Турбинный регулировочный блок с регулятором термической нагрузки в качестве основного регулятора
Изобретение относится к турбинному регулировочному блоку (1) для регулировки турбины (6, 8, 10), в частности для регулировки запуска турбины (6, 8, 10), осуществлённому в виде каскадного регулятора с основным регулятором (2) и с внутренним регулятором (3), причём основным регулятором является регулятор (2) термической нагрузки для температуры испытывающих термические нагрузки конструктивных элементов. При этом указанный турбинный регулировочный блок (1) предназначен для раздельного регулирования отдельных турбин, в частности турбины (6) высокого давления, турбины (8) среднего давления и турбины (10) низкого давления. Изобретение позволяет уменьшить задержки при запуске турбины, с одновременным воспрепятствованием повреждению конструктивных элементов. Изобретение относится также к соответствующему способу. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.
При запуске турбин, в частности паровых турбин, для предотвращения повреждений конструктивных элементов необходимо предотвращать слишком быстрый подъём температуры. Поэтому осуществляется контроль за температурой термически нагруженных конструктивных элементов. Если значения температур или подъём температуры превышают заданное значение, то на регулятор мощности турбины оказывается воздействие с целью приостановки повышения мощности. Вследствие этого, иногда имеют место задержки при запуске турбины.
В документе GB 2 074 757 А раскрыт способ и устройство для регулировки термической нагрузки на конструктивные элементы паровой турбины при максимальных скоростях нарастания нагрузки и снижения нагрузки во время запуска, останова и других периодов изменения нагрузки. На основании зарегистрированных и производных величин рассчитывается скорость нарастания нагрузки для каждого из множества предварительно выбранных конструктивных элементов турбины, и для осуществления процесса регулирования выбирается минимальная скорость. Одновременно режим работы подачи пара на турбину автоматически ориентируется либо на режим работы по части дуги, либо на режим работы по полной дуге, по необходимости, для уменьшения нагрузки.
В документе US 4,208,060 А представлена контрольная система для генератора паровой турбины с определённой очерёдностью микрокомпьютерных подсистем, которые интерактивно взаимодействуют с традиционной аналоговой электрогидравлической регулирующей системой, для осуществления возможности управления и контроля во время всех фаз работы турбинного генератора.
В документе US 2006/233637 A1 раскрыт турбинный пусковой регулятор с регулировочным блоком оптимального пуска для выдачи прогноза термической нагрузки, которая определяется в роторе турбины во время периода прогноза, исходя из актуального времени, на будущее, причём интенсивность ускорения турбины и интенсивность роста нагрузки используются в качестве регулируемых величин.
В документе US 5,044,152 А раскрыт способ приведения в действие комбинированной силовой станции с газотурбинной системой и испарителем, при котором из тепла отводимого от турбины газа генерируется пар и подаётся на паровую турбину, которая посредством полученного таким образом пара приводится в действие. Впуск в газотурбинную систему регулируется на основании состояния испарителя или паровой турбины.
Задачей изобретения является максимальное устранение, по меньшей мере, уменьшение этих задержек и одновременное воспрепятствование повреждению конструктивных элементов. Эта задача решается, в частности, посредством независимых пунктов формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения предлагают предпочтительные варианты усовершенствования.
В соответствии с изобретением предлагается турбинный регулировочный блок для регулировки турбины, в частности, для регулировки запуска турбины, осуществлённый в виде каскадного регулятора.
Как правило, под каскадным регулятором понимается регулятор, у которого, по меньшей мере, два контура регулирования включены друг в друга. При этом имеется внешний контур регулирования, так называемый основной регулятор. Его задача передавать для внутреннего контура регулирования, то есть для подчинённого контура регулирования, заданные значения или, по меньшей мере, оказывать воздействие.
В данном случае в качестве основного регулятора имеется регулятор термической нагрузки для температуры испытывающих термические нагрузки конструктивных элементов. Основной регулятор имеет, таким образом, задачу передавать заданные значения для внутреннего контура регулирования или воздействовать таким образом, чтобы была предотвращена чрезмерная термическая нагрузка. До настоящего времени обычно при запуске турбины мощность, точнее сказать, увеличение мощности, регулировалось посредством регулятора для мощности турбины. Для предотвращения чрезмерной термической нагрузки производится измерение температуры и, в случае чрезмерной термической нагрузки, запуск приостанавливается. То есть прерывается увеличение мощности. Таким образом, предотвращается чрезмерная термическая нагрузка на конструктивные элементы, однако, разумеется, следует учесть потери во времени, пока турбина не сможет достичь желаемой мощности.
Если, напротив, как предусмотрено в соответствии с изобретением, регулятор термической нагрузки для температуры испытывающих термические нагрузки конструктивных элементов предусматривается в качестве основного регулятора, то можно добиться того, что допустимая термическая нагрузка будет полностью исчерпана, то есть, к примеру, при запуске увеличение мощности турбины выбирается максимально высоким, без превышения допустимой термической нагрузки на конструктивные элементы. То есть мощность может быть увеличена быстрее, и быстрее может быть достигнута заданная мощность турбины.
Наряду с осуществлённым в качестве основного регулятора регулятором термической нагрузки всегда имеется ещё и внутренний регулятор. Регулятор термической нагрузки передаёт на внутренний регулятор соответствующее заданное значение для регулировки турбины таким образом, чтобы допустимая термическая нагрузка не была превышена.
Изобретение ориентируется, прежде всего, на паровые турбины, у которых термическая нагрузка, прежде всего, термическая нагрузка при запуске, представляет собой важнейшую проблему. Однако не следует исключать и того, что изобретение используется, к примеру, и в газовых турбинах.
Под внутренним регулятором в важном варианте осуществления понимается турбинный регулятор, в частности, регулятор мощности турбины. Такие турбинные регуляторы известны в уровне техники и очень хорошо подходят для регулирования турбин, в частности, при запуске турбины. Регулятор термической нагрузки передаёт в этом случае на внутренний регулятор заданное значение для мощности турбины. Как будет пояснено далее более детально, при этом речь может идти и о заданном значении для повышения мощности.
Главным случаем применения является запуск турбины. Однако возможно также, к примеру, в режиме работы с полной нагрузкой посредством регулятора термической нагрузки, осуществлённого в виде ведущего регулятора, предотвращать перегревы.
В большинстве случаев имеется блок расчёта термической нагрузки для подачи на регулятор термической нагрузки, по меньшей мере, одного заданного значения. Блок расчёта термической нагрузки рассчитывает, чаще всего, на основании сохранённых в банках данных значений, допустимость повышения температуры.
В важном варианте осуществления изобретения регулятор термической нагрузки предназначен для такой регулировки турбины, чтобы заданный во времени подъём температуры, то есть, определённый подъём температуры в единицу времени, не был превышен. Решающим, в частности, при запуске турбины является, как правило, непревышение абсолютной температуры. При этом нельзя отрицать, что, разумеется, имеет место значение температуры, которое не должно быть превышено. Во время запуска, однако, для предотвращения недопустимых нагрузок на материал, решающим является недопущение слишком быстрого подъёма температуры. Поэтому регулятор термической нагрузки обычно должен обеспечивать не слишком быстрый подъём температуры.
Возвращаясь к уже упомянутому блоку расчёта термической нагрузки, это означает, соответственно, что блок расчёта термической нагрузки на основании зарегистрированных значений температуры и их последовательности во времени может сделать заключение о подъёме температуры. Далее этот подъём температуры может быть сравнён с сохранёнными данными. Это позволяет определить может ли подъём температуры увеличиваться, должен ли он быть уменьшен или должен оставаться на том же уровне. Эта информация может быть передана на регулятор термической нагрузки. На основании этой информации регулятор термической нагрузки может генерировать соответствующее заданное значение для внутреннего регулятора.
В варианте осуществления изобретения регулятор термической нагрузки осуществлён для предотвращения термической нагрузки, которую вызывают перепады температур. Иногда термическая нагрузка выявляется также на основании перепадов температур внутри конструктивного элемента или перепадов температур различных конструктивных элементов. Так, к примеру, проблемой может являться, если лопатки турбины, вследствие нагревания, расширяются, а корпус турбины, ввиду более медленного нагрева, расширяется медленнее. Поэтому, иногда перепады температур, которые способствуют появлению термической нагрузки, следует распознать и предотвратить посредством регулирования.
В варианте осуществления изобретения регулятор мощности турбины осуществлён для генерирования заданных значений для позиционного регулятора, которые могут регулировать положение установочных клапанов. Установочные клапана оказывают существенное воздействие на соответствующие проходящие потоки пара и, тем самым, на мощность или на характеристику мощности турбины. В данном варианте осуществления турбинный регулировочный блок выполнен, соответственно, с возможностью двукратного каскадного переключения. Сначала регулятор термической нагрузки является вышестоящим основным регулятором, который генерирует заданные значения для регулятора мощности турбины. Регулятор мощности турбины опять же генерирует заданные значения для установочного регулятора.
В варианте осуществления изобретения турбинный регулировочный блок осуществлён для раздельного регулирования отдельных турбин, в частности, турбины высокого давления, турбины среднего давления и турбины низкого давления. Таким образом, следует считаться с тем, что, прежде всего, ввиду различных термических нагрузок, мощность может повышаться различным образом. Правда, в большинстве случаев полностью раздельное регулирование не может быть реализовано. Даже если в распоряжении имеются различные пути прохождения пара, на основании того ограничительного условия, что пар проходит из турбины высокого давления в турбину среднего давления, а оттуда в турбину низкого давления, выявляются определённые зависимости мощностей отдельных турбин. Тем не менее, предпочтительной является возможность, в основном, раздельного регулирования отдельных турбин. Это позволяет, к примеру, обеспечить возможность более быстрого повышения мощности одной турбины, в то время как для предотвращения возникновения нежелательной термической нагрузки мощность другой турбины следует увеличивать медленнее.
В варианте осуществления изобретения в различных местах турбины, в частности, на турбине высокого давления и/или на турбине среднего давления установлены датчики температуры. Под турбиной высокого давления и под турбиной среднего давления понимаются более сильно термически нагруженные конструктивные элементы, так что, прежде всего, там необходимы датчики температуры. Во многих случаях, однако, имеет смысл также установить датчики температуры и в турбину низкого давления.
Изобретение относится также к способу регулировки турбины с каскадным регулятором, включающим в себя основной регулятор и внутренний регулятор, причём основной регулятор регистрирует термическую нагрузку на турбину и передаёт на внутренний регулятор такие заданные значения, что нежелательная термическая нагрузка на турбину предотвращается. От других пояснений способа в данном случае можно отказаться и сослаться на пояснения описанного выше турбинного регулировочного блока, которые могут быть использованы для осуществления способа.
В варианте осуществления способа предусмотрено, что основной регулятор регистрирует термическую нагрузку на турбину посредством подъёма температуры во времени, то есть посредством подъёма температуры в единицу времени, и определяет следующую из этого термическую нагрузку, причём при слишком высокой термической нагрузке на внутренний регулятор передаётся заданное значение для снижения подъёма мощности турбины, при термической нагрузке в пределах заданного диапазона передаётся заданное значение для возможного сохранения подъёма мощности и при термической нагрузке ниже заданного значения передаётся заданное значение для возможного увеличения подъёма мощности. Понятно, что слишком высокая термическая нагрузка в данном случае не должна означать, что термическая нагрузка уже недопустимо высока. Слишком высокая термическая нагрузка означает лишь то, что превышено пограничное значение для регулировки. Посредством регулировки недопустимо высокая термическая нагрузка должна быть предотвращена. Такое регулирование позволяет осуществить быстрый запуск турбины без недопустимо высокой термической нагрузки.
Изобретение поясняется на основе единственной фигуры, которая схематично демонстрирует турбинный регулировочный блок, а также другие детали.
На фигуре показан турбинный регулировочный блок 1. Регулятор 2 термической нагрузки служит в качестве основного регулятора и передаёт заданные значения на внутренний регулятор, который выполнен в виде регулятора мощности турбины. Перед регулятором 2 термической нагрузки подключён блок 4 расчёта термической нагрузки. Он анализирует сигналы, которые получает от датчиков 5 температуры для турбины 6 высокого давления и от датчиков 7 температуры для турбины 8 среднего давления. Даже если на фигуре, соответственно, схематично представлен лишь один датчик температуры, то, тем не менее, речь реально идёт о нескольких датчиках температуры. На основании сигналов датчиков 5 и 7 температуры блок 4 расчёта термической нагрузки при помощи сохранённых данных определяет термическую нагрузку на турбину 6 высокого давления, на турбину 8 среднего давления и на турбину 10 низкого давления. При этом рассматривается, прежде всего, подъём температуры во времени, который для предотвращения слишком сильной термической нагрузки не должен быть слишком высоким.
Блок 4 расчёта термической нагрузки передаёт на регулятор 2 термической нагрузки информацию о том, что термическая нагрузка может быть повышена, должна оставаться прежней или должна быть понижена. В зависимости от этого, регулятор 2 термической нагрузки передаёт на регулятор 3 мощности турбины соответствующие заданные значения, в зависимости от того, должен ли подъём мощности турбины быть понижен, повышен или же должен удерживаться на том же уровне. Для турбины 6 высокого давления, турбины 8 среднего давления и турбины 10 низкого давления это осуществляется, соответственно, раздельно.
Регулятор 3 мощности турбины передаёт соответствующие заданные значения на позиционный регулятор 11. Позиционный регулятор 11 регулирует на базе переданных заданных значений положение установочного клапана 12 свежего пара, который оказывает воздействие на подачу пара к турбине 6 высокого давления, положение перехватывающего установочного клапана 13, который оказывает воздействие на подачу пара к турбине 8 среднего давления и положение впускного клапана 14 свежего пара, который оказывает воздействие на подачу пара для турбины 10 низкого давления.
На установочном клапане 12 свежего пара находится прибор 15 для измерения положения, на перехватывающем установочном клапане 13 прибор 16 для измерения положения и на впускном клапане 14 свежего пара прибор 17 для измерения положения. Приборы 15, 16 и 17 для измерения положения передают значения на позиционный регулятор 11. Таким образом, позиционный регулятор 11 имеет информацию о том, приняли ли установочный клапан 12 свежего пара, перехватывающий установочный клапан 13 и впускной клапан 14 свежего пара соответствующие заданные положения или же необходимо открытие или закрытие.
В этом месте следует кратко остановиться на варианте упрощённого парового замкнутого контура. Выходящий из турбины 10 низкого давления влажный пар конденсируется в конденсаторе 18. Образующаяся при этом вода посредством насоса 19 для питательной воды проводится в парогенератор 20. Оттуда пар через установочный клапан 12 свежего пара попадает к турбине 6 высокого давления. Выходящий из турбины высокого давления пар нагревается в промежуточном перегревателе 26. Из промежуточного перегревателя 26 пар через перехватывающий установочный клапан 13 проходит в турбину 8 среднего давления. После снятия давления в турбине 8 среднего давления пар проходит в турбину 10 низкого давления. При этом, в зависимости от степени открытия впускного клапана 14 свежего пара, может быть добавлен пар, выходящий из парогенератора 20.
Турбина 6 высокого давления, турбина 8 среднего давления и турбина 10 низкого давления совместно приводят в действие генератор 21. Его мощность определяется посредством прибора 22 для измерения мощности и передаётся на регулятор 3 мощности турбины. Далее предусмотрен прибор 23 для измерения частоты вращения, который обеспечивает регулятору 3 мощности турбины частоту вращения турбины и генератора 21.
В направлении потока за установочным клапаном 12 свежего пара находится прибор 24 для измерения давления, за перехватывающим установочным клапаном 13 прибор 25 для измерения давления и за впускным клапаном 14 свежего пара прибор 27 для измерения давления. Соответствующие зарегистрированные значения давления передаются на регулятор 3 мощности турбины.
Несмотря на то, что изображение в деталях проиллюстрировано и описано посредством предпочтительного примера осуществления, оно не ограничивается представленными примерами, и специалистом, на основании этого, могут быть сформулированы другие варианты, без нарушения объёма правовой защиты изобретения.
1. Турбинный регулировочный блок (1) для регулировки турбины (6, 8, 10), выполненный в виде каскадного регулятора с основным регулятором и с внутренним регулятором, причём основным регулятором является регулятор (2) термической нагрузки для температуры испытывающих термические нагрузки конструктивных элементов, при этом указанный турбинный регулировочный блок предназначен для раздельного регулирования отдельных турбин, в частности, турбины (6) высокого давления, турбины (8) среднего давления и турбины (10) низкого давления.
2. Регулировочный блок по п.1, отличающийся тем, что внутренний регулятор выполнен в виде турбинного регулятора, в частности, в виде регулятора (3) мощности турбины.
3. Регулировочный блок по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он содержит блок (4) расчёта термической нагрузки для подачи на регулятор (2) термической нагрузки, по меньшей мере, одного заданного значения.
4. Регулировочный блок по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что регулятор (2) термической нагрузки предназначен для такой регулировки турбины (6, 8, 10), чтобы не было превышено заданное значение повышения температуры во времени.
5. Регулировочный блок по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что регулятор (2) термической нагрузки предназначен для предотвращения термической нагрузки, которую инициируют перепады температур.
6. Регулировочный блок по любому из пп. 2-5, отличающийся тем, что регулятор (3) мощности турбины выполнен с возможностью генерирования заданных значений для позиционного регулятора (11), которые регулируют положение установочных клапанов (12, 13, 14).
7. Регулировочный блок по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что в различных местах турбины (6, 8, 10), в частности, на турбине (6) высокого давления и/или на турбине (8) среднего давления установлены датчики (5, 7) температуры.
8. Способ регулировки турбины (6, 8, 10) с каскадным регулятором, содержащим основной регулятор (2) и внутренний регулятор (3), причём основной регулятор регистрирует термическую нагрузку на турбину (6, 8, 10) и передаёт на внутренний регулятор (3) такие заданные значения, что нежелательная термическая нагрузка на турбину (6, 8, 10) предотвращается, при этом выполняют раздельное регулирование отдельных турбин, в частности, турбины (6) высокого давления, турбины (8) среднего давления и турбины (10) низкого давления.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что основной регулятор (2) регистрирует термическую нагрузку на турбину (6, 8, 10) посредством подъёма температуры во времени и определяет следующую из этого термическую нагрузку, причём при слишком высокой термической нагрузке на внутренний регулятор (3) передаётся заданное значение для снижения подъёма мощности турбины (6, 8, 10), при термической нагрузке в пределах заданного диапазона передаётся заданное значение для возможного сохранения подъёма мощности и при термической нагрузке ниже заданного значения передаётся заданное значение для возможного увеличения подъёма мощности.
