CN110067604B - 一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节***和方法 - Google Patents

一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节***和方法，包括高压储气罐和发电机，高压储气罐通过进气管道连接到多级膨胀机，多级膨胀机与发电机通过传动轴连接，进气调节阀一和进气调节阀二依次安装在进气管道上，多级膨胀机中相邻前级膨胀机的排气口接入后级膨胀机的进气口，最后一个末级的膨胀机的排气口排入大气，首级膨胀机的排气口分接一路支管连通大气，支管上安装有排气调节阀。本发明减少了多级膨胀机启动过程中的做功容积，通过调节排气阀开度改变膨胀机做功能量，实现启动过程中的精准控制膨胀机转速，防止发生超速事故，提高机组并网速度。

Description

一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节***和方法
技术领域
本发明属于膨胀发电机进气控制设备技术领域，具体涉及一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节***和方法。
背景技术
压缩空气储能是在电网电量过剩时，启动压缩空气储能过程，消耗电能驱动压缩机运行，空气经多级压缩后进入压缩空气储气罐；电网电量紧缺时，启动膨胀机发电过程：储气罐内的高压空气进入膨胀机进行多级膨胀，驱动膨胀机旋转，驱动发电机发电。为提高效率，设置相应的换热器并对热量进行储存，在压缩储能阶段、膨胀释能阶段分别吸收压缩热、提供膨胀吸热。
膨胀发电机启动过程包括从静止状态达到额定转速、带负荷发电过程。过程中由于储气罐压力高，同时膨胀机级数多，加上连接管道和相应换热器，其做功容积大且过程长，启动初期容易造成调节延迟长，特别额定转速时转速波动大，并网时频率控制困难，易造成机组超速事故等。因此需要一种技术，实现多级膨胀发电机启动阶段精准控制转速。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节***和方法，以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节***，包括高压储气罐、进气调节阀一、进气调节阀二、多级膨胀机、发电机和排气调节阀，高压储气罐通过进气管道连接到多级膨胀机，多级膨胀机与发电机通过传动轴连接，进气调节阀一和进气调节阀二依次安装在进气管道上，多级膨胀机分包括首级膨胀机、中间多级膨胀机和末级膨胀机，进气调节阀二的出口管道接入首级膨胀机，首级膨胀机的排气口接入中间多级膨胀机的第一个膨胀机的进气口，中间多级膨胀机中相邻前级膨胀机的排气口接入后级膨胀机的进气口，中间多级膨胀机的最后一个膨胀机的排气口连接到末级膨胀机的进气口，末级膨胀机的排气口排入大气，首级膨胀机的排气口分接一路支管连通大气，支管上安装有排气调节阀。
优选的，上述多级膨胀机的相邻膨胀机间至少使用一根轴相连，末级膨胀机与发电机通过传动轴连接。
优选的，上述进气调节阀一、进气调节阀二和排气调节阀采用电动或气动控制。
优选的，上述支管管径大于首级膨胀机排气管道管径。
一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节***的调节方法，该方法包括以下步骤：
第一步：机组启动冲转前，全开排气调节阀，进气调节阀一投入，控制进气调节阀一后压力为多级膨胀机额定压力Pe；
第二步：逐步开启进气调节阀二，提升膨胀机进气量，膨胀机从静止状态开始冲转和提升转速，此时压缩空气从首级膨胀机做功后经支管排向大气，此时因排气调节阀全开，因此只有首级膨胀机做功，远小于所有膨胀机做功，即：W为膨胀机输出功率；W1为首级膨胀机输出功率；Δh1为首级膨胀机进出口焓降；/>为所有膨胀机做功，N表示膨胀机级数，进气调节阀二开度对应的输出功率小，实现转速的精细控制；
第三步：当机组转速至80％额定转速ne时，保持进气调节阀二开度不变，逐步关闭排气调节阀，压缩空气从首级膨胀机排出后，经支管排向大气的压缩空气量逐渐减少，流入中间多级膨胀机和末级膨胀机做功的压缩空气量逐渐增多，提升多级膨胀机转速，此时调整的输出功率仅为后面几级膨胀机，首级膨胀机做功不变，即：
为第二级及后面所有级膨胀机做功，关闭排气调节阀开度对应的输出功率小，实现转速的精细控制；
第四步：通过关闭排气调节阀提升膨胀机至额定转速ne，然后并入电网接带负荷，继续关闭排气调节阀提升负荷，至完全关闭后，使用进气调节阀二控制进气量来控制膨胀机启动及运行。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明利用多级膨胀机中间的管道增加排气控制的支管及排气调节阀，减少了多级膨胀机启动过程中的做功容积，通过调节排气阀开度改变膨胀机做功能量，实现启动过程中的精准控制膨胀机转速，防止发生超速事故，提高机组并网速度。
附图说明
图1为本发明的***图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1所示，一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节***，包括高压储气罐1、进气调节阀一2、进气调节阀二3、多级膨胀机4、发电机5和排气调节阀6，高压储气罐1通过进气管道连接到多级膨胀机4，多级膨胀机4与发电机5通过传动轴连接，进气调节阀一2和进气调节阀二3依次安装在进气管道上，多级膨胀机分4包括首级膨胀机401、中间多级膨胀机402和末级膨胀机403，进气调节阀二3的出口管道接入首级膨胀机401，首级膨胀机401的排气口接入中间多级膨胀机402的第一个膨胀机的进气口，中间多级膨胀机402中相邻前级膨胀机的排气口接入后级膨胀机的进气口，中间多级膨胀机402的最后一个膨胀机的排气口连接到末级膨胀机403的进气口，末级膨胀机403的排气口排入大气，首级膨胀机401的排气口分接一路支管7连通大气，支管7上安装有排气调节阀6。
优选的，上述多级膨胀机4的相邻膨胀机间至少使用一根轴相连，末级膨胀机403与发电机5通过传动轴连接。
优选的，上述进气调节阀一2、进气调节阀二3和排气调节阀6采用电动或气动控制。
优选的，上述支管7管径大于首级膨胀机排气管道管径。
***工作时，高压空气储存在空气储气罐中，出口流量受进气调节阀一、进气调节阀二控制，通过管道进入首级膨胀机进行膨胀做功，此时排气调节阀开启，压缩空气经支管排至大气。
膨胀机发电释能阶段是利用压缩空气在膨胀机内将内能转化为轴功率输出，启动阶段包括转子带动发电机从静止状态冲转至额定转速、并入电网输出电能两个阶段。
单级膨胀机输出功率计算见下式：
w＝(hC-ho)×qm＝Δh×qm (1)
式中：W为膨胀机输出功率；hC为膨胀机进口焓值；ho为膨胀机出口焓值；Δh为膨胀机进出口焓降；qm为膨胀机质量流量。
多级膨胀机的输出功率为各级膨胀机输出功率之和：
式中：N为膨胀机级数，各级膨胀机质量流量qm不变。
当排气调节阀开启时，压缩空气经首级膨胀机做功后排至大气，其输出功率为式(1)，在排气调节阀关闭时，压缩空气进入下级所有膨胀机做功，其输出功率为式(2)。
膨胀机输出功率与转速、扭矩的关系见下式：
W＝a×n×T (3)
式中：W为输出功率，a为常数，n为转速，T为扭矩。
当膨胀机启动过程中未并网时，其扭矩恒定不变，即输出功率与转速成正比，输出功率越大，其转速越高。
因此，要在启动阶段精细控制膨胀机转速，防止发生超速事故，提高机组并网速度，需降低其进气调节阀开度对应的输出功率。从上式(1)、式(2)可以得知，要降低输出功率，多级膨胀机可以减少膨胀机进出口焓值之差(Δh)、膨胀机质量流量(qm)，或者减少做功的膨胀机容积(级数)。
实施例2：一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节***的调节方法，该方法包括以下步骤：
第一步、机组启动冲转前，全开排气调节阀，进气调节阀一投入自动控制，控制目标为进气调节阀一后压力为多级膨胀机额定压力Pe；
第二步：逐步开启进气调节阀二控制进气量进行机组冲转和提升转速，此时因排气调节阀全开，因此只有首级膨胀机做功，远小于所有膨胀机做功，即：W为膨胀机输出功率；W1为首级膨胀机输出功率；Δh1为首级膨胀机进出口焓降；/>为所有膨胀机做功。进气调节阀二开度对应的输出功率小，实现转速的精细控制；
第三步：当机组转速至80％额定转速ne时，保持进气调节阀二开度不变，逐步关闭排气调节阀，压缩空气从首级膨胀机排出后，经支管排向大气的压缩空气量逐渐减少，流入中间多级膨胀机和末级膨胀机做功的压缩空气量逐渐增多，提升多级膨胀机转速。此时调整的输出功率仅为后面几级膨胀机，首级膨胀机做功不变，即：
为第二级及后面所有级膨胀机做功。关闭排气调节阀开度对应的输出功率小，实现转速的精细控制。
第四步：通过关闭排气调节阀提升膨胀机至额定转速ne，然后并入电网接带负荷。继续关闭排气调节阀提升负荷，至完全关闭后，使用进气调节阀二控制进气量来控制膨胀机启动及运行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节***的调节方法，其特征在于：该调节方法采用的多级膨胀发电机启动阶段排气调节***包括高压储气罐(1)、进气调节阀一(2)、进气调节阀二(3)、多级膨胀机(4)、发电机(5)和排气调节阀(6)，高压储气罐(1)通过进气管道连接到多级膨胀机(4)，多级膨胀机(4)与发电机(5)通过传动轴连接，进气调节阀一(2)和进气调节阀二(3)依次安装在进气管道上，多级膨胀机分(4)包括首级膨胀机(401)、中间多级膨胀机(402)和末级膨胀机(403)，进气调节阀二(3)的出口管道接入首级膨胀机(401)，首级膨胀机(401)的排气口接入中间多级膨胀机(402)的第一个膨胀机的进气口，中间多级膨胀机(402)中相邻前级膨胀机的排气口接入后级膨胀机的进气口，中间多级膨胀机(402)的最后一个膨胀机的排气口连接到末级膨胀机(403)的进气口，末级膨胀机(403)的排气口排入大气，首级膨胀机(401)的排气口分接一路支管(7)连通大气，支管(7)上安装有排气调节阀(6)；多级膨胀发电机启动阶段排气调节***的调节方法包括以下步骤：
第一步：机组启动冲转前，全开排气调节阀，进气调节阀一投入，控制进气调节阀一后压力为多级膨胀机额定压力Pe；
第二步：逐步开启进气调节阀二，提升膨胀机进气量，膨胀机从静止状态开始冲转和提升转速，此时压缩空气从首级膨胀机做功后经支管排向大气；此时因排气调节阀全开，因此只有首级膨胀机做功，远小于所有膨胀机做功，即：W为膨胀机输出功率；W1为首级膨胀机输出功率；Δh1为首级膨胀机进出口焓降；/>为所有膨胀机做功，N表示膨胀机级数；
第三步：当机组转速至80％额定转速ne时，保持进气调节阀二开度不变，逐步关闭排气调节阀，压缩空气从首级膨胀机排出后，经支管排向大气的压缩空气量逐渐减少，流入中间多级膨胀机和末级膨胀机做功的压缩空气量逐渐增多，提升多级膨胀机转速，此时调整的输出功率仅为后面几级膨胀机，首级膨胀机做功不变，即：
为第二级及后面所有级膨胀机做功；
第四步：通过关闭排气调节阀提升膨胀机至额定转速ne，然后并入电网接带负荷，继续关闭排气调节阀提升负荷，至完全关闭后，使用进气调节阀二控制进气量来控制膨胀机启动及运行。
2.根据权利要求1所述的一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节***的调节方法，其特征在于：多级膨胀机(4)的相邻膨胀机间至少使用一根轴相连，末级膨胀机(403)与发电机(5)通过传动轴连接。
3.根据权利要求1所述的一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节***的调节方法，其特征在于：进气调节阀一(2)、进气调节阀二(3)和排气调节阀(6)采用电动或气动控制。
4.根据权利要求1所述的一种多级膨胀发电机启动阶段排气调节***的调节方法，其特征在于：支管(7)管径大于首级膨胀机排气管道管径。
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