一种全负荷工况高效汽轮机组、设计方法及运行方法技术

本发明专利技术提供一种全负荷工况高效汽轮机组、设计方法及运行方法，在高压缸的调节级中设置渐缩型喷嘴组和拉瓦尔喷嘴组，当机组运行在[L

【技术实现步骤摘要】
一种全负荷工况高效汽轮机组、设计方法及运行方法


[0001]本专利技术属于汽轮机
，尤其涉及一种全负荷工况高效汽轮机组、设计方法及运行方法。

技术介绍

[0002]“双碳”战略推动构建以新能源为主体的新型电力系统，随着大规模具有随机波动性的光伏、风电等新能源电力并网，迫使以燃煤火电为主体的基础电力全面参与深度调峰。燃煤火电机组设计主要考虑额定负荷工况下的运行效率，在深度调峰过程中的中低负荷工况下的机组发电能效急剧恶化，相比于额定负荷工况，常规燃煤火电机组30％额定负荷工况煤耗增加30
‑
40g/kW
·
h，其直接原因是在主蒸汽压力“定
‑
滑
‑
定”运行方式下，中低负荷下主蒸汽压力大幅降低，直接导致热力系统循环效率下降，同时还增大汽轮机本体通流损失。
[0003]一般而言，大型汽轮机的调节级多采用喷嘴配汽方式，通过控制喷嘴组调阀开闭，调整调节级通流面积，进而协同控制主蒸汽压力、流量。调节级内喷嘴组为渐缩型喷管，可将蒸汽在临界压比下加速至当地音速。在中低负荷下，调节级背压较小，大幅度提高主蒸汽压力将直接导致调节级压比小于临界压比从而造成巨大的损失。如何保障燃煤火电机组深度调峰过程中低负荷工况下的运行效率已成为我国能源转型的迫切需求。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种全负荷工况高效汽轮机组、设计方法及运行方法，主要用于解决现有技术中燃煤火电机组在参与深度调峰过程中，中低负荷下运行效率低、调节能力差等问题。
[0005]为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种全负荷工况高效汽轮机组，包括主汽阀门和高压缸，所述主汽阀门连接所述高压缸，所述高压缸内设有调节级，所述调节级设有若干个渐缩型喷嘴组和若干个拉瓦尔喷嘴组，所述主汽阀门与各个所述渐缩型喷嘴组、拉瓦尔喷嘴组之间设有调节阀门。
[0007]进一步地，所述渐缩型喷嘴组的数量为偶数，按两个所述渐缩型喷嘴组为一对将若干个所述渐缩型喷嘴组分成至少一对布置对组，同属一个布置对组中的两个所述渐缩型喷嘴组沿所述调节级圆形截面的某个直径采取轴对称布置或以所述圆形截面的圆心采取中心对称布置。
[0008]进一步地，所述拉瓦尔喷嘴组的数量为偶数，按两个所述拉瓦尔喷嘴组为一对将若干个所述拉瓦尔喷嘴组分成至少一对布置对组，同属一个布置对组中的两个所述拉瓦尔喷嘴组沿所述调节级圆形截面的某个直径采取轴对称布置或以所述圆形截面的圆心采取中心对称布置。
[0009]进一步地，所述渐缩型喷嘴组与所述拉瓦尔喷嘴组沿所述调节级的周向布置、并
在所述调节级的周向上依次交替布置。
[0010]进一步地，所述渐缩型喷嘴组的数量有m个，每个所述渐缩型喷嘴组的出口截面积为S，且S1≤S2≤S3≤
…
≤S
m
；
[0011]所述拉瓦尔喷嘴组的数量有n
‑
m个，n
‑
m≥2，每个所述拉瓦尔喷嘴组的设计压比为Π，且Π
m+1
≤Π
m+2
≤Π
m+3
≤
…
≤Π
n
；
[0012]同属一个布置对组中的两个所述渐缩型喷嘴组对应的出口截面积为S
i
和S
i+1
，其中i为[1,m]中的奇数；
[0013]同属一个布置对组中的两个所述拉瓦尔喷嘴组对应的设计压比为Π
j
和Π
j+1
，其中j为[m+1,n]中的奇数。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种全负荷工况高效汽轮机组中喷嘴通流面积的设计方法，包括以下步骤：
[0015]确定拉瓦尔喷嘴组工作负荷区间的上负荷率边界L
x
，则所述渐缩型喷嘴组的设计工作负荷区间为[L
x
,满负荷]，所述拉瓦尔喷嘴组的设计工作负荷区间为[L
x0
,L
x
]，其中0<L
x0
≤30％；
[0016]根据机组满负荷工况参数确定渐缩型喷嘴的总通流面积A
1～m
；
[0017]确定渐缩型喷嘴组的组合数量，根据该组合数量确定渐缩型喷嘴组运行的阀点数量；
[0018]根据渐缩型喷嘴组运行的阀点数量，确定各阀点的负荷率，进而确定各个渐缩型喷嘴组对应的通流面积A1～A
m
；
[0019]确定拉瓦尔喷嘴组的组合数量，根据该组合数量确定拉瓦尔喷嘴组运行的阀点数量；
[0020]根据拉瓦尔喷嘴组运行的阀点数量，确定各阀点的负荷率，进而确定各个拉瓦尔喷嘴组对应的通流面积A
m+1
～A
n
。
[0021]进一步地，在确定拉瓦尔喷嘴组工作负荷区间的上负荷率边界L
x
时，包括以下步骤：设P
0,max
为汽轮机组允许的最大主汽压，r为蒸汽流经主汽门造成的压损系数，取值为0～10％，ΔL为渐缩型喷嘴组滑压运行负荷率范围大小，具体为5％～20％；喷嘴组的临界压比根据式计算，其中k为过热蒸汽等熵指数，取值为1.2至1.5；再设定调节级入口压力P1＝P
0,max
×
(1
‑
r)，根据喷嘴组的临界压比Π
cr
确定负荷率L，使得该负荷率下调节级背压P
b
满足P
b
/P1＝Π
cr
，则L
x
＝L
‑
ΔL；
[0022]在确定渐缩型喷嘴的总通流面积A
1～m
时，包括以下步骤：获得满负荷工况下主蒸汽流量D、调节级背压P
b
,并设定主蒸汽压力为设计压力P
0,max
，主汽门压损为r。根据渐缩型喷嘴流量压比关系式，获得渐缩型喷嘴的总通流面积A
1～m
：
[0023][0024]其中，D是满负荷时主蒸汽质量流量，单位kg/s；A
1～m
是所有渐缩型喷嘴组的总通流面积，单位m2；ρ0是入口蒸汽密度，单位kg/m3；
[0025]确定各个渐缩型喷嘴组对应的通流面积A1～A
m
时，包括以下步骤：根据m个渐缩型喷嘴组按面积组合的选择性结果设定渐缩型喷嘴组工作负荷率区间[Lx,满负荷率]的阀点，获得阀点工况下调节级背压P
b
,主蒸汽流量D,并设定主蒸汽压力为设计压力P
0,max
，主汽门压损为r。根据渐缩型喷嘴流量压比关系式，获得各个渐缩型喷嘴组的通流面积A1～A
m
；
[0026]确定各个拉瓦尔喷嘴组对应的通流面积A
m+1
～A
n
时，包括以下步骤：组合设计压比相同的拉瓦尔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全负荷工况高效汽轮机组，包括主汽阀门和高压缸，所述主汽阀门连接所述高压缸，所述高压缸内设有调节级，其特征在于，所述调节级设有若干个渐缩型喷嘴组和若干个拉瓦尔喷嘴组，所述主汽阀门与各个所述渐缩型喷嘴组、拉瓦尔喷嘴组之间设有调节阀门。2.根据权利要求1所述的一种全负荷工况高效汽轮机组，其特征在于，所述渐缩型喷嘴组的数量为偶数，按两个所述渐缩型喷嘴组为一对将若干个所述渐缩型喷嘴组分成至少一对布置对组，同属一个布置对组中的两个所述渐缩型喷嘴组沿所述调节级圆形截面的某个直径采取轴对称布置或以所述圆形截面的圆心采取中心对称布置。3.根据权利要求2所述的一种全负荷工况高效汽轮机组，其特征在于，所述拉瓦尔喷嘴组的数量为偶数，按两个所述拉瓦尔喷嘴组为一对将若干个所述拉瓦尔喷嘴组分成至少一对布置对组，同属一个布置对组中的两个所述拉瓦尔喷嘴组沿所述调节级圆形截面的某个直径采取轴对称布置或以所述圆形截面的圆心采取中心对称布置。4.根据权利要求3所述的一种全负荷工况高效汽轮机组，其特征在于，所述渐缩型喷嘴组与所述拉瓦尔喷嘴组沿所述调节级的周向布置、并在所述调节级的周向上依次交替布置。5.根据权利要求4所述的一种全负荷工况高效汽轮机组，其特征在于，所述渐缩型喷嘴组的数量有m个，每个所述渐缩型喷嘴组的出口截面积为S，且S1≤S2≤S3≤
…
≤S
m
；所述拉瓦尔喷嘴组的数量有n
‑
m个，n
‑
m≥2，每个所述拉瓦尔喷嘴组的设计压比为Π，且Π
m+1
≤Π
m+2
≤Π
m+3
≤
…
≤Π
n
；同属一个布置对组中的两个所述渐缩型喷嘴组对应的出口截面积为S
i
和S
i+1
，其中i为[1,m]中的奇数；同属一个布置对组中的两个所述拉瓦尔喷嘴组对应的设计压比为Π
j
和Π
j+1
，其中j为[m+1,n]中的奇数。6.一种全负荷工况高效汽轮机组中喷嘴通流面积的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：确定拉瓦尔喷嘴组工作负荷区间的上负荷率边界L
x
，则所述渐缩型喷嘴组的设计工作负荷区间为[L
x
,满负荷]，所述拉瓦尔喷嘴组的设计工作负荷区间为[L
x0
,L
x
]，其中0<L
x0
≤30％；根据机组满负荷工况参数确定渐缩型喷嘴的总通流面积A
1～m
；确定渐缩型喷嘴组的组合数量，根据该组合数量确定渐缩型喷嘴组运行的阀点数量；根据渐缩型喷嘴组运行的阀点数量，确定各阀点的负荷率，进而确定各个渐缩型喷嘴组对应的通流面积A1～A
m
；确定拉瓦尔喷嘴组的组合数量，根据该组合数量确定拉瓦尔喷嘴组运行的阀点数量；根据拉瓦尔喷嘴组运行的阀点数量，确定各阀点的负荷率，进而确定各个拉瓦尔喷嘴组对应的通流面积A
m+1
～A
n
。7.根据如权利要求6所述的一种全负荷工况高效汽轮机组中喷嘴通流面积的设计方法，其特征在于：在确定拉瓦尔喷嘴组工作负荷区间的上负荷率边界L
x
时，包括以下步骤：设P
0,max
为汽轮机组允许的最大主汽压，r为蒸汽流经主汽门造成的压损系数，取值为0～10％，ΔL为渐
缩型喷嘴组滑压运行负荷率范围大小，具体为5％～20％；喷嘴组的临界压比根据式计算，其中k为过热蒸汽等熵指数，取值为1.2至1.5；再设定调节级入口压力P1＝P
0,m...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫良，吕俊复，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：