CN114439559B - 一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及供热与发电及其控制分析技术领域，具体涉及一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法。本发明采用切换开关模块实现供热汽轮发电机组在凝汽式与高背压两种不同工况相互切换运行，低压缸可通过切换控制模块完全切除的“零出力”、可随时投运增加发电机出力，降低机组供热与发电过度相关依赖关系，提高能源综合利用效率。在供热蒸汽量大时进行高背压工况运行，在供热蒸汽量小或无供汽、以及要求发电机高功率时进行凝汽式工况运行，满足供热蒸汽流量或发电功率大幅变化时的快速响应与调控，提高机组参与电网调峰、调频等辅助服务能力。
Description
技术领域
本发明涉及供热与发电及其控制分析技术领域，具体涉及一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法。
背景技术
为了缓解热电联产机组热电强相关矛盾，提升机组运行灵活性，近年开展了汽轮机低压缸零出力技术改造与应用。***等在《300 MW机组汽轮机低压缸零出力技术》，从低压缸零出力运行的低压缸末级叶片安全性考虑，制定出完善低压缸运行监视测点、末级叶片金属喷涂、设置低压通流冷却蒸汽***以及维持低压缸高真空等技术措施；刘启军在《低压缸“零出力”技术在抽凝供热机组上的应用》介绍了低压缸“零出力”改造的关键技术即低压缸运行监测***、低压缸喷水*** 、低压缸冷却蒸汽***及热力***的改造，分析了低压缸“零出力”改造对汽轮机安全性的影响。从发表文献来看均是从低压缸末级叶片安全性出发采取各种相应的技术措施，机组仍处于凝汽式运行状态，低压缸不能完全切除运行的，低压缸转子与汽轮机和发电机转子以3000r/min同步运行，并需连续通流少量蒸汽冷却低压缸末级叶片防止超温损坏。所采取的低压缸“零出力”技术措施涉及设备多、工艺复杂、工期长；且低压缸小蒸汽流量下，低压缸转子长期高速连续运行，低压缸及其转子寿命将受到影响；机组供热时处于凝汽式运行状态不仅需大量的循环水，还造成大量的汽轮机排汽热损失；受“以热定电”影响，机组电功率调节范围小，机组难以参与电网调峰、调频等辅助服务。为解决这些低压缸“零出力”所采用技术仍存在的问题，本发明提出了一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法，具体技术方案如下：
一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法，所述汽轮机发电机组包括锅炉、高压缸、中压缸、发电机、低压缸；包括以下步骤：
S1：将锅炉分别与高压缸、中压缸连接；将中压缸与发电机连接；将发电机通过切换开关模块与低压缸连接；中压缸通过中低压缸联通管与低压缸连接；中低压缸联通管通过供热蒸汽母管与供热蒸汽联箱连接，实现对外供热；
S2：当切换开关模块断开时，发电机与低压缸断开连接，低压缸切除运行，汽轮机发电机组以高背压工况运行并对外供热；
S3：当切换开关模块闭合时，发电机与低压缸实现连接，低压缸投入运行，汽轮机发电机组以凝汽式工况运行并对外供热。
优选地，所述切换开关模块通过齿轮啮合与分离的方式实现汽轮机发电机组运行工况的切换。
优选地，所述切换开关模块包括齿轮箱控制模块、齿轮驱动电机、齿轮箱；所述齿轮箱内设置有发电机端齿轮、低压缸端齿轮、发电机端传动齿轮、低压缸端传动齿轮；所述发电机端齿轮与发电机连接；所述低压缸端齿轮与低压缸连接；所述发电机端传动齿轮与低压缸端传动齿轮通过传动轴刚性连接；所述发电机端传动齿轮套在轴承上；所述齿轮箱控制模块与齿轮驱动电机连接；所述齿轮驱动电机的输出轴与轴承连接；所述发电机与低压缸在同一条轴中心线上；
所述齿轮箱控制模块发出分离的控制信号，齿轮驱动电机驱动发电机端传动齿轮向左或向右平移，实现发电机端传动齿轮与发电机端齿轮分离，低压缸端传动齿轮与低压缸端齿轮分离，进而实现低压缸切除运行。
优选地，所述步骤S2中汽轮机发电机组以高背压工况运行具体为：
汽轮发电机组转子处于低速盘车状态，低压缸切除运行，各阀门保持关闭状态；
汽轮机轴封供汽，启动真空泵，开启循环水进水调节阀，循环水通过循环水进水管进入凝汽器进行冷却；当凝汽器压力测量装置显示值不高于P0时，开启汽轮机高压旁路阀及其减温装置和汽轮机低压旁路阀及其减温装置配合锅炉调节锅炉出口蒸汽参数，提升锅炉出口蒸汽参数达到满足汽轮机冲转要求；
全开高压缸抽真空阀，关闭汽轮机低压旁路阀及其减温装置，开启高压调节阀和中压调节阀冲转汽轮机，达到发电机额定转速，高压调节阀开启至最小允许开度CV0保持不变，由中压调节阀控制汽轮机转速，高压缸通流蒸汽通过高压缸抽真空阀、高压缸抽真空排汽管进入凝汽器；中低压缸联通管内的蒸汽压力超过安全阀的启动值1.2P供后安全阀开启，中压缸排汽通过安全阀排向大气，此时可开启供热蒸汽调节阀通过供热蒸汽母管、供热蒸汽联箱向外供汽；随着供汽量增加，中低压缸联通管内的蒸汽压力逐浙降低，低于安全阀的关闭值0.95P供后安全阀回座关闭，供汽量由中压调节阀的开度大小控制，发电机功率由中压缸的通流蒸汽量大小决定，此时发电机功率最大值不超过30%PN，PN为汽轮机组额定功率。
优选地，所述步骤S3中汽轮机发电机组以凝汽式工况运行具体为：
汽轮发电机组转子处于低速盘车状态，低压缸投入运行，各阀门保持关闭状态；
开启循环水进水调节阀，汽轮机轴封供汽，启动真空泵，开启循环水进水调节阀，循环水通过循环水进水管进入凝汽器进行冷却；凝汽器压力测量装置显示值不高于P0时，开启汽轮机高压旁路阀及其减温装置和汽轮机低压旁路阀及其减温装置配合锅炉调节蒸汽参数投入运行，提升锅炉出口蒸汽参数达到满足汽轮机冲转要求，全开中低压缸联通管蝶阀；
全开高压缸抽真空阀，关闭汽轮机低压旁路阀及其减温装置，开启高压调节阀和中压调节阀冲转汽轮机，达到发电机额定转，高压调节阀开启至最小允许开度CV0时保持不变，由中压调节阀控制汽轮机转速，高压缸通流蒸汽通过高压缸抽真空阀、高压缸抽真空排汽管进入凝汽器；汽轮机和发电机转子转速达额定转速并稳定后并网发电；当发电机功率达到30%PN时，逐浙增加高压调节阀开度，关小汽轮机高压旁路阀及其减温装置直至全关；当发电功率达40%PN时，关闭高压缸抽真空阀，高压缸排汽逆止阀开启；高压调节阀开度控制发电机功率；
机组运行过程中，调节中低压缸联通管蝶阀的大小来控制中低压缸联通管蝶阀前蒸汽压力，通过开启供热蒸汽调节阀通过供热蒸汽母管、供热蒸汽联箱向外供汽。
优选地，汽轮机发电机组由纯凝汽式向高背压工况切换的运行方式具体为：
汽轮机发电机组处于纯凝汽式工况运行，随着增大供热蒸汽调节阀开度通过供热蒸汽母管、供热蒸汽联箱向外供热蒸汽流量的增加，中低压缸联通管蝶阀逐浙关小直至全关，切换开关模块断开，低压缸切除运行，汽轮机发电机组由纯凝汽式工况切换成高背压工况运行方式。
优选地，汽轮机发电机组由高背压向纯凝汽式或凝汽式抽汽供热工况切换的运行方式具体为：
汽轮机发电机组处于高背压工况运行；低压缸轴封供汽，启动真空泵，开启循环水进水调节阀，循环水通过循环水进水管进入凝汽器进行冷却；凝汽器压力测量装置显示值不高于P0时，开启中低压缸联通管蝶阀，逐渐升速低压缸转子，当低压缸转速达到设定值，切换开关模块闭合，低压缸投入运行，此时汽轮机发电机组由高背压工况切换成纯凝汽式工况运行方式；
汽轮机发电机组切换成纯凝汽式工况运行后，增大中低压缸联通管蝶阀开度的大小以控制低压缸排汽温度小于65℃；此时机组不供汽时则处于纯凝汽式工况运行；如需供汽可通过开启供热蒸汽调节阀通过供热蒸汽母管、供热蒸汽联箱向外供汽，机组处于凝汽式抽汽供热工况运行。
优选地，汽轮机发电机组由纯凝汽式向高背压工况切换的条件为：
（1）中低压缸联通管蝶阀全关；
（2）高压调节阀开启不小于最小允许开度CV0。
优选地，汽轮机发电机组由高背压向纯凝汽式或凝汽式抽汽供热工况切换的条件为：
（1）凝汽器压力测量装置显示值不高于P0；
（2）高压调节阀开启不小于最小允许开度CV0。
本发明的有益效果为：本发明采用切换开关模块实现供热汽轮发电机组在凝汽式与高背压两种不同工况相互切换运行，低压缸可通过切换控制模块完全切除的“零出力”、可随时投运增加发电机出力，降低机组供热与发电过度相关依赖关系，提高能源综合利用效率。在供热蒸汽量大时进行高背压工况运行，在供热蒸汽量小或无供汽、以及要求发电机高功率时进行凝汽式工况运行，满足供热蒸汽流量或发电功率大幅变化时的快速响应与调控，提高机组参与电网调峰、调频等辅助服务能力。
本发明通过齿轮箱中齿轮的啮合和分离实现控制低压缸投入或切除，有利于实现低压缸完全切除。
调整齿轮箱中的齿轮的齿数比，实现低压缸转子采用半速运行或低于半速运行，低压缸转子产生的鼓风热量显著降低，降低了低压缸末级叶片超温损坏风险，适于低压缸蒸汽通流量小或无通流量工况下长期运行；汽轮发电机组在高背压工况运行可将汽轮机排汽热损失全部利用，大幅降低循环水的使用量；长期高背压运行时凝汽器还可关闭循环水进水调节阀停循环水冷却、关闭真空泵停止抽真空，降低电厂辅机设备能耗，提高电厂经济收益水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明的控制原理图；
其中，高压缸1、中压缸2、发电机3、发电机端齿轮4、齿轮箱5、低压缸端齿轮6、轴承7、发电机端传动齿轮8、传动轴9、低压缸端传动齿轮10、低压缸11、低压缸排汽温度测量装置12、凝汽器压力测量装置13、循环水出水管14、循环水进水调节阀15、循环水进水管16、凝汽器17、真空泵18、真空泵排气逆止阀19、真空泵排气管20、高压缸抽真空排汽管21、高压缸抽真空阀22、高压缸排汽逆止阀23、锅炉24、汽轮机高压压旁路阀及其减温装置25、高压调节阀26、中压调节阀27、安全阀28、齿轮驱动电机29、齿轮箱通信电缆30、齿轮箱控制模块31、低压缸转速测量装置32、中低压缸联通管蝶阀前蒸汽压力测量装置33、中低压缸联通管蝶阀前蒸汽温度测量装置34、中低压缸联通管35、中低压缸联通管蝶阀36、中低压缸联通管蝶阀后蒸汽压力测量装置37、供热蒸汽调节阀38、供热蒸汽母管39、供热蒸汽联箱40、汽轮机低压旁路阀及其减温装置41。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和 “包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如图1所示，本发明的具体实施方式提供了一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法，所述汽轮机发电机组包括锅炉24、高压缸1、中压缸2、发电机3、低压缸11；
包括以下步骤：
S1：连接管道及阀门：将锅炉24分别与高压缸1、中压缸2连接；将中压缸2与发电机3连接；将发电机3通过切换开关模块与低压缸11连接；中压缸2通过中低压缸联通管35与低压缸11连接；中低压缸联通管35通过供热蒸汽母管39与供热蒸汽联箱40连接，实现对外供热；供热蒸汽母管39上设置有供热蒸汽调节阀38；热蒸汽调节阀38用于调节中压缸2向供热蒸汽联箱40提供的蒸汽流量；
中低压缸联通管35与供热蒸汽母管39的连接处与低压缸11之间的中低压缸联通管35上设置有中低压缸联通管蝶阀36；中低压缸联通管蝶阀36用于调节中压缸2排汽进入低压缸11的蒸汽流量；
供热蒸汽调节阀38、中低压缸联通管蝶阀36分别与控制装置连接，控制装置用于控制供热蒸汽调节阀38、中低压缸联通管蝶阀36的开度以及控制切换开关模块切换汽轮机发电机组的运行工作状态。
其中，切换开关模块通过齿轮啮合与分离的方式实现汽轮机发电机组运行工况的切换。切换开关模块包括齿轮箱控制模块31、齿轮驱动电机29、齿轮箱5；所述齿轮箱5内设置有发电机端齿轮4、低压缸端齿轮6、发电机端传动齿轮8、低压缸端传动齿轮10；所述发电机端齿轮4与发电机3连接；所述低压缸端齿轮6与低压缸11连接；所述发电机端传动齿轮8与低压缸端传动齿轮10通过传动轴9刚性连接；所述发电机端传动齿轮8套在轴承7上；所述齿轮箱控制模块31与齿轮驱动电机29连接；所述齿轮驱动电机29的输出轴与轴承7连接；所述发电机3与低压缸11在同一条轴中心线上；
所述齿轮箱控制模块31根据控制装置发出分离的控制信号，控制齿轮驱动电机29驱动发电机端传动齿轮8向左或向右平移，实现发电机端传动齿轮8与发电机端齿轮4分离，低压缸端传动齿轮10与低压缸端齿轮6分离，进而实现低压缸11切除运行。发电机端传动齿轮8与发电机端齿轮4的齿数比为1:1；所述低压缸端传动齿轮10与低压缸端齿轮6的齿数比小于等于1:2。通过“啮合”操作，齿轮驱动电机29驱动发电机端传动齿轮8向左平移或向右平移， 实现发电机端传动齿轮8与发电机端齿轮4啮合，低压缸端传动齿轮10与低压缸端齿轮6啮合，进而实现低压缸11投入运行。
通过“分离”操作，齿轮驱动电机29驱动发电机端传动齿轮8向左平移或向右平移，实现发电机端传动齿轮8与发电机端齿轮4分离，低压缸端传动齿轮10与低压缸端齿轮6分离；进而实现低压缸11切除运行。
在中低压缸联通管35与供热蒸汽母管39的连接处之前并在中低压缸联通管35上设置有中低压缸联通管蝶阀前蒸汽压力测量装置33、中低压缸联通管蝶阀前蒸汽温度测量装置34；中低压缸联通管蝶阀前蒸汽压力测量装置33、中低压缸联通管蝶阀前蒸汽温度测量装置34分别用于测量中压缸2排出的蒸汽的压力和温度；在中低压缸联通管35与供热蒸汽母管39的连接处之后并在中低压缸联通管35上设置有中低压缸联通管蝶阀后蒸汽压力测量装置37；中低压缸联通管蝶阀后蒸汽压力测量装置37用于测量从中压缸2进入低压缸11的蒸汽的压力；中低压缸联通管蝶阀前蒸汽压力测量装置33、中低压缸联通管蝶阀前蒸汽温度测量装置34、中低压缸联通管蝶阀后蒸汽压力测量装置37分别与控制装置连接。中低压缸联通管35上设置有安全阀28，安全阀28与控制装置连接。当中低压缸联通管蝶阀前蒸汽压力测量装置33测量中压缸2出口处的中低压缸联通管35的压力达到安全阀28的启动值时，控制装置控制安全阀28打开，当中低压缸联通管蝶阀前蒸汽压力测量装置33测量中压缸2出口处的中低压缸联通管35的压力达到安全值时，控制装置控制安全阀28关闭。
高压缸1通过高压缸抽真空排汽管21与凝汽器17连通；高压缸抽真空排汽管21上设置有高压缸抽真空阀22；高压缸抽真空阀22与控制装置连接。高压缸抽真空阀22是在高压缸排汽逆止阀23关闭时开启，高压缸1内的通流蒸汽通过高压缸抽真空阀22、高压缸抽真空排汽管21流入凝汽器17；在高压缸排汽逆止阀23开启时关闭。
凝汽器17分别连接有循环水出水管14、循环水进水管16；循环水进水管16上设置有循环水进水调节阀15；凝汽器17处设置有凝汽器压力测量装置13，用于测量凝汽器的压力；凝汽器17连接有真空泵排气管20；真空泵排气管20上设置有真空泵排气逆止阀19和真空泵18；循环水进水调节阀15、真空泵18分别与控制器连接。机组长期高背压运行无蒸汽流入凝汽器17时，控制装置关闭循环水进水调节阀15停循环水冷却、关闭真空泵18停止抽真空。
低压缸11处设置低压缸排汽温度测量装置12，用于测量低压缸排汽的温度；低压缸排汽温度测量装置12与控制装置连接。
另外，高压缸1通过高压缸排汽逆止阀23与锅炉24连接。锅炉24与汽轮机低压旁路阀及其减温装置41与凝汽器17连接。锅炉24与高压缸1连接的管道上设置有高压调节阀26。锅炉24与中压缸2连接的管道上设置有中压调节阀27。锅炉24与中压缸2连接的管道和高压缸1与锅炉24连接的管道之间设置有汽轮机高压压旁路阀及其减温装置25。
本实施例中的低压缸排汽温度测量装置12和中低压缸联通管蝶阀前蒸汽温度测量装置34采用E型热电偶，凝汽器压力测量装置13和中低压缸联通管蝶阀前蒸汽压力测量装置33采用EJA或Rosemoun系列压力变送器，分别实现温度、压力信号向电信号的转换。真空泵排气逆止阀19和高压缸排汽逆止阀23采用气动蝶阀；齿轮箱控制模块31包括PLC控制器；中低压缸联通管蝶阀36采用液动调节阀；高压调节阀26、中压调节阀27采用液动调节阀；安全阀28采用脉冲式安全阀；低压缸转速测量装置32可采用光电转速传感器或电涡流位移传感器；循环水进水调节阀15、高压缸抽真空阀22、供热蒸汽调节阀38采用气动调节阀或电动调节阀。
本发明的中压缸2排汽导入低压缸11，低压缸11排汽流入凝汽器17，中低压缸联通管蝶阀36可控制中压缸2排汽进入低压缸11的蒸汽流量，当低压缸切除运行时中低压缸联通管蝶阀36全关，无蒸汽进入低压缸11，机组处于高背压运行；机组长期高背压运行无蒸汽流入凝汽器17时，凝汽器17可关闭循环水进水调节阀15停循环水冷却、关闭真空泵18停止抽真空；低压缸11投入运行时，控制装置调节中低压缸联通管蝶阀36的开度控制进入低压缸11的蒸汽流量，从而控制低压缸11出力；低压缸11内转子以半速或低于半速运行；低压缸11内转子的转速由低压缸转速测量装置32测量，半速或低于半速的低速运行减少了低压缸11内转子的旋转鼓风超温损坏的风险。
中低压缸联通管蝶阀36关小可提高机组通过供热蒸汽联箱40向外供汽的流量，机组向外供汽可开启供热蒸汽调节阀38通过供热蒸汽母管39向供热蒸汽联箱40供汽；中低压缸联通管蝶阀36开大可增加中压缸2排汽流向低压缸11的蒸汽流量。
S2：当切换开关模块断开时，发电机3与低压缸11断开连接，低压缸11切除运行，汽轮机发电机组以高背压工况运行并对外供热。
汽轮机发电机组以高背压工况运行具体为：
汽轮发电机组转子处于低速盘车状态，低压缸11切除运行，各阀门保持关闭状态；
汽轮机轴封供汽，启动真空泵18，开启循环水进水调节阀15，循环水通过循环水进水管16进入凝汽器17进行冷却；当凝汽器压力测量装置13显示值不高于P0时，开启汽轮机高压旁路阀及其减温装置25和汽轮机低压旁路阀及其减温装置41配合锅炉24调节锅炉出口蒸汽参数，提升锅炉出口蒸汽参数达到满足汽轮机冲转要求；
全开高压缸抽真空阀22，关闭汽轮机低压旁路阀及其减温装置41，开启高压调节阀26和中压调节阀27冲转汽轮机，达到发电机额定转速，高压调节阀26开启至最小允许开度CV0保持不变，由中压调节阀27控制汽轮机转速，高压缸1通流蒸汽通过高压缸抽真空阀22、高压缸抽真空排汽管21进入凝汽器17；中低压缸联通管35内的蒸汽压力超过安全阀的启动值1.2P供后安全阀28开启，中压缸2排汽通过安全阀28排向大气，此时可开启供热蒸汽调节阀38通过供热蒸汽母管39、供热蒸汽联箱40向外供汽；随着供汽量增加，中低压缸联通管35内的蒸汽压力逐浙降低，低于安全阀28的关闭值0.95P供后安全阀28回座关闭，供汽量由中压调节阀27的开度大小控制，发电机功率由中压缸2的通流蒸汽量大小决定，此时发电机功率最大值不超过30%PN，PN为汽轮机组额定功率。
S3：当切换开关模块闭合时，发电机3与低压缸11实现连接，低压缸11投入运行，汽轮机发电机组以凝汽式工况运行并对外供热。汽轮机发电机组以凝汽式工况运行具体为：
汽轮发电机组转子处于低速盘车状态，低压缸11投入运行，各阀门保持关闭状态；
开启循环水进水调节阀15，汽轮机轴封供汽，启动真空泵18，开启循环水进水调节阀15，循环水通过循环水进水管16进入凝汽器17进行冷却；凝汽器压力测量装置13显示值不高于P0时，开启汽轮机高压旁路阀及其减温装置25和汽轮机低压旁路阀及其减温装置41配合锅炉24调节蒸汽参数投入运行，提升锅炉出口蒸汽参数达到满足汽轮机冲转要求，全开中低压缸联通管蝶阀36；
全开高压缸抽真空阀22，关闭汽轮机低压旁路阀及其减温装置41，开启高压调节阀26和中压调节阀27冲转汽轮机，达到发电机额定转，高压调节阀26开启至最小允许开度CV0时保持不变，由中压调节阀27控制汽轮机转速，高压缸1通流蒸汽通过高压缸抽真空阀22、高压缸抽真空排汽管21进入凝汽器17；汽轮机和发电机转子转速达额定转速并稳定后并网发电；当发电机功率达到30%PN时，逐浙增加高压调节阀26开度，关小汽轮机高压旁路阀及其减温装置25直至全关；当发电功率达40%PN时，关闭高压缸抽真空阀22，高压缸排汽逆止阀23开启；高压调节阀26开度控制发电机功率；
机组运行过程中，调节中低压缸联通管蝶阀36的大小来控制中低压缸联通管蝶阀前蒸汽压力，通过开启供热蒸汽调节阀38通过供热蒸汽母管39、供热蒸汽联箱40向外供汽。
汽轮机发电机组由纯凝汽式向高背压工况切换的运行方式具体为：
汽轮机发电机组处于纯凝汽式工况运行，随着增大供热蒸汽调节阀38开度通过供热蒸汽母管39、供热蒸汽联箱40向外供热蒸汽流量的增加，中低压缸联通管蝶阀36逐浙关小直至全关，切换开关模块断开，低压缸11切除运行，汽轮机发电机组由纯凝汽式工况切换成高背压工况运行方式。汽轮机发电机组由纯凝汽式向高背压工况切换的条件为：
（1）中低压缸联通管蝶阀36全关；
（2）高压调节阀26开启不小于最小允许开度CV0。
汽轮机发电机组由高背压向纯凝汽式或凝汽式抽汽供热工况切换的运行方式具体为：
汽轮机发电机组处于高背压工况运行；低压缸轴封供汽，启动真空泵18，开启循环水进水调节阀15，循环水通过循环水进水管16进入凝汽器17进行冷却；凝汽器压力测量装置13显示值不高于P0时，开启中低压缸联通管蝶阀36，逐渐升速低压缸转子，当低压缸转速达到设定值，切换开关模块闭合，低压缸11投入运行，此时汽轮机发电机组由高背压工况切换成纯凝汽式工况运行方式；
汽轮机发电机组切换成纯凝汽式工况运行后，增大中低压缸联通管蝶阀36开度的大小以控制低压缸排汽温度小于65℃；此时机组不供汽时则处于纯凝汽式工况运行；如需供汽可通过开启供热蒸汽调节阀38通过供热蒸汽母管39、供热蒸汽联箱40向外供汽，机组处于凝汽式抽汽供热工况运行。
汽轮机发电机组由高背压向纯凝汽式或凝汽式抽汽供热工况切换的条件为：
（1）凝汽器压力测量装置13显示值不高于P0；
（2）高压调节阀26开启不小于最小允许开度CV0。
为了进一步说明本发明的工作原理，下面以300 MW机组为案例进一步说明，汽机轮和锅炉等主机仍可采用纯凝汽式机组设备，汽轮机末级叶片可不作任何处理。汽轮机为亚临界、一次中间再热、两缸两排汽、凝汽式汽轮机，型号为：N300-16.7/538/538；汽轮机主要设计参数如表1所示。锅炉型号为SG-1025/17.5-M8的亚临界、∏型、控制循环、一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧方式、摆动火嘴调温、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、露天布置的燃煤锅炉，主要设计参数如表2所示。发电机端传动齿轮8与发电机端齿轮4的齿数比为1:1；低压缸端传动齿轮10与低压缸端齿轮6的齿数比为1:2。供热蒸汽温度参数为P供=1.0MPa、300℃。安全阀28开启压力为1.2MPa,回座关闭压力为0.95MPa，安全阀28开启压力和回座关闭压力根据供热蒸汽温度参数设置，安全阀28开启压力一般取1.2P供，安全阀28回座关闭压力为0.95P供。
表1 汽轮机主要设计参数
| 汽轮机型号 | N300-16.7/538/538 |
| 汽轮机型式 | 亚临界、一次中间再热、两缸两排汽、凝气式汽轮机 |
| 额定主汽门前压力 | 16.7MPa |
| 额定主汽门前温度 | 538℃ |
| 额定再热汽门前温度 | 538℃ |
| 额定主蒸汽流量 | 920.924t/h |
| 铭牌功率（PN） | 300MW |
| 工作转速 | 3000r/min |
| 回热*** | 3高加＋1除氧器＋4低加 |
| 额定背压 | 6.4kPa |
表2 锅炉设计主要参数
| 项目 | 数值 |
| 锅炉最大连续蒸发量（B-MCR） | 1025 t/h |
| 再热蒸汽流量 | 829 t/h |
| 过热器出口蒸汽压力（B-MCR） | 17.5MPa.g |
| 过热蒸汽温度 | 541℃ |
| 再热蒸汽进/出口蒸汽压力（B-MCR） | 3.88/3.68 |
| 再热蒸汽进/出口蒸汽温度（B-MCR） | 330/541℃ |
| 再热蒸汽流量 | 815.2t/h |
| 给水温度 | 288℃ |
| 汽包工作压力 | 18.87MPa.g |
以机组运行方式及调节控制步骤如下：
为了详细说明机组运行方式及调节控制过程，分高背压工况运行方式、纯凝汽式工况运行方式、纯凝汽式向高背压工况切换运行方式、高背压向纯凝汽式工况切换运行方式等情况进行说明。
1.高背压工况运行方式：
汽轮发电机组转子处于低速盘车状态，控制装置向齿轮箱控制模块31发“分离指令”，发电机端传动齿轮8与发电机端齿轮4分离，低压缸端传动齿轮10与低压缸端齿轮6分离。其它各阀门保持关闭状态。
开启循环水进水调节阀15，汽轮机轴封供汽，启动真空泵18，开启循环水进水调节阀15，循环水通过循环水进水管16进入凝汽器17进行冷却；凝汽器压力测量装置13显示值不高于P0=20kPa时，开启汽轮机高压旁路阀及其减温装置25和汽轮机低压旁路阀及其减温装置41配合锅炉24调节锅炉出口蒸汽参数，提升锅炉出口蒸汽参数达到满足汽轮机冲转要求。
全开高压缸抽真空阀22，关闭汽轮机低压旁路阀及其减温装置41，开启高压调节阀26和中压调节阀27冲转汽轮机，目标发电机转速额定转速3000r/min，高压调节阀26开启至最小允许开度CV0=8%时保持不变，由中压调节阀27控制汽轮机转速，高压缸1通流蒸汽通过高压缸抽真空阀22、高压缸抽真空排汽管21进入凝汽器17；中低压缸联通管蝶阀前蒸汽压力测量装置33显示值超过安全阀的启动值1.2MPa，即1.2P供后安全阀28开启，中压缸2排汽通过安全阀28排向大气，此时可开启供热蒸汽调节阀38通过供热蒸汽母管39、供热蒸汽联箱40向外供汽；随着供汽量增加，中低压缸联通管蝶阀前蒸汽压力测量装置33显示值逐浙降低，低于安全阀28的关闭值0.95MPa，即0.95P供后安全阀28回座关闭，供汽量由中压调节阀27的开度大小控制，发电机功率由中压缸2的通流蒸汽量大小决定，此时发电机功率最大值不超过30%PN即90MW，PN为机组铭牌功率。
当发电机功率要求达30%PN。即90MW，时，全开中压调节阀27，逐浙增加高压调节阀26开度，关小汽轮机高压旁路阀及其减温装置25直至全关；当发电功率达40%PN，即120MW时，关闭高压缸抽真空阀22，高压缸排汽逆止阀23开启。高背压运行时低压缸11可根据需要停轴封供汽，长期高背压运行无蒸汽流入凝汽器17时，凝汽器17可关闭循环水进水调节阀15停循环水冷却、关闭真空泵18停止抽真空。
发电机降功率、机组停运等操作可参照升发电机升功率、机组启动工况进行逆操作完成。
2.纯凝汽式工况运行方式：
汽轮发电机组转子处于低速盘车状态，控制装置空中齿轮箱控制模块31发“啮合”操作，实现发电机端传动齿轮8与发电机端齿轮4啮合，低压缸端传动齿轮10与低压缸端齿轮6啮合。其它各阀门保持关闭状态。
开启循环水进水调节阀15，汽轮机轴封供汽，启动真空泵18，开启循环水进水调节阀15，循环水通过循环水进水管16进入凝汽器17进行冷却；凝汽器压力测量装置13显示值不高于P0=20kPa，绝对压力值时，开启汽轮机高压旁路阀及其减温装置25和汽轮机低压旁路阀及其减温装置41配合锅炉24调节蒸汽参数投入运行，提升锅炉出口蒸汽参数达到满足汽轮机冲转要求，全开中低压缸联通管蝶阀36。
全开高压缸抽真空阀22，关闭汽轮机低压旁路阀及其减温装置41，开启高压调节阀26和中压调节阀27冲转汽轮机，目标发电机额定转速3000r/min，高压调节阀26开启至最小允许开度CV0=8%时保持不变，由中压调节阀27控制汽轮机转速，高压缸1通流蒸汽通过高压缸抽真空阀22、高压缸抽真空排汽管21进入凝汽器17；汽轮机和发电机转子转速达3000r/min并稳定后并网发电，此时低压缸11转子的转速为1500r/min；当发电机功率达到30%PN，即90MW时，逐浙增加高压调节阀26开度，关小汽轮机高压旁路阀及其减温装置25直至全关；当发电功率达40%PN，即120MW时，关闭高压缸抽真空阀22，高压缸排汽逆止阀23开启；高压调节阀26开度控制发电机功率。
机组运行过程中，可调节中低压缸联通管蝶阀36的大小来控制中低压缸联通管蝶阀前蒸汽压力，通过开启供热蒸汽调节阀38通过供热蒸汽母管39、供热蒸汽联箱40向外供汽。
发电机降功率、机组停运等操作可参照升发电机升功率、机组启动工况进行逆操作完成。
3.纯凝汽式向高背压工况切换运行方式：
机组处于纯凝汽式工况运行，随着增大供热蒸汽调节阀38开度通过供热蒸汽母管39、供热蒸汽联箱40向外供热蒸汽流量的增加，中低压缸联通管蝶阀36逐浙关小直至全关，控制装置控制齿轮箱控制模块31发“分离指令”，发电机端传动齿轮8与发电机端齿轮4分离，低压缸端传动齿轮10与低压缸端齿轮6分离。此时，机组由纯凝汽式工况切换成高背压工况运行方式。
纯凝汽式向高背压工况切换运行方式切换条件：
（1）中低压缸联通管蝶阀36全关，即0%；
（2）高压调节阀26开启不小于最小允许开度CV0，CV0=8%。
4.高背压向纯凝汽式或凝汽式抽汽供热工况切换运行方式：
机组处于高背压工况运行；低压缸轴封供汽，启动真空泵18，开启循环水进水调节阀15，循环水通过循环水进水管16进入凝汽器17进行冷却；凝汽器压力测量装置13显示值不高于P0=20kPa时，开启中低压缸联通管蝶阀36，逐渐升速低压缸转子，当低压缸转速测量装置32显示值稳定在半额定转速，即1500r/min，齿轮箱控制模块31发“啮合”指令，实现发电机端传动齿轮8与发电机端齿轮4啮合，低压缸端传动齿轮10与低压缸端齿轮6啮合。此时，机组由高背压工况切换成纯凝汽式工况运行方式。切换成纯凝汽式工况运行后，观察低压缸排汽温度测量装置12的显示值，进一步增大中低压缸联通管蝶阀36开度的大小以控制制低压缸排汽温度测量装置12的显示值小于65℃时。此时机组不供汽时则处于纯凝汽式工况运行；如需供汽可通过开启供热蒸汽调节阀38通过供热蒸汽母管39、供热蒸汽联箱40向外供汽，机组处于凝汽式抽汽供热工况运行。
高背压向纯凝汽式或凝汽式抽汽供热工况切换条件：
（1）凝汽器压力测量装置13显示值不高于P0=20kPa；
（2）高压调节阀26开启不小于最小允许开度CV0=8%。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (7)
1.一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法，所述汽轮机发电机组包括锅炉（24）、高压缸（1）、中压缸（2）、发电机（3）、低压缸（11）；其特征在于：包括以下步骤：
S1：将锅炉（24）分别与高压缸（1）、中压缸（2）连接；将中压缸（2）与发电机（3）连接；将发电机（3）通过切换开关模块与低压缸（11）连接；中压缸（2）通过中低压缸联通管（35）与低压缸（11）连接；中低压缸联通管（35）通过供热蒸汽母管（39）与供热蒸汽联箱（40）连接，实现对外供热；
S2：当切换开关模块断开时，发电机（3）与低压缸（11）断开连接，低压缸（11）切除运行，汽轮机发电机组以高背压工况运行并对外供热；
S3：当切换开关模块闭合时，发电机（3）与低压缸（11）实现连接，低压缸（11）投入运行，汽轮机发电机组以凝汽式工况运行并对外供热；
所述切换开关模块通过齿轮啮合与分离的方式实现汽轮机发电机组运行工况的切换；
所述切换开关模块包括齿轮箱控制模块（31）、齿轮驱动电机（29）、齿轮箱（5）；所述齿轮箱（5）内设置有发电机端齿轮（4）、低压缸端齿轮（6）、发电机端传动齿轮（8）、低压缸端传动齿轮（10）；所述发电机端齿轮（4）与发电机（3）连接；所述低压缸端齿轮（6）与低压缸（11）连接；所述发电机端传动齿轮（8）与低压缸端传动齿轮（10）通过传动轴（9）刚性连接；所述发电机端传动齿轮（8）套在轴承（7）上；所述齿轮箱控制模块（31）与齿轮驱动电机（29）连接；所述齿轮驱动电机（29）的输出轴与轴承（7）连接；所述发电机（3）与低压缸（11）在同一条轴中心线上；
所述齿轮箱控制模块（31）发出分离的控制信号，齿轮驱动电机（29）驱动发电机端传动齿轮（8）向左或向右平移，实现发电机端传动齿轮（8）与发电机端齿轮（4）分离，低压缸端传动齿轮（10）与低压缸端齿轮（6）分离，进而实现低压缸（11）切除运行；
发电机端传动齿轮（8）与发电机端齿轮（4）的齿数比为1:1；所述低压缸端传动齿轮（10）与低压缸端齿轮（6）的齿数比小于等于1:2。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法，其特征在于：所述步骤S2中汽轮机发电机组以高背压工况运行具体为：
汽轮发电机组转子处于低速盘车状态，低压缸（11）切除运行，各阀门保持关闭状态；
汽轮机轴封供汽，启动真空泵（18），开启循环水进水调节阀（15），循环水通过循环水进水管（16）进入凝汽器（17）进行冷却；当凝汽器压力测量装置（13）显示值不高于P0时，开启汽轮机高压旁路阀及其减温装置（25）和汽轮机低压旁路阀及其减温装置（41）配合锅炉（24）调节锅炉出口蒸汽参数，提升锅炉出口蒸汽参数达到满足汽轮机冲转要求；
全开高压缸抽真空阀（22），关闭汽轮机低压旁路阀及其减温装置（41），开启高压调节阀（26）和中压调节阀（27）冲转汽轮机，达到发电机额定转速，高压调节阀（26）开启至最小允许开度CV0保持不变，由中压调节阀（27）控制汽轮机转速，高压缸（1）通流蒸汽通过高压缸抽真空阀（22）、高压缸抽真空排汽管（21）进入凝汽器（17）；中低压缸联通管（35）内的蒸汽压力超过安全阀的启动值1.2P供后安全阀（28）开启，中压缸（2）排汽通过安全阀（28）排向大气，此时开启供热蒸汽调节阀（38）通过供热蒸汽母管（39）、供热蒸汽联箱（40）向外供汽；随着供汽量增加，中低压缸联通管（35）内的蒸汽压力逐浙降低，低于安全阀（28）的关闭值0.95P供后安全阀（28）回座关闭，供汽量由中压调节阀（27）的开度大小控制，发电机功率由中压缸（2）的通流蒸汽量大小决定，此时发电机功率最大值不超过30%PN，PN为汽轮机组额定功率。
3.根据权利要求1所述的一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法，其特征在于：所述步骤S3中汽轮机发电机组以凝汽式工况运行具体为：
汽轮发电机组转子处于低速盘车状态，低压缸（11）投入运行，各阀门保持关闭状态；
开启循环水进水调节阀（15），汽轮机轴封供汽，启动真空泵（18），开启循环水进水调节阀（15），循环水通过循环水进水管（16）进入凝汽器（17）进行冷却；凝汽器压力测量装置（13）显示值不高于P0时，开启汽轮机高压旁路阀及其减温装置（25）和汽轮机低压旁路阀及其减温装置（41）配合锅炉（24）调节蒸汽参数投入运行，提升锅炉出口蒸汽参数达到满足汽轮机冲转要求，全开中低压缸联通管蝶阀（36）；
全开高压缸抽真空阀（22），关闭汽轮机低压旁路阀及其减温装置（41），开启高压调节阀（26）和中压调节阀（27）冲转汽轮机，达到发电机额定转，高压调节阀（26）开启至最小允许开度CV0时保持不变，由中压调节阀（27）控制汽轮机转速，高压缸（1）通流蒸汽通过高压缸抽真空阀（22）、高压缸抽真空排汽管（21）进入凝汽器（17）；汽轮机和发电机转子转速达额定转速并稳定后并网发电；当发电机功率达到30%PN时，逐浙增加高压调节阀（26）开度，关小汽轮机高压旁路阀及其减温装置（25）直至全关；当发电功率达40%PN时，关闭高压缸抽真空阀（22），高压缸排汽逆止阀（23）开启；高压调节阀（26）开度控制发电机功率；
机组运行过程中，调节中低压缸联通管蝶阀（36）的大小来控制中低压缸联通管蝶阀前蒸汽压力，通过开启供热蒸汽调节阀（38）通过供热蒸汽母管（39）、供热蒸汽联箱（40）向外供汽。
4.根据权利要求3所述的一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法，其特征在于：汽轮机发电机组由纯凝汽式向高背压工况切换的运行方式具体为：
汽轮机发电机组处于纯凝汽式工况运行，随着增大供热蒸汽调节阀（38）开度通过供热蒸汽母管（39）、供热蒸汽联箱（40）向外供热蒸汽流量的增加，中低压缸联通管蝶阀（36）逐浙关小直至全关，切换开关模块断开，低压缸（11）切除运行，汽轮机发电机组由纯凝汽式工况切换成高背压工况运行方式。
5.根据权利要求2所述的一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法，其特征在于：汽轮机发电机组由高背压向纯凝汽式或凝汽式抽汽供热工况切换的运行方式具体为：
汽轮机发电机组处于高背压工况运行；低压缸轴封供汽，启动真空泵（18），开启循环水进水调节阀（15），循环水通过循环水进水管（16）进入凝汽器（17）进行冷却；凝汽器压力测量装置（13）显示值不高于P0时，开启中低压缸联通管蝶阀（36），逐渐升速低压缸转子，当低压缸转速达到设定值，切换开关模块闭合，低压缸（11）投入运行，此时汽轮机发电机组由高背压工况切换成纯凝汽式工况运行方式；
汽轮机发电机组切换成纯凝汽式工况运行后，增大中低压缸联通管蝶阀（36）开度的大小以控制低压缸排汽温度小于65℃；此时机组不供汽时则处于纯凝汽式工况运行；如需供汽通过开启供热蒸汽调节阀（38）通过供热蒸汽母管（39）、供热蒸汽联箱（40）向外供汽，机组处于凝汽式抽汽供热工况运行。
6.根据权利要求4所述的一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法，其特征在于：汽轮机发电机组由纯凝汽式向高背压工况切换的条件为：
（1）中低压缸联通管蝶阀（36）全关；
（2）高压调节阀（26）开启不小于最小允许开度CV0。
7.根据权利要求5所述的一种汽轮机发电机组凝汽式与高背压相互切换的供热方法，其特征在于：汽轮机发电机组由高背压向纯凝汽式或凝汽式抽汽供热工况切换的条件为：
（1）凝汽器压力测量装置（13）显示值不高于P0；
（2）高压调节阀（26）开启不小于最小允许开度CV0。
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