CN101622424A - 用于运行多级的蒸汽涡轮机的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行多级的蒸汽涡轮机(4、5、6)的方法，其中所述蒸汽涡轮机(4、5、6)适合于高温，其中转子(27)构造为具有第一组件(33)和第二组件(34)的焊接结构，并且在所述蒸汽涡轮机(4、5、6)处于低负荷运行或者空转运行中时在中间级(14)之后向所述蒸汽涡轮机(4、5、6)输送冷却介质。由此降低所述蒸汽涡轮机(4、5、6)的流出区域(32)中的热负荷。

Description

用于运行多级的蒸汽涡轮机的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行多级的蒸汽涡轮机的方法以及一种包括多级的蒸汽涡轮机、锅炉和冷却介质输送管路的蒸汽动力设备。
背景技术
出于热力学的原因，有必要提高新蒸汽温度，用于改进现代的蒸汽涡轮机设备的效率。目前设计和制造用于大约630℃的新蒸汽温度和大约300bar的新蒸汽压力的蒸汽涡轮机。转子和壳体的材料的选择起到重要作用。作为用于计划的700℃的新蒸汽温度的高温材料似乎可以使用镍基合金。适合于700℃的蒸汽涡轮机的转子和壳体由此可以由镍基合金制成，其中这是成本高昂的解决方案。
在高压-部分涡轮机中，处于进汽区域的周围的材料经受极端的热负荷。在高压-部分涡轮机的排汽区域中新蒸汽的温度和压力小于新蒸汽的温度和压力。因此并非强制需要在排汽区域中使用昂贵的镍基合金。
因此一般由不同的材料来制造高压-部分涡轮机。因此，比如转子构造为焊接结构，其中在新蒸汽区域中使用镍基合金并且在排汽区域中使用常规材料。这会导致在总体上更低的制造成本。这样制成的高压-部分涡轮机经得起在运行时出现的负荷。然而，高压-部分涡轮机的排汽区域中的蒸汽温度在空转运行或者说低负荷运行过程中比较高，由此所述常规材料经受太高的热负荷。这个问题尤其在热起动时出现，因为新蒸汽温度不能为了限制进汽口的热负荷而任意降低。
在DD 148367中说明了一种用于在负荷减少时降低蒸汽的工作能力的方法，其中解决方案在于，通过喷嘴在新蒸汽中掺入水，由此降低蒸汽的温度。
值得期望的是由不同的材料构成的适合于不同的负荷条件比如低负荷或高负荷的高压-部分涡轮机。
发明内容
在这种情况下开始本发明，其任务是，说明一种用于运行蒸汽涡轮机的方法和一种蒸汽动力设备，其中所述蒸汽涡轮机可以以低廉的成本来制造。
针对所述方法的任务通过一种用于运行多级的蒸汽涡轮机的方法得到解决，其中将新蒸汽输送给所述蒸汽涡轮机并且在一个中间级之后将冷却介质输送给所述蒸汽涡轮机。
本发明以这样的观点为出发点，即高压-部分涡轮机在排汽区域中可以由常规的材料构成，如果所述排汽区域在空转或者低负荷运转时得到合适的冷却。按本发明这一点通过在蒸汽涡轮机中在中间级之后供给冷却介质这种方法来进行。由此所述蒸汽涡轮机的在这个中间级之后的区域得到冷却。所述蒸汽涡轮机的在这个中间级之前存在的区域可以由镍基合金构成，其中在所述排汽区域中使用的材料可以由常规的材料构成，因为现在可以有针对性地降低所述排汽区域中的温度。
由此，与DD 148367相反，不是全部的新蒸汽都通过水的喷射来冷却，而是仅仅早已在所述蒸汽涡轮机中得到冷却的和膨胀的蒸汽继续通过冷却介质得到冷却，由此跳跃性地降低处于所述蒸汽涡轮机中的蒸汽的温度。
优选所述冷却介质由一种由工作蒸汽与水构成的混合物构成。
这是一种提供合适的冷却介质的比较快的和有利的解决方案，因为通过水的高汽化热，所包含的蒸汽量获得剧烈的降温效果以及由此也获得剧烈的降压效果。
优选所述工作蒸汽从锅炉中提取。由此可以毫无困难地在既有的蒸汽动力设备中轻易地改装也称为蒸汽发生器的锅炉，用于得到工作蒸汽。
作为替代方案，在一种另外的优选的实施方式中工作蒸汽可以通过旁通管路从新蒸汽输送管路中分支出来。这除了直接从锅炉中分支出来以外是一种另外的提供合适的工作蒸汽的简单而成本低廉的方案，该工作蒸汽可以通过作为冷却介质的水的掺和来用在蒸汽涡轮机中。
在一种优选的实施方式中，在空转运行或者低负荷运行时供给所述冷却介质。
优选尤其在热起动开始时供给冷却介质。在热起动的过程中，所述高压-部分涡轮机的材料的温度比较高，从而在热起动时新蒸汽向整个高压-部分涡轮机加载热负荷。尤其，因为所述蒸汽涡轮机在起动过程中以低负荷运行并且由此流出区域中的蒸汽具有较高的温度，所以所述高压-部分涡轮机在热起动过程中尤其经受热负荷。
优选在起动过程中直至达到同步和/或最低功率之前供给所述冷却介质。这样做的优点是，可以通过冷却介质质量流量的调节来使高压蒸汽温度保持恒定。
在一种另外的有利的改进方案中，如此改进所述蒸汽涡轮机，从而在一个第二级之后额外地供给附加冷却介质。
这样做的优点是，所述高压-部分涡轮机的流出区域进一步得到冷却，由此在所述流出区域中可以使用合适的常规的材料。
所述附加冷却介质在此优选从冷却介质中分支出来，这是一种改装现有的发电厂设备的成本低廉的方案。
在一种有利的实施方式中，所述附加冷却介质从安置在导向叶片中的通道中流出来。由此附加冷却介质在某种程度上可以说快速且大面积地流进流体机械的流动通道中。所述附加冷却介质与流动介质的混合程度在这种情况下比较高，从而跳跃性地降低温度。
针对蒸汽动力设备的任务通过一种蒸汽动力设备得到解决，该蒸汽动力设备包括多级的蒸汽涡轮机、锅炉和冷却介质输送管路，其中所述冷却介质输送管路在一个中间级之后汇入所述蒸汽涡轮机中。优点基本上相应于在所述方法中提到的优点。
优选所述冷却介质输送管路在流动技术上与所述锅炉及蓄水箱相连接。
在一种另外的优选的实施方式中，所述冷却介质输送管路在流动技术上与来自新蒸汽输送管路的旁通管路及蓄水箱相连接。
优选所述蒸汽涡轮机具有一个第二级，该第二级在流动技术上与附加冷却介质输送管路相连接。
附图说明
下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释。其中：
图1是蒸汽动力设备的示意图，
图2是高压-部分涡轮机的剖面示意图，
图3是在所述高压-部分涡轮机内部的温度曲线。
具体实施方式
在图1中可以看到一台蒸汽动力设备1。该蒸汽动力设备1包括蒸汽发生器2。蒸汽发生器2的另一个名称是锅炉2。该蒸汽发生器2包括收集容器3，在该收集容器3中可以收集蒸汽。此外，所述蒸汽动力设备1包括高压-部分涡轮机4、中压-部分涡轮机5和低压-部分涡轮机6。在学术界没有统一地定义高压-、中压-及低压-部分涡轮机的划分。在此存在着DIN标准，根据该DIN标准如此定义高压-部分涡轮机4，从而如果从所述高压-部分涡轮机4中流出的蒸汽在中间过热器7中得到加热并且随后流入中压-部分涡轮机5中，那就存在着这样的高压-部分涡轮机4。
在所述蒸汽发生器2中产生新蒸汽，该新蒸汽通过管路8输送给所述高压-部分涡轮机4。作为蒸汽涡轮机的实施方式，高压-部分涡轮机4包括多个级。在流出管接头9上蒸汽流向所述中间过热器7，并且在那里得到加热并且随后被导向所述中压-部分涡轮机5的进汽管接头10。在所述中压-部分涡轮机5中，蒸汽继续膨胀，其中蒸汽在从所述中压-部分涡轮机5中流出之后流入所述低压-部分涡轮机6中。在所述低压-部分涡轮机6之后，所述蒸汽流入冷凝器11中，在那里凝结成水。
借助于泵12，通过另一条管路13将冷凝的水导向所述蒸汽发生器2。
如此运行所述高压-部分涡轮机4，从而在一个中间级14之后供给冷却介质。为此，所述蒸汽动力设备1具有冷却介质输送管路15，该冷却介质输送管路15在中间级14之后汇入所述高压-部分涡轮机4中。
所述冷却介质由一种由工作蒸汽和水构成的混合物构成。所述水从蓄水箱16中提取，该水可以通过阀17掺入工作蒸汽中。所述工作蒸汽从分支管路18中提取，所述分支管路18通入蒸汽发生器2的收集容器3。由此，通过所述分支管路18和阀19在节点20上将来自蒸汽发生器2的新蒸汽与来自蓄水箱16的水相混合，并且通过冷却介质输送管路15在所述中间级14后面导入所述高压-部分涡轮机4中。
在一种作为替代方案的实施方式中，可以省去分支管路18和阀19，并且为此将来自管路8的工作蒸汽在分支节点21上通过旁通管路22和阀23输送给节点20。
所述工作蒸汽和水的质量流量可以通过未详细示出的节流阀和阀17、19、23来调节。所述节流阀和/或阀17、19、23可以耦合到控制***上，该控制***调节流量。在此可以如此进行调节，从而在达到最低负荷之后随时间增长逐渐减少流量并且最后完全切断。
所述蒸汽涡轮机4在此如此运行，即将冷却介质在空转运行或者低负荷运行时输送给所述高压-部分涡轮机4。
在起动过程中直至达到同步和/或最低功率前供给所述冷却介质。同步应该是指与电网频率的同步。最低功率应该是指一种功率，在该功率时所述高压涡轮机足够地输出功率并且就这样具有低的排汽温度。
在图2中可以看到所述高压-部分涡轮机4的横截面视图。所述高压-部分涡轮机4包括一个外壳24和一个内壳25。在所述内壳25上布置了多个导向叶片26，其中出于简明的原因仅仅一个导向叶片设有附图标记26。转子27可旋转地支承在所述内壳25的内部。所述转子27包括多个动叶片28，其中出于简明的原因仅仅一个动叶片设有附图标记28。所述高压-部分涡轮机4具有进汽口29，来自蒸汽发生器2的新蒸汽被输送到该进汽口中。由此输送的新蒸汽被导送穿过所述导向叶片26和动叶片28，其中所述新蒸汽得到膨胀并且温度下降。在所述转子27和所述内壳25的内表面之间形成流动通道30，该流动通道30终止于流出管接头31中。
如此构造所述高压-部分涡轮机4，从而如此布置冷却介质输送管路15，使得所述冷却介质可以在所述中间级14之后被导入所述流动通道30中。直至中间级14之前的区域尤其围绕着进汽口29的区域特别经受热负荷，并且因此应该由镍基合金构成。所述冷却介质在所述中间级14后面通过冷却介质输送管路15流入，由此对所述流动通道30中的流动介质进行冷却，这导致在流出区域32中温度降低并且因此可以使用比所述镍基合金便宜的材料。所述转子27因此可以由两个组件制成，其中第一组件33可以由镍基合金构成并且第二组件34可以由更便宜的材料制成。所述第一组件33和第二组件34借助于焊接35彼此相连接。
所述蒸汽动力设备1可以额外地通过在一个第二级之后附加冷却介质的供给来冷却。所述第二级在图2中未详细示出，但是沿流动方向看处于所述中间级14之后。所述附加冷却介质从所述冷却介质中分支出来。
在此如此构成所述高压-部分涡轮机4，使得所述第二级的导向叶片26具有通道。所述第二级的这些导向叶片26因此或多或少地构造为空心结构，其中空腔可以用附加冷却介质来填充。所述附加冷却介质从这些通道中从所述第二级的导向叶片26中流出并且与处于流动通道30中的流动介质相混合。这意味着，从这个位置起在所述第二级之后对所述流动介质进行进一步冷却并且从这个位置起减少热负荷。
高压-部分涡轮机4在有些实施方式中设有抽汽接管。这些抽汽接管在所述高压-部分涡轮机4的正常的负载运行时用作抽汽点，其中通过所述抽汽接管将蒸汽从所述流动通道30中排出。在空转运行时或者在低负荷运行时，所述抽汽接管在一定程度上转换为冷却介质输送管路，冷却介质通过该冷却介质输送管路到达所述高压-部分涡轮机4中。所述抽汽接管因此具有双重功能。一方面用于在负载运行时将蒸汽从所述流动通道30中排出并且另一方面用于在低负荷运行时或者在空转运行时输送冷却介质。
所述高压-部分涡轮机4包括所述第二级，该第二级在流动技术上与附加冷却介质输送管路相连接。所述附加冷却介质输送管路在流动技术上与所述蒸汽发生器2及蓄水箱16相连接，这在图1中未详细示出。
图3示出了在所述高压-部分涡轮机4的内部的依赖于级数N(n1-n7)的温度变化。所述级n1、n2、...、n7代表正整数，这些正整数相应于级的数目。级的准确数目对本发明的精确理解来说并无必要，所以所述级的数目被下标1到7所取代。曲线36示出了在正常运行时依赖于级的温度变化。可以清楚地看到，大约700℃的温度在级n6之后下降到大约420℃。这通过热力转换来进行，其中新蒸汽得到膨胀并且温度下降。
第二曲线37示出了在没有实施按本发明的措施时在空转运行或者低负荷运行时依赖于级N的温度变化。可以清楚地看到，直至级n4之前温度几乎都没有下降并且在级n4之后甚至上升。这意味着，所述级自大约n3起在流出区域中经受热负荷，因为那里的温度始终高于600℃。第三曲线38示出了在低负荷运行或者空转运行时在应该理解为中间级14的级n4之后将所述冷却介质输送给所述高压-部分涡轮机4时依赖于级N的温度T变化。在垂直的虚线上可以非常清楚地看出，在这个位置上的温度显示出明显的从大约630℃到470℃的跳跃。这意味着，自这个位置起所述高压-部分涡轮机4经受更小的热负荷，因为这个区域中的温度没有超过500℃。
第四曲线41示出了在所述中间级14设在位置n3上并且在位置n4上在所述第二级之后额外地供给附加冷却介质时依赖于级N的温度变化T。可以很清楚地看出，在所述中间级14之后，也就是说在按图3的示意图中紧接在级n3之后温度跳跃性地从大约640℃下降到540℃并且随后在进一步输送额外的附加冷却介质之后温度从大约530℃下降到490℃。

Claims (20)

1.用于运行多级的蒸汽涡轮机(4、5、6)的方法，
其中，向所述蒸汽涡轮机输送新蒸汽并且在中间级(14)之后输送冷却介质。
2.按权利要求1所述的方法，
其中，所述冷却介质由一种由工作蒸汽和水构成的混合物构成。
3.按权利要求2所述的方法，
其中，所述工作蒸汽从锅炉(2)中提取。
4.按权利要求2所述的方法，
其中，所述工作蒸汽通过旁通管路(22)从新蒸汽输送管路中分支出来。
5.按前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，在空转运行时或者在低负荷运行时供给所述冷却介质。
6.按权利要求1到4中任一项所述的方法，
其中，在热起动开始时供给所述冷却介质。
7.按权利要求1到4和6中任一项所述的方法，
其中，在起动过程中直至达到同步和/或最低功率之前供给所述冷却介质。
8.按前述权利要求中任一项所述的方法，
其中，在第二级之后额外地供给附加冷却介质。
9.按权利要求8所述的方法，
其中，所述附加冷却介质从所述冷却介质中分支出来。
10.按权利要求8所述的方法，
其中，所述附加冷却介质的热力学参量不同于所述冷却介质。
11.按权利要求10所述的方法，
其中，所述附加冷却介质的温度和压力低于所述冷却介质的温度和压力。
12.按权利要求8到11中任一项所述的方法，
其中，所述附加冷却介质从安置在导向叶片(26)上的通道中流出。
13.蒸汽动力设备(1)，
包括多级的蒸汽涡轮机(4、5、6)、锅炉(2)和冷却介质输送管路(15)，
其特征在于，
所述冷却介质输送管路(15)在中间级(14)之后汇入所述蒸汽涡轮机(4、5、6)中。
14.按权利要求13所述的蒸汽动力设备(1)，
其中，所述冷却介质输送管路(15)在流动技术上与所述通道及蓄水箱(16)相连接。
15.按权利要求13所述的蒸汽动力设备(1)，
其中，所述冷却介质输送管路(15)在流动技术上与来自新蒸汽输送管路的旁通管路(22)及蓄水箱(16)相连接。
16.按权利要求13到15中任一项所述的蒸汽动力设备(1)，
其中，所述蒸汽涡轮机(4、5、6)具有抽汽接管，该抽汽接管在负载运行时设置为抽汽点并且在空转或者低负荷运行时设置为冷却介质输送管路(15)。
17.按权利要求13到15中任一项所述的蒸汽动力设备(1)，
其中，所述蒸汽涡轮机具有第二级，该第二级在流动技术上与附加冷却介质输送管路相连接。
18.按权利要求17所述的蒸汽动力设备(1)，
其中，所述附加冷却介质输送管路在流动技术上与所述锅炉(2)及蓄水箱(16)相连接。
19.按权利要求17所述的蒸汽动力设备(1)，
其中，所述附加冷却介质输送管路在流动技术上与来自新蒸汽输送管路的附加旁通管路及蓄水箱(16)相连接。
20.按权利要求13到19中任一项所述的蒸汽动力设备(1)，
其中，所述冷却介质输送管路(15)和/或所述附加冷却介质输送管路汇入布置在导向叶片(26)中的通道中。
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