CN103398005B - 变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统及方法。该系统包括纯凝式小汽机和给水泵和变频发电机，其中，纯凝式小汽机、给水泵和变频发电机同轴相连。通过调节变频发电机的输出，从而控制纯凝式小汽机的转速，进而控制给水泵的转速。本发明的纯凝式小汽机驱动给水泵系统能够减少小汽机进汽节流的损失，提高运行效率，同时充分发挥小汽机的做功能力，增加运行收益。

Description

变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统及方法

技术领域

本发明涉及汽轮机发电设备，具体涉及配置汽动给水泵组的大容量高参数汽轮机发电机组。

背景技术

在大容量高参数汽轮机发电厂中，通常配置汽动给水泵组。用小汽机驱动给水泵，使给水的压力提高，供给后续工艺系统。该小汽机可采用纯凝式。

根据机组负荷变化，需要给水泵的出力相应变化，通常通过给水泵转速的相应变化满足，而给水泵转速由同轴连接的小汽机的转速决定。现有配置中，小汽机配置进汽调节阀，通过控制调节阀的开度，调节小汽机的转速，满足给水泵（组）转速变化的要求。

图1～3示出现有的纯凝式小汽机驱动给水泵系统的3种典型布置的系统流程图。如图1所示，纯凝式小汽机1与给水泵4同轴连接，小汽机1的进汽管道101上装有调节阀2。正常运行时，高压蒸汽进入小汽机1，蒸汽推动小汽机1转动，从而拖动同轴的给水泵4转动，做功后的低压排汽到凝汽器3。给水泵4使给水的压力提高，供给后续工艺系统。凝汽器可公用主机凝汽器，也可配置独立的凝汽器。调节小汽机1进汽管道101上的调节阀2的开度改变进汽量，从而改变小汽机1的输出功率，进而改变给水泵4的转速，以满足不同的发电机组负荷要求。

如图2所示，纯凝式小汽机1与给水泵组200同轴连接，给水泵组200由前置泵5和给水泵4组成，前置泵5和给水泵4位于小汽机1的两端，根据转速匹配，需要在前置泵5和小汽机1的输出端之间装有定速比齿轮箱6。高压蒸汽进入小汽机1，蒸汽推动小汽机1转动，从而拖动同轴的给水泵4和前置泵5转动，前置泵5和给水泵4先后使给水的压力提高，供给后续工艺系统。调节小汽机1进汽管道101上的调节阀2的开度来控制给水泵组200中前置泵5和给水泵4的转速，以满足不同的机组负荷要求。

图3所示系统组成与工作原理与图2类似，不同的是，给水泵4与前置泵5位于小汽机1的同侧输出端。

为了满足长期夏季机组满发，小汽机的额定出力通常比给水泵的额定出力大，给水泵的额定出力比机组额定负荷所需要的出力大，故小汽机的额定出力有较大裕量，一般为20%以上。现有技术中，小汽机配置进汽调节阀，通过调节阀的开度，可以控制小汽机的转速。

例如对1台1000MW超超临界发电机组，通常配置2台50%容量的汽动给水泵组。给水泵的额定工况所需功率约为17000kW，而配套的小汽机最大出力约为22000kW，每台机组小汽机出力裕量为（22000-17000）x2=10000kW。这是为了满足机组长年夏季满发而配置。

这种裕量配置存在以下现有问题：

1、小汽机需要节流，降低出力，与给水泵组所需功率匹配，存在明显节流损失。小汽机的调节阀开度较小，常见开度在60%以下，影响小汽机运行效率5%以上；

2、全年大多数运行时间，特别是机组低负荷时，小汽机出力都未充分利用。每台机组的小汽机平均未利用功率为10000kW以上。

发明内容

针对现有技术的上述缺点，本发明目的在于：减少小汽机进汽节流的损失，提高运行效率；同时充分发挥小汽机的做功能力，增加运行收益。

根据本发明的一方面，提供了一种变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统，该系统包括纯凝式小汽机和给水泵和变频发电机，其中，

纯凝式小汽机、给水泵和变频发电机同轴相连；以及

通过调节变频发电机的输出，从而控制纯凝式小汽机的转速，进而控制给水泵的转速。

优选地，纯凝式小汽机设有进汽管道，进汽管道上设有调节阀。

优选地，该系统还可包括前置泵和定速比齿轮箱，定速比齿轮箱同轴连接于给水泵与前置泵之间。

优选地，给水泵与变频发电机同轴连接布置于纯凝式小汽机的同一输出端。

优选地，给水泵与变频发电机同轴连接布置于纯凝式小汽机的不同输出端，变频发电机与纯凝式小汽机之间可通过定速比齿轮箱或者离合器连接。

优选地，给水泵直接连接于纯凝式小汽机的输出端，变频发电机与给水泵通过定速比齿轮箱连接。

优选地，前置泵、定速比齿轮箱给水泵以及变频发电机布置于纯凝式小汽机的同一输出端，给水泵直接连接于纯凝式小汽机的输出端，变频发电机同轴连接布置于给水泵和前置泵之间。

优选地，前置泵、定速比齿轮箱、给水泵以及变频发电机布置于纯凝式小汽机的同一输出端，给水泵直接连接于纯凝式小汽机的输出端，前置泵通过定速比齿轮箱与给水泵连接，变频发电机与前置泵相连。

优选地，给水泵与变频发电机同轴连接布置于纯凝式小汽机的不同输出端，给水泵与纯凝式小汽机的一侧输出端直接相连，前置泵通过定速比齿轮箱与给水泵连接，变频发电机与纯凝式小汽机的另一侧输出端相连。

根据本发明的另一方面，提供了一种调节纯凝式小汽机驱动给水泵系统中给水泵转速的方法，纯凝式小汽机驱动给水泵系统包括纯凝式小汽机和给水泵，在该系统中增设变频发电机，通过调节变频发电机的输出，控制纯凝式小汽机的转速，进而控制给水泵的转速。

附图说明

图1～3为现有技术中纯凝式小汽机驱动给水泵系统示意图。

图4为根据本发明第一实施例的变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统的系统流程示意图。

图5为根据本发明第二实施例的变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统的系统流程示意图。

图6为根据本发明第三实施例的变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统的系统流程示意图。

图7为根据本发明第四实施例的变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统的系统流程示意图。

图8为根据本发明第五实施例的变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统的系统流程示意图。

图9为根据本发明第六实施例的变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统的系统流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

图4～9分别为本发明变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统6个实施例的系统流程示意图。变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统由纯凝式小汽机100、给水泵4或者给水泵组200、变频发电系统300以及定速比齿轮箱6等几大部分组成。其中，纯凝式小汽机100包括小汽机1、进汽管道101、调节阀2、排汽管道102和凝汽器3；给水泵组200包括给水泵4和前置泵5；变频发电系统300包括变频发电机7、变流器8和可选的变压器9。纯凝式小汽机100、给水泵4或者给水泵组200、变频发电机7以及定速比齿轮箱6同轴连接。在部分实施例中，变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统中可根据需要安装另一定速比齿轮箱6或者离合器11。本技术也可应用于其他大功率水泵。

图4示出本发明变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统的第一实施例的系统流程图。正常运行时，纯凝式小汽机100的调节阀2保持较大（甚至全开）开度，高压蒸汽进入小汽机1，蒸汽推动小汽机1转动，从而在纯凝式小汽机的一个输出端拖动同轴的给水泵4转动，做功后的低压排汽到凝汽器3。给水泵4使给水的压力提高，供给后续工艺系统。凝汽器可公用主机凝汽器，也可配置独立的凝汽器。

纯凝式小汽机的另一输出端拖动变频发电机7，小汽机1和变频发电机7之间可以根据需要选配定速比齿轮箱6。变频发电机7所发出的变频电可以直接全部或部分供给变频电用户，也可全部或部分通过变流器8，变成与电网匹配的工频电（频率一般为50Hz或者60Hz），供给厂内或厂外电网。如果变频发电机与电网之间电压不同，可以设置变压器9，将所发的电变压到与电网匹配的电压。

通过调节变频发电机7的励磁系统改变其负载，从而使得小汽机1承受的总负载发生变化，由于小汽机1的进汽量不变，总负载的变化将导致小汽机1的转速变化，进而满足小汽机1另一侧的给水泵4的转速要求，以适应发电机组的不同工况要求。

换句话说，即通过控制变频发电机7的输出（出力），可以部分或全部代替调节阀2节流方式，控制小汽机1的转速，从而在满足给水泵4转速控制要求的同时，提高了背压式小汽机的运行效率。

图5所示的第二实施例与图4所示的第一实施例基本工作原理相同，不同的是，变频发电系统300与给水泵4同轴连接布置于小汽机1的同一输出端，其中，给水泵4靠近小汽机1的输出端。给水泵4和变频发电机7之间可以根据需要选配定速比齿轮箱6。

正常运行时，纯凝式小汽机100的调节阀2保持较大（甚至全开）开度，高压蒸汽进入小汽机1，蒸汽推动小汽机1转动，从而拖动给水泵4和变频发电机7同时转动。给水泵4使给水的压力提高，供给后续工艺系统。变频发电机7所发出的变频电可以直接全部或部分供给变频电用户，也可全部或部分通过变流器8，变成与电网匹配的工频电（频率一般为50Hz或者60Hz），供给厂内或厂外电网。如果变频发电机与电网之间电压不同，可以设置变压器9，将所发的电变压到与电网匹配的电压。

发电机组负荷变大或变小时，调节变频发电机7的励磁系统改变其负载变小或变大，从而使小汽机1输出端总负载变小或变大，由于小汽机1的进汽量不变，总负载的变化将导致小汽机1的转速变大或变小，给水泵4的转速相应地变大或变小，从而满足发电机组工况变化要求。

图6-8所示的本发明第三、四、五实施例与图4、图5所示的第一、二实施例的基本工作原理相同，给水泵组200包括给水泵4和前置泵5。

如图6所示，本发明的第三实施例中，给水泵组200与变频发电系统300分别同轴布置于小汽机1的不同输出端。小汽机1一侧的给水泵组200中，给水泵4靠近小汽机1的输出输出端，给水泵4与前置泵5之间根据转速匹配的需要配置合适的定速比齿轮箱6。而在小汽机1的另一侧，小汽机1和变频发电机7之间可以根据需要选配定速比齿轮箱6。

正常运行时，纯凝式小汽机100的调节阀2保持较大（甚至全开）开度，高压蒸汽进入小汽机1，蒸汽推动小汽机1转动，从而拖动给水泵组200和变频发电机7同时转动。经过前置泵5一级加压的水进入给水泵4进行二级加压过后，供给后续工艺系统。变频发电机7所发出的变频电可以直接全部或部分供给变频电用户，也可全部或部分通过变流器8，变成与电网匹配的工频电（频率一般为50Hz或者60Hz），供给厂内或厂外电网。如果变频发电机与电网之间电压不同，可以设置变压器9，将所发的电变压到与电网匹配的电压。

发电机组负荷变大或变小时，调节变频发电机7的励磁系统使其负载变小或变大，从而使小汽机1输出端总负载变小或变大，进而使小汽机1的转速变大或变小，与小汽机1输出端直接相连的给水泵4的转速相应地变大或变小，前置泵5的转速也依定速比齿轮箱的减速比相应缩倍地变大或变小，因而满足发电机组工况变化要求。

如图7所示，本发明的第四实施例中，给水泵组200与变频发电系统300同轴布置于小汽机1的同一输出端，给水泵4直接与小汽机1输出端相连，变频发电机7同轴布置于给水泵4和前置泵5之间。根据转速匹配，需要在给水泵4和前置泵5之间安装定速比齿轮箱6，图7所示的本实施例中，定速比齿轮箱6同轴布置于给水泵4和变频发电机7之间。根据实际情况变化要求，定速比齿轮箱6也可同轴布置于变频发电机7与前置泵5之间，图未示。

与以上实施例类似地，小汽机1转动拖动给水泵组200和变频发电机7同时转动，当发电机组工况发生变化时，通过调节变频发电机7的输出（出力），部分或全部代替调节阀2节流方式，控制小汽机1的转速，从而调节前置泵5和给水泵4的转速使之满足工况变化要求。

如图8所示，本发明的第五实施例中，给水泵组200与变频发电系统300同轴布置于小汽机1的同一输出端，给水泵4直接与小汽机1输出端相连，前置泵5同轴布置于给水泵4和变频发电机7之间。根据转速匹配，在给水泵4和前置泵5之间安装有定速比齿轮箱6。

与以上实施例类似地，小汽机1转动拖动给水泵组200和变频发电机7同时转动，当发电机组工况发生变化时，通过调节变频发电机7的输出（出力），部分或全部代替调节阀2节流方式，控制小汽机1的转速，从而调节前置泵5和给水泵4的转速使之满足工况变化要求。

图9所示的第六实施例与图4所示的第一实施例基本工作原理相同，不同的是，在变频发电机7和小汽机1之间可根据需要选配离合器11。离合器11连接时起到定速比齿轮箱的功能，离合器11断开时，变频发电系统300与纯凝式小汽机100分离，系统回到如图1所示的现有技术。

本发明针对现有纯凝式小汽机驱动给水泵技术的节流调速的技术问题，增加与纯凝式小汽机驱动给水泵组同轴连接的变频发电机，通过控制变频发电机的出力来调节给水泵转速，不但能减少小汽机进汽节流的损失，而且能充分利用小汽机的出力，通过变频发电机多发电，提高电厂的售电收益。

对1台1000MW超超临界发电机组，采用本发明，小汽机的调节阀开度可长期保持在大开度甚至100%全开度，显著减少节流损失，小汽机运行效率提高5%以上，年节约标煤5000吨以上，可大幅降低运行成本，并达到减少污染物排放的综合效益；另外，可充分利用小汽轮机的做功能力，通过变频发电机发电，每年可对外多供电7500万千瓦，直接经济收益1500万元以上。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。例如，系统中不同设备之间相对位置的合理修改，齿轮箱的灵活选取等。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 (5)

1.变频发电机调速的纯凝式小汽机驱动给水泵系统，其特征在于，所述系统包括纯凝式小汽机和给水泵和变频发电机，其中，

所述纯凝式小汽机、所述给水泵和所述变频发电机同轴相连；

所述给水泵与所述变频发电机同轴连接布置于所述纯凝式小汽机的同一输出端；以及

所述系统还包括定速比齿轮箱，所述定速比齿轮箱同轴连接于所述给水泵和变频发电机之间；其中

所述纯凝式小汽机设有进汽管道，所述进汽管道上设有调节阀，系统运行时，所述调节阀保持全开；

通过调节所述变频发电机的输出，从而控制所述纯凝式小汽机的转速，进而控制所述给水泵的转速。

2.如权利要求1所述的纯凝式小汽机驱动给水泵系统，其特征在于，所述系统还包括前置泵和第二定速比齿轮箱，所述第二定速比齿轮箱同轴连接于所述给水泵与所述前置泵之间。

3.如权利要求1所述的纯凝式小汽机驱动给水泵系统，其特征在于，所述系统还包括前置泵，所述前置泵、所述定速比齿轮箱、所述给水泵以及所述变频发电机布置于所述纯凝式小汽机的同一输出端，所述给水泵直接连接于所述纯凝式小汽机的输出端，所述变频发电机同轴连接布置于所述给水泵和所述前置泵之间。

4.如权利要求1所述的纯凝式小汽机驱动给水泵系统，其特征在于，所述系统还包括前置泵，所述前置泵、所述定速比齿轮箱、所述给水泵以及所述变频发电机布置于所述纯凝式小汽机的同一输出端，所述给水泵直接连接于所述纯凝式小汽机的输出端，所述前置泵通过定速比齿轮箱与所述给水泵连接，所述变频发电机与所述前置泵相连。

5.一种调节如权利要求1-4任一项所述的纯凝式小汽机驱动给水泵系统中给水泵转速的方法，所述系统包括纯凝式小汽机和给水泵，其特征在于，在所述系统中增设变频发电机，通过调节所述变频发电机的输出，从而控制所述纯凝式小汽机的转速，进而控制所述给水泵的转速。