CN102313275A - 一种热能动力节能工艺及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热能动力技术领域，尤其涉及一种热能动力节能工艺及系统。本发明所述的热能动力节能工艺，特点在于从锅炉系统排出的蒸汽在通过背压汽轮机进入用户蒸汽母管的过程中同时并列蒸汽蓄能调节过程。实现本工艺的系统包括锅炉系统、主蒸汽母管、背压汽轮机系统以及用户蒸汽母管，锅炉系统与主蒸汽母管相连，主蒸汽母管上连接有背压汽轮机系统，背压汽轮机系统与用户蒸汽母管相连，主蒸汽母管与用户蒸汽母管之间设有与背压汽轮机并列的蓄能调节系统。采用本发明，不仅可以使得能量得到充分利用，更能保证汽轮机的运行安全，从而保证整个系统的平稳运行。
Description
技术领域
本发明属于热能动力技术领域，尤其涉及一种热能动力节能工艺及系统。
背景技术
热电(动)联产是国家鼓励发展通用节能技术的一种。目前热电(动)联产的企业均采用锅炉+汽轮发电机组(拖动机组)的工艺流程，而鉴于热电(动)行业的固有特性决定的客户用汽负荷不稳定，具有波动性，以及受锅炉本身蒸汽负荷调节率的限制，热电(动)联产企业尤其是一些建设年代比较早的企业，汽轮机组不能全部采用背压机型，而需要全部或者部分采用抽凝机组或纯凝机组，通过抽汽量大小的改变满足其用户蒸汽量的波动，剩余部分通过冷凝器冷凝成冷凝水，而这部分热量要通过循环冷却水系统带走，不仅配备大功率的循环泵以及相应的冷却管道与冷却塔，还要造成蒸汽能量的损失。
目前随着电煤价格的日益走高，很多热电联产的企业已经陷入入不敷出，濒临倒闭的境界，给国家和社会造成很大的压力；加之国家及社会对节能减排工作日益重视，很多科研单位、热电(动)联产企业也在想方设法进行各种技改和变革，由于背压汽轮机是汽轮机中对能源利用最充分的一种机型，很多企业已经或计划将原有的抽凝机组(或纯凝机组)改造成背压汽机组。同时也有部分单位或个人已经对这个问题开始研究并提出解决方案，比如公告号为：201674346U的《背压式发电机组》；公告号为201517431U的《前置背压机拖动压缩机系统》的几个专利均就背压汽轮机做出研究并专利申请。但是鉴于锅炉、背压汽轮机、用汽用户的特有属性，现有系统及技术只能部分采用背压汽轮机而不能全部改造成背压式汽轮机，否则，客户用汽负荷发生变化时，因为背压汽轮机不具备负荷调整的能力，因此所有的变化波动均会快速反应到锅炉系统中，从而引起锅炉主汽参数的剧烈变化，在负荷变化率达到或超过锅炉所的最大能力时，必然将引起锅炉超压打安全阀或者是锅炉出汽参数过低从而导致进入汽轮机的蒸汽参数不合格等一系列的经济、技术、安全问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种最大限度的对锅炉所产蒸汽进行利用，而且不会给锅炉造成剧烈的负荷波动压力，保证锅炉、汽轮机运行的热能动力节能工艺及系统。常规热动(电)行业采用的抽凝机组的凝气部分能量占到整个能量的比例不低于25％，而采用本发明后，可以保证整个系统的平稳运行，保证锅炉系统、背压汽轮机的运行安全，这样整个系统中全部采用背压汽轮机后，这部分能量将得到全部利用。
本发明中的工艺，是将从锅炉系统排出的蒸汽在通过背压汽轮机进入用户蒸汽母管的过程中同时并列蒸汽蓄能调节过程。蒸汽从锅炉系统排出进入主蒸汽母管后，一部分蒸汽进入背压汽轮机系统用于发电机以及其他压缩机等荷载；另一部分则进入蓄能调节过程，上述两部分的蒸汽最终均进入用户母管。本发明热能动力节能工艺中，蓄能调节过程包括蒸汽蓄能锅炉端调节过程和蒸汽蓄能用户端调节过程。蒸汽在整个系统运行过程中，用户的用汽负荷变化主要反映在用户蒸汽母管压力上，如果用户蒸汽用量较大时，用户蒸汽母管压力降低，蓄能调节过程中的部分蒸汽则会大量进入用户蒸汽母管进行蒸汽补充；如果用户蒸汽用量减小，用户蒸汽母管压力增大，蓄能调节过程中的部分蒸汽进入用户蒸汽母管的流量降低，维持用户蒸汽母管压力稳定，从而保证了系统运行的稳定性与安全性。
在汽轮机不依据其背压参数运行的工况下，还会发生因为汽轮机的功率需要波动，从而导致汽轮机的出汽变化影响到用户蒸汽母管的压力波动，也需要蓄能调节以保证用户用汽参数的稳定，而汽轮机波动引起的其前端蒸汽(也就是锅炉出口母管蒸汽)参数变化，则依靠蓄能调节控制进入到蓄能器内的蒸汽流量，从而避免瞬时的蒸汽波动导致锅炉负荷剧烈波动，超出锅炉自身负荷调解率的限制，引起不安全事故的发生。
为了保证进入蓄能调节过程的蒸汽压力符合所采用的蓄能器的相关技术参数，锅炉蒸汽蓄能调节过程包括减温减压过程和调节稳压过程，过热蒸汽从蒸汽母管进入蓄能器之前要经过减温减压过程，为了保证安全，避免经济浪费，经过减温减压的蒸汽再经过一步调节稳压过程；同时，为了保证用户蒸汽母管压力稳定，饱和蒸汽从蓄能器进入用户蒸汽母管时需要经过调节稳压过程。
为了防止背压汽轮机系统中部分汽轮机因检修而影响用户用汽，蒸汽也可以直接从蒸汽母管通过减温减压后进入用户蒸汽母管，保证用户用汽量得到保障。
经过减温减压的蒸汽单向进入蓄能器中，蓄能器中的的蒸汽单向进入用户蒸汽母管，避免蒸汽逆行。
针对上述工艺要求，本发明提出了与该工艺适应的热能动力节能系统，包括锅炉系统、主蒸汽母管、背压汽轮机系统以及用户蒸汽母管，锅炉系统与主蒸汽母管相连，主蒸汽母管上连接有背压汽轮机系统，背压汽轮机系统与用户蒸汽母管相连，主蒸汽母管与用户蒸汽母管之间设有与背压汽轮机并列的蓄能调节系统。如工艺中所述，蓄能调节系统不仅可以对用户蒸汽母管进行调节，也可以对主蒸汽母管进行调节，在整个热能动力节能系统中起到稳定上下游母管压力的关键作用。
进一步的，所述的蓄能调节系统包括通过管路连接的减温减压装置、蓄能器和调节稳压装置，减温减压装置与主蒸汽母管相连，调节稳压装置与用户蒸汽母管相连。从安全和经济利益两方面考虑，蓄能器与主蒸汽母管之间优选设有减温减压与调节稳压装置，蓄能器与用户蒸汽母管之间设有调节稳压装置。其中，减温减压装置也可以采用背压机组代替，但是，该背压机组出口蒸汽压力等级同其他正常的汽轮机系统中的压力非一个等级，而是采用高于其的压力等级。
另外，主蒸汽母管与用户蒸汽母管之间设有与蓄能调节系统并列的减温减压装置，当汽轮机系统中的其中一套汽轮机发生故障需要检修的时候，将此减温减压装置作为旁路投运，保证用户用汽量得到保障。
为了避免蒸汽逆行，调节稳压装置与蓄能器之间设有单向阀门。单向阀门之间可以通过管路连接，在蒸汽从主蒸汽母管进入蓄能器的过程中，如果减温减压装置的开度足够大，会有少部分蒸汽直接通过调节稳压装置进入用户蒸汽母管，从而一定程度上减轻了蓄能器的负荷。
本发明所采用的锅炉系统，蓄能器、背压汽轮机系统等设备均采用现有技术，均可以从市场上直接购得。
综上所述，采用本发明，蓄能系统与全背压汽轮机配合使用，既使得能源利用实现最大化，又帮助没有调节负荷功能的背压机调节负荷，满足用户需求，保证锅炉汽轮机的安全、稳定、高效、平稳运行。整个系统中全部采用背压式汽轮机，全面改进现有热电(动)行业机组必须全部或大部分采用抽凝或者凝汽形式的现状，可以节省投资、土地占用情况，更能使热电(动)行业的整个能量利用率提高25个百分点。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图；
图2为本发明系统结构示意图；
图中，1、锅炉系统，2、主蒸汽母管，3、蓄能器，4、减温减压装置，5、单向阀门，6、背压汽轮机系统，7、荷载，8、用户蒸汽母管，9、调节稳压装置。
具体实施方式
工艺实施例1
一种热能动力节能工艺，从锅炉系统排出的蒸汽在通过背压汽轮机进入用户蒸汽母管的过程中同时并列蒸汽蓄能调节过程。蒸汽从锅炉中排出，经过主蒸汽母管，一部分进入到背压汽轮机系统用于发电机等荷载，另一部分蒸汽进入蓄能调节过程。
如果用户蒸汽母管负荷突然增大，蓄能调节过程中会释放大量蒸汽进入用户蒸汽母管，保证用户蒸汽用量；如果用户蒸汽母管负荷突然减小，蓄能调节过程中蒸汽释放量减小，进入用户蒸汽母管蒸汽量减小。
工艺实施例2
一种热能动力节能工艺，从锅炉系统排出的蒸汽在通过背压汽轮机进入用户蒸汽母管的过程中同时并列蒸汽蓄能调节过程。蒸汽从锅炉中排出，经过主蒸汽母管，一部分进入到背压汽轮机系统用于发电机等荷载，另一部分蒸汽经过减温减压与调节稳压过程进入蓄能器。
如果用户蒸汽母管负荷突然增大，蓄能调节过程中会释放一部分蒸汽，经过调节稳压过程，进入用户蒸汽母管，保证用户蒸汽用量；如果用户蒸汽母管负荷突然减小，蓄能调节过程中蒸汽释放量减小，进入用户蒸汽母管蒸汽量减小。
当汽轮机波动引起的锅炉出口母管蒸汽参数变化时，通过减温减压及调节稳压装置过程调节蒸汽进入蓄能器的流量，确保主蒸汽母管压力的稳定。
工艺实施例3
一种热能动力节能工艺，从锅炉系统排出的蒸汽在通过背压汽轮机进入用户蒸汽母管的过程中同时并列蒸汽蓄能调节过程。蒸汽从锅炉中排出，经过主蒸汽母管，一部分进入到背压汽轮机系统中部分汽轮机用于发电机等荷载，供用户使用；一部分蒸汽直接通过减温减压过程进入用户蒸汽母管；另一部分蒸汽经过减温减压及调节稳压过程进入蓄能器，根据用户蒸汽母管负荷的变化或者主蒸汽母管负荷的变化，调整蒸汽释放量或者进入蓄能器流量大小，维持用户蒸汽母管或者主蒸汽母管压力稳定。
工艺实施例4
一种热能动力节能工艺，从锅炉系统排出的蒸汽在通过背压汽轮机进入用户蒸汽母管的过程中同时并列蒸汽蓄能调节过程。蒸汽从锅炉中排出，经过主蒸汽母管，一部分进入到背压汽轮机系统用于发电机等荷载，作用于用户蒸汽母管；一部分蒸汽直接通过减温减压过程进入用户蒸汽母管；另一部分蒸汽经过减温减压及调节稳压过程单向进入蓄能器中进行蓄能调节。
根据项目情况，将主蒸汽母管和用户蒸汽母管压力分别设为P1和P3，根据所选用的蓄能器的蓄能能力，将一级减压后的压力设为P2。
当背压汽轮机系统平稳运行时，如果用户蒸汽母管负荷突然增大，导致用户用汽母管压力P3降低，V3阀以P3作为控制信号，必然导致V3阀开度增大，蓄能器通过单向阀K2往外放蒸汽流量增大，维持P3的稳定；当用户蒸汽母管用汽负荷降低时，导致用户用汽母管压力P3增大，V3阀将减小开度，单向阀K2外放蒸汽流量降低，维持P3的稳定。
在汽轮机不能稳定在平稳工况下运行，而需要做出调节的情况下，汽轮机的工况变化会导致出汽量变化影响到用户用汽母管的压力P3波动，也需要蓄能调节以保证用户用汽参数的稳定。同时汽轮机调整将引起的锅炉出口母管蒸汽参数剧烈变化，当背压汽轮机系统所需负荷变小时，由于锅炉调整的滞后性，主蒸汽母管压力P1将有增大的趋势，V1、V2阀以P1、P2作为控制信号，开度增大，主蒸汽母管中的蒸汽便通过单向阀K1大量进入蓄能调节系统，维持P1稳定；反之，当背压汽轮机系统所需负荷变大时，V1、V2阀以P1、P2作为控制信号，开度减小，主蒸汽母管中的蒸汽进入蓄能调节系统流量变小，维持P1稳定。从而避免瞬时的蒸汽波动导致锅炉负荷剧烈波动，超出锅炉自身负荷调解率的限制，引起不安全事故的发生。
当背压汽轮机组系统中部分背压汽轮机需要检修时，为了保证用户蒸汽稳定，一部分蒸汽可以直接通过减温减压过程进入用户蒸汽母管。
设备实施例1
一种热能动力节能系统，包括锅炉系统、主蒸汽母管、背压汽轮机系统以及用户蒸汽母管，锅炉系统与主蒸汽母管相连，主蒸汽母管上连接有背压汽轮机系统，背压汽轮机系统与用户蒸汽母管相连，主蒸汽母管与用户蒸汽母管之间设有与背压汽轮机并列的蓄能调节系统。
设备实施例2
一种热能动力节能系统，包括锅炉系统、主蒸汽母管、背压汽轮机系统以及用户蒸汽母管，锅炉系统与主蒸汽母管相连，主蒸汽母管上连接有背压汽轮机系统，背压汽轮机系统与用户蒸汽母管相连，主蒸汽母管与用户蒸汽母管之间设有与背压汽轮机并列的蓄能调节系统。所述的蓄能调节系统包括通过管路连接的减温减压装置、蓄能器和调节稳压装置，减温减压装置与主蒸汽母管相连，调节稳压装置与用户蒸汽母管相连，减温减压装置与蓄能器之间也设有调节稳压装置。本实施例中，减温减压装置也可以采用背压机组代替，但是，该背压机组出口蒸汽压力等级同其他正常的汽轮机系统中的压力非一个等级，而是采用远远高于其的压力等级。
设备实施例3
一种热能动力节能系统，包括锅炉系统、主蒸汽母管、背压汽轮机系统以及用户蒸汽母管，锅炉系统与主蒸汽母管相连，主蒸汽母管上连接有背压汽轮机系统，背压汽轮机系统与用户蒸汽母管相连，主蒸汽母管与用户蒸汽母管之间设有与背压汽轮机并列的蓄能调节系统，主蒸汽母管与用户蒸汽母管之间设有与蓄能调节系统并列的减温减压器。所述的蓄能调节系统包括通过管路连接的减温减压装置、蓄能器和调节稳压装置，减温减压装置与主蒸汽母管相连，调节稳压装置与用户蒸汽母管相连，减温减压装置与蓄能器之间也设有调节稳压装置。
设备实施例4
一种热能动力节能系统，包括锅炉系统、主蒸汽母管、背压汽轮机系统以及用户蒸汽母管，锅炉系统与主蒸汽母管相连，主蒸汽母管上连接有背压汽轮机系统，背压汽轮机系统与用户蒸汽母管相连，主蒸汽母管与用户蒸汽母管之间设有与背压汽轮机并列的蓄能调节系统，主蒸汽母管与用户蒸汽母管之间设有与蓄能调节系统并列的减温减压器。所述的蓄能调节系统包括通过管路连接的减温减压装置、蓄能器和调节稳压装置，减温减压装置与主蒸汽母管相连，调节稳压装置与用户蒸汽母管相连。蓄能器与主蒸汽母管之间设有减温减压与调节稳压装置；蓄能器与用户蒸汽母管之间设有调节稳压装置。调节稳压装置与蓄能器之间设有单向阀门，单向阀门之间通过管路连接。
Claims (10)
1.一种热能动力节能工艺，其特征在于：从锅炉系统排出的蒸汽在通过背压汽轮机进入用户蒸汽母管的过程中同时并列蒸汽蓄能调节过程。
2.根据权利要求1所述的热能动力节能工艺，其特征在于：所述的蒸汽蓄能调节过程包括蒸汽蓄能锅炉端调节过程和蒸汽蓄能用户端调节过程。
3.根据权利要求1所述的热能动力节能工艺，其特征在于：所述的蒸汽蓄能锅炉调节过程过程优选包括减温减压过程和调节稳压过程；蒸汽蓄能用户端调节过程包括调节稳压过程。
4.根据权利要求1或2或3所述的热能动力节能工艺，其特征在于：所述的蒸汽可以通过减温减压过程直接进入用户蒸汽母管。
5.根据权利要求4所述的热能动力节能工艺，其特征在于：经过减温减压的蒸汽单向进入蓄能器中；蓄能器中的蒸汽单向进入用户蒸汽母管。
6.一种实施权利要求1所述热能动力节能工艺的系统，包括锅炉系统、主蒸汽母管、背压汽轮机系统以及用户蒸汽母管，锅炉系统与主蒸汽母管相连，主蒸汽母管上连接有背压汽轮机系统，背压汽轮机系统与用户蒸汽母管相连，其特征在于：主蒸汽母管与用户蒸汽母管之间设有与背压汽轮机并列的蓄能调节系统。
7.根据权利要求6所述的热能动力节能系统，其特征在于：所述的蓄能调节系统包括通过管路连接的减温减压装置、蓄能器和调节稳压装置，减温减压装置与主蒸汽母管相连，调节稳压装置与用户蒸汽母管相连。
8.根据权利要求7所述的热能动力节能系统，其特征在于：所述的蓄能器与主蒸汽母管之间优选设有减温减压与调节稳压装置；蓄能器与用户蒸汽母管之间设有调节稳压装置。
9.根据权利要求6或7或8所述的热能动力节能系统，其特征在于：所述的主蒸汽母管与用户蒸汽母管之间设有与蓄能调节系统并列的减温减压装置。
10.根据权利要求9所述的一种热能动力节能系统，其特征在于：所述的调节稳压装置与蓄能器之间设有单向阀门。
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