CN103306751A - 一种新型热电联供汽轮机 - Google Patents

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余炎
陈倪
张立建
沈坚
金光勋
叶冬挺
赵忠伟
金益波
蒋浦宁
沈国平
阳虹
虎煜
何阿平
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Abstract

本发明提供一种新型热电联供汽轮机，包括高压缸、中压缸、第一低压缸和第二低压缸，中压缸的排汽口通过中低压连通管与第一低压缸、第二低压缸的进汽口连接，第一低压缸的排汽口连接第一凝汽器，第二低压缸的排汽口连接第二凝汽器；在中压缸与第二低压缸之间的中低压连通管路上设置有一控制阀组；高压缸、中压缸、第一低压缸和第二低压缸的转子单轴布置，依次连接，其中第一低压缸与第二低压缸的转子输出轴之间设置有一离合器。本发明在满足“以热定电”的大原则的同时，实现了对汽轮机内效率进行有效管理，可以根据热负荷的变化，尽可能的提升机组运行的内效率，使得机组在满足热负荷的同时，尽可能地发出更多电能。

Description

一种新型热电联供汽轮机
技术领域
本发明涉及汽轮机，特别是涉及一种新型热电联供汽轮机。
背景技术
汽轮发电机组是电站建设中的关键动力设备之一，是把热能转换成机械能进而转换成电能的能量转换装置。由锅炉产生的高温、高压蒸汽，经过蒸汽透平，将热能与压力势能转换，成为汽轮机的机械能，带动汽轮机转子输出轴做功，该机械能通过汽轮机转子输出轴传递给发电机，从而将机械能转换成电能，因此，汽轮机作为源动机常被称为：“光明之源”。
热电联供汽轮发电机组是指汽轮机带动发电机向电网输送电能的同时又在汽轮机合适的通流位置处抽出一部分蒸汽进入热网供热，另一部分蒸汽继续在透平流道内膨胀作功带动汽轮机的转子输出轴做功，排汽在凝汽器中定压定温放热并凝结成水，最后，再进入热力循环当中。
然而，尽管热电联供汽轮机具有较高的热能利用率，其也存在弊端：当抽汽量较大时，汽轮机机组的内效率变化较大，而汽轮机的最优设计工况只有一个，当机组运行偏离设计工况时机组的效率将会急剧下降。一般汽轮机在设计时依然选用额定工况为机组的设计点（最优的设计工况），因为该工况一般为性能保证工况。这就导致在额定的供热工况下机组的内效率偏低。
例如，某热电厂需求的供热参如下：
高压蒸汽4.0MPa，温度约为400℃，额定抽汽流量：250t/h，最大350t/h。
低压蒸汽1.3MPa，温度约为324℃，额定抽汽流量：250t/h，最大350t/h。
而该热电厂的汽轮机组总进量约为1000t/h；在额定热负荷下有500t/h的蒸汽被抽出汽轮机，低压缸仅剩下50%的进汽量，低压缸在50%负荷运行工作，其低压缸的缸效大幅降低。
对于上述热电厂传统的汽轮机设计为四缸四排汽轮机，高中压单独分缸，在高压缸上实现4.0MPa的调整抽汽，在中压缸上实现1.3MPa的可调整抽汽，采用两个双流的低压缸。这在设计点的选择上处于两难，一般按照凝汽式工况作为设计点，在抽汽工况下则出现机组内效率变低问题，尤其低压通流效率太低，对能源的利用产生了不可避免浪费。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种机组运行偏离设计工况时运行效率依然较高的一种新型热电联供汽轮机，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种新型热电联供汽轮机，包括高压缸、中压缸、第一低压缸和第二低压缸，所述中压缸的排汽口通过中低压连通管与第一低压缸、第二低压缸的进汽口连接，所述第一低压缸的排汽口连接第一凝汽器，所述第二低压缸的排汽口连接第二凝汽器；在中压缸与第二低压缸之间的中低压连通管路上设置有一控制阀组；所述高压缸、中压缸、第一低压缸和第二低压缸的转子单轴布置，依次连接；所述第一低压缸与第二低压缸的转子输出轴之间设置有一离合器。
其中，所述高压缸和中压缸可以设置为一个高中压合缸，也可以单独分缸。所述中压缸通流内可以设置一或两个旋转隔板，也可以设置一或两个内置式调节阀，使中压缸内具有一级或两级可调整抽汽。
优选地，所述离合器为具有锁定功能的自动同步离合器。
优选地，所述第一凝汽器和第二凝汽器为双壳体、双流程、双背压型式的凝汽器。
如上所述，本发明的一种新型热电联供汽轮机，具有以下有益效果：
在能够满足热电联合汽轮机“以热定电”原则的同时，对汽轮机的低压缸的内效率可进行有效的管理，可以根据热负荷的变化，调整汽轮机参与运行的低压缸个数，克服了热电联合汽轮机普遍存在的因热负荷变化较大产生的汽轮机低压缸进汽量偏离设计点过多而导致的机组效率变低的难题，尽可能地提高了机组的运行效率。
附图说明
图1显示为本发明的一种新型热电联供汽轮机的结构示意图。
元件标号说明
1   高压缸
2   中压缸
3   第一低压缸
4   第二低压缸
5   离合器
6   中低压连通管
7   控制阀组
8   第一凝汽器
9   第二凝汽器
10  发电机
11  旋转隔板或内置式调节阀
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种新型热电联供汽轮机，包括高压缸1、中压缸2、第一低压缸3和第二低压缸4，所述中压缸2的排汽口通过中低压连通管6与第一低压缸3和第二低压缸4的进汽口连接；其中，第一低压缸3的排汽口连接第一凝汽器8，第二低压缸4的排汽口连接第二凝汽器9。在中压缸2的排汽口与第二低压缸4的进汽口之间的中低压连通管路6上设置有一控制阀组7；所述高压缸1、中压缸2、第一低压缸3和第二低压缸4的转子单轴布置，依次连接；所述第一低压缸3的转子输出轴与第二低压缸4的转子输出轴之间设置有一离合器5。
本发明适用于具有两个低压缸的热电联供汽轮机，高压缸1和中压缸2可以是分体式结构，也可以设置为一个高中压合缸。为了提高本发明的自动化程度，以便于操控，本发明的离合器5优选为具有锁定功能的自动同步离合器。出于节能降耗的目的，本发明的第一凝汽器8和第二凝汽器9优选为双壳体、双流程、双背压型式的凝汽器。为了实现中压缸2的调整抽汽，所述中压缸2通流内可以设置一或两个旋转隔板，也可以设置一或两个内置式调节阀，使中压缸2内具有一级或两级可调整抽汽。
本发明的工作原理是：当汽轮机在热负荷较小时，即抽汽量较小时，第一低压缸3和第二低压缸4同时在线运行，离合器5将第二低压缸4的转子输出轴与第一低压缸3的转子输出轴连接在一起，此时，机组拥有相对较高的内效率运行。当汽轮机的热负荷变大，第一低压缸3和第二低压缸4的进汽量减少到额定进气量的一半左右时，先将自动同步离合器5解锁，然后关闭控制阀组7，阻断第二低压缸4的进汽，则第二低压缸4的转子输出轴的转速降低，自动同步离合器5自动脱开，从而实现第二低压缸4的在线解列，此时，可以停止第二凝汽器9的运行，以节约用电；此时，第一低压缸3和第一凝汽器8维持在额定状态下运行，整台机组仍然能维持在较高的效率下运行。当汽轮机的热负荷再变小，第一低压缸3的进汽量又增加显著时，打开控制阀组7，则启动第二低压缸4和第二凝汽器9，实现第二低压缸4的同步并网发电，并网后将自动同步离合器5锁定，使得本机组拥有与传统的机组相同的运行状态。
本发明适用于工程热负荷存在不确定性的项目，如前期热用户较小，后期会增大的项目。
实施例一
某燃气热电厂工程中，机组总蒸汽量约为1000t/h，对热电厂的供热要求为：1.3MPa，前期供热需要100t/h，后期将增大到500t/h。该工程选用本发明的一种新型热电联供汽轮机。
如图1所示，则本发明的第一凝汽器8和第二凝汽器9采用双壳体、双流程、双背压型式的凝汽器；高压缸1的转子输出轴的一端与发电机10连接，高压缸1、中压缸2、第一低压缸3和第二低压缸4的转子输出轴同轴，依次连接；第一低压缸3的转子输出轴与第二低压缸4的转子输出轴之间设置有自动同步离合器5；在中压缸2通流内设置一旋转隔板或内置式调节阀11来实现1.2MPa的调整抽汽。
当热用户的供热量需求是100t/h时，控制阀组7处于全开状态，自动同步离合器5处于啮合状态，此时本发明的一种新型热电联供汽轮机处于与传统的热电联供汽轮机相同的运行状态。
当热用户的供热量需求继续增大，达到500t/h最为理想，则将第二低压缸4解列掉。具体步骤如下：确保自动同步离合器5处于解锁状态，然后关闭控制阀组7，阻断第二低压缸4的进汽，此时第二低压缸4的转子输出轴的转速将降低，自动同步离合器5自动脱开，第二低压缸4的转子输出轴开始惰走至较低的转速（一般为100-200rmp），从而实现第二低压缸4的在线解列；此时，停止第二凝汽器9的运行，以节约用电。此时，中压缸2的排汽将全部进入第一低压缸3，则第一低压缸3和第一凝气器8维持在额定状态下运行，从而整台机组维持在较高的效率下运行。若热用户的要求持续增加，第一低压缸3仅需要70～100t/h的最少冷却流量，比传统的机组节省了一半的最小冷却流量。
当热用户的供热量需求再变少时，打开控制阀组7，利用控制阀组7的调节性能，启动第二低压缸4和第二凝汽器9，实现第二低压缸4的同步并网发电。并网后可以将自动同步离合器5锁定，则本机组又拥有与传统的机组相同的运行状态。
综上所述，本发明一种新型热电联供汽轮机在满足“以热定电”的大原则的同时，实现了对汽轮机内效率的进行有效的管理，可以根据热负荷的变化，尽可能的提升机组运行的内效率。使得机组在满足热负荷的同时，尽可能地发出更多电能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种新型热电联供汽轮机，包括高压缸、中压缸、第一低压缸和第二低压缸，所述中压缸内具有一级或两级可调整抽汽；所述中压缸的排汽口通过中低压连通管与第一低压缸、第二低压缸的进汽口连接，所述第一低压缸的排汽口连接第一凝汽器，所述第二低压缸的排汽口连接第二凝汽器；其特征在于，所述中压缸与第二低压缸之间的中低压连通管路上设置有一控制阀组；所述高压缸、中压缸、第一低压缸和第二低压缸的转子单轴布置，依次连接；所述第一低压缸与第二低压缸的转子输出轴之间设置有一离合器。
2.根据权利要求1所述的一种新型热电联供汽轮机，其特征在于：所述离合器为具有锁定功能的自动同步离合器。
3.根据权利要求1或2所述的一种新型热电联供汽轮机，其特征在于：所述第一凝汽器和第二凝汽器为双壳体、双流程、双背压型式的凝汽器。
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