一種超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法與流程
1.本發(fā)明屬于超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法。
背景技術(shù)：
2.隨著發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，超臨界二氧化碳作為代替水蒸氣的優(yōu)良工質(zhì)，因其更高的循環(huán)效率、更緊湊的設(shè)備布置以及更經(jīng)濟的前期投入而進入許多研究者的視野。其中，雙透平串聯(lián)布置系統(tǒng)更能發(fā)揮超臨界二氧化碳循環(huán)優(yōu)勢。
3.但是實際運行中，雙透平串聯(lián)布置的轉(zhuǎn)速控制思路與普通蒸汽機組有很大不同，兩級透平背壓控制會相互擾動。同時，受制于二氧化碳發(fā)電技術(shù)還處于初期探索階段，很多小型試驗機組、試驗平臺均不具備上網(wǎng)條件，多采用孤網(wǎng)運行方式或負載箱消耗，這在一定程度上提高了透平轉(zhuǎn)速控制的難度。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
4.為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，實現(xiàn)了該類發(fā)電系統(tǒng)的機組啟停、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、升降負荷等操作，降低了控制難度。
5.本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
6.一種超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，系統(tǒng)包括壓縮機、回?zé)崞鳌⒅鲹Q熱器、ⅰ級透平、ⅱ級透平、冷卻器、高壓氣源罐、加壓泵和平衡罐；壓縮機的進口與出口之間設(shè)有壓縮機旁路，ⅰ級透平的進氣口與排氣口之間設(shè)有ⅰ級透平旁路，ⅱ級透平的進氣口與排氣口之間設(shè)有ⅱ級透平旁路；ⅰ級透平和ⅱ級透平的進氣口均設(shè)有速關(guān)閥和主調(diào)閥；
7.控制方法包括：
8.系統(tǒng)啟動準備前，二氧化碳工質(zhì)通過高壓氣源罐經(jīng)加壓泵進入平衡罐，再由壓縮機低負荷運行，將二氧化碳工質(zhì)充滿主回路系統(tǒng)；此時壓縮機旁路、ⅰ級透平旁路和ⅱ級透平旁路均為全開；
9.沖轉(zhuǎn)前，壓縮機旁路逐漸關(guān)閉，二氧化碳工質(zhì)通過壓縮機升壓，進入回?zé)崞鲹Q熱后進入主換熱器升溫，并通過ⅰ級透平旁路和ⅱ級透平旁路進入回?zé)崞鳎罱K經(jīng)過冷卻器冷卻后進入平衡罐作為壓縮機的入口氣源；
10.沖轉(zhuǎn)過程中，關(guān)閉ⅱ級透平旁路，同時開啟ⅱ級透平的速關(guān)閥和主調(diào)閥，這一過程ⅰ級透平旁路保持全開；當(dāng)ⅱ級透平到達額定轉(zhuǎn)速后，系統(tǒng)立即并網(wǎng)或進入帶載狀態(tài)；若ⅱ級透平旁路未關(guān)閉，則全關(guān)ⅱ級透平旁路，并增加負載箱對應(yīng)負載；待ⅱ級透平旁路全關(guān)后，關(guān)閉ⅰ級透平旁路，同時開啟ⅰ級透平的速關(guān)閥和主調(diào)閥；這一過程中ⅱ級透平的主調(diào)閥保持全開；當(dāng)ⅰ級透平達額定轉(zhuǎn)速后，立即并網(wǎng)或進入帶載狀態(tài)；
11.穩(wěn)態(tài)運行，進入升負荷階段，ⅰ級透平和ⅱ級透平按照理論負荷比例交替操作主調(diào)
閥開度均不小于50％，同時增加主換熱器熱功率，通過平衡罐增加壓縮機入口壓力，提高系統(tǒng)參數(shù)至過臨界狀態(tài)；升負荷過程中，監(jiān)測勵磁、發(fā)電機參數(shù)或交替調(diào)節(jié)對應(yīng)負載增加負荷；
12.降負荷階段，ⅰ級透平和ⅱ級透平按照理論負荷比例交替操作主調(diào)閥開度均不小于50％，同時減少主換熱器熱功率，通過平衡罐降低壓縮機入口壓力，降低循環(huán)系統(tǒng)背壓；降負荷過程中，監(jiān)測勵磁、發(fā)電機參數(shù)或交替調(diào)節(jié)對應(yīng)負載降低負荷；
13.當(dāng)系統(tǒng)總負荷小于10％額定負荷時，手動打閘停機，此時ⅰ級透平旁路、ⅱ級透平旁路和壓縮機旁路均聯(lián)鎖開啟不小于20％。
14.優(yōu)選地，高負荷事故工況下，切除ⅰ級透平和ⅱ級透平，關(guān)閉ⅰ級透平和ⅱ級透平的主調(diào)閥與進氣閥，同時，壓縮機旁路、ⅰ級透平旁路和ⅱ級透平旁路均快開50％，壓縮機1聯(lián)鎖停機。
15.優(yōu)選地，壓縮機出口與回?zé)崞骼鋫?cè)進口連接，回?zé)崞骼鋫?cè)出口與主換熱器的高壓換熱器進口連接，高壓換熱器出口與ⅰ級透平進氣口連接，ⅰ級透平帶動ⅰ級發(fā)電機；ⅰ級透平排氣口與主換熱器的低壓換熱器進口連接，低壓換熱器出口與ⅱ級透平進氣口連接，ⅱ級透平帶動ⅱ級發(fā)電機；ⅱ級透平排氣口與回?zé)崞鳠醾?cè)進口連接，回?zé)崞鳠醾?cè)出口與冷卻器進口連接，冷卻器出口與平衡罐進口連接，平衡罐出口通過一條支路與壓縮機進口連接，通過另一條支路與加壓泵連接，加壓泵與高壓氣源罐連接。
16.優(yōu)選地，ⅰ級透平和ⅱ級透平的出口設(shè)有速關(guān)閥或逆止閥。
17.優(yōu)選地，平衡罐連接有排空管道，排空管道上設(shè)有電動閥。
18.優(yōu)選地，ⅰ級透平旁路、ⅱ級透平旁路和壓縮機旁路的動力源為氣動或電動，動作時間＜2s。
19.優(yōu)選地，壓縮機的進口工作壓力為3～8mpa，進口溫度為35～45℃，滿負荷出口工作壓力為18～20mpa。
20.優(yōu)選地，回?zé)崞鞯淖罡吖ぷ鳒囟葹?50℃。
21.優(yōu)選地，主換熱器的熱源為液態(tài)金屬、熔鹽、蒸汽或煙氣，主換熱器出口的二氧化碳工質(zhì)溫度為550～650℃。
22.優(yōu)選地，冷卻器的冷卻介質(zhì)為水、油或壓縮空氣。
23.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
24.參考二氧化碳的物理特性，雙透平串聯(lián)布置同時具備熱能利用效率高、布置緊湊、占地面積小等諸多優(yōu)勢；但同時，雙透平串聯(lián)布置在運行時，若以傳統(tǒng)方式控制單一透平轉(zhuǎn)速，則一級、二級透平相互干擾，嚴重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，輸出功率波動大，在以運用負載箱為負載消耗的試驗平臺以及孤網(wǎng)運行模式中尤為嚴重。本發(fā)明公開的超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，通過在壓縮機的進口與出口之間設(shè)置壓縮機旁路、ⅰ級透平的進氣口與排氣口之間設(shè)置ⅰ級透平旁路、ⅱ級透平的進氣口與排氣口之間設(shè)置ⅱ級透平旁路，配合系統(tǒng)中的設(shè)備，實現(xiàn)了超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的機組啟停、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、升降負荷等操作，降低了控制難度。
25.進一步地，平衡罐連接有排空管道，排空管道上設(shè)有電動閥，能夠?qū)嚎s機入口壓力進行精確控制，以及事故工況下作為安全泄放的排口之一。
26.進一步地，ⅰ級透平旁路、ⅱ級透平旁路和壓縮機旁路的動力源動作時間＜2s，能
夠滿足快速響應(yīng)的要求，實現(xiàn)穩(wěn)定遠控調(diào)整。
附圖說明
27.圖1為超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
28.圖中：1為壓縮機，2為回?zé)崞鳎?為主換熱器，4為ⅰ級透平，5為ⅱ級透平，6為冷卻器，7為高壓氣源罐，8為加壓泵，9為平衡罐，1by為壓縮機旁路，4by為ⅰ級透平旁路，5by為ⅱ級透平旁路。
具體實施方式
29.下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
30.如圖1，本發(fā)明的超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)，主要包括壓縮機1、回?zé)崞?、主換熱器3、ⅰ級透平4、ⅱ級透平5、冷卻器6、高壓氣源罐7、加壓泵8和平衡罐9；壓縮機1的進口與出口之間設(shè)有壓縮機旁路1by，ⅰ級透平4的進氣口與排氣口之間設(shè)有ⅰ級透平旁路4by，ⅱ級透平5的進氣口與排氣口之間設(shè)有ⅱ級透平旁路5by；ⅰ級透平旁路4by、ⅱ級透平旁路5by和壓縮機旁路1by的動力源為氣動或電動，動作時間＜2s；ⅰ級透平4和ⅱ級透平5的進氣口均設(shè)有速關(guān)閥和主調(diào)閥，ⅰ級透平4和ⅱ級透平5的出口設(shè)有速關(guān)閥或逆止閥。
31.具體的連接關(guān)系為：壓縮機1出口通過管道和閥門與回?zé)崞?冷側(cè)進口連接，回?zé)崞?冷側(cè)出口通過管道與主換熱器3的高壓換熱器進口連接，高壓換熱器出口通過管道和閥門與ⅰ級透平4進氣口連接，ⅰ級透平4帶動ⅰ級發(fā)電機；ⅰ級透平4排氣口與主換熱器3的低壓換熱器進口連接，低壓換熱器出口通過管道和閥門與ⅱ級透平5進氣口連接，ⅱ級透平5帶動ⅱ級發(fā)電機；ⅱ級透平5排氣口與回?zé)崞?熱側(cè)進口連接，回?zé)崞?熱側(cè)出口通過管道和閥門與冷卻器6進口連接，冷卻器6出口通過管道和閥門與平衡罐9進口連接，平衡罐9出口通過一條支路與壓縮機1進口連接，通過另一條支路與加壓泵8連接，加壓泵8與高壓氣源罐7連接，兩條支路上均設(shè)有閥門。
32.在一個較優(yōu)的實施例中，平衡罐9連接有排空管道，排空管道上設(shè)有電動閥。
33.本發(fā)明的超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，包括：
34.啟動準備前，二氧化碳工質(zhì)通過高壓氣源罐7經(jīng)過加壓泵8進入平衡罐9。二氧化碳工質(zhì)進入平衡罐9后，再由壓縮機1低負荷運行，將工質(zhì)充滿主回路系統(tǒng)，并達到3.5～4mpa。此時壓縮機旁路1by、ⅰ級透平旁路4by、ⅱ級透平旁路5by均在全開狀態(tài)。
35.沖轉(zhuǎn)前，壓縮機旁路1by逐漸關(guān)閉，即二氧化碳工質(zhì)通過壓縮機1升壓，進入回?zé)崞?換熱、主換熱器3升溫，通過ⅰ級透平旁路4by、ⅱ級透平旁路5by進入回?zé)崞?，最終，經(jīng)過冷卻器6冷卻后的二氧化碳冷態(tài)工質(zhì)進入平衡罐9作為壓縮機1的入口氣源。
36.沖轉(zhuǎn)過程中，優(yōu)先關(guān)閉ⅱ級透平旁路5by，同時開啟對應(yīng)透平即ⅱ級透平5速關(guān)閥與主調(diào)閥，這一過程中ⅰ級透平旁路4by保持全開，當(dāng)ⅱ級透平5到達額定轉(zhuǎn)速后，應(yīng)立即并網(wǎng)或進入帶載狀態(tài)。若ⅱ級透平旁路5by未關(guān)閉，則需要全關(guān)ⅱ級透平旁路5by，并增加對應(yīng)負載。待ⅱ級透平旁路5by全關(guān)后，關(guān)閉ⅰ級透平旁路4by，同理同時開啟對應(yīng)透平即ⅰ級透平4速關(guān)閥與主調(diào)閥，這一過程中ⅱ級透平主調(diào)閥建議保持全開，保證二氧化碳工質(zhì)始終有最大通流量。當(dāng)ⅰ級透平4達額定轉(zhuǎn)速后，應(yīng)立即并網(wǎng)或進入帶載狀態(tài)。
37.穩(wěn)態(tài)運行，進入升負荷階段，通過ⅰ級透平4、ⅱ級透平5按照理論負荷比例交替操作主調(diào)閥，且二者開度均不小于50％。同時增加主換熱器3熱功率，必要時通過平衡罐9增加壓縮機入口壓力，提高系統(tǒng)參數(shù)至過臨界狀態(tài)。升負荷過程中，嚴密監(jiān)視勵磁、發(fā)電機等參數(shù)或交替調(diào)節(jié)對應(yīng)負載增加負荷。
38.降負荷階段與升負荷階段同理，ⅰ級透平4、ⅱ級透平5按照理論負荷比例，交替操作主調(diào)閥，且二者開度均不小于50％。同時減少主換熱器3熱功率，必要時通過平衡罐9降低壓縮機入口壓力，降低循環(huán)系統(tǒng)背壓。降負荷過程中，嚴密監(jiān)視勵磁、發(fā)電機等參數(shù)或交替調(diào)節(jié)對應(yīng)負載降低負荷。
39.當(dāng)總負荷小于10％額定負荷時，即可手動打閘停機，此時ⅰ級透平旁路4by、ⅱ級透平旁路5by、壓縮機旁路1by均聯(lián)鎖開啟不小于20％。
40.壓縮機1入口壓力維持在3.5～4mpa，入口溫度通過冷卻器(5)維持在35～40℃，冷卻方式為水冷或空冷。二氧化碳工質(zhì)經(jīng)過壓縮機1加壓后工質(zhì)壓力達到18～20mpa，經(jīng)過主換熱器3加熱后溫度達到600℃。回?zé)崞?2)的最高工作溫度為450℃。
41.下面結(jié)合一個具體實施例來對本發(fā)明進行進一步的解釋說明：
42.由于現(xiàn)階段超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)還不具備大規(guī)模上網(wǎng)輸電的現(xiàn)實情況，本實施例基于“發(fā)電機-負載箱”這一現(xiàn)場布置的運行模式，介紹雙透平串聯(lián)布置的超臨界二氧化碳發(fā)電系統(tǒng)中，經(jīng)由負載箱消耗電功率的轉(zhuǎn)速控制的啟停方法與控制方式。ⅰ級透平4同軸連接有ⅰ級發(fā)電機，ⅱ級透平5同軸連接有ⅱ級發(fā)電機，ⅰ級發(fā)電機和ⅱ級發(fā)電機分別連接一個負載箱。實施例中采用的負載箱，應(yīng)滿足最小分功率檔位＜0.5％總負荷的要求。若無法滿足負載箱最小功率要求，則在ⅰ級透平4和ⅱ級透平5轉(zhuǎn)速控制邏輯回路中，放棄對額定轉(zhuǎn)速的精確控制，將運行轉(zhuǎn)速控制在
±
1％，負荷調(diào)整時轉(zhuǎn)速波動控制在
±
2％。
43.啟動準備前，二氧化碳工質(zhì)通過高壓氣源罐7經(jīng)過加壓泵8進入平衡罐9。二氧化碳工質(zhì)進入平衡罐9后，再由壓縮機1低負荷運行，將工質(zhì)充滿主回路系統(tǒng)，充裝壓力不應(yīng)低于壓縮機啟動的最低安全壓力3.5～4mpa。此時壓縮機旁路1by、ⅰ級透平旁路4by、ⅱ級透平旁路5by均在全開狀態(tài)。壓縮機旁路1by在通常情況下，也被稱為防喘振閥，當(dāng)壓縮機1迫近喘振區(qū)間運行時，壓縮機旁路1by自動強制快開，保障設(shè)備安全，使壓縮機1不在喘振區(qū)間運行。
44.沖轉(zhuǎn)前，壓縮機旁路1by逐漸關(guān)閉，即二氧化碳工質(zhì)通過壓縮機1升壓，進入回?zé)崞?換熱、主換熱器3升溫。通過ⅰ級透平旁路4by、ⅱ級透平旁路5by進入回?zé)崞?，最終，經(jīng)過冷卻器6冷卻后的二氧化碳冷態(tài)工質(zhì)進入平衡罐9作為壓縮機1的入口氣源。此時工質(zhì)為冷態(tài)，不建議壓縮機1壓力過高，保持額定參數(shù)50％為宜，方便之后主換熱器3升溫升壓，并且方便在保護動作后再次冷態(tài)沖轉(zhuǎn)。
45.沖轉(zhuǎn)過程中，優(yōu)先啟動運行參數(shù)較低的ⅱ級透平5。當(dāng)主換熱器3中低壓換熱器3b的出口滿足進氣條件后，即可關(guān)閉ⅱ級透平旁路5by，同時開啟對應(yīng)透平即ⅱ級透平5的速關(guān)閥與主調(diào)閥，這一過程中ⅰ級透平旁路4by必須保持全開，保證二氧化碳工質(zhì)有不低于主換熱器3保護值的安全流量。ⅱ級透平5與ⅱ級透平旁路5by的切換分兩步進行：首先，按照邏輯中的轉(zhuǎn)速曲線，令ⅱ級透平5轉(zhuǎn)速到達50％額定轉(zhuǎn)速，即暖機轉(zhuǎn)速；暖機時間應(yīng)根據(jù)透平自身內(nèi)部軸系布置，通常暖機時間不應(yīng)小于30min，也可以通過觀察透平軸振動、位移及脹差等參數(shù)確定具體暖機時間。暖機結(jié)束后，繼續(xù)關(guān)閉ⅱ級透平旁路5by按照邏輯中的轉(zhuǎn)速
曲線提升ⅱ級透平5轉(zhuǎn)速，注意ⅱ級透平5主調(diào)閥的“實際”開度應(yīng)保持在50％(需要先期做好仿真與閥門傳動試驗確定對“實際”開度可以真實準確監(jiān)測調(diào)節(jié))。
46.當(dāng)ⅱ級透平5到達額定轉(zhuǎn)速后，立即投入對應(yīng)負載箱，進入運行空載狀態(tài)。若ⅱ級透平旁路5by未關(guān)閉，則需要全關(guān)ⅱ級透平旁路5by，并增加負載箱對應(yīng)負載。建議不低于ⅱ級透平5總負荷的5％。
47.待ⅱ級透平旁路5by全關(guān)后，同理關(guān)閉ⅰ級透平旁路4by，啟動運行參數(shù)較高的ⅰ級透平4。即開啟ⅰ級透平4速關(guān)閥與主調(diào)閥，這一過程中ⅱ級透平5主調(diào)閥建議保持全開，保證二氧化碳工質(zhì)始終有最大通流量。同理，當(dāng)ⅰ級透平4達50％額定轉(zhuǎn)速，即暖機轉(zhuǎn)速后，應(yīng)暖機不少于30min。暖機結(jié)束后，繼續(xù)關(guān)閉ⅰ級透平旁路4by按照邏輯中的轉(zhuǎn)速曲線提升ⅰ級透平4轉(zhuǎn)速，直至額定轉(zhuǎn)速。隨后，可令負載箱進入運行空載狀態(tài)。若ⅰ級透平旁路4by未關(guān)閉，應(yīng)優(yōu)先關(guān)閉ⅰ級透平旁路4by，再提升壓縮機1出力或平衡罐9壓力。
48.對于上述暖機轉(zhuǎn)速的要求，應(yīng)遵循透平軸系平衡，確定軸系自身臨界區(qū)轉(zhuǎn)速。在非事故工況下，升降負荷應(yīng)以負載箱最小檔位為調(diào)節(jié)基礎(chǔ)。整個沖轉(zhuǎn)過程都應(yīng)對總循環(huán)流量做嚴密監(jiān)視。
49.負載箱性能應(yīng)滿足最小分功率檔位＜0.5％總負荷。若無法滿足負載箱最小功率要求，則在ⅰ級透平4、ⅱ級透平5轉(zhuǎn)速控制邏輯回路中，放棄對額定轉(zhuǎn)速的精確控制，將運行轉(zhuǎn)速控制在
±
1％，負荷調(diào)整時轉(zhuǎn)速波動控制在
±
2％。即在運行過程中，ⅰ級透平4的主調(diào)閥不但要控制ⅰ級透平4，還需要通過調(diào)整自身排氣壓力控制ⅱ級透平5的進氣量。為確保二氧化碳循環(huán)回路背壓穩(wěn)定，針對于負載箱精度不足以滿足上述要求的情況，并綜合考慮系統(tǒng)安全純電阻負載箱的功率輸出模式，建議ⅱ級透平5的主調(diào)閥保持全開，并將轉(zhuǎn)速控制在額定轉(zhuǎn)速
±
1％范圍之內(nèi)。
50.因此，在升負荷階段，需要提前通過ⅰ級透平4、ⅱ級透平5按照理論負荷比例交替操作主調(diào)閥，且二者開度均不小于50％，負載箱同步響應(yīng)。同時增加主換熱器3熱功率，必要時通過平衡罐9增加壓縮機入口壓力，提高系統(tǒng)參數(shù)至過臨界狀態(tài)。升負荷過程中，嚴密監(jiān)視勵磁、發(fā)電機等參數(shù)或調(diào)節(jié)對應(yīng)負載箱交替增加負荷。
51.降負荷階段與升負荷階段同理，ⅰ級透平4、ⅱ級透平5按照理論負荷比例，交替操作主調(diào)閥，且二者開度均不小于50％，負載箱同步響應(yīng)。同時減少主換熱器3熱功率，必要時通過平衡罐9降低壓縮機入口壓力，降低循環(huán)系統(tǒng)背壓。降負荷過程中，嚴密監(jiān)視勵磁、發(fā)電機等參數(shù)或調(diào)節(jié)對應(yīng)負載箱交替增加負荷。
52.理論上將，當(dāng)總負荷小于10％額定負荷時，即可手動打閘停機，此時ⅰ級透平旁路4by、ⅱ級透平旁路5by、壓縮機旁路1by均聯(lián)鎖開啟不小于20％，系統(tǒng)應(yīng)盡可能地降低循環(huán)壓力到安全范圍。具體打閘時間，也應(yīng)考慮主換熱器3出口溫度變化和對ⅰ級透平4、ⅱ級透平5軸系的影響。在全流量循環(huán)的系統(tǒng)中，嚴禁在ⅰ級透平4或ⅱ級透平5帶載情況下，開啟ⅰ級透平旁路4by或ⅱ級透平旁路5by，否則下游的回?zé)崞?、冷卻器6與平衡罐9均會受到高壓工質(zhì)沖擊，嚴重時，會發(fā)生泄漏爆管等惡性事故。
53.高負荷的事故工況下，循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)切除ⅰ級透平4和ⅱ級透平5，關(guān)閉二者主調(diào)閥與進氣閥的同時，壓縮機旁路1by、ⅰ級透平旁路4by和ⅱ級透平旁路5by均必須快開50％，必要時壓縮機1可直接聯(lián)鎖停機，切斷系統(tǒng)動力源。
54.故障恢復(fù)后的機組熱態(tài)啟動，ⅰ級透平4、ⅱ級透平5可同步進行，并適當(dāng)縮短暖機
時間，力求最快恢復(fù)運行狀態(tài)。
55.需要說明的是，以上所述僅為本發(fā)明實施方式的一部分，根據(jù)本發(fā)明所描述的系統(tǒng)所做的等效變化，均包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實例做類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
技術(shù)特征：
1.一種超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，系統(tǒng)包括壓縮機(1)、回?zé)崞?2)、主換熱器(3)、ⅰ級透平(4)、ⅱ級透平(5)、冷卻器(6)、高壓氣源罐(7)、加壓泵(8)和平衡罐(9)；壓縮機(1)的進口與出口之間設(shè)有壓縮機旁路(1by)，ⅰ級透平(4)的進氣口與排氣口之間設(shè)有ⅰ級透平旁路(4by)，ⅱ級透平(5)的進氣口與排氣口之間設(shè)有ⅱ級透平旁路(5by)；ⅰ級透平(4)和ⅱ級透平(5)的進氣口均設(shè)有速關(guān)閥和主調(diào)閥；控制方法包括：系統(tǒng)啟動準備前，二氧化碳工質(zhì)通過高壓氣源罐(7)經(jīng)加壓泵(8)進入平衡罐(9)，再由壓縮機(1)低負荷運行，將二氧化碳工質(zhì)充滿主回路系統(tǒng)；此時壓縮機旁路(1by)、ⅰ級透平旁路(4by)和ⅱ級透平旁路(5by)均為全開；沖轉(zhuǎn)前，壓縮機旁路(1by)逐漸關(guān)閉，二氧化碳工質(zhì)通過壓縮機(1)升壓，進入回?zé)崞?2)換熱后進入主換熱器(3)升溫，并通過ⅰ級透平旁路和ⅱ級透平旁路進入回?zé)崞?2)，最終經(jīng)過冷卻器(6)冷卻后進入平衡罐(9)作為壓縮機(1)的入口氣源；沖轉(zhuǎn)過程中，關(guān)閉ⅱ級透平旁路(5by)，同時開啟ⅱ級透平(5)的速關(guān)閥和主調(diào)閥，這一過程ⅰ級透平旁路(4by)保持全開；當(dāng)ⅱ級透平(5)到達額定轉(zhuǎn)速后，系統(tǒng)立即并網(wǎng)或進入帶載狀態(tài)；若ⅱ級透平旁路(5by)未關(guān)閉，則全關(guān)ⅱ級透平旁路(5by)，并增加負載箱對應(yīng)負載；待ⅱ級透平旁路(5by)全關(guān)后，關(guān)閉ⅰ級透平旁路(4by)，同時開啟ⅰ級透平(4)的速關(guān)閥和主調(diào)閥；這一過程中ⅱ級透平(5)的主調(diào)閥保持全開；當(dāng)ⅰ級透平(4)達額定轉(zhuǎn)速后，立即并網(wǎng)或進入帶載狀態(tài)；穩(wěn)態(tài)運行，進入升負荷階段，ⅰ級透平(4)和ⅱ級透平(5)按照理論負荷比例交替操作主調(diào)閥開度均不小于50％，同時增加主換熱器(3)熱功率，通過平衡罐(9)增加壓縮機(1)入口壓力，提高系統(tǒng)參數(shù)至過臨界狀態(tài)；升負荷過程中，監(jiān)測勵磁、發(fā)電機參數(shù)或交替調(diào)節(jié)對應(yīng)負載增加負荷；降負荷階段，ⅰ級透平(4)和ⅱ級透平(5)按照理論負荷比例交替操作主調(diào)閥開度均不小于50％，同時減少主換熱器(3)熱功率，通過平衡罐(9)降低壓縮機入口壓力，降低循環(huán)系統(tǒng)背壓；降負荷過程中，監(jiān)測勵磁、發(fā)電機參數(shù)或交替調(diào)節(jié)對應(yīng)負載降低負荷；當(dāng)系統(tǒng)總負荷小于10％額定負荷時，手動打閘停機，此時ⅰ級透平旁路(4by)、ⅱ級透平旁路(5by)和壓縮機旁路(1by)均聯(lián)鎖開啟不小于20％。2.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，高負荷事故工況下，切除ⅰ級透平(4)和ⅱ級透平(5)，關(guān)閉ⅰ級透平(4)和ⅱ級透平(5)的主調(diào)閥與進氣閥，同時，壓縮機旁路(1by)、ⅰ級透平旁路(4by)和ⅱ級透平旁路(5by)均快開50％，壓縮機1聯(lián)鎖停機。3.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，壓縮機(1)出口與回?zé)崞?2)冷側(cè)進口連接，回?zé)崞?2)冷側(cè)出口與主換熱器(3)的高壓換熱器進口連接，高壓換熱器出口與ⅰ級透平(4)進氣口連接，ⅰ級透平(4)帶動ⅰ級發(fā)電機；ⅰ級透平(4)排氣口與主換熱器(3)的低壓換熱器進口連接，低壓換熱器出口與ⅱ級透平(5)進氣口連接，ⅱ級透平(5)帶動ⅱ級發(fā)電機；ⅱ級透平(5)排氣口與回?zé)崞?2)熱側(cè)進口連接，回?zé)崞?2)熱側(cè)出口與冷卻器(6)進口連接，冷卻器(6)出口與平衡罐(9)進口連接，平衡罐(9)出口通過一條支路與壓縮機(1)進口連接，通過另一條支路與加壓泵(8)連接，加壓泵(8)與高壓氣源罐(7)連接。
4.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，ⅰ級透平(4)和ⅱ級透平(5)的出口設(shè)有速關(guān)閥或逆止閥。5.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，平衡罐(9)連接有排空管道，排空管道上設(shè)有電動閥。6.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，ⅰ級透平旁路(4by)、ⅱ級透平旁路(5by)和壓縮機旁路(1by)的動力源為氣動或電動，動作時間＜2s。7.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，壓縮機(1)的進口工作壓力為3～8mpa，進口溫度為35～45℃，滿負荷出口工作壓力為18～20mpa。8.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，回?zé)崞?2)的最高工作溫度為450℃。9.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，主換熱器(3)的熱源為液態(tài)金屬、熔鹽、蒸汽或煙氣，主換熱器(3)出口的二氧化碳工質(zhì)溫度為550～650℃。10.如權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，冷卻器(6)的冷卻介質(zhì)為水、油或壓縮空氣。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的控制方法及系統(tǒng)，屬于超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。系統(tǒng)包括壓縮機、回?zé)崞鳌⒅鲹Q熱器、Ⅰ級透平、Ⅱ級透平、冷卻器、高壓氣源罐、加壓泵和平衡罐。通過在壓縮機的進口與出口之間設(shè)置壓縮機旁路、Ⅰ級透平的進氣口與排氣口之間設(shè)置Ⅰ級透平旁路、Ⅱ級透平的進氣口與排氣口之間設(shè)置Ⅱ級透平旁路，配合系統(tǒng)中的設(shè)備，實現(xiàn)了超臨界二氧化碳串聯(lián)式雙透平發(fā)電系統(tǒng)的機組啟停、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、升降負荷等操作，降低了控制難度。降低了控制難度。降低了控制難度。
