CN102116469B - 发电厂中压加热器给水及疏水系统 - Google Patents

发电厂中压加热器给水及疏水系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种发电厂中压加热器给水及疏水系统,包括给水管系,设在所述给水管系上的给水泵单元,其中,所述给水泵单元包括沿所述给水管系的上游至下游设置的低压给水泵和高压给水泵;所述低压给水泵和所述高压给水泵之间设置中压给水加热器单元,所述给水加热器单元由一个或多个的单个给水加热器组成。本发明还提供含有该系统的发电机组。本发明系统中,中压加热器及给水管系造价低,设置疏水泵的疏水系统效率高,从而提高发电厂热力循环效率,降低工程造价。

Description

发电厂中压加热器给水及疏水系统
技术领域
[0001] 本发明涉及加热器给水及疏水系统,具体地涉及发电厂加热器给水及疏水系统。背景技术
[0002] 在国家“节能减排”方针和世界的环保趋势潮流下,环境保护及引起气候变暖的温室气体排放问题使得发电厂设备行业节能任务意义重大。
[0003]目前,采用热力发电时,为节约能源,常将做过功的部分蒸汽用以加热给水。如《电气工程师手册》公开的一种具有给水回热的汽轮机及其循环装置。它的构成为由过热蒸汽管连接锅炉和汽轮机,汽轮机后依次序接有凝汽器、给水泵和抽汽加热器,抽汽加热器再经给水管与锅炉相接通,在汽轮机的某些中间级后引接出回热抽汽管,直接与抽汽加热器相接。这种给水回热循环装置由于汽轮机抽气的热量被用于加热给水,循环的冷源损失减少,因此在蒸汽初、终参数相同的情况下,热效率较没有给水回热循环提高。
[0004] 如图1所示,示出了现有的发电厂设备的给水加热器的常见的具体配置。该配置中,从除氧器I至锅炉4的给水管系100上设有给水泵组200a,给水泵组200a ( 一般包括给水前置泵201a和主给水泵202a)下游设有给水加热器300a单元。由于给水泵组200a出口压力较高,给水加热器单元300a的水侧压力相应较高,因此,现有配置的给水加热器设备造价高,在超临界及以上参数机组中这种情况更加明显。另外,由于现有配置中给水加热器单元300下游给水压力较高,给水加热器单元300a (可以由一个或多个给水加热器组成,例如图1中的第一给水加热器301a、第二给水加热器302a和第三给水加热器303a)将给水加热器的汽侧疏水逐级自流,最后通过疏水管道205a排往除氧器I。相对而言,现有配置的相对热力系统效率较低。
[0005] 综上所述,本领域缺乏一种成本降低、热力系统效率高、更为环保的发电厂设备加热器给水及疏水系统。
发明内容
[0006] 本发明的第一目的在于获得一种成本降低、热力系统效率高、更为环保的发电厂设备加热器给水及疏水系统。
[0007] 本发明的第二目的在于获得一种成本降低、热力系统效率高、更为环保的超临界发电机组或超超临界发电机组。
[0008] 本发明的第三目的在于获得一种成本降低、热力系统效率高、更为环保的发电厂设备。
[0009] 在本发明的第一方面,提供了一种发电厂设备中压加热器给水及疏水系统,包括给水管系,设在所述给水管系上的给水泵单元,
[0010]其中,
[0011]-所述给水泵单元包括沿所述给水管系的上游至下游设置的低压给水泵和高压给水泵;[0012]-所述低压给水泵和所述高压给水泵之间设置中压给水加热器单元,所述给水加热器单元由一个或多个的单个给水加热器组成。
[0013] 本发明的一个具体实施方式中,所述低压给水泵的扬程为总扬程的30-60%,所述总扬程是指低压给水泵和高压给水泵的扬程之和。
[0014] 本发明的一个具体实施方式中,所述低压给水泵(203)的扬程为1200-2400mH20 ;优选 1200-1800mH20o
[0015] 本发明的一个具体实施方式中,所述高压给水泵(204)的扬程为1600-2800mH20 ;优选 2200-2800mH20o
[0016] 本发明的一个具体实施方式中,所述给水加热器单元(300)的水侧压力介于5〜24MPa.g 之间。
[0017] 本发明的一个具体实施方式中,所述给水加热器单元(300)由单列2-3或双列4-6个的单个给水加热器组成。
[0018] 本发明的一个具体实施方式中,所述给水加热器单元(300)的单个或各个给水加热器的汽侧设置疏水自流管道(205)。
[0019] 本发明的一个具体实施方式中,所述给水加热器单元(300)的汽侧设置疏水泵(206)。
[0020] 在本发明的一个具体实施方式中,所述给水泵单元(200)中,低压给水泵(203)的上游设置给水前置泵(201)。
[0021] 本发明的第二方面提供一种含有本发明所述的发电厂设备中压加热器给水和疏水系统的超临界发电机组或超超临界发电机组。
[0022] 本发明的第三方面提供一种本发明所述的发电厂设备中压加热器给水和疏水系统的发电厂设备。
[0023] 本发明的优点在于:
[0024] 本中压加热器和给水系统,较现有技术的高压加热器和给水系统成本较低,另一方面,中压加热器便于在其疏水系统设置疏水泵,较现有技术的逐级自流疏水系统热力系统效率要高、更为环保。
附图说明
[0025] 图1为现有技术的高压加热器给水及疏水系统。
[0026] 图2为本发明的一个具体实施例的中压加热器给水及疏水系统。
[0027] 图3为本发明的另一个具体实施例的中压加热器给水及疏水系统。
[0028] 图4为本发明的另一个具体实施例的中压加热器给水及疏水系统。
[0029] 图5为本发明的另一个具体实施例的中压加热器给水及疏水系统。
[0030] 图6为本发明的另一个具体实施例的中压加热器给水及疏水系统。
具体实施方式
[0031] 本发明人经过广泛而深入的研究,通过改进制备工艺,获得了一种新的给水加热器的配置。该配置可以降低工程总体造价,并提高热电效率,且采用了简单易行的技术手段,具有广泛的经济效益和社会效益,特别适合中国国情。在此基础上完成了本发明。[0032] 本发明提供一种发电厂设备中压加热器给水及疏水系统。所述系统包括:给水管系;设在所述给水管系上的给水泵单元,所述给水泵单元包括:低压给水泵和高压给水泵;所述低压和高压给水泵之间的中压加热器单元;所述中压加热器设置疏水管道和疏水泵。其中,来自除氧器的给水沿所述给水管系经所述低压给水泵一次升压,然后进入所述中压加热器,升温后的给水经所述高压给水泵再次升压,最后进入锅炉;通过所述中压加热器加热给水的蒸汽凝结成疏水,疏水通过所述疏水管道和疏水泵回到除氧器或所述给水系统。
[0033] 本发明的构思如下:
[0034] 本发明基于热力循环基本原理,将给水加热器前的给水泵组拆分为低压给水泵和高压给水泵,将低压给水泵布置在给水加热器前,高压给水泵布置在给水加热器后,给水泵组总扬程重新分配(总的扬程与常规配置基本相当),给水加热器前低压给水泵的扬程满足给水加热器后给水过冷度的要求,同时满足给水加热器后高压给水泵的汽蚀裕量要求,高压给水泵扬程满足锅炉给水要求。这种系统配置中,给水加热器位于低压给水泵后、高压给水泵前,给水加热器的水侧压力较低,给水加热器设备造价相对较低;同时给水加热器前后的给水管系(包括管道、阀门、管件等)压力较低,管系造价相对较低。从而可以降低工程总体造价。
[0035] 同时,中压加热器后给水压力相对较低,便于配套采用疏水泵,将加热器的疏水打入加热器后给水中,相对疏水逐级自流系统,提闻了热力系统效率。
[0036] 本发明的部分术语解释如下:
[0037] 本发明中,“给水”是指向锅炉的供水。
[0038] 本发明中,“中压加热器”是指利用蒸汽加热所述给水的换热设备,其中给水的压力介于给水泵组出口的高压与给水泵组入口的低压之间。中压加热器对于本领域技术人员是已知的,该压力可以根据本领域的工程手册而定。
[0039] 本文中,所述“发电厂设备”包括:火力发电厂设备、核电厂、生物质能发电厂设备、燃气轮机电厂、钢铁化工造纸仪器其他行业自备电厂,但不局限于此。
[0040] 除非另有定义或说明,本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同,例如在“热力发电厂设备,郑体宽,北京:中国电力出版社,2001”所记载的。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明中。
[0041] 以下对本发明的各个方面进行详述:
[0042] 给水泵单元
[0043] 为了降低造价和提高热电效率,本发明的给水泵单元包括沿所述给水管系的上游至下游设置的低压给水泵和高压给水泵。
[0044] 所述低压给水泵和高压给水泵是相对而言的概念。
[0045] 具体地,所述低压给水泵的扬程为总扬程的30-60%,所述总扬程是指低压给水泵和高压给水泵的扬程之和。
[0046] 具体地,所述高压给水泵的扬程为总扬程的40-70%,所述总扬程是指低压给水泵和高压给水泵的扬程之和。
[0047] 更具体地,所述低压给水泵的压力通常低于高压给水泵40-70 %,优选地低40-60%,以高压给水泵的压力计算。
[0048] 更具体地,所述低压给水泵的扬程为1200-2400mH20 ;优选1200_1800mH20。[0049] 更具体地,所述高压给水泵的扬程为1600-2800mH20 ;优选2200_2800mH20。
[0050] 更具体地,所述给水泵单元中,低压给水泵的上游可以设置给水前置泵。所述给水前置泵的扬程可以在总扬程的5-10%之间,所述总扬程是指低压给水泵和高压给水泵的扬程之和。
[0051] 本领域技术人员可以对本发明的实施方式进行常规的替换或变更。
[0052] 中压给水加热器单元
[0053] 本发明中,中压给水加热器单元设置在低压给水泵和所述高压给水泵之间。所述中压给水加热器单元可以由一个或多个的单个给水加热器组成。
[0054] 更具体地,所述中压给水加热器单元由单列2-3或双列4-6个单个给水加热器组成。
[0055] 本发明的给水加热器可以采用至少一个中压给水加热器或任选的高压给水加热器。优选地,全部采用中压给水加热器。本发明所述的“中压给水加热器”是本领域技术人员熟知的。具体地,所述给水加热器单元的水侧压力根据电厂的规模可以是介于5〜24MPa.g之间。所述水侧压力的测定方法根据电气工程手册。
[0056] 所述给水加热器的单个或各个给水加热器的汽侧可以设置疏水自流管道。所述疏水自流管道的设置可以根据本领域的常规工艺进行。例如根据本领域的电气工程手册进行。
[0057] 所述给水加热器的单个或各个给水加热器的汽侧可以设置疏水泵。所述疏水泵的设置可以根据本领域的常规工艺进行。例如根据本领域的电气工程手册进行。
[0058] 当给水加热器单元多个(大于等于两个)给水加热器组成时,所述疏水自流管道和疏水泵可以组合设置。
[0059] 在现有技术中,由于给水泵组出口压力较高,通常必须采用高压加热器。所述“高压”是本领域技术人员熟知的。例如,所述高压加热器的蒸汽压力不低于1.5兆帕,包括但不限于1.5兆帕-10兆帕;水压优选为20-40兆帕。上述压力可以由本领域技术人员基于发电厂设备规模根据工程手册而进行相应调整。
[0060] 而本发明人发现,通过对给水泵组总扬程重新分配,总的扬程与常规配置基本相当,在满足给水系统功能的同时,达到了降低高压加热器给水系统压力的目的,从而降低了给水加热器设备造价,同时为采用疏水泵、提高热力系统效率创造良好条件。
[0061] 发电厂中压加热器给水系统
[0062] 本发明的发电厂加热器给水系统包括给水管系、沿所述给水管系的上游至下游设置的低压给水泵和高压给水泵组成的给水泵单元、所述低压给水泵和所述高压给水泵之间设置的给水加热器单元。其中所述给水加热器单元由一个或多个的单个给水加热器组成。
[0063] 发电厂中压加热器疏水系统
[0064] 本发明的发电厂加热器疏水系统包括疏水管系、沿所述疏水管系设置的疏水泵。其中所述每个给水加热器单元汽侧设置疏水管系,每个或其中某个给水加热器单元疏水管系设置疏水泵。
[0065] 超临界发电机组或超超临界发电机组、发电厂
[0066] 本发明还提供一种含有所述发电厂中压加热器给水及疏水系统的超临界发电机组或超超临界发电机组。[0067] 所述超临界发电机组或超超临界发电机组可以按照本领域常规的配置进行,与现有技术的不同在于采用本发明的发电厂加热器给水及疏水系统。所述超临界发电机组或超超临界发电机组及其配置是本领域技术人员熟知的。
[0068] 本发明还进一步提供一种含有本发明所述的发电厂加热器给水及疏水系统的发电厂设备。
[0069] 所述发电厂设备的配置可以按照本领域常规的配置进行,与现有技术的不同在于采用本发明的发电厂中压加热器给水及疏水系统。
[0070] 本发明的其他方面由于本文的公开内容,对本领域的技术人员而言是显而易见的。
[0071] 下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件,或按照制造厂商所建议的条件进行。
[0072] 实施例
[0073] 如附图2〜6所示,为本发明的发电厂中压加热器给水及疏水系统的具体实施方式。其中,发电厂中压加热器给水及疏水系统是汽轮发电热力循环系统的一部分。图2〜6中表示出单列3台全容量加热器,同样也适用于单列2台全容量加热器、双列各2台半容量加热器和双列各3台半容量加热器等各种组合。
[0074] 发电厂加热器给水系统及疏水系统由以下主要部分组成:
[0075] I)低压给水泵(组)203 ;
[0076] 2)中压给水加热器单元300 ;
[0077] 3)高压给水泵204 ;
[0078] 4)可选的加热器疏水泵206 ;
[0079] 5)给水管系100 ;
[0080] 6)可选的加热器疏水管系,也即疏水自流管道205 ;
[0081] 7)可选的给水前置泵201。
[0082] 如图2所示,为本发明的一种发电厂加热器给水系统的一个具体实施方式,包括给水管系100,设在所述给水管系上的给水泵单元200,所述给水泵单元200包括沿所述给水管系100的上游至下游设置的低压给水泵203和高压给水泵204 ;所述低压给水泵203和所述高压给水泵204之间设置中压给水加热器单元300,所述给水加热器单元300由第一中压给水加热器301、第二中压给水加热器302和第三中压给水加热器303组成。
[0083] 常规发电厂系统流程中有低压加热器和高压加热器,通常将凝结水泵与除氧器之间的加热器称为低压加热器,其水侧压力小于5MPa.g ;将系统中给水泵组与锅炉之间的加热器称为高压加热器,其水侧压力大于24MPa.g。本发明中的加热器水侧压力介于5〜24MPa.g之间,相对而言,为中压加热器。
[0084] 在其他可选的具体实施方式中,所述给水加热器单元300也可以由一个或多个(不限于三个)的单个给水加热器组成。所述给水加热器单元300的每个给水加热器水侧压力通常介于5〜24MPa.g之间。所述给水加热器300的各个给水加热器的汽侧设置疏水自流管道205。
[0085] 所述低压给水泵203的扬程为总扬程的30-60%,所述总扬程是指低压给水泵203和高压给水泵204的扬程之和。所述低压给水泵203的扬程为1200-2400mH20。所述高压给水泵204的扬程为1600-2800mH20。所述给水泵单元200中,低压给水泵203的上游设置给水前置泵201。在其他可选的实施方式中,所述给水前置泵201也可以合并设置,如附图3所示。
[0086] 图4为本发明的一种发电厂加热器给水系统的一个具体实施方式,所述给水加热器300的各个给水加热器的汽侧设置疏水泵206。给水加热器如配疏水泵,则给水加热器的疏水冷却段可取消,从而降低给水加热器的设备造价,同时提高热力系统效率。
[0087] 图5为本发明的一种发电厂加热器给水系统的一个具体实施方式,所述给水加热器300的各个给水加热器的汽侧依序设置两个疏水泵206、和一个疏水自流管道205。
[0088] 图6为本发明的一种发电厂加热器给水系统的一个具体实施方式,所述给水加热器300的各个给水加热器的汽侧依序设置一个疏水泵206、和两个疏水自流管道205。
[0089] 系统流程如下:
[0090] 除氧器I来的低压给水通过低压给水泵(组)203,给水压力升高为中压,中压给水通过各级中压给水加热器300,温度逐级升高,最后通过高压给水泵204,给水压力升高为高压,满足锅炉4的给水要求。
[0091] 中压给水加热器300的蒸汽在换热后冷凝成水,水通过疏水泵206升压后进入给水管系100,从而提闻热力系统循环效率。
[0092] 其中中压加热器前面的低压给水泵(组)可以根据具体情况,分开设置为给水前置泵201与低压给水泵203 (见附图2),也可以给水前置泵201与低压给水泵203合并为一台泵或泵组(见附图3)。
[0093] 高压给水泵204可以和低压给水泵203、给水前置泵201分别由不同的电动机或小汽轮机驱动,也可以由同一电动机或小汽轮机同轴驱动。
[0094] 中压加热器可以完全采用逐级自流,不设疏水泵206 (见附图2、3),也可以都设疏水泵206 (见附图4),或其中部分设疏水泵206 (见附图5、6),以提高热力系统效率。
[0095] 本发明的效果如下:
[0096] 本发明的关键点在于将给水加热器前的给水泵组拆分为至少2台串联的泵,位于前面的泵出口给水压力较低(例如对1000MW超超临界机组,出口压力约13MPa.g),称为低压给水泵203,位于后面的泵出口给水压力相对较高(例如对1000MW超超临界机组,出口压力约36MPa.g),称为高压给水泵204,将低压泵203布置在给水加热器300前,高压泵204布置在给水加热器300后,给水泵组总扬程重新分配,总的扬程与常规配置基本相当。
[0097] 给水加热器300前给水泵的扬程满足给水加热器后给水过冷度的要求,同时满足给水加热器后给水泵的汽蚀裕量要求,高压给水泵204出口压力满足锅炉I的给水要求。这种系统配置中,给水加热器位于低压给水泵后、高压给水泵前,给水加热器的水侧压力较低,给水加热器造价设备相对较低;同时给水加热器前后、低压给水泵和高压给水泵之间的给水管系(包括管道、阀门、管件等)压力较低,管系造价相对较低。从而可以降低工程总体造价。
[0098] 同时,如采用本发明,给水加热器下游给水压力较低,给水加热器较方便配置疏水泵,将疏水输送到给水加热器下游给水中,从而提高热力系统效率。
[0099] 综上所述,在满足给水系统功能的同时,达到了降低高压加热器给水系统压力的目的,从而降低了给水加热器设备造价,同时为采用疏水泵、提高热力系统效率创造良好条件。
[0100] 具体而言,对1000MW超超临界发电机组,给水泵组的总扬程约3600mH20。按现有技术,给水泵组后的加热器设计压力约36MPa.g,加热器为高压。如果将给水泵组拆分为低压给水泵和高压给水泵,将低压给水泵布置在给水加热器前,高压给水泵布置在给水加热器后,低压给水泵扬程约1300mH20,高压给水泵扬程约2300mH20,给水泵间的加热器设计压力降低到约13MPa.g,加热器为低压,在现有价格体系下,相应每台机组的给水加热器设备造价降低约300万元,给水管系造价降低约300万元,总造价降低约600万元。该造价随着市场变动会有所波动,仅作参考。但是其降低成本的效果是显而易见的。
[0101] 同时,采用本发明,给水加热器下游给水压力较低,给水加热器较方便配置疏水泵,将汽侧疏水输送到给水加热器下游给水中,从而提高热力系统效率。
[0102] 例如,对100(MW超超临界发电机组,对给水加热器配置疏水泵,热力系统效率提高约0.2%,每台机组年节煤约3000吨。按照市价估算,收益约200万元。更重要的是本发明提供了更为环保的技术方案。
[0103] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用以限定本发明的实质技术内容范围,本发明的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中,任何他人完成的技术实体或方法,若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同,也或是一种等效的变更,均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。
[0104] 在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考,就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解,在阅读了本发明的上述内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (11)

1.一种发电厂中压加热器给水及疏水系统,包括给水管系(100),设在所述给水管系上的给水泵单元(200), 其中, -所述给水泵单元(200)包括沿所述给水管系(100)的上游至下游设置的低压给水泵(203)和高压给水泵(204); -所述低压给水泵(203)和所述高压给水泵(204)之间设置中压给水加热器单元(300),所述给水加热器单元(300)由一个或多个的单个给水加热器组成。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述低压给水泵(203)的扬程为总扬程的30-60%,所述总扬程是指低压给水泵(203)和高压给水泵(204)的扬程之和。
3.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述低压给水泵(203)的扬程为1200-2400mH20。
4.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述高压给水泵(204)的扬程为1600-2800mH20。
5.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述给水加热器单元(300)的水侧压力介于5〜24MPa.g之间。
6.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述给水加热器单元(300)由单列2-3或双列4-6个的单个给水加热器组成。
7.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述给水加热器单元(300)的单个或各个给水加热器的汽侧设置疏水自流管道(205)。
8.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述给水加热器单元(300)的汽侧设置疏水泵(206)。
9.一种超临界发电机组,其特征在于,该超临界发电机组含有如权利要求1所述的发电厂中压加热器给水及疏水系统。
10.一种超超临界发电机组,其特征在于,该超超临界发电机组含有如权利要求1所述的发电厂中压加热器给水及疏水系统。
11.一种发电厂设备,其特征在于,该发电厂设备含有如权利要求1所述的发电厂中压加热器给水及疏水系统。
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