本发明涉及汽轮机发电厂，更具体地说，涉及用于操作汽轮机发电厂供水加热器的一种方法和装置，该方法和装置能够增加汽轮机发电厂供水加热器的有效工作寿命，汽轮机发电厂广泛地用于中等负载，它们要求经常启动和停机，比如每天都启动和停止运行。对于发电厂的这种运行方式，在供水加热器中，特别是在高压供水加热器中，水箱的外壁构件经受着温度突然的升高和降低，这是由汽轮机发电厂启动或停止运行的过程中所要求的一个突然的急剧和大量的负荷变化所引起。因此，在供水加热器中，水箱的外壁构件上至少会部分地发生一个相当大的热应力，而外壁构件反复地经受这个较大的热应力就显著地降低了供水加热器中构成水箱的外壁金属的寿命长度，因此导致供水加热器过早损坏。 在汽轮机发电厂中为了施加一个超临界压力必须用较高的压力，如果水箱外壁与该较高压力成比例而做得较厚，在汽轮机发电厂的启动和停止运行过程中就会引起较大的热应力，以致该热应力过大而造成高压供水加热器的损坏。
例如，在日本专利公开申请书NO.1905007/1984中所提出的汽轮机发电厂具有一个蒸汽发生器和将高压供水加热器与蒸汽发生器相连接的加热管道装置，用于在汽轮机发电厂启动和停机之前加热高压供水加热器，以便降低高压供水加热器上的热应力，由此增加供水加热器的工作寿命
以上提出的结构的缺点在于，事实上为了产生高温蒸汽并引入该蒸汽，必须提供一个蒸汽发生器和加热管道装置，以便无论何时电厂启动或停机都能加热高压供水加热器。因此，以上提出的汽轮机发电厂的结构就相当大并且极其复杂。
本发明的目的主要是在于为汽轮机发电厂提供一个供水加热器，该发电厂包括无须附加蒸汽发生器和/或加热管道装置即能对供水加热器进行温度控制的装置，并且该装置力图增加供水加热器的工作寿命。
根据本发明的有益的特征，在汽轮机发电厂启动和停止运行的过程中供水加热器内的热应力在一个适当的范围内被降低，以便防止供水加热器的损坏和损耗，由此增加其工作寿命。
另外，根据本发明，汽轮机发电厂供水加热的可靠性可以显著地增加。
根据本发明所提供的汽轮机发电厂包括：一台锅炉;一台汽轮机，该汽轮机具有至少一个蒸汽引出管道装置;和一个供水加热装置，该装置与蒸汽引出管道装置连接并装配在汽轮机发电厂的供水系统内。还提供了调节引出蒸汽流速率的装置，它具有调节或控制装置，该控制装置适用于在汽轮机发电厂进行启动和停止运行时以适当的蒸汽条件控制流入供水加热器的蒸汽。
由于本发明的特征，有可能增加供水加热器的工作或损耗寿命，并且还改进了汽轮机发电厂的可靠性。
图1是一个再热汽轮机发电厂的示意图，该发电厂具有装配了根据本发明而构成的蒸汽引出管道的供水加热器;
图2是图1的汽轮机发电厂的供水加热器所用控制结构的框图;
图3是图1的汽轮机发电厂的每一循环中供水加热器的损耗寿命或工作寿命与供水温度变化之间关系的曲线示意图;
图4A是一个框图，表明图1的发电厂在开始运行的过程中打开蒸汽引出管道中引出阀的操作;
图4B是一个框图，表明图1的发电厂在停止运行的过程中关闭蒸汽引出管道中引出阀的操作;
图5A是图1的汽轮机发电厂开始运行的过程中蒸汽引出阀的开启程度与运行时间之间关系的曲线示意图;
图5B是图1的汽轮机发电厂停止运行的过程中蒸汽引出阀的开启程度与运行时间之间关系的曲线示意图;
图6是图1的汽轮机发电厂经过一夜停机之后在停机和重新启动运行的过程中汽轮机发电厂的负载与供水温度之间关系的曲线示意图;
图7是图1的发电厂在开始运行的过程中相应的高压供水加热器的入口和出口的供水温度之间变化关系的曲线示意图;
图8是一个再热汽轮机发电厂的另一个实施方案的示意图，该发电厂具有一个配有根据本发明而构成的蒸汽引出管道的供水加热器;和
图9是一个再热汽轮机发电厂的另一个实施方案的示意图，该发电厂具有一个配有根据本发明而构成的蒸汽引出管道的供水加热器。
现参见附图，其中相同的参考数字在所有不同的图中都用于代表相同的部件，具体地说参见图1，根据该图，一个再热汽轮机发电厂包括：一台锅炉30，其中装有一个过热器31和一个再加热器32。一个具有控制阀的主蒸汽管道131将过热器31的输出口与高压涡轮机33的输入口相连接。在过热器31中产生的主蒸汽通过主蒸汽管道131流入高压涡轮机33以驱动负载36。一个其中具有单向阀143的冷再热管道133将高压涡轮机31的输出口与第一再加热器32的一个输入口相连接。一个其中具有再热控制阀142的热再热管道132将再加热器32的输出口与中压涡轮机34的输入口相连接。再加热器32中产生的再热蒸汽通过热再热管道132流入中压涡轮机34以便驱动负载36。流过中压涡轮机34的蒸汽通过管道144流入低压涡轮机35以便驱动负载36。流过低压涡轮机35的蒸汽被排掉或提供给一个凝集器37，然后蒸汽被冷凝为凝集液，存储在凝集器37中的凝集液由凝集泵38通过一个具有低压供水加热器的低压凝集管道2送入除气器1。
在除气器1中除气后的凝集液由供水泵6的抽吸作用送入锅炉30，并且一个高压凝集管7配有一个第三高压供水加热器8，一个第二高压供水加热器9，和一个第一高压供水加热器10。一根第一高压蒸汽引出管13被连接在第一高压供水加热器10和高压汽轮机33的一半或中央部分，并且在高压蒸汽引出管13中提供的一个第一引出控制阀16控制着来自高压汽轮机33用于加热或冷却第一高压供水加热器10的引出蒸汽的流动速率。
以类似的方式，具有第二引出控制阀15的第二高压蒸汽引出管12将冷再热管132与第二高压供水加热器9相连。具有第三引出控制阀14的中压蒸汽引出管11被连接到中压汽轮机34和高压供水加热器8的中部。具有控制阀44的低压蒸汽引出管4被连接到中压汽轮机34和将凝集水除气的除气器1的中部，一根附加蒸汽管3被连接到除气器1上用于向除气器1提供补充蒸汽。在高压供水管7中配有温度检测器18、19，它们位于第三高压供水加热器8的水箱一侧的输入口和输出口的区域内，用于分别检测输入口供水温度T2和输出口供水温度T3。
温度检测器或传感器20，21装在高压供水管7内并分别装配在第二高压供水加热器9和第一供水加热器10的水箱侧输出口的区域内用于检测输出口供水温度T4和T5。温度检测器或传感器19，20则分别作为第二高压供水加热器9和第一高压供水加热器10的输出口供水温度的检测器或传感器而工作。温度和压力检测器62，61分别装配在高压蒸汽引出管13和中压蒸汽引出管11内用于检测从高压汽轮机33和中压汽轮机34引出蒸汽的状况。当汽轮机发电厂处于开始运行状态和停止运行状态时，装配在引出管11、12和13中的引出控制阀14、15和16按照图2中清楚示出的方式由控制器22操作。
如图2中所示，控制器22包括一个计算汽轮机发电厂从启动到停止运行状态的每一循环后每台供水加热器剩余工作寿命的剩余工作寿命计算器22a。一个可允许热应力设值计算器22b依赖于根据剩余工作寿命计算器22a和供水加热器水箱部分中的可允许热应力设值单元52输出的特定工作寿命损耗计算出一个可允许热应力值，而一个供水温度变化率设值计算器22C设定温度变化率以便维持工作寿命的损耗小于基于电厂运行指示单元51的电厂运行信号的一个可限定值的水平。
此外，控制器22还提供一个供水温度变化率计算器22d用于根据来自供水温度检测器18，19，20和21的检测信号计算出每一高压供水加热器的输出口供水温度和输入口供水温度之间供水温度变化的实际速率。一个供水温度比率偏差计算器22e计算出计算器22C中计算的供水温度变化速率的设定值与计算器22d中计算的供水温度变化速率的实际值之间的偏差。一个加热蒸汽计算器22f根据供水温度变化的偏差值和从每一蒸汽引出管道11、12和13中配有的温度和压力检测器61，62，63检测出的温度和压力值计算出送入高压供水加热器的加热蒸汽量或加热蒸汽流速。一个阀门开启计算器22g响应于计算器22f的输出计算每一引出控制阀14、15和16的开启程度。即，控制器22接收从相应的高压供水加热器8、9和10的输入口和输出口处检测供水温度的温度检测器18、19、20和21来的输入信号，和从电厂运行指示单元51来的电厂启动或停机的输入信号，以及来自可允许热应力设值单元52的相应高压供水加热器水箱部分中可允许热应力设定值的另一输入信号。根据上述输入信号，立即计算出一个供水温度变化值以便对电厂启动或停机时供水加热器中产生的热应力进行限制，并且计算出具有预定的温度和压力并作为加热蒸汽通过引出管提供的一个引出蒸汽量以对应于计算出的供水温度变化值的真正供水温度，然后，用于控制引出控制阀14，15和16的开启程度的输出信号被计算出以对应于引出蒸汽的计算值。上述再热汽轮机发电厂的一个供水加热器控制系统按以下方式运行。
锅炉30点火之后，由供水泵6通过供水管7从除气器1向锅炉30中的过热器31提供与锅炉30的最小排气量相对应的供水量。这时，除气器1的内部处于真空或大约0.3大气压的低压状态。存储水的温度约为60℃到107℃，这意味着从凝集器37通过凝集管2向除气器1提供的凝集水被通过辅助蒸汽管3提供的加热蒸汽加热到约107℃，由供水泵6推进的供水依次通过装配在高压供水管7中的第三高压供水加热器8，第二高压供水加热器9，和第一高压供水加热器10而提供给锅炉30。然而，由于涡轮机33，34和35在发电厂启动时并不在锅炉启动阶段开始工作，第一到第三高压供水加热器8-10中没有加热蒸汽，这样，在相应的引出管11-13中装配的引出控制阀14-16全都关闭着。
根据图4A中所示的运行过程，涡轮机启动之后，第三引出控制阀14在涡轮机负载达到大约5%的比例后被开启到一个预定的程度，而第三高压供水加热器8开始工作。随后，第二引出阀15被开启到一个预定的程度而第二高压供水加热器9进行工作，最后，第一引出阀16被开启到一个预定的程度而第一高压供水加热器10进入工作。回顾本发明的上述运行过程可见，这些加热器是从低压到高压依次进入工作的。
此外，如图5A中所示，在第二引出阀15开启操作的过程中，第三引出阀16的开启程度被保持一个预定的时间，并且，在第一引出阀14开启操作的过程中，第三和第二引出阀15、16的开启程度被保持一个预定的时间。如图4B和图5B中所示，发电厂停止或关机时的过程是相反的。负载降低到20%之后，第一引出阀16被关闭到一个预定的程度而第一高压供水加热器10被停止。随后，第二引出阀15被关闭到一个预定的程度而第二高压供水加热器9停止。最后，第三引出阀14被关闭到一个预定的程度而第三高压供水加热器8停止。如图4B和图5B所示，通过这一过程，这些加热器从高压侧依次停止。
高压供水加热器的控制系统按以下的方式工作。
为了简化运行的描述，图2仅示出第三高压供水加热器8的控制系统。更具体地说，在图2中，控制器22包括一个剩余工作寿命计算器22a，该计算器用于根据如图3所示的供水温度变化率和供水温度变化范围之间的关系计算高压供水加热器8的水箱部分从启动到停止的每一循环中该装置的剩余工作寿命、并用于存储它的数据，还有一个可允许热应力设值计算器22b，该计算器通过根据来自计算器22a和供水加热器8的水箱部分中的可允许热应力设值单元52的信号计算剩余工作寿命的装置来计算可允许热应力值。此外，控制器22包括一个构造，它可提供一个供水温度变化率设值计算器22C，该计算器根据来自设值计算器22b的可允许热应力值设定一个速率，在该速率下工作寿命是按实际情况尽可能低的值来使用，即，一个低于可限定供水温度变化率的值，例如，300℃/小时，并立即用于根据来自电厂运行指示单元51的电厂启动或电厂停机信号而执行操作，供水温度变化率计算器22d根据来自分别检测装配在高压供水管7中的第三供水加热器8的输入口供水温度T2和输出口供水温度T3的温度检测器18，19的检测信号计算出一个实际供水温度变化率。供水温度比率偏差计算器22e计算在设值计算器22C中算出的供水温度变化率的设定值和计算器22d中算出的供水温度变化率的实际值之间的偏差。控制器22的加热蒸汽计算器22f根据来自引入管11中配置的温度和压力检测器61的输入信号计算出与计算器22e输出的供水温度变化率的偏差值相对应的加热蒸汽的流速或加热蒸汽的量，阀门开启计算器22g计算出响应于计算器22f的输出用于控制引出阀14开启程度的一个控制信号。如果汽轮机发电厂启动或停机时相应的高压供水加热器8-10被驱动，控制器22将供水温度变化率保持为一个预定的值以便将上述供水加热器水箱内的热应力限制在一个可允许的热应力值之下，并改进供水加热器的可靠性。
因此，如图5A中所示，在通过控制器22的操作来启动汽轮机发电厂时，第三引出阀14缓慢地打开直至其提供了一个预定的开启程度以便在一定的涡轮机负载下，（例如5%的负载）向第三高压供水加热器8提供加热蒸汽，这样便使第三高压供水加热器8处于工作状态。随后，第二引出阀15缓慢地开启到一个预定的开启程度以便向第二高压供水加热器9提供加热蒸汽;因此使第二高压供水加热器9处于工作状态。最后，第一引出阀16缓慢地开启到一个预定的开启程度以便向第一高压供水加热器10提供加热蒸汽，这样便使第一高压供水加热器10处于工作状态。在这一阶段，相应的引出阀14-16均处于最小的开启状态;然而，通过向相应的供水加热器8-10引入或供应加热蒸汽，通过相应供水加热器8-10而流出的供水被轻度加热以致其温度上升。
此后，当引出阀14-16被依次打开时，装配在相应供水加热器8-10的输出口和输入口处的温度检测器18-20检测出相应的供水温度T2-T5。控制器22的供水温度变化率计算器22d根据检测值计算出供水温度上升的实际比率，而供水温度比率偏差计算器22e根据一个可允许热应力将其与设值计算器22C中计算的一个预定的设定值相比较。
此后，如果实际测量的供水温度变化率小于设定值，作为引出阀14-16开启操作的条件，从控制器22中阀门开启计算器22g向引出阀14-16输出阀门开启操作信号，以此在增大其开启程度的方向操作阀门14-16。另一方面，如果任一高压供水加热器的水箱中的实际供水温度变化率大于设定值，这意味着向相应的供水加热器提供引出蒸汽的引出阀14-16的开启条件尚未设立，而引出阀14-16被保持在它们目前的开启程度上。
如果上述控制持续到每一供水加热器中供水温度上升到一个预定的值（即，完成加热器启动）时，每一供水加热器水箱中的温度变化率被计算出，其结果是可将热应力控制在低于设定值的一个值上，以此延长工作寿命。
图6代表发电厂重新启动时涡轮机负载与供水温度之间的关系，其中供水泵输出口温度T2代表第三高压供水加热器的输入口温度，而第二高压供水加热器输出口温度T4代表第一高压供水加热器的输入口温度。如图6中所示，由于控制器22用于控制相应引出阀14-16，在相应的高压供水加热器8-10中的供水温度变化率被降至300℃/小时以下的一个可允许值，例如，在停机时为277℃而在启动时为166℃。
图7提供了电厂启动时在相应高压供水加热器的输入口和输出口处供水温度变化情况的一个实例，更具体地说，从图7可见，供水温度变化率被降低到300℃/小时的允许值之下，在第二高压供水加热器输入口的最大值为168℃/小时，在第一高压供水加热器的输入口的最大值为240℃/小时。
通过本发明的上述特征，有可能获得多种有益的效果。更具体地说，在电厂启动或停机时通过减小高压供水加热器水箱中产生的一定量的热应力，能够防止供水加热器被损坏并改进其可靠性，因而显著地降低了整个维护费用。另外，供水加热器的工作寿命可极大地延长，如以下表1中清楚地示出，该表提供了一个容量为1，000兆瓦的超临界压力汽轮机发电厂（extra supercritical pressure steam power plant）的一个计算实例。
表1，高压加热器工作寿命的一个实例
次数/20年 已经使用的工作寿命（%）
无控制系统 本发明系统
冷和温启动 980 31 15
热启动 4，600 159 31
负载变化 27，600 3 3
总数 193 49
另外，通过本发明的特征，在电厂启动和停机时，不需要供水加热器加温运行（它是一种保持涡轮机负载的运行）及类似运行以便减少供水加热器水箱中产生的热应力，因此发电厂的启动时间和停机时间以及启动能量被显著减小。此外，电厂的运行被简化从而改进了整个电厂的效率。
同样，通过本发明，不再需要使供水加热器加温的附加设备（如产生加温蒸汽的蒸汽发生器）因此显著简化了蒸汽发电厂的结构。
如图8和图9所示，所提供的具有供水加热器控制系统的再热汽轮机发电厂在某些方面不同于图1中描述的实施方案;然而，在原理和应用上图8和图9中所示的实施方案基本上位于供水系统最远的下流处的第一高压供水加热器在电厂停机时具有供水加热器输入口处的最大温度变化范围。因此，供水温度变化较大，与第一实施方案不同之处在于，因为第二和第三高压供水加热器的供水温度变化率小于第一高压供水加热器的该比率，仅对第一高压供水加热器10的供水温度变化率进行控制。
因此，上述汽轮机发电厂供水加热器的控制系统对降低供水加热器工作寿命的损耗也有效，因而能够改进蒸汽发电厂的可靠性。
此外，最后描述的实施方案的优点是控制装置的结构可以更加简化。
另外，在图9的实施方案中，其结构中配有根据预先计算的每一启动方式中的供水温度变化率或在一次测试过程中实际测出的数据在控制装置22′的计算部分中提供的一个程序，而基于该程序的信号控制着相应的引出阀，这样上述汽轮机发电厂供水加热器的控制系统对降低供水加热器工作寿命的损耗也有效，这就能够改进蒸汽发电厂的可靠性。
另外，上述实施方案能使控制器的结构显著简化。
从以上描述中可见，本发明的汽轮机发电厂能够控制供水温度使具有由附加蒸汽发生器加温的供水加热器的工作寿命延长，由此改进汽轮机发电厂的可靠性并减少其维护费用。
尽管我们已示出并描述了根据本发明的几个实施方案，应当理解本发明并非仅限于此，而是允许进行多种变化和改进，如同在本领域内一般技术人员所知。因此，我们并不希望被限制在此处所示和所述的细节之中，而是希望包括由所附的权力要求的范围所包含的所有改进。