CN102678194A - 带过热蒸汽给水加热器的两次再热汽轮发电机组系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种带过热蒸汽给水加热器的两次再热汽轮发电机组系统，包括：锅炉；汽轮机，包括高压缸、第一中压缸、第二中压缸和低压缸，其中所述高压缸与所述锅炉的出口相连；发电机；第一再热器，设置于所述锅炉内并连接于所述高压缸和所述第一中压缸之间；第二再热器，设置于所述锅炉内并连接于所述第一中压缸和所述第二中压缸之间；给水加热器组，与所述汽轮机相连；过热蒸汽给水加热器，连接于所述给水加热器组和所述锅炉的进口之间。本发明通过在给水系统上设置过热蒸汽给水加热器，利用抽汽的过热度提高给水温度，因此可以提高两次再热汽轮发电机组的热效率。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮发电机组系统，尤其涉及一种带过热蒸汽给水加热器的两次再热汽轮发电机组系统。
背景技术
按照热力发电厂汽轮机回热循环的理论，提高锅炉给水温度能提高两次再热汽轮发电机组的热效率，理论上存在着最佳的给水温度。在两次再热汽轮发电机组中，通过两次汽轮机排汽到锅炉加热后重新回汽轮机汽轮做功的汽轮发电机组。通常地，汽轮机高压缸的排汽进入锅炉加热再热器I后重新进入汽轮机第一中压缸做功，汽轮机第一中压缸的排汽进入锅炉再热器II加热后重新进入汽轮机第二中压缸做功。其中，高压缸作为两次再热汽轮机组的一部分，接收锅炉过热器出口的蒸汽，排汽回锅炉再热器I，蒸汽在高压缸中膨胀做功。第一中压缸作为两次再热汽轮机组的一部分，接收锅炉再热器I出口的蒸汽，排汽回锅炉再热器II，蒸汽在第一中压缸中膨胀做功。第二中压缸作为两次再热汽轮发电机组的一部分，接收锅炉再热器II出口的蒸汽，排汽进入汽轮机低压缸，蒸汽在第二中压缸中膨胀做功。
目前的两次再热汽轮发电机组的给水温度远低于最佳给水温度。根据热力学原理，对于两次再热汽轮发电机组存在着最佳给水温度，其它外部条件相同的情况下，当给水温度达到最佳给水温度时，两次再热汽轮发电机组的热效率最高。但是在实际工程运用上，两次再热汽轮发电机组由于受汽轮机结构、锅炉结构、制造成本等各种因素的影响，给水温度远低于理论的最佳给水温度。因此，通过提高给水温度的方法来提高两次再热汽轮发电机组的整体热效率仍然有很大的空间。
目前，汽轮机组采用的回热系统加热器的作用也是将汽轮机的抽汽加热给水，提高给水温度。现有的两次再热汽轮发电机组通过回热系统提高给水温度和汽轮发电机组整体效率。汽轮机各级汽缸的抽汽通过高压给水加热器和低压给水加热器加热给水，抽汽被凝结为水。抽汽向给水传递的热量大部分来自于抽汽的蒸汽汽化潜热。这样的系统提高了换热器的换热效率，降低了换热器的成本，但是也存在如下的缺点：由于现有的两次再热机组都是多级回热系统，给水在各级加热器中逐级加热，并且抽汽在给水加热器中将凝结为水，因此给水加热器出口的给水温度受到抽汽压力对应的饱和温度的限制。目前的工程实践中，实际设定的加热器出口给水温度一般等于为本级加热器抽汽压力对应的饱和温度，或相差不大于±3℃。因此现有的给水加热器加热给水的能力受到限制。
发明内容
本发明通过在给水系统内设置过热蒸汽给水加热器，利用抽汽的过热度提高给水温度，因此可以提高两次再热汽轮发电机组的热效率。此外，本发明将过热蒸汽给水加热器设置在锅炉进口与常规的给水加热器之间，利用抽汽的过热度加热给水，使得给水进一步提高。由于过热蒸汽给水加热器设置在常规给水加热器下游，给水温度的提高不受到限制。因此本发明在现有两次再热汽轮机组热力系统的基础上，提高了汽轮机的效率。
具体地，本发明提出了一种带过热蒸汽给水加热器的两次再热汽轮发电机组系统，包括：锅炉；汽轮机，包括高压缸、第一中压缸、第二中压缸和低压缸，其中所述高压缸与所述锅炉的出口相连；发电机；第一再热器，设置于所述锅炉内并连接于所述高压缸和所述第一中压缸之间；第二再热器，设置于所述锅炉内并连接于所述第一中压缸和所述第二中压缸之间；给水加热器组，与所述低压缸相连；过热蒸汽给水加热器，连接于所述给水加热器组和所述锅炉的进口之间。
根据本发明的一个优选实施例，在上述两次再热汽轮发电机组系统中，所述过热蒸汽给水加热器的汽源为所述高压缸的排汽、所述高压缸的抽汽、所述第一中压缸的排汽、所述第一中压缸的抽汽或者所述第二中压缸的抽汽。
根据本发明的一个优选实施例，在上述两次再热汽轮发电机组系统中，还包括：所述过热蒸汽给水加热器的数量为两个或多个，且所述两个或多个过热蒸汽给水加热器串联于所述给水加热器组和所述锅炉的进口之间。
根据本发明的一个优选实施例，在上述两次再热汽轮发电机组系统中，还包括：所述过热蒸汽给水加热器的数量为两个或多个，且所述两个或多个过热蒸汽给水加热器并联于所述给水加热器组和所述锅炉的进口之间。
根据本发明的一个优选实施例，在上述两次再热汽轮发电机组系统中，所述给水加热器组包括高压给水加热器组和低压给水加热器组，其中所述低压给水加热器组、高压给水加热器组和过热蒸汽给水加热器依此顺序相连接。
根据本发明的一个优选实施例，在上述两次再热汽轮发电机组系统中，来自所述汽源的蒸汽在所述过热蒸汽给水加热器中被冷却后被排入所述高压给水加热器组中的一个高压给水加热器以继续加热给水。
根据本发明的一个优选实施例，在上述两次再热汽轮发电机组系统中，所述高压给水加热器组为2-5级，且每一级高压给水加热器为单列或双列。
可见，本发明的过热蒸汽给水加热器与现有的给水加热器还存在以下不同之处：(1)现有的给水加热器的抽汽经过加热器后凝结为水，本发明的过热蒸汽给水加热器的抽汽经过加热器后仍然为蒸汽，可排入现有的给水加热器继续加热给水；(2)现有的给水加热器加热给水的热量主要来自于抽汽的汽化潜热，本发明的过热蒸汽给水加热器加热给水的热量主要来自于蒸汽的过热度；(3)现有的给水加热器加热给水后给水温度受抽汽压力对应的饱和温度的限制而无法进一步提高，本发明的过热蒸汽给水加热器加热给水后给水温度不受抽汽压力对应的饱和温度的限制，因此给水温度可以加热得更高。
应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
附图说明
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：
图1示出了根据本发明的带过热蒸汽给水加热器的两次再热汽轮发电机组系统的一个实施例的示意图。
图2示出了根据本发明的带过热蒸汽给水加热器的两次再热汽轮发电机组系统的另一实施例的示意图。
具体实施方式
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。
如图1所示，本发明的带过热蒸汽给水加热器的两次再热汽轮发电机组系统主要包括以下组件：锅炉101、汽轮机(包括高压缸102、低压中压缸103、第二中压缸104、低压缸105)、发电机106、凝汽器107、凝结水泵108、低压加热器组109、除氧器110、给水泵111、高压给水加热器组112-1和112-2以及过热蒸汽给水加热器组113。
如图所示，汽轮发电机组为单轴，即其高压缸102、第一中压缸103、第二中压缸104、低压缸105和发电机106依次连接在同一轴系上。高压缸102进一步与锅炉101的出口相连。第一再热器114-1设置于锅炉101内并连接于高压缸102和第一中压缸103之间，第二再热器114-2设置于锅炉101内并连接于第一中压缸103和第二中压缸104之间。低压给水加热器组、高压给水加热器组和过热蒸汽给水加热器依此顺序相连接。此外，虽然未图示，但高压给水加热器组还可以包括更多级。优选地，该高压给水加热器组为2-5级，且每一级高压给水加热器可以为单列或双列。此外，虽然未图示，所述汽轮发电机组可以为双轴，含两个发电机，即高压缸102、第一中压缸103和发电机106依次连接在一轴系上，第二中压缸104、低压缸105和另一发电机106依次连接在另一轴系上。此外，虽然未图示，所述汽轮发电机组可以为双轴，含两个发电机，即高压缸102、第一中压缸103、第二中压缸104、和发电机106依次连接在一轴系上，低压缸105和另一发电机106依次连接在另一轴系上。
特别是，在该实施例中，将一过热蒸汽给水加热器113连接于给水加热器组和锅炉101的进口之间，即设置在所有常规给水加热器的下游。该过热蒸汽给水加热器113是将汽轮机抽汽或排汽的过热热量加热给水的换热器，与通常的汽轮机给水加热器不同的是，该换热器只将抽汽的过热度的热量转换至给水，过热的抽汽通过过热蒸汽给水加热器113冷却后的蒸汽仍然保持在蒸汽状态，不凝结成水。
在图1所示的实施例中，只设置了1级过热蒸汽给水加热器113。且，该过热蒸汽给水加热器113的加热汽源可以为以下之一：高压缸102的排汽、高压缸102的某一级抽汽、第一中压缸103的排汽、第一中压缸103的某一级抽汽、第二中压缸104的某一级抽汽。此外，该级过热蒸汽给水加热器113可以为一个加热器，也可为若干个加热器并联。蒸汽经过过热蒸汽给水加热器113后得到冷却，冷却后的温度在其饱和温度以上，冷却后的蒸汽可以排入某一级常规的高压给水加热器112代替该高压给水加热器112的加热汽源，继续加热给水。
需要说明的是，在图1中，虚线表示过热蒸汽给水加热器113可能的上游蒸汽来源和下游蒸汽排出对象。
以下联系图2来进一步讨论本发明的另一实施例。
如图2所示，本发明的带过热蒸汽给水加热器的两次再热汽轮发电机组系统主要包括以下组件：锅炉201、汽轮机(包括高压缸202、低压中压缸203、第二中压缸204、低压缸205)、发电机206、凝汽器207、凝结水泵208、低压加热器组209、除氧器120、给水泵211、高压给水加热器组212-1和212-2以及两级过热蒸汽给水加热器组213-1和213-2。
如图所示，汽轮发电机组为单轴，即其高压缸202、第一中压缸203、第二中压缸204、低压缸205和发电机206依次连接在同一轴系上。高压缸202进一步与锅炉201的出口相连。第一再热器214-1设置于锅炉201内并连接于高压缸202和第一中压缸203之间，第二再热器214-2设置于锅炉201内并连接于第一中压缸203和第二中压缸204之间。低压给水加热器组、高压给水加热器组和过热蒸汽给水加热器依此顺序相连接。此外，虽然未图示，但高压给水加热器组还可以包括更多级。优选地，该高压给水加热器组为2-5级，且每一级高压给水加热器可以为单列或双列。此外，虽然未图示，所述汽轮发电机组可以为双轴，含两个发电机，即高压缸202、第一中压缸203和发电机206依次连接在一轴系上，第二中压缸204、低压缸205和另一发电机206依次连接在另一轴系上。此外，虽然未图示，所述汽轮发电机组可以为双轴，含两个发电机，即高压缸202、第一中压缸203、第二中压缸204、和发电机206依次连接在一轴系上，低压缸205和另一发电机206依次连接在另一轴系上。
特别是，在该实施例中，将两级过热蒸汽给水加热器213-1和213-2连接于给水加热器组和锅炉201的进口之间，即设置在所有常规给水加热器的下游。该过热蒸汽给水加热器将汽轮机抽汽或排汽的过热热量加热给水的换热器，与通常的汽轮机给水加热器不同的是，该换热器只将抽汽的过热热量转换至给水，过热的抽汽通过过热蒸汽给水加热器冷却后的蒸汽仍然保持在蒸汽状态，不产生水。
在图2所示的实施例中，设置了2级过热蒸汽给水加热器。该两级过热蒸汽给水加热器依给水流向串联或并联于给水加热器组和锅炉201的进口之间。该过热蒸汽给水加热器213的加热汽源可以为以下之一：高压缸202的排汽、高压缸202的某一级抽汽、第一中压缸203的排汽、第一中压缸203的某一级抽汽、第二中压缸204的某一级抽汽。此外，该级过热蒸汽给水加热器213可以为一个加热器，也可为若干个加热器并联。蒸汽经过过热蒸汽给水加热器213后得到冷却，冷却后的温度在其饱和温度以上，冷却后的蒸汽可以排入某一级常规的高压给水加热器212代替该高压给水加热器212的加热汽源，继续加热给水。
需要说明的是，在图2中，虚线表示过热蒸汽给水加热器213可能的上游蒸汽来源和下游蒸汽排出对象。
可以理解，按照类似的方式，本发明还可以设置2级以上的过热蒸汽给水加热器。
目前用于两次再热汽轮发电机组的常规给水加热器都是多级回热系统，即给水在各级加热器中逐级加热，采用抽汽(或排汽)加热给水，抽汽在给水加热器中将凝结为水，因此给水加热器出口的给水温度受到抽汽压力对应的饱和温度的限制。目前的工程实际设定的加热器出口给水温度一般等于为本级加热器抽汽压力对应的饱和温度，或相差不大于±3℃。因此现有的给水加热器加热给水的能力受到限制。本发明在常规的给水加热器与锅炉进口之间设置过热蒸汽给水加热器利用蒸汽的过热度加热给水，给水加热温度不受限制，可在现有常规给水加热器的基础上进一步提高给水温度，以提高汽轮机组的整体效率。
以1000MW超超临界两次再热机组为例。如采用常规的给水加热器的两次再热汽轮机组的给水温度通常为308℃，这个温度比对应的抽汽压力下的饱和温度高1℃，汽轮机组的热耗为6994KJ/KWh，机组绝对效率为51.47％。在常规的回热循环热力系统的基础上，增加两级过热蒸汽给水加热器，每级过热蒸汽给水加热器提高给水温度约5℃，使得最终的给水温度达到317℃，汽轮机的热耗下降到6947KJ/KWh，机组绝对效率提高到51.82％，可减少发电煤耗约1.7g/KWh。
本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。
Claims (7)
1.一种带过热蒸汽给水加热器的两次再热汽轮发电机组系统，包括：
锅炉；
汽轮机，包括高压缸、第一中压缸、第二中压缸和低压缸，其中所述高压缸与所述锅炉的出口相连；
发电机；
第一再热器，设置于所述锅炉内并连接于所述高压缸和所述第一中压缸之间；
第二再热器，设置于所述锅炉内并连接于所述第一中压缸和所述第二中压缸之间；
给水加热器组，与所述汽轮机相连；
过热蒸汽给水加热器，连接于所述给水加热器组和所述锅炉的进口之间。
2.如权利要求1所述的两次再热汽轮发电机组系统，其特征在于，所述过热蒸汽给水加热器的汽源为所述高压缸的排汽、所述高压缸的抽汽、所述第一中压缸的排汽、所述第一中压缸的抽汽或者所述第二中压缸的抽汽。
3.如权利要求1所述的两次再热汽轮发电机组系统，其特征在于，还包括：所述过热蒸汽给水加热器的数量为两个或多个，且所述两个或多个过热蒸汽给水加热器串联于所述给水加热器组和所述锅炉的进口之间。
4.如权利要求1所述的两次再热汽轮发电机组系统，其特征在于，还包括：所述过热蒸汽给水加热器的数量为两个或多个，且所述两个或多个过热蒸汽给水加热器并联于所述给水加热器组和所述锅炉的进口之间。
5.如权利要求2所述的两次再热汽轮发电机组系统，其特征在于，所述给水加热器组包括高压给水加热器组和低压给水加热器组，其中所述低压给水加热器组、高压给水加热器组和过热蒸汽给水加热器依此顺序相连接。
6.如权利要求5所述的两次再热汽轮发电机组系统，其特征在于，来自所述汽源的蒸汽在所述过热蒸汽给水加热器中被冷却后被排入所述高压给水加热器组中的一个高压给水加热器以继续加热给水。
7.如权利要求5所述的两次再热汽轮发电机组系统，其特征在于，所述高压给水加热器组为2-5级，且每一级高压给水加热器为单列或双列。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120919 |