蒸汽轮机系统和用于起动蒸汽轮机的方法

摘要

本发明涉及一种具有蒸汽轮机(1，21)的蒸汽轮机系统(21，41)，所述蒸汽轮机系统具有下述特征：所述蒸汽轮机具有入流蒸汽侧(6，26)、排出蒸汽侧(12，32)和涡轮机壳体；所述涡轮机壳体对于涡轮机轴而言具有穿引部，其中在所述穿引部中存在密封件(15，15’，35，35’)，借助于所述密封件能够将穿过所述穿引部的流体流最小化；存在通向所述密封件(15，15’，35，35’)的蒸汽管路系统；所述蒸汽轮机(1，21)由至少一个第一子部段(2，22)和至少一个第二子部段(3，23)构造并且在两个子部段(2，3，22，23)之间存在通向低压区域的、特别是通向冷凝器的连接管路(10，30)；在朝向所述蒸汽轮机(1，21)的所述排出蒸汽侧(12，32)的穿引部中，所述蒸汽管路系统(16，17，18，19，39，40)设计为，使得为了起动所述蒸汽轮机(1，21)，穿过所述蒸汽管路系统(16，17，18，19，39，40)到所述蒸汽轮机(1，21)的蒸汽供给是可行的，使得为了起动所述蒸汽轮机(1，21)，从所述排出蒸汽侧(12，32)到通向所述低压区域的所述连接管路(10，30)的蒸汽流是可行的；入流蒸汽供给管路(4，24)具有能操控的阻断部(5，25)，使得为了起动所述蒸汽轮机(1，21)，从所述入流蒸汽侧(6，26)到通向所述低压区域的所述连接管路(10，30)的蒸汽流是可行的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒸汽轮机系统，在所述蒸汽轮机系统中改进了蒸汽 轮机的起动。本发明还涉及一种相关的方法。

背景技术

在火力发电站中起动蒸汽轮机时，机械功率首先受到限制，因为发 电机在起动期间不能够充分地同步和在负荷下运行。包含在蒸汽中的能 量因此与在正常的功率运行时相比仅较小的部分被转化为机械功。这种 较小的能量提取导致蒸汽在流经蒸汽轮机时的冷却降低。因此尤其在蒸 汽轮机的蒸汽离开的区域中，即在排气区域中出现与在正常的功率运行 时相比明显更高的温度。这尤其在蒸汽轮机内部的损耗降低时，例如在 低压涡轮机不运转时是适用的。

这种较高的温度使得抵抗该温度的昂贵的设计是必要的。为了避免 较高的温度迄今为止提出并实现下述措施。首先，所谓的“微调”是已 知的。在具有带有再加热装置的高压涡轮机、中压涡轮机和低压涡轮机 的系统中，高温主要出现在高压排出蒸汽处和低压排出蒸汽处。为了降 低低压排出蒸汽处的温度，执行水喷入，即给蒸汽附加地供给水。因此 温度保持在允许的界限内。高压排出蒸汽温度通过质量流穿过高压部段 的方式来提高。同时，穿过中压部段和低压部段的质量流减少。高压部 段中的提高的压力比降低高压排出蒸汽温度。中压部段和低压部段中的 降低的压力比提高低压部段中的通风功率并且补偿高压部段中的提高 的功率。

如果将高压部段中的温度减低到所期望的程度仍不够，那么借助于 起动功率使高压涡轮机的排出蒸汽腔与冷凝器连接。因此关闭通向冷的 再加热装置的止回阀，即不存在从高压涡轮机到再加热装置中的蒸汽抽 取口。较低的压力水平导致较低的高压排出蒸汽温度。

提出另一种用于降低温度的方法途径：提高发电机的机械功率。更 确切地说，发电机在起动运行中、即在低的并且持续提高的转速下应当 已经提供电功率，其中在所述转速下同步是不可能的。由于缺少同步， 所产生的所述电功率不能够输出到电网上。因此，为了消耗所产生的电 流而设有电加热元件。在加热元件中产生的热量能够集成到热蒸汽回路 的预热段中并且用于进水的预热。

发明内容

本发明的目的是：提供一种蒸汽轮机系统和一种用于起动蒸汽轮机 的相关的方法，借助于所述蒸汽轮机系统和所述方法能够以简单的方式 克服起动时的热力学问题。

所述目的特别是通过独立权利要求来实现。从属权利要求给出有利 的设计方案。

为了实现所述目的而提出一种蒸汽轮机系统，所述蒸汽轮机系统具 有下述特征：蒸汽轮机系统具有带有入流蒸汽侧、排出蒸汽侧和涡轮机 壳体的蒸汽轮机。涡轮机壳体对于涡轮机轴而言具有穿引部。在该穿引 部中存在密封件。在此其大多是迷宫式密封件。密封件应将穿过穿引部 的流体流、即通常是蒸汽流最小化。蒸汽管路系统引起密封。蒸汽轮机 由至少一个第一子部段和至少一个第二子部段构造并且在这两个子部 段之间存在通向低压区域的连接管路、特别是通向火力发电站的冷凝器 的连接管路。在此将低压理解为如下压力，所述压力明显低于蒸汽轮机 中的压力，使得在打开连接管路时蒸汽从蒸汽轮机流入到该区域中。通 常适宜的是，存在通向冷凝器的连接管路。在朝向蒸汽轮机的排出蒸汽 侧的穿引部中，蒸汽管路系统设计为，使得为了起动蒸汽轮机，通过蒸 汽管路系统进行到蒸汽轮机的蒸汽供给是可行的。因此为了起动蒸汽轮 机能够实现从排出蒸汽侧到通向低压区域的连接管路的蒸汽流。入流蒸 汽供给管路具有可这样操控的阻断部，使得为了起动蒸汽轮机，从入流 蒸汽侧到通向低压区域的连接管路的蒸汽流是可行的。

入流蒸汽侧是蒸汽轮机在正常的功率运行时被供给有蒸汽的侧。高 压涡轮机是供给来自于在此未详细说明的蒸汽生成器的新鲜蒸汽的侧。 在中压涡轮机中，其是来自于再加热装置的蒸汽。排出蒸汽侧相应于蒸 汽在功率运行中从蒸汽轮机中离开的侧。在该描述的范围中应保持这些 术语，即使根据本发明为了起动恰好在排出蒸汽侧上供给蒸汽也是如 此。

本发明能够实现经由密封件为蒸汽管路系统供给蒸汽。因此能够选 择与新鲜蒸汽的或者再加热蒸汽的温度相比具有更低的温度的蒸汽。因 此在起动时在靠近排出蒸汽侧的区域中避免了开始阐述的高温的问题。 在蒸汽从排出蒸汽侧流向通向低压区域的连接管路时，不能够执行机械 功，因为蒸汽反向于在功率运行时通常的方向流动。因此不从蒸汽中提 取可能会引起蒸汽的冷却的大的能量。更确切地说，通过所谓的通风而 发生温度的提高。因此在蒸汽轮机中温度从排出蒸汽侧直至涡轮机部段 之间的区域提高。因此在蒸汽轮机中设定温度分布，所述温度分布至少 定性地相应于功率运行中的温度分布。

入流蒸汽供给管路在高压涡轮机中通常是新鲜蒸汽管路，在中压涡 轮机中通常是再加热蒸汽管路。在入流蒸汽供给管路中的可操控的阀门 通常是新鲜蒸汽阀或者再加热阀。

在一个实施方式中，蒸汽管路系统具有中间抽吸管路和/或阻断蒸汽 管路和/或水蒸气管路。在蒸汽轮机运行时在涡轮机壳体中充满与涡轮 机壳体的外部相比明显更高的蒸汽压力。涡轮机轴必须能够在穿引部中 尽可能无触碰地转动。因此在涡轮机壳体中在涡轮机轴和用于涡轮机轴 的穿引部之间不能够使用完全密封的密封件。通常使用迷宫式密封件作 为密封件。为此在涡轮机壳体上的穿引部中设有内装件，所述内装件在 一定程度上伸入到穿引部中，因此减小穿引部在特定的部位处的直径。 在涡轮机轴上存在表面安装件，所述表面安装件增大涡轮机轴在特定的 部位处的直径。内装件和表面安装件通常是薄板。涡轮机轴设置为，使 得固定在涡轮机轴上的表面安装件伸入到内装件之间的空间中。涡轮机 轴因此能够自由地转动。由于在涡轮机壳体中的与涡轮机壳体的周围环 境相比更高的蒸汽压力，蒸汽(由于密封件的作用以大幅减小的蒸汽量) 流动穿过穿引部、即流过内装件和表面安装件。在此，涡轮机壳体的蒸 汽压力沿朝着周围环境的方向下降。为了将损耗最小化，在密封件的不 同的区域中抽吸蒸汽并且将其在火力发电站中的其它的部位处使用。在 密封件的靠近涡轮机壳体的内部区域的区域中，在高压涡轮机的情况下 存在中间抽吸管路，所述中间抽吸管路朝向中间抽吸系统引导。在中压 涡轮机的情况下，通常不存在中间抽吸管路。在更外部经由阻断蒸汽管 路提取阻断蒸汽。水蒸气在密封件的位于更外部的、即沿着朝向涡轮机 壳体的外部的区域的方向位于更外部的区域中，经由水蒸气管路提取。 如在上文中所描述的那样，该蒸汽管路系统根据本发明此时也能够用于 在蒸汽轮机的排出蒸汽侧上供给蒸汽。

通向低压区域的连接管路优选安置、例如法兰安装在蒸汽抽取口处。 蒸汽抽取口总归位于蒸汽轮机的对于连接管路所期望的区域中。因此能 够避免直接位于蒸汽轮机上的其它内装件。

在一个实施方式中存在辅助蒸汽管路，借助于所述辅助蒸汽管路能 够给中间抽吸管路供给辅助蒸汽。因为中间抽吸管路通到中间抽吸系统 中，通常情况下用于低压涡轮机的排出蒸汽，所以应存在使中间抽吸管 路与中间抽吸系统分开的可能性，从而使辅助蒸汽不流到中间抽吸系统 中，而是经由密封件被提供用于蒸汽供给。

在一个实施方式中存在操控装置，以便为了起动而引起从排出蒸汽 侧到通向低压区域的连接管路的所期望的蒸汽流并且引起从入流蒸汽 侧到通向低压区域的连接管路的所期望的蒸汽流。这通常包括：阀门、 如新鲜蒸汽阀和再加热蒸汽阀在入流蒸汽供给管路中必须是相应地可 操控的并且存在相应的操控装置。同样地，在蒸汽管路系统中为了密封 需要相应地可操控的阀门。除此之外，需确定在蒸汽轮机系统中的不同 的部位上的压力，以便能够确定相应的蒸汽流。通过所描述的设备，能 够实现蒸汽轮机的在很大程度上自动化的起动。

本发明也涉及一种包括在上文中所描绘的蒸汽轮机系统的火力发电 站。这样的火力发电站能够简单地被起动从而被提供用于具有多次并且 必要时快速的功率提高的日益需要的运行。

本发明也涉及一种用于起动蒸汽轮机的方法。在此特别是涉及用于 起动在上文中所描绘的蒸汽轮机系统中的蒸汽轮机的方法。为了避免在 描述中重复，尽可能参照关于蒸汽轮机系统的描述，其中已经包含对相 应的方法的参考。用于起动蒸汽轮机的方法具有下述步骤：首先将蒸汽 轮机抽真空。随后将蒸汽轮机的中部区域与低压区域连接、特别是与冷 凝器连接。之后经由将涡轮机轴相对于涡轮机壳体密封的密封件供给蒸 汽。因此能够在排出蒸汽侧上给蒸汽轮机供给蒸汽。同样地，在蒸汽轮 机的入流蒸汽侧上实现计量地供给入流蒸汽，以便达到所期望的转速和 /或加速度和/或功率。在上述措施期间保证：同时，所期望的蒸汽流从 排出蒸汽侧流向蒸汽轮机的中部区域。如果例如供给过多的入流蒸汽， 那么在蒸汽轮机的中部区域中尽管所设置的连接管路仍会设定过高的 压力，使得从排出蒸汽侧到中部区域的蒸汽流可能会不期望地减小。在 该情况下，抑制入流蒸汽供给和/或经由密封件在排出蒸汽侧上更多地 供给蒸汽。如果达到蒸汽轮机的所期望的功率，那么结束经由密封件的 蒸汽供给并且将蒸汽轮机的中部区域与低压区域分开。为此通常关闭通 向低压区域的连接管路中的阀门。之后出现在功率运行中常见的蒸汽轮 机的从入流蒸汽侧到排出蒸汽侧的穿流。通过蒸汽轮机中的提高的压 力，也打开蒸汽抽取口中的止回阀，使得如通常在火力发电站的功率运 行中一样，在其它部位上使用涡轮机蒸汽的一部分。

在上文中所描述的对蒸汽轮机抽真空能够通过将蒸汽轮机的中部区 域与低压区域连接来进行。因此对蒸汽轮机抽真空并且将蒸汽轮机的中 部区域与低压区域连接的步骤基本上是一个单一的步骤。

在所述方法的一个设计方案中，特别是如果所述方法涉及起动高压 涡轮机，那么为了经由密封件供给蒸汽首先使中间抽吸管路与中间抽吸 系统分开、即在正常情况下使得到中压涡轮机的排出蒸汽的连接断开。 随后经由中间抽吸管路供给辅助蒸汽，使得蒸汽能够流入密封件中并且 从该处流向蒸汽轮机的排出蒸汽侧。

替选地，必要时也是附加地，不将辅助蒸汽供给到中间抽吸管路中， 而是经由阻断蒸汽供给装置来供给阻断蒸汽。在此同样地，将中间抽吸 管路与中间抽吸系统分开。经由阻断蒸汽供应装置也能够在排出蒸汽侧 上为蒸汽轮机供给蒸汽。对此通常在阻断蒸汽室中设定所期望的压力， 使得蒸汽流动穿过阻断蒸汽管路。

如已经提到的那样，能够使用新鲜蒸汽作为用于高压涡轮机的入流 蒸汽。同样已经描述的是：优选使用来自再加热装置的蒸汽作为用于中 压涡轮机的入流蒸汽。

蒸汽轮机的中部区域与低压区域的连接优选经由将抽取口与冷凝器 连接的管路中的阻断单元实现。因此省去在狭小的蒸汽轮机处设置另一 个管路的必要性。可行的是，经由抽取口建立到冷凝器的连接。通过阻 断单元能够在起动时如所描述的那样按愿望打开该连接，并且在其它情 况下保持关闭。

用于起动蒸汽轮机的该方法的一个变型形式提出：在将蒸汽轮机抽 真空之前以阻断蒸汽或者以经由中间抽吸管路供给的辅助蒸汽来进行 蒸汽处理。因此能够实现适度的第一预热。借助于辅助蒸汽经由中间抽 吸装置进行蒸汽处理通常仅在高压涡轮机中是可行的。

为了保证经由阻断蒸汽供给装置以所期望的方式供给蒸汽，能够在 阻断蒸汽室中设定所期望的压力。以这种方式和方法实现所期望的蒸汽 流。

附图说明

借助下面的附图再次详细描述本发明的细节。在附图中示出：

图1示出高压涡轮机的构造，其中为了起动而经由中间抽吸管路供 给辅助蒸汽，

图2示出高压涡轮机的构造，其中为了起动而使用阻断蒸汽，

图3示出中压涡轮机的构造，其中为了起动而使用阻断蒸汽。

具体实施方式

在图1中示出蒸汽轮机1，其中其在此是高压涡轮机。该蒸汽轮机 具有第一涡轮机部段2和第二涡轮机部段3。新鲜蒸汽管路4作为入流 蒸汽供给管路引向第一涡轮机部段2，在所述新鲜蒸汽管路中设置有新 鲜蒸汽阀5。因此能够为高压涡轮机1的入流蒸汽侧、即新鲜蒸汽侧6 计量地供给蒸汽。在高压涡轮机1的中部区域7上、即在第一涡轮机部 段2和第二涡轮机部段3之间的区域上安置有抽取口8。抽取口8经由 止回阀9引向未示出的预热器。止回阀9防止蒸汽从预热器穿过抽取口 8流到高压涡轮机1中。在抽取口8上安置有连接管路10、通常称为起 动管路。通过安装在连接管路10中的连接阀11根据需要建立或者断开 到未示出的冷凝器的连接。排出蒸汽侧12位于第二涡轮机部段3旁的 区域中。排出蒸汽管路13从该排出蒸汽侧引向排出蒸汽止回阀14。密 封件15在背离涡轮机部段3的一侧上连接到高压涡轮机1的排出蒸汽 侧12上，所述密封件将从涡轮机壳体到周围环境中的蒸汽流最小化。 可以看出的是，引入密封件15中的中间抽吸管路16。中间抽吸管路16 能够通过中间抽吸阀17来阻断。经由辅助蒸汽管路18能够为中间抽吸 管路16供给辅助蒸汽。除了中间抽吸管路16以外，阻断蒸汽管路19 首先连接到密封件15上并且在更外部水蒸气管路20连接到该密封件 上，阻断蒸汽或者水蒸气能够通过所述阻断蒸汽管路或水蒸气管路离 开。为了完整性应指出的是：另一个密封件15’存在于高压涡轮机1的 新鲜蒸汽侧6上。在该处也设置有中间抽吸管路16’、阻断蒸汽管路19’ 和水蒸气管路20’。

为了起动高压涡轮机1，选择下述处理方法：首先关闭中间抽吸阀 17，以便进行蒸汽处理。随后借助于辅助蒸汽对具有第一涡轮机部段2 和第二涡轮机部段3的高压涡轮机1进行蒸汽处理，所述辅助蒸汽经由 辅助蒸汽管路18引入到中间抽吸管路16中。蒸汽也经由中间抽吸管路 16’，经由密封件15’流向高压涡轮机1。因此进行高压涡轮机1的第一 预热。随后打开连接管路10中的连接阀11。因此完成对具有第一涡轮 机部段1和第二涡轮机部段3的高压涡轮机1抽真空。蒸汽因此能够从 高压涡轮机1的中部区域7经由抽取口8流入到通向冷凝器的连接管路 10中。随后经由辅助蒸汽管路18在特定的压力下供给期望的量的辅助 蒸汽，以便实现在高压涡轮机1的排出蒸汽侧12和中部区域7之间的 所期望的压力比。这引起通过箭头示出的、穿过第二涡轮机部段3从排 出蒸汽侧12到中部区域7的蒸汽流。通过计量地打开新鲜蒸汽阀5，所 期望的蒸汽量经由新鲜蒸汽管路4流向新鲜蒸汽侧6。此外，然后在新 鲜蒸汽侧6和中部区域7之间产生所期望的穿过第一涡轮机部段2的蒸 汽流，如通过箭头示出的那样。穿过第一涡轮机部段2的蒸汽流和穿过 第二涡轮机部段3的蒸汽流在中部区域7中结合并且随后一起流到抽取 口8中并且从该处经由连接管路10流向冷凝器。经由打开新鲜蒸汽阀5 能够设定第一涡轮机部段2中的所期望的转速和/或加速度和/或功率。 因此也能够实现：使排出蒸汽侧12和中部区域7之间的压力比保持所 期望的值。因此保证穿过第二涡轮机部段3的所期望的蒸汽流。只要在 第一涡轮机部段2中达到最低功率，那么终止经由辅助蒸汽管路18的 辅助蒸汽供给。打开中间抽吸阀17。关闭连接管路10中的连接阀11。 因此高压涡轮机1中的压力提高。这此外引起用于再加热的止回阀9由 于压力而自动打开。因此开始正常的功率运行，其中在新鲜蒸汽侧6上 通过新鲜蒸汽管路4供给新鲜蒸汽。蒸汽随后穿过第一涡轮机部段2和 第二涡轮机部段3流向排出蒸汽侧12并且进一步穿过排出蒸汽管路13 流经之后打开的排出蒸汽止回阀14。蒸汽的一部分从中部区域7经由抽 取口8提取并且经由打开的止回阀9流向未示出的预热器。需补充阐述 的是：在阻断蒸汽管路19、19’和水蒸气管路20、20’中在起动期间一些 蒸汽逸出，因为经由中间抽吸管路16、16’提供了较高的压力。

此时示出用于起动高压涡轮机1的另一种可能性。对此使用提高的 阻断蒸汽压力。如所看到的一样，图2的构造与图1的构造大致一致。 为了避免重复不再阐述相同的特征。区别仅在于：不存在用于供给中间 抽吸管路16的辅助蒸汽管路18，并且在起动时流入阻断蒸汽管路19、 19’中的蒸汽流具有不同的方向。用于起动高压涡轮机21的方法也是相 对类似的。在开始时也需关闭中间抽吸阀17。随后经由阻断蒸汽管路 19和19’对涡轮机部段2和3进行蒸汽处理。所有其余的步骤和处理方 法是相同的。当然，为了设定排出蒸汽侧12上的压力不需要设置辅助 蒸汽供给装置18，而是需相应地设定阻断蒸汽供给中的压力。对此相应 地选择未示出的阻断蒸汽室中的压力。

接下来借助图3示出中压涡轮机的起动。在图3中可以看到中压涡 轮机21。所述中压涡轮机具有第一涡轮机部段22和第二涡轮机部段23。 通过用作为入流蒸汽供给管路的再加热蒸汽管路24，来自于再加热装置 的蒸汽被引入到中压涡轮机21中。为了调节蒸汽流，安装到再加热蒸 汽管路24中的再加热阀25用作为可操控的阻断部。蒸汽在功率运行中 流向入流蒸汽侧26，在此也称作为再加热蒸汽侧。在功率运行中，通过 第一涡轮机部段22并且接着通过第二涡轮机部段23去除压力。在涡轮 机部段22和23之间存在中压涡轮机21的中部区域27。抽取口28穿过 止回阀29引向未示出的第二预热器。止回阀29防止在中压涡轮机中的 压力过低的情况下从预热器穿过抽取口28流入中压涡轮机21中的回 流。连接管路30、也称为起动管路从抽取口28引向冷凝器。在连接管 路30中存在连接阀31，借助于该连接阀，连接管路30能够与冷凝器连 接并且与其分开。在正常的功率运行中，蒸汽从中压涡轮机的排出蒸汽 侧32蒸汽从中压涡轮机的排出蒸汽侧32进入排出蒸汽管路33穿过排 出蒸汽止回阀34朝第二再加热装置流动。密封件35的区域连接到中压 涡轮机21的排出蒸汽侧32上。由于中压涡轮机21中的相对于高压涡 轮机1的更低的压力，在密封件35上没有连接中间抽吸管路。相应地， 如在高压涡轮机1中那样，在中压涡轮机21中阻断蒸汽管路39和水蒸 气管路40也连接到密封件35上。

为了起动中压涡轮机21，此时如下处理：首先以来自于管路39的 阻断蒸汽对具有第一涡轮机部段22和第二涡轮机部段23的中压涡轮机 21进行蒸汽处理。随后通过打开通向冷凝器的连接管路30中的连接阀 31抽真空。通过设定阻断蒸汽室中的所期望的压力而得到中压涡轮机 21的排出蒸汽侧32和中部区域27之间的所期望的压力比。因此出现所 期望的蒸汽流。与在起动高压涡轮机1的情况下类似，再加热阀25被 容易地打开，使得蒸汽从未示出的第一再加热装置穿过再加热蒸汽管路 24流入入流蒸汽侧26中。蒸汽从该处穿过第一涡轮机部段22流向中部 区域27。再加热阀25的打开进行为，使得达到中压涡轮机21的、更确 切地说第一涡轮机部段22的所期望的转速和/或加速度和/或功率。在达 到最低功率时，通过关闭连接阀31的方式，将连接管路30与冷凝器分 开。因此中压涡轮机21中的压力快速上升。由此打开止回阀34。在通 风受限的情况下有序地穿流中压涡轮机21的第一涡轮机部段22和第二 涡轮机部段23。这两个涡轮机部段22和23也能够称为转鼓22和23。

为了完整性还提出：密封件35’连接到入流蒸汽侧26’上。该密封件 将涡轮机壳体相对于入流蒸汽侧26上的涡轮机轴密封。相应地也可以 在此看到阻断蒸汽管路39’和水蒸气管路40’。在中压涡轮机21的上述 起动开始时，蒸汽也相应地穿过阻断蒸汽管路39’流向中压涡轮机21’。 只要蒸汽经由再加热蒸汽管路24流向入流蒸汽侧26进而在该处提高压 力，那么经由阻断蒸汽管路39’穿过密封件35’流向入流蒸汽侧26的蒸 汽流当然是非常低的或者等于零。

虽然本发明的细节通过优选的实施例来详细说明和描述，但是本发 明不受限于所公开的示例并且本领域技术人员能够从中推导出其它的 变型形式，而不会脱离本发明的保护范围。