過的量達(dá)到。采取這一措施，基于更大的流量和比較低的介質(zhì)溫度，降低所有加熱面的平均材料溫度，并因此從所有這些加熱面轉(zhuǎn)出熱能并以附加功率的形式釋入汽輪機(jī)內(nèi)。
[0013]按有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，為了短期提高汽輪機(jī)功率，減小蒸發(fā)器加熱面出口處的焓額定值。所述單位焓的額定值，在鍋爐的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中作為調(diào)節(jié)量，用于確定流動(dòng)介質(zhì)流量的額定值。這種轉(zhuǎn)換措施產(chǎn)生兩種效果:第一，增大在給水額定值確定時(shí)計(jì)算出的用于蒸發(fā)器流量的基本額定值。第二，尤其當(dāng)減小特別快(沖擊式)進(jìn)行時(shí)，焓校正調(diào)節(jié)器通過一個(gè)現(xiàn)在確定的大的調(diào)節(jié)偏差增大其輸出信號(hào)，以便盡可能順利地降低蒸發(fā)器出口處的焓。由此在采取此措施的一開始便甚至超比例地增大給水量，以及可以特別迅速地從加熱面轉(zhuǎn)出熱量，并與之相關(guān)聯(lián)地將功率釋入汽輪機(jī)內(nèi)。
[0014]優(yōu)選地，將所述的焓額定值減小到規(guī)定的最低焓值。由此，一方面在所有的負(fù)荷狀態(tài)下保證最大的功率釋出，與此同時(shí)獲得運(yùn)行安全性。
[0015]按特別有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，將最低焓值限定為，在燃燒礦物燃料的直流式鍋爐所有的負(fù)荷狀態(tài)下，均達(dá)到流動(dòng)介質(zhì)在蒸發(fā)器加熱面內(nèi)完全汽化。也就是說，尤其在亞臨界運(yùn)行時(shí)應(yīng)保證，在蒸發(fā)器出口處的焓不過分降低，因此能夠可靠地避免剩余水沉積在連接在下游的分離器內(nèi)。由此，在有盡可能更可靠的運(yùn)行方式的同時(shí)，達(dá)到最大程度地增加附加給水并因而增大附加的功率釋出。
[0016]在這里應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)選擇的蒸發(fā)器出口處實(shí)際的焓越高，亦即離固定規(guī)定的最低焓距離越大，也可以轉(zhuǎn)出更多的熱能，也就是說，短期可以產(chǎn)生越大的汽輪機(jī)功率。因此在采取所述措施的鍋爐設(shè)計(jì)中，應(yīng)力求在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)或在頻率支持運(yùn)行時(shí)離最低焓的距離盡可能大。在這方面當(dāng)然應(yīng)當(dāng)考慮到，在所列舉的情況下只通過恰當(dāng)?shù)腻仩t設(shè)計(jì)避免蒸發(fā)器出口處不允許的高的溫度偏離。此外在設(shè)計(jì)時(shí)或針對(duì)現(xiàn)有的鍋爐設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮出現(xiàn)的瞬時(shí)荷載，根據(jù)大小和頻度它們可導(dǎo)致相應(yīng)的材料疲勞。但在這里還應(yīng)提及，尤其在超臨界鍋爐運(yùn)行時(shí)，此時(shí)可實(shí)現(xiàn)盡最大可能降低蒸發(fā)器出口焓，應(yīng)基于在蒸發(fā)器出口僅適度溫度降的流動(dòng)介質(zhì)的水汽性質(zhì)計(jì)算，并由此將蒸發(fā)器的材料負(fù)荷保持在相應(yīng)的界限內(nèi)。[0017]優(yōu)選地，所涉及措施的參數(shù)與汽輪機(jī)內(nèi)需要的功率釋入相諧調(diào)和優(yōu)化。為此借助所需要的功率提高，確定焓額定值減少的數(shù)額和/或持續(xù)時(shí)間。
[0018]在作為替代或補(bǔ)充方式的優(yōu)選的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，為了短期提高汽輪機(jī)的功率，將在流動(dòng)路程中提取的流動(dòng)介質(zhì)，噴入燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的過熱器加熱面區(qū)域內(nèi)。也就是說，這種噴射可以為短期迅速地功率改變做出進(jìn)一步貢獻(xiàn)。亦即通過所述附加噴入過熱器區(qū)域內(nèi)，可以暫時(shí)提高蒸汽質(zhì)量流量。在這里同樣將貯存的熱能利用于汽輪機(jī)暫時(shí)的功率提升。由此獲得一個(gè)附加的優(yōu)點(diǎn)，亦即通過恰當(dāng)協(xié)調(diào)所有可提供使用的措施，可以將特別高的功率剩余量迅速和盡可能長(zhǎng)期地保持為恒定的水平。通過對(duì)各項(xiàng)措施分級(jí)，還可以對(duì)材料負(fù)荷造成積極的影響。
[0019]按另一項(xiàng)有利的設(shè)計(jì)，增加向燃燒礦物燃料的直流式鍋爐內(nèi)的供熱，亦即提高燃燒器的燃燒功率。因此通過所說明的方法有利地影響或甚至完全避免蒸發(fā)器出口處的溫度降低，因?yàn)樗龃胧┤缱饔迷诮o水上的一個(gè)提前信號(hào)(Vorhaltsignal)。因此所述方法不僅能短期提高功率，而是也可以使用于更迅速地實(shí)行長(zhǎng)期的功率提高。
[0020]按有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，一種用于燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述鍋爐有一定數(shù)量的構(gòu)成流動(dòng)路程的、流過流動(dòng)介質(zhì)的省煤器加熱面、蒸發(fā)器加熱面和過熱器加熱面，所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括一些用于實(shí)施所述方法的裝置。按另一項(xiàng)有利的設(shè)計(jì)，一種用于熱電廠的燃燒礦物燃料的直流式鍋爐包括這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以及一種熱電廠包括這種燃燒礦物燃料的鍋爐。
[0021]采用本發(fā)明獲得的優(yōu)點(diǎn)尤其在于，通過短期增加給水量，通過利用貯存在所有加熱面內(nèi)的熱能，可以特別迅速地將功率釋入連接在鍋爐下游的汽輪機(jī)內(nèi)。此外，所述措施可以無需侵入性結(jié)構(gòu)措施，只通過最小程度調(diào)整給水的調(diào)節(jié)方案實(shí)施，盡管如此仍能在沒有附加費(fèi)用的同時(shí)得到很高的設(shè)備靈活性。
[0022]此外，與利用噴射作為提高功率的措施相比，也可以使用就流動(dòng)介質(zhì)而言尚定位在第一次噴射前的省煤器、蒸發(fā)器和第一過熱器加熱面貯存的熱能作為附加的能源。因此對(duì)于附加需要的功率，所貯存的熱能相當(dāng)大的貯備量可以提供使用。因此，或可以引起大的功率提升(峰值，Peak)，或也可以低水平長(zhǎng)時(shí)間地保持附加釋出功率。
[0023]尤其在高負(fù)荷區(qū)，其中例如透平閥的節(jié)流必須限于規(guī)定的程度，為了在高壓部分內(nèi)不超過最大設(shè)計(jì)壓力，在需要的情況下通過所述方法可以保證高的功率剩余量。正是在高負(fù)荷區(qū)內(nèi)顯現(xiàn)出這些措施的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榇藭r(shí)基于流動(dòng)介質(zhì)的水汽特性，在蒸發(fā)器出口處的溫度改變?cè)诳扇菰S的界限內(nèi)變動(dòng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面借助附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。其中:
[0025]圖1表示在高負(fù)荷區(qū)通過增大給水量、結(jié)合分別在兩個(gè)壓力系統(tǒng)內(nèi)噴入高壓蒸汽、中間再熱蒸汽來改善燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的快速儲(chǔ)備的模擬結(jié)果曲線軌跡圖；以及
[0026]圖2表示在低負(fù)荷區(qū)通過增大給水量、結(jié)合分別在兩個(gè)壓力系統(tǒng)內(nèi)噴入高壓蒸汽、中間再熱蒸汽來改善燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的快速儲(chǔ)備的模擬結(jié)果曲線軌跡圖。
[0027]在所有的附圖中相同的部分采用同一個(gè)附圖標(biāo)記?！揪唧w實(shí)施方式】
[0028]圖1表示在燃燒功率保持不變的情況下，為了增大給水量，在燃燒礦物燃料的鍋爐內(nèi)利用所述調(diào)節(jié)方法，亦即階躍式減小蒸發(fā)器出口處焓額定值的模擬結(jié)果曲線圖。圖中表示在95%負(fù)荷時(shí)在階躍式減小了蒸發(fā)器出口處單位焓額定值100kJ/kg之后附加功率占滿負(fù)荷的百分?jǐn)?shù)I與按秒計(jì)的時(shí)間2的關(guān)系曲線圖。這種減小按調(diào)節(jié)方案保證增大給水量。曲線軌跡4表示在沒有附加利用噴入時(shí)的結(jié)果，而曲線軌跡6和8表示在附加利用在高壓級(jí)或在高壓及中壓級(jí)內(nèi)噴入時(shí)的結(jié)果。為了比較表示另一些曲線軌跡10、12、14，它們表示不增大給水量，而只通過利用在高壓級(jí)(曲線軌跡10)、中壓級(jí)(曲線軌跡12)和兩個(gè)壓力級(jí)(曲線軌跡14)內(nèi)噴入時(shí)的結(jié)果。在這里，噴入分別通過降低新汽溫度和必要時(shí)中間再熱溫度的額定值20K達(dá)到。
[0029]在圖1中可以看出，曲線軌跡4、6和8的最大值高于曲線軌跡10、12和14的最大值。因此附加釋出的功率較大。尤其是涉及給水與噴射的組合措施，顯示出明顯的功率提高(曲線軌跡6、8)。但曲線軌跡4已經(jīng)表示，在圖1中高負(fù)荷的情況下，增大給水量表明在所有各種措施中能取得最大的功率增益(比較曲線軌跡10、12、14)。不過利用噴入可保證更迅速地提供附加功率，如可由相應(yīng)的曲線軌跡位于圖中偏左的那些峰值看出的那樣。
[0030]圖2與圖1相比只小量變更，它表示40%負(fù)荷時(shí)的模擬曲線軌跡4、6、8、10、12、14，其余所有參數(shù)以及曲線軌跡4、6、8、10、12、14的含義均與圖1 一致。在這里尤其曲線軌跡4、6、10表明比圖1中有平緩得多的變化過程，也就是說，實(shí)行了一種比較緩慢和數(shù)額較小的功率提高。通過增大給水量功率剩余量也明顯較小，但盡管如此仍是顯著的。
[0031]體現(xiàn)在曲線軌跡12內(nèi)僅變更了中間再熱，表示在改變額定值后約60秒有比較高的功率提升，在這之后重新迅速下降，過渡到平緩變化過程的最大值。這種功率提升相應(yīng)地也表示在按曲線軌跡8和14的兩個(gè)壓力級(jí)的變更中。但在所有的情況下均表明，在增大給水量時(shí)功率的提高，可以在更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間內(nèi)取得最大功率增益，在高負(fù)荷區(qū)這一效果尤為明顯。
【權(quán)利要求】
1.一種用于調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的短期的功率提高的方法，所述汽輪機(jī)具有連接在上游的燃燒礦物燃料的直流式鍋爐，所述鍋爐具有一定數(shù)量的構(gòu)成流動(dòng)路程、流過流動(dòng)介質(zhì)的省煤器加熱面、蒸發(fā)器加熱面和過熱器加熱面，其中，為了短期地提高汽輪機(jī)功率，增大流過燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的流動(dòng)介質(zhì)的流量。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，將所述蒸發(fā)器加熱面的出口處的焓額定值，用作確定流過燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的流動(dòng)介質(zhì)的流量額定值的調(diào)節(jié)量，以及為了短期地提高汽輪機(jī)功率，減小所述的焓額定值。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中，將所述的焓額定值減小到規(guī)定的最低焓值。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其中，將所述最低焓值限定為，在燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的所有的負(fù)荷狀態(tài)下，均達(dá)到流動(dòng)介質(zhì)在蒸發(fā)器加熱面內(nèi)完全汽化。
5.按照權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，借助所需要的功率提高，確定所述焓額定值減少的數(shù)額和/或持續(xù)時(shí)間。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，為了短期地提高汽輪機(jī)的功率，將在流動(dòng)路程中提取的流動(dòng)介質(zhì)，噴入燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的過熱器加熱面區(qū)域內(nèi)。
7.按照權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，增加向所述燃燒礦物燃料的直流式鍋爐內(nèi)的供熱。
8.一種用于燃燒礦物燃料的直流式鍋爐的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，所述鍋爐具有一定數(shù)量的構(gòu)成流動(dòng)路程、流過流動(dòng)介質(zhì)的省煤器加熱面、蒸發(fā)器加熱面和過熱器加熱面，所述調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括一些用于實(shí)施按照權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述方法的裝置。
9.一種用于熱電廠的燃燒礦物燃料的直流式鍋爐，具有按照權(quán)利要求8所述的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
10.一種熱電廠，具有按照權(quán)利要求9所述的燃燒礦物燃料的直流式鍋爐。
【文檔編號(hào)】F01K13/02GK103492678SQ201280019457
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月25日
【發(fā)明者】F.托馬斯, J.布呂克納, M.埃弗特 申請(qǐng)人:西門子公司