專利名稱：發(fā)電廠的汽輪機系統(tǒng)的制作方法
發(fā)電廠的汽輪機系統(tǒng)本發(fā)明涉及一種發(fā)電廠的汽輪機系統(tǒng)以及一種有這種汽輪機系統(tǒng)的發(fā)電廠。核電廠例如用壓力水反應堆運行。在壓力水反應堆中設一些燃燒元件，其中釋放 通過原子衰變反應產(chǎn)生的熱。這種熱量被冷卻劑，例如水帶出，在鍋爐內(nèi)將水制成新汽。新 汽在新汽管內(nèi)輸往汽輪機，汽輪機與發(fā)電機耦合成為它的驅(qū)動器。通過新汽在汽輪機中一 直膨脹至冷凝壓力，驅(qū)動汽輪機和發(fā)電機發(fā)電。在汽輪機出口設冷凝器，膨脹后的蒸汽在冷 凝器中通過使用冷卻劑凝結(jié)并重新輸入鍋爐。此外，汽輪機有一個抽汽出口，通過它取出抽汽以進一步在核電廠中使用。汽輪機 的驅(qū)動功率取決于新汽的溫度和靜壓、在冷凝器內(nèi)的靜壓、進入汽輪機中的新汽質(zhì)量流量、 以及在規(guī)定的壓力水平下從汽輪機抽取的抽汽的質(zhì)量流量。為了控制新汽質(zhì)量流量(汽輪機功率)，在汽輪機上設新汽調(diào)整閥。在設計汽輪機 時規(guī)定一種額定運行狀態(tài)，與此同時確定了新汽的溫度和靜壓以及新汽質(zhì)量流量。在額定 運行狀態(tài)(汽輪機系統(tǒng)的驗證點)規(guī)定用100%的新汽質(zhì)量流量。然而在設計汽輪機時應 考慮一個運行范圍，它通過改變新汽溫度和靜壓以及新汽質(zhì)量流量確定。例如汽輪機針對 一種在上部負荷區(qū)內(nèi)有恒定的平均冷卻劑溫度的穩(wěn)態(tài)部分負荷運行設計。在這種部分負荷 運行時，得到鍋爐的一種用于上部負荷區(qū)的新汽壓力特征曲線，在反應堆功率增大時，特征 曲線有新汽漸降的靜壓(所謂“negative!· Gleitdruck(負滑移壓力)”)。此外，還應顧及 在與額定負荷運行相比增大新汽質(zhì)量流量時的運行條件(例如103%至107%新汽質(zhì)量流 量)。在這種情況下汽輪機用全開的新汽閥運行。這些運行條件要求在用100%新汽質(zhì)量 流量的額定運行狀態(tài)時新汽調(diào)整閥節(jié)流。在設計汽輪機時要考慮的另一種運行狀態(tài)其特征在于降低新汽靜壓。在這種運行 狀態(tài)下，在鍋爐/反應堆額定或較小的新汽量時新汽調(diào)整閥全開，從而發(fā)生新汽靜壓下降 并因而實現(xiàn)降低冷卻劑溫度(所謂“stretch-out運行”)。新汽靜壓下降導致增加單位新 汽容積，由此需要在額定運行狀態(tài)下新汽調(diào)整閥更強烈節(jié)流。汽輪機的功率驗證通常針對額定運行狀態(tài)，它只能通過節(jié)流新汽調(diào)整閥實施。汽 輪機在新汽閥節(jié)流時的運行有效性差，因此降低核電廠的熱效率。本發(fā)明的目的是，創(chuàng)建一種發(fā)電廠的汽輪機系統(tǒng)和具有這種汽輪機系統(tǒng)的發(fā)電 廠，其中，發(fā)電廠有高的熱效率。按本發(fā)明用于發(fā)電廠的汽輪機系統(tǒng)包括一臺汽輪機，它在其新汽進口有一個新 汽調(diào)整閥以及有一個抽汽出口，以及包括一個具有一個節(jié)流閥的新汽繞流管，它與新汽調(diào) 整閥進口以及與抽汽出口連接，用于從新汽調(diào)整閥上游向抽汽出口導引通過節(jié)流閥節(jié)流的 新汽，其中，有新汽調(diào)整閥的汽輪機以及有節(jié)流閥的新汽繞流管設計為，使汽輪機不僅在 100%新汽質(zhì)量流量的額定運行狀態(tài)，而且在超過100%新汽質(zhì)量流量的特殊運行狀態(tài)，均 能以全開的新汽調(diào)整閥運行，其中，在新汽調(diào)整閥進口處與額定運行狀態(tài)相比超過的新汽 質(zhì)量流量，可以經(jīng)由新汽繞流管在汽輪機旁流過，或在100%新汽質(zhì)量流量時降低新汽的靜 壓可以通過經(jīng)由新汽繞流管流過新汽質(zhì)量流量的一個事先規(guī)定的份額達到。因此鍋爐供應的超過100%新汽質(zhì)量流量的那一部分新汽，不直接輸入汽輪機，而
3是經(jīng)由新汽繞流管在新汽調(diào)整閥旁流過，以及以最高的靜壓輸入抽汽出口中。由此在汽輪 機額定運行時新汽調(diào)整閥全開，這樣不會由于新汽閥可能的節(jié)流造生效率損失。所述100% 新汽質(zhì)量流量相應于汽輪機額定運行狀態(tài)時的新汽質(zhì)量流量。此外，汽輪機需要取出少量抽汽或不取出抽汽，因為在新汽繞流管內(nèi)流經(jīng)汽輪機 旁的新汽輸入抽汽出口中。因此汽輪機系統(tǒng)在汽輪機的一個寬的運行范圍內(nèi)有高的熱效率。通過汽輪機系統(tǒng)有一個寬的運行范圍，發(fā)電廠有能力參與電網(wǎng)的頻率調(diào)整/支 持。若發(fā)電廠例如是核電廠，則無需改造汽輪機，通過汽輪機系統(tǒng)以適當?shù)倪\行方式可以利 用核電廠可能的功率儲備，在這種情況下，汽輪機系統(tǒng)在額定運行狀態(tài)有高的熱效率。此外，核電廠有較高的運行靈活性，因此可以在核電廠內(nèi)推遲燃料更換，從而可以 達到更徹底地燃耗燃料棒。在這里，核電廠實施所謂的“stretch-out運行”，其中可以通過 降低新汽壓力達到更高的反應性。尤其是，若汽輪機是一種有低新汽狀態(tài)并因而減小膨脹梯度的飽和蒸汽機，則按 本發(fā)明的汽輪機系統(tǒng)有高的熱效率。在按本發(fā)明的汽輪機系統(tǒng)中，汽輪機在100%新汽質(zhì)量 流量的額定運行狀態(tài)下以全開的新汽調(diào)整閥運行，所以在汽輪機系統(tǒng)的一個寬的運行范圍 內(nèi)，在額定運行狀態(tài)不需要規(guī)定新汽調(diào)整閥節(jié)流。這是有利的，因為在額定運行狀態(tài)新汽調(diào) 整閥的節(jié)流，已經(jīng)可算出在反應堆功率相同時汽輪機功率降低0. 13%。因此，在額定運 行狀態(tài)避免新汽調(diào)整閥節(jié)流，基于汽輪機系統(tǒng)高的效率導致發(fā)電廠的功率增益。此外，在功率驗證時提高了按本發(fā)明的汽輪機系統(tǒng)熱力學保險系數(shù)，因為可以取 消新汽調(diào)整閥相應的節(jié)流。優(yōu)選地，新汽質(zhì)量流量在特殊運行狀態(tài)是額定運行狀態(tài)新汽質(zhì)量流量的102%至 115%。因此若發(fā)電廠是核電廠，發(fā)電廠可以在穩(wěn)定運行期間持續(xù)利用反應堆/鍋爐可能 的功率儲備，或與之不同在鑒于頻率調(diào)整/頻率支持需要時將其利用于短期釋出功率。優(yōu)選地，汽輪機系統(tǒng)有一個具有快速關閉閥的新汽管，它為了將新汽質(zhì)量流量供 給新汽調(diào)整閥與之連接，其中，新汽繞流管在新汽調(diào)整閥與新汽管快速關閉閥之間與新汽 管連接。由此，新汽繞流管在新汽管快速關閉閥的下游從新汽管分路，因此新汽繞流管也 得到新汽管快速關閉閥的保護。此外優(yōu)選地，在新汽繞流管內(nèi)的快速關閉閥設計為有保險功能的調(diào)整閥。由此有 利地在新汽繞流管內(nèi)只需要設單個閥。與之不同，優(yōu)選地，新汽繞流管連接在快速關閉閥的上游。此外優(yōu)選地，為了雙重 保險新汽調(diào)整閥是一種具有保險功能快速關閉的調(diào)整閥。在這種情況下有利地，管路連接 可以簡單地完成，以及為了閥的測試運行不需要相應地變更，從而抑制因變更引起的限制。此外優(yōu)選地，新汽進口處設一個快速關閉閥，以及新汽繞流管有一個快速關閉閥， 它安裝在節(jié)流閥上游。借此，除了新汽管中的快速關閉閥外，附加地在其新汽進口處保護汽輪機和保護
繞流管。優(yōu)選地，新汽繞流管的快速關閉閥與新汽進口處的快速關閉閥耦合，所以新汽繞流管的快速關閉閥通過新汽進口處的快速關閉閥觸發(fā)。由此，在新汽進口處的和新汽繞流管的快速關閉閥同步觸發(fā)，從而使汽輪機的運 行更安全。此外優(yōu)選地，節(jié)流閥與抽汽出口耦合，所以節(jié)流閥將新汽節(jié)流至抽汽出口中的抽 汽壓力。由此使經(jīng)由新汽繞流管的旁路質(zhì)量流量由節(jié)流閥調(diào)整，從而在新汽調(diào)整閥全開時 可以在新汽管內(nèi)調(diào)整反應堆/鍋爐所要求的新汽壓力。優(yōu)選地，汽輪機系統(tǒng)有一個抽汽管，它與抽汽出口連接以及新汽繞流管匯入抽汽管內(nèi)。按本發(fā)明具有這種汽輪機系統(tǒng)的發(fā)電廠，為了過熱新汽有一個可將抽汽輸入其中 的中間過熱器。這種汽輪機系統(tǒng)有新汽繞流管，通過它和節(jié)流閥將新汽供給抽汽。由此為了過熱 新汽，將經(jīng)由新汽繞流管在汽輪機旁流過的新汽供給中間過熱器，因而使發(fā)電廠有高的熱 效率。優(yōu)選地，中間過熱器設計為兩級。在導致節(jié)流的旁路質(zhì)量流量直接引入汽輪機之前，通過中間過熱器第一級附加的 加熱用蒸汽的需求，可以引起明顯增大的旁路質(zhì)量流量。此外優(yōu)選地，在抽汽出口處設止回閥，新汽繞流管匯入其上游。由此有利地抑制在抽汽出口處從外部施加的高壓造成朝抽汽出口方向的回流。下面借助所附示意圖說明按本發(fā)明的汽輪機系統(tǒng)優(yōu)選的實施例。其中

圖1和2示意表示按本發(fā)明的汽輪機系統(tǒng)和按本發(fā)明的發(fā)電廠第一種實施例；以 及圖3示意表示按本發(fā)明的汽輪機系統(tǒng)第一種實施例。由圖1和2可以看出，汽輪機系統(tǒng)100有一臺汽輪機110和一臺汽輪機111。汽輪 機110和111有一個用于新汽進入的新汽進口 112至115，以及有一個用于取出抽汽的抽汽 出口 116。為了調(diào)整向汽輪機110和111的新汽輸送，在新汽進口 112至115處設新汽調(diào)整 閥117至120。為了保護新汽進口 112至115和汽輪機，快速關閉閥121至124與之連接。此外，汽輪機系統(tǒng)100有新汽管125至128，它們分別與新汽進口 112至115連接。 此外在抽汽出口 116設抽汽管129。汽輪機系統(tǒng)100有一個新汽繞流管130，它與新汽調(diào)整閥117至120的進口和與抽 汽出口 116連接，所以在新汽繞流管130內(nèi)，新汽可以從新汽調(diào)整閥117至120的進口到抽 汽出口 116在汽輪機110和111旁繞流過。與之不同，按圖3，新汽繞流管130連接在快速 關閉閥上游。在新汽繞流管130內(nèi)沿流動方向看首先設一個快速關閉閥131，接著設一個節(jié)流 閥132。快速關閉閥131與快速關閉閥121耦合，所以這兩個快速關閉閥121至124和131 在相應地遇到一種觸發(fā)事件時(例如過轉(zhuǎn)速)同步觸發(fā)。節(jié)流閥132根據(jù)新汽繞流管130 下游的蒸汽壓力進行調(diào)整，使得從新汽調(diào)整閥117至120進口到抽汽出口 116的新汽被節(jié)流。在新汽調(diào)整閥117至120的出口設新汽管125至128，其中提供用于運行汽輪機110和111的新汽。在新汽管125至128內(nèi)設快速關閉閥146至149，用于保護新汽進口和 汽輪機。此外，在抽汽管129內(nèi)設止回閥170和171，借助它們可以抑制抽汽管129內(nèi)回流。新汽繞流管130在快速關閉閥146至149與新汽調(diào)整閥117至120之間的新汽管 125至128中分路，以及匯入止回閥170與抽汽出口 116之間的抽汽管129內(nèi)。為了調(diào)整新汽管125至128內(nèi)的壓力，平行于快速關閉閥146至149設調(diào)整閥150 和 151。此外，汽輪機系統(tǒng)100有中間過熱器140和141，它們分別有一個第一中間過熱器 級142和143以及一個第二中間過熱器級144和145。在止回閥170下游，從抽汽管129分 路出第二熱蒸汽管162和163，抽汽在其中導向第一中間過熱器級142和143。在第二中間 過熱器級144和145處設第一熱蒸汽管160和161用于輸入新汽，新汽在快速關閉閥146 至149上游輸入新汽管125至128。
權利要求
1.一種用于發(fā)電廠的汽輪機系統(tǒng)，包括一臺汽輪機(110、111)，它在其新汽進口 (112-115)有新汽調(diào)整閥(117-120)以及有一個抽汽出口(116)，以及包括一個具有一個節(jié) 流閥(132)的新汽繞流管(130)，該新汽繞流管(130)與新汽調(diào)整閥(117-121)進口以及與 抽汽出口(116)連接，用于從新汽調(diào)整閥(117-120)上游向抽汽出口(116)導引通過節(jié)流 閥(132)節(jié)流的新汽，其中，帶有新汽調(diào)整閥(117-120)的汽輪機(110、111)以及帶有節(jié)流 閥(132)的新汽繞流管(130)設計為，使汽輪機(110、111)不僅在100%新汽質(zhì)量流量的 額定運行狀態(tài)，而且在超過100%新汽質(zhì)量流量的特殊運行狀態(tài)，均能以全開的新汽調(diào)整閥 (117-120)運行，其中，在新汽調(diào)整閥(117-120)進口處與額定運行狀態(tài)時相比超過的新汽 質(zhì)量流量，可以經(jīng)由新汽繞流管(130)在汽輪機(110、111)旁繞流過，或在100%新汽質(zhì)量 流量時，可以通過經(jīng)由新汽繞流管(130)使新汽質(zhì)量流量的一個事先規(guī)定的份額繞流來降 低新汽的靜壓。
2.按照權利要求1所述的汽輪機系統(tǒng)，其中，所述特殊運行狀態(tài)的新汽質(zhì)量流量是額 定運行狀態(tài)新汽質(zhì)量流量的102%至115%。
3.按照權利要求1或2所述的汽輪機系統(tǒng)，其中，所述汽輪機系統(tǒng)(100)有具有快速 關閉閥(146-149)的新汽管(125-128)，該新汽管(125-128)為了將新汽質(zhì)量流量供給新汽 調(diào)整閥(117-120)而與之連接，其中，所述新汽繞流管(130)在所述新汽調(diào)整閥(117-120) 與所述新汽管(125-128)的快速關閉閥(146-149)之間與所述新汽管(125-128)連接或與 所述快速關閉閥(146-149)下游連接。
4.按照權利要求3所述的汽輪機系統(tǒng)，其中，在所述新汽進口(112-115)處設有快速關 閉閥(121-124)，以及所述新汽繞流管(130)有一個安裝在節(jié)流閥(132)上游的快速關閉閥 (131)。
5.按照權利要求4所述的汽輪機系統(tǒng)，其中，新汽繞流管(130)的快速關閉閥(131)與 新汽進口(112-115)處的快速關閉閥(121-124)耦合，使得新汽繞流管(130)的快速關閉 閥(131)能夠通過所述新汽進口(112-115)處的快速關閉閥(121-124)觸發(fā)。
6.按照權利要求5所述的汽輪機系統(tǒng)，其中，所述節(jié)流閥(132)與抽汽出口(116)耦 合，使得節(jié)流閥(132)能夠?qū)⑿缕?jié)流至抽汽出口(116)中的抽汽壓力。
7.按照權利要求1至6之一所述的汽輪機系統(tǒng)，其中，所述汽輪機系統(tǒng)(100)有一個抽 汽管(129)，該抽汽管(129)與所述抽汽出口(116)連接以及所述新汽繞流管(130)匯入該 抽汽管(129)內(nèi)。
8.一種有一個按照權利要求1至7之一所述汽輪機系統(tǒng)(100)的發(fā)電廠，其中，為了過 熱新汽，發(fā)電廠有可將抽汽輸入其中的中間過熱器(140、141)。
9.按照權利要求8所述的發(fā)電廠，其中，所述中間過熱器(140、141)設計為兩級式中間 過熱器。
10.按照權利要求8或9之一所述的發(fā)電廠，其中，在所述抽汽出口(116)處設有止回 閥(170、171)，所述新汽繞流管(130)匯入所述止回閥(170、171)的上游。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)電廠的汽輪機系統(tǒng)，包括一臺汽輪機，它在其新汽進口有一個新汽調(diào)整閥以及有一個抽汽出口，以及包括一個具有一個節(jié)流閥的新汽繞流管，它與新汽調(diào)整閥進口以及與抽汽出口連接，用于從新汽調(diào)整閥上游向抽汽出口導引通過節(jié)流閥節(jié)流的新汽，其中，有新汽調(diào)整閥的汽輪機以及有節(jié)流閥的新汽繞流管設計為，使汽輪機不僅在100％新汽質(zhì)量流量的額定運行狀態(tài)，而且在超過100％新汽質(zhì)量流量的特殊運行狀態(tài)，均能以全開的新汽調(diào)整閥運行，其中，在新汽調(diào)整閥進口處與額定運行狀態(tài)相比超過的新汽質(zhì)量流量，可以經(jīng)由新汽繞流管在汽輪機旁流過，或在100％新汽質(zhì)量流量時降低新汽的靜壓可以通過經(jīng)由新汽繞流管流過新汽質(zhì)量流量一個事先規(guī)定的份額達到。一種有所述汽輪機系統(tǒng)的發(fā)電廠為了過熱新汽，有一個可將抽汽輸入其中的中間過熱器。
文檔編號F01K3/18GK102007274SQ200980113249
公開日2011年4月6日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權日2008年4月14日
發(fā)明者卡斯滕·格雷伯, 卡斯滕·韋斯, 諾伯特·欣德勒 申請人:西門子公司