技术领域
[0001] 本文公开的主题涉及动
力系统。更具体地，本文公开的主题涉及控制
蒸汽涡轮动力系统中的温度和温差。
背景技术
[0002]
涡轮机包括蒸汽涡轮动力系统(也称为蒸汽涡轮或蒸汽涡轮机)，其用于热电站并且还可在联合循环构造中使用，由此蒸汽在进入涡轮之前预热。联合循环构造包括燃气涡轮和热回收
蒸汽发生器(HRSG)，其使用来自燃气涡轮的排气产生用于随后在蒸汽涡轮中使用的蒸汽。当启动蒸汽涡轮时(例如从冷或相对冷的状态)，希望将蒸汽涡轮的厚壁构件加热到操作温度。在此期间，蒸汽产生构件(例如，
锅炉、燃气涡轮和HRSG)通常在低于设计
水平负载下运行，以便向蒸汽涡轮提供较低温度的蒸汽(相对于操作温度的蒸汽)，由此限制涡轮构件内的温度差(以及随之的
热膨胀应力)。在启动阶段，使较高温度的蒸汽行进通过蒸汽涡轮可缩短其构件的使用寿命，或者可损坏涡轮，例如，通过断裂初始化或塑性
变形。然而，在较低的负载下操作蒸汽发生器可由于其较低的效率以及对应的蒸汽涡轮的较低效率而浪费
燃料。此外，在这些较低的负载下操作可由于较少的完全燃烧而产生更高的排放水平。
发明内容
[0003] 本公开的各种
实施例包括一种系统，其具有：与轴联接的第一蒸汽涡轮；与轴联接的密封系统，该密封系统包括沿着轴在蒸汽涡轮的每一侧上的成组线性布置的密封
位置，每个密封位置对应于控制
阀以用于控制通过其的
流体流；以及与
控制阀中的每一个联接的控制系统，控制系统构造成控制干燥空气或气体流到密封位置中的至少一个以用于加热系统。
[0004] 本公开的第一方面包括一种系统，其具有：与轴联接的第一蒸汽涡轮；与轴联接的密封系统，该密封系统包括沿着轴在蒸汽涡轮的每一侧上的成组线性布置的密封位置，每个密封位置对应于控制阀以用于控制通过其的流体流；以及与控制阀中的每一个联接的控制系统，控制系统构造成控制干燥空气或气体流到密封位置中的至少一个以用于加热系统。
[0005] 本公开的第二方面包括一种系统，其具有：与轴联接的第一蒸汽涡轮；与轴联接的密封系统，该密封系统包括沿着轴在第一蒸汽涡轮的每一侧上的成组线性布置的密封位置，每个密封位置对应于控制阀以用于控制通过其的流体流；以及与控制阀中的每一个联接的控制系统，控制系统构造成响应于确定第一蒸汽涡轮处于启动模式允许干燥空气或气体流到密封位置中的至少一个，其中干燥空气或气体由外部加热系统加热。
[0006] 本公开的第三方面包括一种系统，其具有：与轴联接的蒸汽涡轮；与轴联接的密封系统，该密封系统包括沿着轴在蒸汽涡轮的每一侧上的成组线性布置的密封位置，每个密封位置对应于控制阀以用于控制通过其的流体流；以及与控制阀中的每一个联接的控制系统，控制系统构造成响应于确定蒸汽涡轮处于启动模式允许干燥空气或基本上由氮气(N2)组成的气体流到密封位置中的至少一个，其中干燥空气或气体通过来自蒸汽涡轮或另一蒸汽涡轮的释放蒸汽、来自蒸汽涡轮或该另一蒸汽涡轮的汽封蒸汽或者来自蒸汽涡轮或该另一个蒸汽涡轮的
泄漏蒸汽中的至少一者加热。
[0007] 技术方案1. 一种系统，包括：与轴连接的第一蒸汽涡轮；
与所述轴联接的密封系统，所述密封系统包括沿着所述轴在所述第一蒸汽涡轮的每一侧上的成组线性布置的密封位置，每个密封位置对应于控制阀以用于控制通过其的流体流；以及
与所述控制阀联接的控制系统，所述控制系统构造成控制干燥空气或气体流到所述密封位置中的至少一个以用于加热所述系统。
[0008] 技术方案2. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述气体基本上由氮气(N2)组成。
[0009] 技术方案3. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述成组线性布置的密封位置包括三个密封位置，其中第一控制阀对应于邻近所述第一蒸汽涡轮的第一密封位置，第二控制阀对应于第二密封位置，所述第二密封位置邻近所述第一密封位置并且相比所述第一密封位置更远离所述第一蒸汽涡轮，并且第三控制阀对应于第三密封位置，所述第三密封位置邻近所述第二密封位置并且相比所述第二密封位置更远离所述第一蒸汽涡轮。
[0010] 技术方案4. 根据技术方案3所述的系统，其中，所述控制系统构造成响应于确定所述第一蒸汽涡轮以启动模式操作打开所述第一控制阀并且允许所述干燥空气或气体流到所述第一密封位置。
[0011] 技术方案5. 根据技术方案3所述的系统，其中，所述控制系统构造成响应于确定所述第一蒸汽涡轮以启动模式操作打开所述第二控制阀并且允许所述干燥空气或气体流到所述第二密封位置。
[0012] 技术方案6. 根据技术方案3所述的系统，其中，所述控制系统构造成响应于确定所述第一蒸汽涡轮以启动模式操作打开所述第三控制阀并且允许所述干燥空气或气体流到所述第三密封位置。
[0013] 技术方案7. 根据技术方案3所述的系统，其中，所述控制系统构造成响应于确定所述第一蒸汽涡轮以启动模式操作分别打开所述第一控制阀和所述第三控制阀并且允许所述干燥空气或气体流到所述第一密封位置和所述第三密封位置。
[0014] 技术方案8. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述成组线性布置的密封位置包括两个密封位置，其中第一控制阀对应于邻近所述第一蒸汽涡轮的第一密封位置并且第二控制阀对应于第二密封位置，所述第二密封位置邻近所述第一密封位置并且相比所述第一密封位置更远离所述第一蒸汽涡轮，其中所述控制系统构造成：响应于确定所述第一蒸汽涡轮以启动模式操作，打开所述第一控制阀并允许所述干燥空气或气体流到所述第一密封位置，或打开所述第二控制阀并允许所述干燥空气或气体流到所述第二密封位置。
[0015] 技术方案9. 根据技术方案1所述的系统，还包括与所述轴联接的第二蒸汽涡轮。
[0016] 技术方案10. 根据技术方案9所述的系统，其中，所述第一蒸汽涡轮包括高压蒸汽涡轮，并且其中所述第二蒸汽涡轮包括中压蒸汽涡轮或低压蒸汽涡轮。
[0017] 技术方案11. 根据技术方案1所述的系统，其中，所述控制系统包括至少一个计算装置。
[0018] 技术方案12. 一种系统，包括：与轴联接的第一蒸汽涡轮；
与所述轴联接的密封系统，所述密封系统包括沿着所述轴在所述第一蒸汽涡轮的每一侧上的成组线性布置的密封位置，每个密封位置对应于控制阀以用于控制通过其的流体流；以及
与所述控制阀中的每一个联接的控制系统，所述控制系统构造成响应于确定所述第一蒸汽涡轮处于启动模式允许干燥空气或气体流到所述密封位置中的至少一个，其中所述干燥空气或气体通过来自所述第一蒸汽涡轮或第二蒸汽涡轮的释放蒸汽、来自所述第一蒸汽涡轮或所述第二蒸汽涡轮的汽封蒸汽或者来自所述第一蒸汽涡轮或所述第二蒸汽涡轮的泄漏蒸汽中的至少一者加热。
[0019] 技术方案13. 根据技术方案12所述的系统，其中，所述气体基本上由氮气(N2)组成。
[0020] 技术方案14. 根据技术方案12所述的系统，其中，所述成组线性布置的密封位置包括三个密封位置，其中第一控制阀对应于邻近所述第一蒸汽涡轮的第一密封位置，第二控制阀对应于第二密封位置，所述第二密封位置邻近所述第一密封位置并且相比所述第一密封位置更远离所述蒸汽涡轮，并且第三控制阀对应于第三密封位置，所述第三密封位置邻近所述第二密封位置并且相比所述第二密封位置更远离所述蒸汽涡轮。
[0021] 技术方案15. 根据技术方案14所述的系统，其中，所述控制系统构造成打开所述第一控制阀并允许所述干燥空气或气体流到所述第一密封位置，其中所述第一密封位置处的干燥空气或气体由所述释放蒸汽加热。
[0022] 技术方案16. 根据技术方案14所述的系统，其中，所述控制系统构造成打开所述第二控制阀并允许所述干燥空气或气体流到所述第二密封位置，其中所述第二密封位置处的干燥空气或气体由所述汽封蒸汽加热。
[0023] 技术方案17. 根据技术方案14所述的系统，其中，所述控制系统构造成打开所述第三控制阀并允许所述干燥空气或气体流到所述第三密封位置，其中所述第三密封位置处的干燥空气或气体由所述泄漏蒸汽加热。
[0024] 技术方案18. 一种系统，包括：与轴联接的蒸汽涡轮；
与所述轴联接的密封系统，所述密封系统包括沿着所述轴在所述蒸汽涡轮的每一侧上的成组线性布置的密封位置，每个密封位置具有对应的控制阀以用于控制通过其的流体流；以及
与所述控制阀中的每一个联接的控制系统，所述控制系统构造成响应于确定所述蒸汽涡轮处于启动模式允许干燥空气或基本上由氮气(N2)组成的气体流到所述密封位置中的至少一个，其中所述干燥空气或气体通过来自所述蒸汽涡轮或另一蒸汽涡轮的释放蒸汽、来自所述蒸汽涡轮或所述另一蒸汽涡轮的汽封蒸汽或者来自所述蒸汽涡轮或所述另一蒸汽涡轮的泄漏蒸汽中的至少一者加热。
附图说明
[0025] 从结合附图对本公开的各个方面的以下详细描述将更容易地理解该公开的这些和其它特征，附图描绘了本公开的各种实施例，其中：图1是根据本公开的各种实施例的系统的示意图。
[0026] 图2示出了根据本公开的各种实施例的第一双壳蒸汽涡轮的实施例的示意图。
[0027] 图3示出了根据本公开的各种实施例的第二双壳蒸汽涡轮的示意图。
[0028] 应注意到本发明的附图不一定按比例绘制。附图意在仅描绘本发明的典型方面，且因此不应认为限制本发明的范围。在附图中，相似的编号代表附图之间相似的元件。
[0029] 零件清单系统 2
预热系统 2
第一蒸汽涡轮 4
第二蒸汽涡轮 6
轴 8
机
电机械 10
密封系统 12
密封位置 14
控制阀 16
控制系统 18
加热流体 20
第一
导管 22
第二导管 24
第三导管 26
释放蒸汽 28
汽封蒸汽 30
泄漏蒸汽 32
热交换器 34
过滤系统 36
外壳 100
第一密封位置 14A
第二密封位置 14B
第二控制阀 14B
第三密封位置 14C
第一控制阀 16A
部分关闭第一阀 16A
第二控制阀 16B
第三控制阀 16C。
具体实施方式
[0030] 如上面指出的那样，本文公开的主题涉及动力系统。更具体地，本文公开的主题涉及控制蒸汽涡轮动力系统中的热差。
[0031] 在以下描述中，对形成其一部分的附图进行参考，并且在附图中通过图解示出了其中可实施本教导的特定示例性实施例。对这些实施例足够详细地描述，以使本领域技术人员能够实施本教导，并且应当理解，可利用其他实施例，并且可在不脱离本教导的范围的情况下进行改变。
[0032] 图1是根据各种实施例的系统2的示意图。在各种实施例中，系统2是蒸汽涡轮系统，例如联合循环蒸汽涡轮系统。系统2可包括第一蒸汽涡轮4和第二蒸汽涡轮6，其中每个可联接到公共或单独的轴8。如本领域已知的那样，蒸汽涡轮4、6可经由轴8将来自蒸汽的
热能转变成旋转能，例如，蒸汽涡轮可用于驱动一个或多个机电机械10(例如发电机)。在各种实施例中，第一蒸汽涡轮4包括高压或组合的高压/中压蒸汽涡轮，且第二蒸汽涡轮6包括中压蒸汽涡轮、组合的中压/低压蒸汽涡轮或低压蒸汽涡轮。
[0033] 特别注意第一蒸汽涡轮4，系统2可进一步包括与轴8联接的密封系统12，其中密封系统12包括蒸汽涡轮的每一侧上的成组线性布置(沿轴8)的密封位置14。每个密封位置14可具有对应的控制阀16以用于控制通过其的流体流。应当理解，根据各种实施例，密封系统12包括迷宫式密封系统，其中线性重叠的密封构件围绕轴8形成
密封件。在各种实施例中，每个密封位置由两个邻近的密封件接界，使得三(3)个密封位置由四(4)个物理密封件形成。控制系统18可与控制阀16中的每一个联接，其中控制系统18构造成控制干燥空气或气体到密封位置14中的至少一个的流动以用于预热系统2。在各种实施例中，干燥空气或气体可具有低于-20摄氏度的
露点。在一些情况下，干燥空气或气体具有少于约每立方米(m3)
0.01毫克(mg)的含油量。
[0034] 控制系统18可机械地或电气地连接到控制阀16，使得控制系统18可促动一个或多个控制阀16。控制系统18可响应于负载变化、操作模式指示(例如，启动操作模式，关闭操作模式，稳态操作模式)或第一蒸汽涡轮4或第二蒸汽涡轮6上的其它指示器(以及类似地，系统2上的负载变化)促动控制阀16。控制系统18可为能够促动阀(例如，控制阀16)的计算机化的机械或机电装置。在一个实施例中，控制系统18可为能够向控制阀16提供操作指令的计算机化的装置。在这种情况下，控制系统18可通过监测经过第一蒸汽涡轮4和/或第二蒸汽涡轮6(和系统2)的蒸汽的流率、温度、压力和其他
工作流体参数来监测第一蒸汽涡轮4和/或第二蒸汽涡轮6(以及可选地，系统2)的负载，并向控制阀16提供操作指令。例如，控制系统18可在某些操作条件下向第一(控制)阀16A、第二(控制)阀16B或第三(控制)阀16C发送操作指令(例如，在启动条件期间，允许诸如热空气或气体的加热流体20的流动)。在该实施例中，第一阀16A、第二阀16B和/或第三阀16C可包括机电构件，其能够接收来自控制系统18的操作指令(电
信号)并产生机械动作(例如，部分关闭第一阀16A、第二阀16B和/或第三阀16C)。在另一个实施例中，控制系统18可包括电气、机械或机电构件(其可包括可编程
软件构件)，其构造成产生对于加热流体20的温度的设定点。在另一个实施例中，控制系统18可包括能够由操作者使用的机械装置。在这种情况下，操作者可物理地操纵控制系统18(例如，通过拉动杆)，其可促动第一阀16A、第二阀16B和/或第三阀16C。例如，控制系统18的杆可机械地链接到第一阀16A、第二阀16B和/或第三阀16C，使得拉动杆造成第一阀16A、第二阀16B和/或第三阀16C完全促动(例如，通过分别打开穿过第一导管22、第二导管24或第三导管26的流路)。在另一个实施例中，控制系统18可为机电装置，其能够电监测(例如，利用
传感器)指示第一蒸汽涡轮4或第二蒸汽涡轮6(以及可选地，系统2)在特定的负载条件下(例如，在启动模式下)或待机条件下运行的参数，以及机械地促动第一阀16A、第二阀16B和/或第三阀16C。虽然在本文的若干实施例中描述，但是控制系统16可通过任何其它常规方式促动第一阀16A、第二阀16B和/或第三阀16C。
[0035] 根据各种实施例，并且与常规途径相反，系统2构造成控制加热流体20(例如干燥空气或气体)到/从一个或多个密封位置14的流动，以便减少密封位置14(及其对应的蒸汽涡轮4、6，例如在启动条件期间)中的热差。这可包括“预热”密封位置14(和相关构件)，使得这些位置的温度相对于冷的(非预热的系统)更接近启动期间进入系统的热蒸汽的温度。在某些情况下，干燥空气或气体基本上由氮气(N2)组成。
[0036] 根据各种实施例，密封位置14可包括多个密封位置，例如三个密封位置14。应当理解，如本文所述，每个密封位置14可由两个邻近的迷宫式密封件形成，使得所述三个密封位置14在四个邻近的迷宫式密封件之间形成。第一控制阀16A对应于邻近第一蒸汽涡轮4的第一密封位置14A，第二控制阀14B对应于邻近第一密封位置14A的第二密封位置14B(并且相比第一密封位置14A更远离第一蒸汽涡轮4)，并且第三控制阀16C对应于邻近第二密封位置14B的第三密封位置14C(并且相比第二密封位置14B更远离第一蒸汽涡轮4)。
[0037] 根据各种实施例，控制系统18可构造成执行功能以减少系统2中的热差，包括例如第一蒸汽涡轮4和/或第二蒸汽涡轮6中。在一些情况下，控制系统18构造成响应于确定第一蒸汽涡轮4以启动模式或预热的待机模式操作打开第一控制阀16A并且允许加热流体20(干燥空气或气体)流到第一密封位置14A。启动模式可通过例如增加的负载、蒸汽流率、气体流率等从对于第一蒸汽涡轮4的类似于或低于稳定状态的操作状态来指示。在一些情况下，控制系统18可通过获得开始第一蒸汽涡轮4的操作的指令来确定第一蒸汽涡轮4以启动模式操作。在这些情况下，加热流体20(干燥空气或气体)可从来自第一蒸汽涡轮4的释放蒸汽28取得，例如通
过热交换器34，并且可作为加热流体20注入到第二蒸汽涡轮6中。
[0038] 在其他实施例中，控制系统18构造成响应于确定第一蒸汽涡轮4以启动模式操作打开第二控制阀16B并且允许加热流体20(干燥空气或气体)流到第二密封位置14B。在这些情况下，加热流体20(干燥空气或气体)可通过来自第一蒸汽涡轮4或第二蒸汽涡轮6的汽封蒸汽30加热(经由热交换器34)，或者作为加热流体20注入第二蒸汽涡轮6中。
[0039] 在其他实施例中，控制系统18构造成响应于确定第一蒸汽涡轮4以启动模式操作打开第三控制阀16C并且允许加热流体20(干燥空气或气体)流到第三密封位置14C。在这些情况下，加热流体20(干燥空气或气体)可通过来自第一蒸汽涡轮4或第二蒸汽涡轮6的泄漏蒸汽32加热(经由热交换器34)，或者作为加热流体20注入第二蒸汽涡轮6中。
[0040] 在一些实施例中，本文所述的控制方案可组合，例如，开始通过泄漏蒸汽32加热的加热流体20到第三密封位置14C的流动，连同在第二密封位置14B处通过汽封蒸汽30加热的加热流体20和/或在第一密封位置14A处通过释放蒸汽28加热的加热流体20中的一者或两者。根据各种实施例，使用热交换器34(示意性地示出若干个)加热加热流体20，以将热量从一个或多个源(例如，释放蒸汽28、汽封蒸汽30和/或泄漏蒸汽32)传递到加热流体20。要理解的是，热交换器34可进一步包括(或结合有)
过滤器系统36，以用于过滤或者另外准备加热流体20以用于如本文所述使用。使用干燥空气或气体作为加热流体20可在蒸汽涡轮4、6的预热方面提供益处，同时延长这些涡轮及其辅助构件的使用寿命，例如，通过与常规方法中执行的蒸汽预热相比减少这些构件中的湿气和/或CO2暴露。
[0041] 图1额外描述了关于蒸汽涡轮6示出的另一实施例，其中密封位置14包括两个密封位置14B和14C，其中释放蒸汽28(图2)不用于预热第一蒸汽涡轮4。在这些实施例中，可不包括第一密封位置14A，并且在控制功能中使用第二密封位置14B和/或第三密封位置14C。在这些情况下，控制系统18可构造成响应于确定第一蒸汽涡轮4以启动模式操作打开控制阀16B并且允许通过汽封蒸汽30加热的加热流体20流到第二密封位置14B，或打开控制阀16C并且允许通过泄漏蒸汽32加热的加热流体20流到第三密封位置14C。
[0042] 图2示出了第一蒸汽涡轮4的实施例的示意图，并且图3示出了第二蒸汽涡轮6的实施例的示意图，各自包括双壳构造。如图所示，第一蒸汽涡轮4和/或第二蒸汽涡轮6可包括第二外壳100，其可具有如关于图1所述的密封位置14A、14B、14C，关于轴8的密封外壳100的部分。要理解的是，根据本文公开的任何实施例，第一蒸汽涡轮4和/或第二蒸汽涡轮6可包括单壳或双壳构造。
[0043] 在各种实施例中，描述为彼此“联接”的构件可沿着一个或多个对接部接合。在一些实施例中，这些对接部可包括不同构件之间的接合点，并且在其他情况下，这些对接部可包括牢固地和/或整体地形成的互连。也就是说，在一些情况下，可同时形成彼此“联接”的构件以限定单个连续部件。然而，在其他实施例中，这些联接构件可形成为单独的部件，并且随后通过已知的过程(例如，紧固、
超声波焊接、粘结)连接。
[0044] 当元件或层被称为“接合到”、“连接到”、“联接到”另一个元件或层或“在其上”时，它可直接接合、连接或联接到另一个元件或层或在其上，或者可存在中间元件或层。相反，当元件被称为、“直接接合到”、“直接连接到”、“直接联接到”另一个元件或层或“直接在其上”时，可不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他文字应当以类似的方式解释(例如，“在其之间”对比“直接在其之间”、“邻近”对比“直接邻近”等)。在本文所使用的用语“和/或”包括相关列出的项目中的一个或多个的任何和所有组合。
[0045] 该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明可
申请专利的范围由
权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则意在使这些其它示例处于权利要求的范围内。
