汽轮发电机系统

技术领域

本说明书涉及火力发电领域，尤其涉及一种汽轮发电机系统。

背景技术

随着中国经济步入新常态，能源消费总量和强度得到双控制，能源消费进入低速增长期，同时能源供给将面临长期低碳清洁化的发展趋势，能源结构将持续优化，清洁能源消纳比重将逐步提升，对火电造成挤压，火电机组利用小时数将长期保持较低水平。

另外，火电机组特别是百万机组参与调峰、长期低负荷运行今后将成为常态。目前火电机组的深度调峰能力较弱，机组可最低运行的负荷能力有限。且火电机组长期低负荷运行将造成机组煤耗明显上升，以新建1000MW机组为例，相比100％负荷，即火电机组设计上可最大运行的负荷，50％负荷下的供电煤耗增加了约20g/kWh。如此，在长期低负荷运行时，对火电机组的运行成本造成极大的影响，降低了低负荷下火电机组的运行经济性。

因此，如何提高火电机组的深度调峰能力，提高火电机组低负荷运行效率成为火电企业目前面临的严峻问题。

发明内容

本说明书实施例提供一种汽轮发电机系统，以解决现有火电机组存在的深度调峰能力低、低负荷运行经济性低的问题。

为了解决上述技术问题，本说明书是这样实现的：

第一方面，本说明书实施例提供了一种火电机组的汽轮发电机系统，包括高压缸、至少一个第一中压缸、至少一个第二中压缸、至少一个第一低压缸、至少一个第二低压缸、第一发电机及第二发电机，

所述高压缸、所述至少一个第一中压缸、所述至少一个第一低压缸和所述第一发电机依次安装在第一轴上，构成第一轴系；

所述至少一个第二中压缸、所述至少一个第二低压缸和所述第二发电机依次安装在第二轴上，构成第二轴系，其中，

所述高压缸接收锅炉输出的蒸汽，并分为两路分别输入到所述第一中压缸和所述第二中压缸，以将所述蒸汽分为第一蒸汽和第二蒸汽；

所述第一中压缸将接收的所述第一蒸汽输入到所述第一低压缸，所述第二中压缸将接收的所述第二蒸汽输入到所述第二低压缸；

所述第一发电机根据所述第一轴系对应的第一预设负荷比例以及所述第一蒸汽提供负荷，所述第二发电机根据所述第二轴系对应的第二预设负荷比例以及所述第二蒸汽提供负荷。

可选的，所述第一负荷比例和所述第二负荷比例根据所述汽轮发电机系统包括的高压缸、中压缸及低压缸的负荷比例确定。

可选的，所述第一轴系按照所述第一预设负荷比例和所述第二轴系按照所述第二预设负荷比例共同承担所述火电机组运行的总负荷。

可选的，在所述火电机组运行的总负荷降低，且所述运行的总负荷与所述火电机组的最大运行负荷的比值小于所述第一预设负荷比例的情况下，由所述第一轴系按照所述第一预设负荷比例全部承担所述火电机组运行的总负荷。

可选的，在所述火电机组运行在低负荷情况下，所述第一预设负荷比例小于所述第二预设负荷比例；和/或

在所述火电机组运行在高负荷情况下，所述第一预设负荷比例大于所述第二预设负荷比例。

可选的，该系统还包括：

至少一个第三中压缸、至少一个第三低压缸及第三发电机，

所述至少一个第三中压缸、所述至少一个第三低压缸和所述第三发电机依次安装在第三轴上，构成第三轴系，其中，

所述高压缸将锅炉输出的蒸汽分为三路，分别输入到所述第一中压缸、所述第二中压缸和所述第三中压缸，以将所述蒸汽分为第一蒸汽、第二蒸汽和第三蒸汽；

所述第一中压缸将接收的所述第一蒸汽输入到所述第一低压缸，所述第二中压缸将接收的所述第二蒸汽输入到所述第二低压缸，所述第三中压缸将接收的所述第三蒸汽输入到所述第三低压缸；

所述第一发电机根据所述第一轴系对应的第一预设负荷比例以及所述第一蒸汽提供负荷，所述第二发电机根据所述第二轴系对应的第二预设负荷比例以及所述第二蒸汽提供负荷，所述第三发电机根据所述第三轴系对应的第三预设负荷比例以及所述第三蒸汽提供负荷。

可选的，所述高压缸和所述第一中压缸、所述第二中压缸之间传输所述蒸汽的管路上设置有分流阀门，以将所述蒸汽分为两路。

可选的，所述中压缸包括单分流中压缸或双分流中压缸；和/或，所述低压缸包括单分流低压缸或双分流低压缸。

第二方面，本说明书实施例提供了一种火电机组的汽轮发电机系统，包括高压缸、中压缸、至少一个第一低压缸、至少一个第二低压缸、第一发电机及第二发电机，

所述高压缸、所述中压缸、所述至少一个第一低压缸和所述第一发电机依次安装在第一轴上，构成第一轴系；

所述至少一个第二低压缸和所述第二发电机依次安装在第二轴上，构成第二轴系，其中，

所述高压缸接收锅炉输出的蒸汽，并输入到所述中压缸；

所述中压缸接收所述高压缸输出的蒸汽，并分为两路分别输入到所述第一低压缸和所述第二低压缸，以将所述蒸汽分为第一蒸汽和第二蒸汽，所述第一蒸汽输入到所述第一低压缸，所述第二蒸汽输入到所述第二低压缸；

所述第一发电机根据所述第一轴系对应的第一预设负荷比例以及所述第一蒸汽提供负荷，所述第二发电机根据所述第二轴系对应的第二预设负荷比例以及所述第二蒸汽提供负荷。

可选的，该系统还包括：

至少一个第三低压缸及第三发电机，

所述至少一个第三低压缸和所述第三发电机依次安装在第三轴上，构成第三轴系，其中，

所述中压缸将所述高压缸输出的蒸汽分为三路，分别输入到所述第一低压缸、所述第二低压缸和所述第三低压缸；

所述第一发电机根据所述第一轴系对应的第一负荷比例以及所述第一蒸汽提供负荷，所述第二发电机根据所述第二轴系对应的第二负荷比例以及所述第二蒸汽提供负荷，所述第三发电机根据所述第三轴系对应的第三负荷比例以及所述第三蒸汽提供负荷。

本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：通过高、中、低压缸构成对应的两个轴系，并按照每个轴系对应的预设负荷比例共同提供火电机组所需的负荷。可以在汽轮发电机系统存在并联的2轴系的支路汽轮机组时，通过打开全部第一和第二轴系的支路汽轮机或者关闭第二轴系的支路汽轮机的运行方式，而不是通过降低机组整体排汽量的方式实现低负荷运行，因此可以实现火电机组低负荷下运行效率的提高，同时有助于降低火电机组的最小运行负荷。

由此，汽轮发电机系统在机组调峰深度及低负荷下的机组经济性方面较传统机组具有较大优势，可以显著提高火电机组的深度调峰能力以及火电机组低负荷运行的效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本说明书的进一步理解，构成本说明书的一部分，本说明书的示意性实施例及其说明用于解释本说明书，并不构成对本说明书的不当限定。在附图中：

图1为本说明书第一实施例的火电机组的汽轮发电机系统结构示意图。

图2为本说明书第二实施例的火电机组的汽轮发电机系统结构示意图。

图3为本说明书第三实施例的火电机组的汽轮发电机系统结构示意图。

图4为本说明书第四实施例的火电机组的汽轮发电机系统结构示意图。

具体实施方式

为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本说明书技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本说明书保护的范围。

以下结合附图，详细说明本说明书各实施例提供的技术方案。

为了解决现有技术中存在的问题，本说明书实施例提供一种火电机组的汽轮发电机系统。火电机组的汽轮发电机系统包括高压缸、至少一个第一中压缸、至少一个第二中压缸、至少一个第一低压缸、至少一个第二低压缸、第一发电机及第二发电机，所述高压缸、至少一个第一中压缸、至少一个第一低压缸和第一发电机依次安装在第一轴上，构成第一轴系；至少一个第二中压缸、至少一个第二低压缸和第二发电机依次安装在第二轴上，构成第二轴系。

中压缸、低压缸的数量可以是至少一个，所述中压缸包括单分流中压缸，或者双分流中压缸。所述低压缸包括单分流低压缸，或者双分流低压缸。两个双分流中压缸可以构成双分流形式中压缸，两个双分流低压缸可以构成双分流形式低压缸。

高压缸接收锅炉输出的蒸汽，并将蒸汽的排汽分为两路分别输入到第一中压缸和第二中压缸，以将所述蒸汽分为第一蒸汽和第二蒸汽。第一中压缸接收第一蒸汽，第一蒸汽的排汽输入到第一低压缸，第二中压缸接收第二蒸汽，第二蒸汽的排汽输入到第二低压缸。

可选的，高压缸和第一中压缸、第二中压缸之间传输所述蒸汽的管路上设置有分流阀门，以将所述蒸汽分为两路。可以通过关闭阀门，将其中一路的蒸汽关闭，使得蒸汽不会进入对应的中、低压缸进行做功，并产生负荷提供给火电机组。

第一发电机根据第一轴系对应的第一预设负荷比例以及第一蒸汽提供负荷，第二发电机根据第二轴系对应的第二预设负荷比例以及第二蒸汽提供负荷。其中，根据火电机组所需要的负荷情况，包括高压缸、中压缸和低压缸的轴系不可关闭，而不包括高压缸、仅包括中、低压缸的轴系可以通过关闭分流阀门，使得高压缸输出的蒸汽不会进入该关闭的轴系，由此，该轴系不会以预设的比例生成对应的负荷。

第一负荷比例和第二负荷比例可根据汽轮发电机系统包括的高压缸、中压缸及低压缸的负荷比例确定，通常中压缸负荷占比较大，但本说明书不局限于此。在本说明书实施例中，高压缸虽然在汽轮发电机系统中占有负荷比例，但不参与各轴系的负荷调整。第一轴系、第二轴系的功率分配比例可以根据设计需要，通过调整对应轴系包括的中压缸和低压缸的通流大小进行调整。

以中压缸和低压缸的通流大小相同为例，若高、中、低压刚负荷比例为3:4:3的比例，且在汽轮发电机系统包括中、低压缸构成的两个轴系的情况下，则将中、低压刚负荷比例均分成2份，可知一个轴系承担火电机组(3+2+1.5)/10，即65％的负荷，另一个轴系承担了火电机组(2+1.5)/10，即35％的负荷。即，每个轴系按照预设的负荷比例，共同承担火电机组运行的总负荷。

汽轮发电机系统包括的轴系系统可以有两个或更多，如上文所述，不包括高压缸的轴系可以通过关闭分流阀门，而停止向火电机组提供负荷。可选的，在火电机组运行的总负荷降低，且运行的总负荷与火电机组的最大运行负荷的比值小于包括高压缸的第一轴系对应的第一预设负荷比例的情况下，由所述第一轴系按照所述第一预设负荷比例全部承担火电机组运行的总负荷。

汽轮发电机系统按照机组的负荷高低分为两种工作模式，当火电机组需要的负荷较高时，例如大于第一轴系对应的第一预设负荷比例，由所述第一轴系按照所述第一预设负荷比例全部承担火电机组运行的总负荷。当机组负荷降低时，例如长期运行小于第一轴系对应的第一预设负荷比例，则关闭进入第二轴系的蒸汽分流阀门，仅由第一轴系按照第一预设负荷比例全部承担火电机组运行的总负荷。此时，在维持火电机组以第一预设负荷比例产生的负荷出力情况下，火电机组的煤耗水平与火电机组的最大运行负荷，即以100％负荷比例产生负荷出力的煤耗水平保持一致。

比如火电机组的设计最大负荷能力为100万千瓦，且第一轴系承担65％的负荷、第二轴系承担35％的负荷的情况下，若满负荷运行，第一轴系提供65万千瓦的负荷，第二轴系提供35万千瓦的负荷。若火电机组需要运行在65％的负荷，即需要65万千瓦的情况下，关闭第二轴系，由第一轴系提供负荷，此时按照负荷比例，第一轴系满负荷运行最大可提供65万千瓦，因此可以实现机组需要65％的低负荷运行时，第一轴系仍满负荷运行，其工况不会改变，由低负荷减小导致的锅炉主蒸汽量会全部进入第一轴系，使得第一轴系的通流量不变，则对应所需的机组煤耗水平与100％负荷相近，如此大大提高了火电机组低负荷下的供电经济性。

同样地，在汽轮发电机系统包括3个轴系的情况下，需要将对应的中、低压缸的负荷比例分成3份。并且3个轴系按照对应的预设负荷比例，向火电机组提供负荷。

下面，将结合具体实施例，对本说明书的火电机组的汽轮发电机系统结构作出说明。

参考图1，该图为本说明书第一实施例的火电机组的汽轮发电机系统结构示意图，如图1所示，在该实施例中，火电机组的汽轮发电机系统包括一个高压缸(TH)、两个中压缸(TM1、TM2)、四个低压缸(TL1、TL2、TL3、TL4)及抽汽加热系统，其中抽气加热系统包括低压加热器102、给水泵104及高压加热器106。

如图所示，汽轮发电机系统的轴系分成了两个，分别是连接发电机1的轴系1以及连接发电机2的轴系2。轴系1分别包括高压缸、一个中压缸及两个低压缸(TH、TM1、TL1、TL2)；轴系2包括了一个中压缸及两个低压缸(TM2、TL3、TL4)，图中黑色粗线表示对应安装有各高、中、低压缸的轴，例如是刚性轴。其中，中压缸可采用单分流或双分流形式，低压缸也可以采用单分流或双分流形式。图1实施例中，每个轴系包括的中压缸为一个单分流中压缸，低压缸为两个双分流低压缸。

轴系1、2的功率分配比例可以根据设计需要通过调整TM1、TL1、TL2以及TM2、TL3、TL4通流大小进行调整，在此以TM1、TM2及TL1、TL2、TL3、TL4相同为例进行说明，按照高、中、低压刚负荷比例3:4:3的比例估算，轴系1承担机组65％的负荷，轴系2承担了机组35％负荷。

例如，当机组负荷较高，大于65％负荷时，锅炉108输出的主蒸汽在进入高压缸TH做功后，进入再热器112被加热。加热后的蒸汽分为了两路，其中一路进入中压缸TM1，之后进入低压缸TL1、TL2中做功，再进入凝汽器132；另一路则经过分流阀门114后进入中压缸TM2，之后进入低压缸TL3、TL4中做功，再进入凝汽器134。

例如，当机组负荷降低，长期运行小于65％负荷时，可关闭进入中压缸TM2的蒸汽分流阀门114，再热器112出口的高温蒸汽只进入轴系1中的中、低压缸中做功。此时在维持火电机组65％负荷出力情况下，机组的煤耗水平与100％负荷保持一致。

为了解决现有技术中存在的问题，本说明书实施例还提供一种火电机组的汽轮发电机系统，如图2所示。图2为本说明书第二实施例的火电机组的汽轮发电机系统结构示意图。

与上述图1实施例的火电机组的汽轮发电机系统的区别在于，在该实施例中，汽轮发电机系统的每个轴系包括的中压缸为两个双分流中压缸(TM1-1、TM1-2)、(TM2-1、TM2-2)。

为了根据火电系统的负荷要求，更精确有效地调整汽轮机发电机系统的输出负荷，可选的，火电机组的汽轮发电机系统还可以包括至少一个第三中压缸、至少一个第三低压缸及第三发电机，所述至少一个第三中压缸、所述至少一个第三低压缸和所述第三发电机依次安装在第三轴上，构成第三轴系，其中，所述高压缸将锅炉输出的蒸汽分为三路，分别将蒸汽的排汽输入到所述第一中压缸、所述第二中压缸和所述第三中压缸，以将所述蒸汽分为第一蒸汽、第二蒸汽和第三蒸汽；所述第一中压缸接收第一蒸汽，第一蒸汽的排汽输入到所述第一低压缸，所述第二中压缸接收第二蒸汽，第二蒸汽的排汽输入到所述第二低压缸，所述第三中压缸接收第三蒸汽，第三蒸汽的排汽输入到所述第三低压缸；所述第一发电机根据所述第一轴系对应的第一预设负荷比例以及所述第一蒸汽提供负荷，所述第二发电机根据所述第二轴系对应的第二预设负荷比例以及所述第二蒸汽提供负荷，所述第三发电机根据所述第三轴系对应的第三预设负荷比例以及所述第三蒸汽提供负荷。

也就是说，汽轮发电机系统包括三个轴系，可以根据火电机组的实际负荷要求，关闭进入除第一轴系之外的第二轴系和/或第三轴系。例如，在负荷要求高时，三个轴系均按对应的预设负荷比例提供负荷；在负荷要求中等程度时，关闭一个非第一轴系的轴系；在负荷要求相对低时，关闭两个非第一轴系的轴系，仅由第一轴系按照第一预设负荷比例，提供火电机组需要的负荷。

此外，本说明书实施例还提供一种火电机组的汽轮发电机系统，如图3所示。图3为本说明书第三实施例的火电机组的汽轮发电机系统结构示意图。

与上述图1实施例的火电机组的汽轮发电机系统的区别在于，在该实施例中，汽轮发电机系统包括三个轴系，除了轴系1、轴系2之外，还包括连接发电机3的轴系3，其中轴系3包括两个双分流中压缸(TM3-1、TM3-2)以及两个双分流低压缸(TL5、TL6)。

从再热器112出来的蒸汽通过分流阀门114和114’被分为三路，其中一路进入中压缸TM1-1、TM1-2，之后进入低压缸TL1、TL2中做功，再进入凝汽器132；另一路经过分流阀门114后进入中压缸TM2-1、TM2-2，之后进入低压缸TL3、TL4中做功，再进入凝汽器134；第三路经过分流阀门114’后进入中压缸TM3-1、TM3-2，之后进入低压缸TL5、TL6中做功，再进入凝汽器146。

根据火电机组负荷的需要，可以将分流阀门114和114’全部打开，由三个轴系提供满负荷，或者关闭分流阀门114和114’，仅由轴系1提供低负荷，或者关闭分流阀门114或114’，对应由轴系1和轴系3或者由轴系1和轴系2提供预定负荷。

为了解决现有技术中存在的问题，本说明书实施例还提供一种火电机组的汽轮发电机系统，在该实施例中，火电机组的负荷调整主要通过低压缸构成的轴系蒸汽分流来实现。

可选的，火电机组的汽轮发电机系统，包括高压缸、中压缸、至少一个第一低压缸、至少一个第二低压缸、第一发电机及第二发电机，所述高压缸、所述中压缸、所述至少一个第一低压缸和所述第一发电机依次安装在第一轴上，构成第一轴系；所述至少一个第二低压缸和所述第二发电机依次安装在第二轴上，构成第二轴系，其中，所述高压缸接收锅炉输出的蒸汽，并输入到所述中压缸；

所述中压缸接收所述高压缸输出的蒸汽，并将蒸汽的排汽分为两路分别输入到所述第一低压缸和所述第二低压缸，以将所述蒸汽分为第一蒸汽和第二蒸汽，所述第一蒸汽输入到所述第一低压缸，所述第二蒸汽输入到所述第二低压缸；

所述第一发电机根据所述第一轴系对应的第一预设负荷比例以及所述第一蒸汽提供负荷，所述第二发电机根据所述第二轴系对应的第二预设负荷比例以及所述第二蒸汽提供负荷。

具体工作原理可以参考图4的实施例，图4为本说明书第四实施例的火电机组的汽轮发电机系统结构示意图。

与图1的实施例的汽轮发电机系统相比，在该实施例中，汽轮发电机系统中包括的分流阀门114”设置在中压缸(TM1-1,TM1-2)和低压缸(TL1,TL2)之间，利用开闭进入低压缸的蒸汽分流阀门，调整汽轮发电机系统提供的负载。

从再热器112出来的蒸汽先进入中压缸TM1-1、TM1-2，然后被分为两路，其中一路进入低压缸TL1、TL2中做功，再进入凝汽器132；另一路经过分流阀门114”后进入低压缸TL3、TL4中做功，再进入凝汽器134。

可选的，图4实施例的汽轮发电机系统也可以分为三轴系，还包括：至少一个第三低压缸(图中未示出)及第三发电机(图中未示出)，所述至少一个第三低压缸和所述第三发电机依次安装在第三轴上，构成第三轴系，其中，所述中压缸将高压缸输出的蒸汽分为三路，分别输入到所述第一低压缸、所述第二低压缸和所述第三低压缸；所述第一发电机根据所述第一轴系对应的第一负荷比例以及所述第一蒸汽提供负荷，所述第二发电机根据所述第二轴系对应的第二负荷比例以及所述第二蒸汽提供负荷，所述第三发电机根据所述第三轴系对应的第三负荷比例以及所述第三蒸汽提供负荷。

本说明书实施例公开的汽轮发电机系统主要特点是汽轮机主机存在并联的2轴系、3轴系或更多轴系的支路汽轮机组，通过关闭支路汽轮机的运行方式，而不是通过降低机组整体排汽量的方式实现低负荷运行，因此可以实现火电机组低负荷下运行效率的提高，同时有助于降低火电机组的最小运行负荷。

由此，汽轮发电机系统在机组调峰深度及低负荷下的机组经济性方面较传统机组具有较大优势，可以显著提高火电机组的深度调峰能力以及火电机组低负荷运行的效率。

下面，以汽轮发电机系统包括第一轴系和第二轴系，且第一轴系按照65％比例承担火电机组负荷、第二轴系按照35％比例承担火电机组负荷为例进行如下说明：

(1)火电机组65％负荷及以下机组运行效率高

机组65％负荷运行时，机组煤耗水平与100％负荷相近；

机组50％负荷运行时，机组煤耗水平与79％负荷相近；

机组40％负荷运行时，机组煤耗水平与61％负荷相近。

(2)机组低负荷运行能力加强

上述实施例的汽轮发电机系统，相比较于传统百万机组最低40％的运行负荷，上述实施例提出的汽轮发电机系统最低运行负荷可降低至26％。

对于包括三个轴系的汽轮发电机系统包括第一轴系和第二轴系且第一轴系按照第一预设比例承担机组负荷、第二轴系按照第二预设比例承担机组负荷、第三轴系按照第三预设比例承担机组负荷的情况下，汽轮发电机系统在机组调峰深度及低负荷下的机组经济性方面也相比传统机组具有较大优势，这里不再赘述。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。