基于自动同步离合器的供热机组多模式运行工况分析

2021-03-13吴广伟丁永允何冬辉

东北电力技术 2021年1期

吴广伟，丁永允，何冬辉

(辽宁东科电力有限公司，辽宁沈阳 110179)

某电厂180 MW高炉煤气-蒸汽联合循环机组采用一拖一双轴配置方式，燃机为日本三菱重工生产的M701SDAX型低热值高炉煤汽轮机，蒸汽轮机为东方汽轮机厂有限责任公司生产的次高压、双缸、双压、无再热、下排汽、与燃机分轴、单轴抽汽凝汽背压式供热机组。该蒸汽轮机高压缸和低压缸之间设计自动同步离合器装置，可以在工作转速上将高、低压转子啮合与脱开，实现低压转子的自动“解列”和“并列”，完成机组在全供热模式(背压模式)和供电模式(纯冷凝模式)下相互切换，并通过控制进入热网的蒸汽量，实现抽凝模式运行[1]。这种新技术可根据不同热电需求，使供热量、发电量和机组效率之间的关系得到更好协调，提升了机组的运行灵活性，具有较大经济效益和社会效益[2-4]。

1 自动同步离合器结构及原理

本机组所采用的自动同步离合器为瑞士RENK-MAAG公司生产的MS离合器，其结构及原理如图1所示。在同步联轴器输入端，联轴器与驱动相连，并通过联轴器齿用棘爪驱动星形件，星形件径向和轴向安装在可移动的棘爪轮上，该棘爪轮设置在棘爪轮支撑件上。自动同步离合器的啮合及脱开动作完全依靠其输入端、输出端的转速差而自动完成，如果同步联轴器输入速度大于输出速度，或者从输入到输出是正扭力传输，则同步联轴器自动啮合，将输入部件与输出部件连成整体；反之，当输入端转速小于输出端转速时，输入部件与输出部件自动脱开[5]。图1显示了2种可能的联轴器状态。图中上半部分显示联轴器处于脱离位置状态，图中下半部分显示其处于啮合位置状态。

图1 自动同步离合器结构及原理图

2 自动同步离合器位置状态定义

机组在不同模式下运行和切换过程中，需要实时监测离合器的位置状态，从而准确识别高、低压转子的相对位置，有效保证机组安全运行。

如图2所示，离合器装置安装3个位移传感器，分别为脱开到位传感器S1、锁定位置传感器S2、解锁位置传感器S3。通过3个位移传感器信号的不同组合可定义离合器的实际位置状态，也为后续离合器控制逻辑设计提供了基础理论依据。

a.“啮合锁定”状态：高、低压缸一起启动或一起停止或同步额定转速运行。

b.“脱开锁定”状态：高压缸汽轮机处于额定转速运行且低压缸汽轮机处于拖拽转速。

c.“解锁”状态：高压缸汽轮机和低压缸汽轮机处于额定转速运行。

图2 自动同步离合器示意图

3 模式切换过程控制

3.1 纯凝模式向抽凝模式切换

机组必须在纯凝模式下启动，低压转子通过MS离合器(MS离合器处于“啮合锁定”状态)与高中压转子连接在一起，盘车装置通过盘车离合器带动高压转子、低压转子进入盘车状态，机组升速过程、带低负荷过程中机组均处于纯凝模式。机组在纯凝模式下的控制策略与常规机组相同。

当机组带负荷后，机组接收到DCS发出的抽凝模式运行要求，便开始进入纯凝模式向抽凝模式转换过程：MS离合器始终处于啮合锁定状态，汽轮机连通管蝶阀投入排汽压力闭环调节，逐渐开启汽轮机抽汽蝶阀，直到抽汽蝶阀全开，机组转入抽凝模式运行，模式切换完成。

3.2 抽凝模式向背压模式切换

当供热机组在冬季供热量需求较大，抽汽热负荷要求继续增加时，机组可切换到背压模式运行，实现低压缸在线解列，仅以高中压模块背压方式运行。

机组处于抽凝模式运行工况下，当接收到背压模式运行指令后，机组开始进入抽凝模式向背压模式的转换过程：MS离合器锁定电磁阀失电，暂处于解锁状态，汽轮机连通管蝶阀退出排汽压力控制，同时汽轮机抽汽蝶阀进入排汽压力控制，汽轮机连通管蝶阀逐渐关闭，连通管主汽阀在连通管蝶阀全部关闭后继而关闭，当低压转子转速低于高压转子转速时，低压缸通过离合器与高压缸断开。MS离合器信号触发后，离合器锁定电磁阀再次通电，MS离合器进入脱开锁定状态，机组进入背压模式运行，模式切换完成。

3.3 背压模式向抽凝模式切换

机组的供热负荷逐渐减少，在不降低燃气轮机负荷的情况下，机组可切换到抽凝模式运行，实现低压缸的在线并列。

机组处于背压模式运行工况下，当接收到抽凝模式运行指令后，机组开始进入背压模式向抽凝模式的转换过程：MS离合器锁定电磁阀失电，暂处于解锁状态，汽轮机抽汽蝶阀退出排汽压力闭环控制，经判断进汽条件满足后，先开启汽轮机连通管主汽阀，在汽轮机连通管主汽阀全开后，汽轮机连通管蝶阀进入转速闭环控制状态，逐步提升低压转子至3000 r/min额定转速后，低压缸通过离合器连接到高压缸，MS离合器信号消失，MS离合器锁定电磁阀通电动作，锁紧高中压转子和低压转子，MS离合器进入啮合锁定状态，汽轮机连通管蝶阀投入排汽压力闭环控制，汽轮机抽汽蝶阀转手动控制，机组进入抽凝模式运行，模式切换完成。

3.4 抽凝模式向纯凝模式切换

机组处于抽凝模式运行工况下，当接收到纯凝模式运行指令后，机组开始进入抽凝模式向纯凝模式转换过程：MS离合器始终处于啮合锁定状态，汽轮机连通管蝶阀处于中排压力闭环控制，汽轮机抽汽蝶阀逐渐关闭，直到抽汽蝶阀全关后，汽轮机连通管蝶阀退出压力闭环控制，并逐渐开启至全开状态，机组转入纯凝模式运行，模式切换完成。