[發明專利]用于在瞬時升高的背壓力下操作蒸汽渦輪的方法

有效

• 申請號: 201010624374.2
• 申請日: 2010-12-28
• 公開（公告）號: CN102121403A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: M·J·莫利托爾;W·G·戈曼
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D17/00
• 分類號: F01D17/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱鐵宏;譚祐祥

技術領域

本發明主要涉及蒸汽渦輪，且更具體地涉及用于在瞬時升高的背壓力下操作蒸汽渦輪的方法。

背景技術

冷凝式蒸汽渦輪提供有可容許的排氣壓力操作指引(guideline)，其旨在保護蒸汽渦輪免受在排氣(冷凝器)壓力過高的情況下可能發生的潛在破壞。該指引包括排氣壓力報警和跳閘極限，該跳閘極限通常表現為隨末級輪葉(LSB)的環空速率(VAN)而變化。環空速率是在輪葉出口處測得的蒸汽速率，且為穿過末級的流量(flow)、其面積以及冷凝器壓力倒數的正函數。

渦輪級壓力隨流量大致線性地變化。為了表示蒸汽速率(流量)，可在各點處監測級壓力，以便由渦輪控制系統用作末級輪葉流量的指示。通常，再加熱或中壓(IP)渦輪排氣或低壓(LP)渦輪入口壓力用于確定LP渦輪中的流量。利用低壓抽取的蒸汽渦輪可將LP抽取壓力用作末級流量的指標。如果實際的渦輪排氣壓力超過對于給定計算環空速率的報警設定(setting)，則渦輪控制系統可向操作人員提供實際排氣壓力超過極限的告警，以便操作人員能夠采取備選動作(如果可能的話)。渦輪控制系統可允許單元在可容許排氣壓力操作曲線的報警區域中繼續操作，而不會使該單元跳閘。然而，如果測得的排氣壓力超過對于給定計算環空速率的跳閘設定，則渦輪控制系統將立即通過關閉蒸汽控制閥而使單元跳閘。提供快速關閉類型操作的這些閥可稱之為各種名稱，例如進入閥、截止閥、控制閥、跳閘閥、渦輪跳閘和控制閥等。

在制定可容許排氣壓力操作指引中，已認識到的是，末級輪葉破壞的潛在可能在環空速率較低時增大，且在低流量和較高排氣壓力的組合情況下最高。結果，可變的操作極限在VAN很低時適用較低的可容許壓力，而在VAN較高時適用較高的可容許排氣壓力，且壓力在其間變化。蒸汽渦輪操作中的排氣壓力極限對VAN的現有報警和跳閘曲線在VAN值較低時賦予更受限制的排氣壓力要求。

在甩負載(或甩負荷)期間，蒸汽渦輪流量通過主蒸汽渦輪控制閥和用于再加熱和LP進入的控制閥(如果適用的話)而快速地減小，以便防止渦輪超速。渦輪負載減小至空載或廠用負載(house?load)，以及由于這些負載都很小，故VAN由于流量很低而幾乎為零。

對于具有水冷式冷凝器的單元以及沒有渦輪旁通系統的單元而言，與甩負載相關的排氣壓力瞬變通常不成為問題，因為排氣壓力瞬變保持在可容許的排氣壓力極限內。然而，對于具有空氣冷卻式冷凝器和/或旁通系統的單元而言，所產生的壓力瞬變則是更成問題的，且在甩負載期間由于高排氣壓力而會增大跳閘的潛在可能。對于具有可變排氣壓力操作極限的單元，這已成為很大的問題，因為在VAN較低時容許的排氣壓力相比于滿負載(或全負荷)時所容許的容許排氣更低。

即使渦輪蒸汽流量減少，旁通系統也會將鍋爐蒸汽轉移至冷凝器，從而增大冷凝器壓力。該轉移的流量導致冷凝器的熱損耗增大以及更高的排氣壓力。熱源的回流(例如，對于聯合循環單元的補充燃燒或燃氣渦輪回流，或對于化石單元的燃燒)可導致排氣壓力尖峰。圖1示出了甩負載之后的模擬排氣壓力和VAN。在t＝0時，VAN?10下降至接近于0，而排氣壓力達到尖峰20。在數分鐘內，排氣壓力瞬變衰減30。如果壓力超過極限(未示出)，則當前的蒸汽渦輪控制系統邏輯(logic)將使該單元跳閘，即使該尖峰可能持續時間很短。

用于控制蒸汽渦輪的一個所需要素在于避免在甩滿負載的情況下超速跳閘。該要求在IEEE-122，″用于蒸汽渦輪發電機控制系統功用性能特征的IEEE建議操作規程″，或類似管制文件中規定。按照規定，該要求通常擴展至指定蒸汽渦輪在不會引起渦輪跳閘的情況下能夠甩滿負載。

因此，期望的是將蒸汽渦輪保持在安全狀態下，且同時避免伴隨排氣壓力瞬時升高的渦輪流量大幅減少所造成的短持續時間的冷凝器壓力瞬變而導致渦輪排氣真空跳閘，這特別是發生在甩滿負載期間。

發明內容

簡言之，根據本發明的一個方面，一種控制系統提供為用于避免蒸汽渦輪在甩負載狀態下的瞬變渦輪排氣跳閘。蒸汽渦輪控制系統適于在瞬時升高的排氣背壓力下進行操作。該蒸汽渦輪控制系統包括跳閘功能，該跳閘功能適于根據渦輪排氣壓力的正常操作極限來啟動用于關閉主蒸汽關閉閥(MSCV)的跳閘裝置。功率負載不平衡(PLU)功能提供為用于確定甩負載。瞬變保護邏輯提供為用于在限定的甩負載狀態下，阻止在瞬變壓力操作帶(band)中啟動對于MSCV的跳閘功能，直至達到延遲周期(或延遲時間)。