有限容积工质全运行段高负荷率的透平系统及运行方法

摘要

本发明涉及有限容积工质全运行段高负荷率的透平系统及运行方法。本发明的透平系统，包括主轴，转轴上分别安装有高压缸、中压缸；所述高压缸的进汽端连接有第一管路，第一管路上安装有第一加热器；所述高压缸的排汽端与中压缸的进汽端之间连接有第二管路，第二管路上安装有第二加热器；所述第一管路上连接有调节阀，高压缸设置调节级；所述第一管路与中压缸的进汽端之间连接有调节旁路，调节旁路上连接有旁路阀；所述高压缸的排汽端与中压缸的排汽端之间连接有用于切换第二管路的切换管路，切换管路上连接有切换阀。本发明提供了一种满足发电时间段内全时间段都处于高负荷率运行的有限容积工质透平系统及运行方法。

说明书

技术领域

本发明属于能源系统技术领域，特别涉及有限容积工质全运行段高负荷率的透平系统及运行方法。

背景技术

压缩空气储能等储能项目通常在非发电时间段内，利用多余电能压缩工质至一有限容积内，在发电时间段内，要求大部分时间段都处于高负荷率运行模式。

然而，针对有限容积内工质特性，随着运行时间增加，其存储工质的装置内工质流量逐渐减少，在存储装置容积不变时工质压力将会逐渐减小，从而使进入透平装置前的压力逐渐减小，工质比容逐渐增加。假定进入透平的工质质量流量不变，则其容积流量会是初始状态的3倍甚至更多。

这时，如果按照透平常规的滑压设计运行方法，在主汽压力降低的情况下，与之匹配同步减少主汽质量流量，这样就会使透平负荷率大大减小，不满足储能项目在设计运行时间段内的发电负荷率要求。

本发明针对以上有限容积工质全运行段高负荷率的运行要求，与目前常规运行方式无法满足其负荷率要求而提出。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种满足发电时间段内全时间段都处于高负荷率运行的有限容积工质透平系统及运行方法。

本发明所采用的技术方案为：

有限容积工质全运行段高负荷率的透平系统，包括主轴，转轴上分别安装有高压缸、中压缸；所述高压缸的进汽端连接有第一管路，第一管路上安装有第一加热器；所述高压缸的排汽端与中压缸的进汽端之间连接有第二管路，第二管路上安装有第二加热器；所述第一管路上连接有调节阀，高压缸设置调节级；所述第一管路与中压缸的进汽端之间连接有调节旁路，调节旁路上连接有旁路阀；所述高压缸的排汽端与中压缸的排汽端之间连接有用于切换第二管路的切换管路，切换管路上设置切换阀。

从额定设计主汽压力至约80％额定主汽压力的阶段，压缩空气从储气装置中来，经过第一加热器吸热后通过高压缸进行膨胀做功，高压缸排汽进入第二加热器吸热，压缩空气吸热后进入中压缸进行膨胀做功。高压缸设置调节级，通过调节调节级进汽弧段的部分进气度。

主汽压力从80％额定主汽压力降低至30％额定主汽压力的阶段，高压缸进口到中压缸进口增设一条与第一管路并列的调节旁路，由旁路阀来控制并调节旁路流量。此时，高压缸与调节旁路形成并联结构，该并联结构与中压缸形成串联结构。因此，高压缸与中压缸在焓降段上仍然为串联结构。运行中，旁路阀需根据主汽压力的变化，逐步调节该旁路流量，维持高压缸的满负荷运行状态，在整个调节过程中，高压缸的调节阀始终处于全开状态。

主汽压力低于30％额定主汽压力的阶段，高压缸的进气端到中压缸的进气端增设一条与第一管路并列的调节管路，该调节管路中设置旁路阀，此时旁路阀始终处于全开状态。同时，高压缸的排汽端与中压缸的排汽端增设一条与第二管路并列的切换管路，该切换管路由切换阀来控制该管路的开启。切换阀完成后，随着主汽压力降低，控制调节阀开度逐渐增大以适应主汽压力降低与主气容积流量逐渐增大的幅度，此时中压缸始终处于阀门全开的满负荷运行状态。在结构上，高压缸与中压缸形成并联结构。高压缸的排汽端通流流量连通至中压缸的排汽端，原高压缸后连接的第二加热器切除。运行中，旁路阀保持全开状态，旁路阀前压力与主汽压力相同，因而随着主汽压力的降低，从旁路阀进入中压缸的质量流量不断减少，主汽压力的稳定与调节主要由高压缸的进口调节阀减小分流进入高压缸的通流流量而来。

作为本发明的优选方案，所述主轴上安装有变速箱和电机。

作为本发明的优选方案，所述主轴上还安装有第一低压缸和第二低压缸。

作为本发明的优选方案，所述中压缸的排汽端与第一低压缸的进汽端之间连接有第三管路，第三管路上安装有第三加热器。

作为本发明的优选方案，所述第一低压缸的排汽端与第二低压缸的进汽端之间连接有第四管路，第四管路上安装有第四加热器。

作为本发明的优选方案，所述第二低压缸的排汽端连接有第五管路。中压缸的排汽进入第三加热器吸热，压缩空气吸热后进入第一低压缸进行膨胀做功，第一低压缸排汽进入第四加热器吸热，压缩空气吸热后进入第二低压缸进行膨胀做功，第二低压缸排汽经第五管路至大气。

有限容积工质全运行段高负荷率的透平运行方法，包括以下步骤：

主汽压力降低的第一阶段，增大调节级进汽弧段的部分进气度，开大调节阀；

主汽压力降低的第二阶段，调节级调节到最大，调节阀处于全开，逐步开大旁路阀，使主汽旁通至中压缸进汽端；

主汽压力降低的第三阶段，旁路阀处于全开，用切换管路切除第二管路，控制调节阀以保证中压缸满负荷运行。通过切换管路将高压缸的排汽端与中压缸的排汽端进行连接，切换完成后随着主汽压力降低，控制调节阀开度逐渐增大以适应主汽压力降低与主气容积流量逐渐增大的幅度，此时中压缸始终处于阀门全开的满负荷运行状态。

作为本发明的优选方案，主汽压力降低的第一阶段为从额定设计主汽压力至约80％额定主汽压力的阶段。

作为本发明的优选方案，主汽压力降低的第二阶段为主汽压力从80％额定主汽压力降低至30％额定主汽压力的阶段；

作为本发明的优选方案，主汽压力降低的第三阶段为主汽压力低于30％额定主汽压力的阶段。

本发明的有益效果为：

本发明的可兼容已有的调节级配汽方式、补汽阀配汽方式与变工况时的滑压运行模式且通流设计方法无任何会引起通流效率降低的特殊设计方法。该设计运行方式可向下兼容滑压运行方式，同时可满足低主汽/气压力时的高负荷率要求。变负荷运行时，无需进行通流变更，仅通过调整高压缸、中压缸的并行切换方式，即可实现通流面积的大幅度增加。

附图说明

图1是主汽压力降低的第一阶段时透平系统的结构示意图；

图2是主汽压力降低的第二阶段时透平系统的结构示意图；

图3是主汽压力降低的第三阶段时透平系统的结构示意图。

图中：1-第一加热器；2-第二加热器；3-第三加热器；4-第四加热器；5-调节阀；6-高压缸；7-中压缸；8-变速箱；9-电机；10-第一低压缸；11-第二低压缸；12-旁路阀；13-切换阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1～图3所示，本实施例的有限容积工质全运行段高负荷率的透平系统，包括主轴，转轴上分别安装有高压缸6、中压缸7、变速箱8、电机9、第一低压缸10和第二低压缸11；所述高压缸6的进汽端连接有第一管路，第一管路上安装有第一加热器1；所述高压缸6的排汽端与中压缸7的进汽端之间连接有第二管路，第二管路上安装有第二加热器2；所述中压缸7的排汽端与第一低压缸10的进汽端之间连接有第三管路，第三管路上安装有第三加热器3，第一低压缸10的排汽端与第二低压缸11的进汽端之间连接有第四管路，第四管路上安装有第四加热器4，第二低压缸11的排汽端连接有第五管路。所述第一管路上连接有调节阀5，高压缸6设置调节级；所述第一管路与中压缸7的进汽端之间连接有调节旁路，调节旁路上连接有旁路阀12；所述高压缸6的排汽端与中压缸7的排汽端之间连接有用于切换第二管路的切换管路。

有限容积工质全运行段高负荷率的透平运行方法，包括以下步骤：

如图1所示，从额定设计主汽压力至约80％额定主汽压力的阶段，压缩空气从储气装置中来，经过第一加热器1吸热后通过高压缸6进行膨胀做功，高压缸6排汽进入第二加热器2吸热，压缩空气吸热后进入中压缸7进行膨胀做功，中压缸7排汽进入第三加热器3吸热，压缩空气吸热后进入第一低压缸10进行膨胀做功，第一低压缸10排汽进入第四加热器4吸热，压缩空气吸热后进入第二低压缸11进行膨胀做功，第二低压缸11排汽经第五管路排至大气。增大调节级进汽弧段的部分进气度，开大调节阀5，可调整通流面积约20％。

如图2所示，主汽压力从80％额定主汽压力降低至30％额定主汽压力的阶段，高压缸6进口到中压缸7进口增设一条与第一管路并列的调节旁路，由旁路阀12来控制并调节旁路流量。此时，高压缸6与调节旁路形成并联结构，该并联结构与中压缸7形成串联结构。因此，高压缸6与中压缸7在焓降段上仍然为串联结构。运行中，旁路阀12需根据主汽压力的变化，逐步调节该旁路流量，维持高压缸6的满负荷运行状态，在整个调节过程中，高压缸6的调节阀5始终处于全开状态。通过该透平设计运行方法，可调整通流面积约为设计工况的3倍左右。

如图3所示，主汽压力低于30％额定主汽压力的阶段，高压缸6的进气端到中压缸7的进气端增设一条与第一管路并列的调节管路，该调节管路中设置旁路阀。同时，高压缸6的排汽端与中压缸7的排汽端增设一条与第二管路并列的切换管路，该切换管路由切换阀13来控制该管路的开启。切换阀13完成切换后，随着主汽压力降低，控制调节阀5开度逐渐增大以适应主汽压力降低与主汽容积流量逐渐增大的幅度，此时中压缸7始终处于阀门全开的满负荷运行状态。

在结构上，高压缸6与中压缸7形成并联结构。高压缸6的排汽端通流流量连通至中压缸7的排汽端，原高压缸6后连接的第二加热器2切除。运行中，旁路阀12保持全开状态，旁路阀12前压力与主汽压力相同，因而随着主汽压力的降低，从旁路阀12进入中压缸7的质量流量不断减少，主汽压力的稳定与调节主要由高压缸6的进口调节阀5减小分流进入高压缸6的通流流量而来。即随着主汽压力降低，逐渐增大调节阀5的开度至全开状态，在此过程中中压缸7始终处于阀门全开的满负荷运行状态。通过该透平设计运行方法，可调整通流面积约为设计工况的3倍至更多，这个一定程度上取决于高压缸6与中压缸7原始设计通流面积。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。