CN103821574B - 一次再热增压汽机热力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一次再热增压汽机热力系统，其特征在于高参数汽机发电机组具有背压抽汽汽缸，该背压抽汽汽缸与超高压缸设置为分缸或合缸，回热及一次再热热力循环系统具有用于回热的第二高压加热器，该第二高压加热器的抽汽从背压抽汽汽缸的排汽引接。本发明的一次再热增压汽机热力系统进一步提高了发电热效率，降低了供电煤耗，显著增加了机组出力。
Description
技术领域
本发明涉及一种一次再热增压汽机热力系统，尤其是涉及一种具有背压抽汽汽缸的一次再热增压汽机热力系统。
背景技术
根据进汽参数由低到高，火力发电机组可分为亚临界、超临界和超超临界。进汽参数越高，发电热效率越高。
对20世纪80、90年代建设、至今运行时间已长的火力发电机组，受其建设年代技术限制，多采用亚临界（典型参数16.7MPa、538℃）低参数的汽轮发电机组，供电煤耗约320g/kW.h。近年建设的新火力发电机组，多采用超临界（典型参数24.2MPa、566℃）、超超临界（典型参数25～28MPa、600℃）高参数的汽轮发电机组，超临界机组供电煤耗约305g/kW.h，超超临界机组供电煤耗约290g/kW.h。
现运行火力发电机组的汽机，通常由高压缸、中压缸、低压缸组成。亚临界（16.7MPa、538℃）低参数汽机的进汽压力较超超临界（25～28MPa、600℃）高参数汽机的进汽压力低，相应供电煤耗差约30g/kW.h。
为了提高这种亚临界等低参数火力发电机组的效率，国内外提出了一种前置汽机技术，该现有技术的一次再热热力系统图参见附图1，为对低参数汽机，增设高参数的前置汽缸，通过提高火电机组主汽参数，达到提高整体热力循环效率的目的。
图1中的一次再热增压汽机热力系统包括：高参数汽机发电机组，该高参数汽机发电机组具有超高压缸C4和第一发电机G1；低参数汽机发电机组，该低参数汽机发电机组与所述高参数汽机发电机组相连接且具有高压缸C3、中压缸C2、低压缸C1和第二发电机G2；以及回热及一次再热热力循环系统，该回热及一次再热热力循环系统与所述高参数汽机发电机组和所述低参数汽机发电机组相连接且具有用于回热的第一高压加热器H2、除氧器A4、低压加热器H1和用于热力循环的凝结水泵A3、给水泵组A5。第一高压加热器H2、除氧器A4、低压加热器H1、给水泵组A5的蒸汽由低参数汽机的原有抽汽提供。
该现有技术对亚临界低参数火电机组，如增设超超临界高参数的前置汽缸，可将供电煤耗降低近4%（即约12g/kW.h），同时增加机组出力约8%（对常见300MW机组为24MW、对常见600MW机组为48MW）。
但是，由于亚临界低参数机组改造为超超临界高参数机组，需要更换新的锅炉、增加前置汽缸、更换加热器、给水泵等主辅机设备，整体改造工程投资非常高，每台300MW机组投资约需5亿，每台600MW机组投资约需10亿,导致投资收益率较低，仅约5%～6%（即回收年限为15～20年），经济方面不具备可行性。故现有技术一直未得到应用推广。
因此，为了使该技术变得经济可行，需要提供一种新的投资回收年限较快的一次再热增压汽机热力系统。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种一次再热增压汽机热力系统，包括：
高参数汽机发电机组，该高参数汽机发电机组具有超高压缸和第一发电机；
低参数汽机发电机组，该低参数汽机发电机组与所述高参数汽机发电机组相连接且具有高压缸、中压缸、低压缸和第二发电机；以及
回热及一次再热热力循环系统，该回热及一次再热热力循环系统与所述高参数汽机发电机组和所述低参数汽机发电机组相连接且具有用于回热的第一高压加热器、除氧器、低压加热器和用于热力循环的凝结水泵、给水泵组，
该一次再热增压汽机热力系统的特征在于，
所述高参数汽机发电机组还具有背压抽汽汽缸，该背压抽汽汽缸与所述超高压缸设置为分缸或合缸，
所述回热及一次再热热力循环系统还具有用于回热的第二高压加热器，该第二高压加热器的抽汽从所述背压抽汽汽缸的排汽引接。
在另一优选例中，所述第二高压加热器的抽汽不从所述背压抽汽汽缸而是从所述超高压缸的排汽引接。
在另一优选例中，所述回热及一次再热热力循环系统还具有用于热力循环的给水升压泵，该给水升压泵设于所述第二高压加热器的入口处。
在另一优选例中，所述给水升压泵不设于所述第二高压加热器入口处而是设于所述给水泵组的出口处。
在另一优选例中，所述给水泵组包括给水主泵和给水前置泵，该给水主泵由所述背压抽汽汽缸驱动，所述背压抽汽汽缸与所述超高压缸设置为分缸。
在另一优选例中，所述给水升压泵由所述背压抽汽汽缸同轴驱动，在所述给水升压泵和所述背压抽汽汽缸之间设有调速齿轮箱。
在另一优选例中，所述给水泵组包括给水主泵和给水前置泵，该给水主泵由所述背压抽汽汽缸同轴驱动，在所述给水主泵和所述背压抽汽汽缸之间设有调速齿轮箱。
本发明针对现有的一次再热增压汽机热力系统，配置背压抽汽汽缸，其目的在于进一步提高发电热效率、降低供电煤耗，同时多倍增加机组出力，从而提高投资收益率，使技术变得经济可行，为广泛应用创造条件。
附图说明
图1是示出现有技术中一次再热增压汽机热力系统的结构图。
图2是示出本发明实施例1中一次再热增压汽机热力系统的结构图。
图3是示出本发明实施例2中一次再热增压汽机热力系统的结构图。
图4是示出本发明实施例3中一次再热增压汽机热力系统的结构图。
图5是示出本发明实施例4中一次再热增压汽机热力系统的结构图。
图6是示出本发明实施例5中一次再热增压汽机热力系统的结构图。
图7是示出本发明实施例6中一次再热增压汽机热力系统的结构图。
图8是示出本发明实施例7中一次再热增压汽机热力系统的结构图。
具体实施方式
术语解释
背压式：排汽到低于大气压的真空凝汽器的汽机称为凝汽式汽机，排汽到高于大气压的管系或换热器的汽机称为背压式汽机。
抽汽：从汽机排汽前的中间抽出蒸汽。
汽缸：汽机的通流组成部分，通常按压力分为：超高压缸、高压缸、中压缸、低压缸。众所周知，在汽机领域中，液体或气体压力在0.1MPa～1.6MPa称为低压，1.6MPa～10MPa称为中压，10～22.12MPa称为高压，22.12MPa以上称为超高压。在本文中，上述超高压缸、高压缸、中压缸、低压缸中的“超高压”、“高压”、“中压”、“低压”的意思与此相同。
增压：对低参数汽机，在前面串联高参数的汽缸，以提高整体热力循环效率、提升机组发电出力。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
图2是示出本发明实施例1中一次再热增压汽机热力系统的结构图。与图1相比可以看出，在图2示出的一次再热增压汽机热力系统中，增加了现有技术中所没有的背压抽汽汽缸BEST和第二高压加热器H3。如图所示，该一次再热增压汽机热力系统中具有再热器A1、凝汽器A2、凝结水泵A3、除氧器A4、给水泵组A5、省煤器A6、过热器A7、背压抽汽汽缸BEST、低压缸C1、中压缸C2、高压缸C3、超高压缸C4第一发电机G1、第二发电机G2、低压加热器H1、第一高压加热器H2、以及第二高压加热器H3。其中，超高压缸C4和第一发电机G1等构成了高参数汽机发电机组，高压缸C3、中压缸C2、低压缸C1和第二发电机G2等构成了低参数汽机发电机组，低参数汽机发电机组与所述高参数汽机发电机组相连接，用于回热的第一高压加热器H2、除氧器A4、低压加热器H1和用于热力循环的凝结水泵A3、给水泵组A5等构成了回热及一次再热热力循环系统，回热及一次再热热力循环系统与所述高参数汽机发电机组和所述低参数汽机发电机组相连接。低压加热器H1和第一高压加热器H2可以是多级的加热器。
图2中系统的流程如下：
由锅炉中的过热器A7出来的高参数主蒸汽进入超高压缸C4，做功后一部分排汽进入高压缸C3继续做功，高压缸C3的排汽进入锅炉中的再热器A1加热，升温后的再热蒸汽进入中压缸C2，做功后的中压缸C2排汽进入低压缸C1继续做功，做功后的低压缸C1排汽进入凝汽器A2，冷却成为凝结水。从中压缸C2和低压缸C1的中间由前到后多处抽出蒸汽（中压缸：5号抽汽，低压缸：6、7、8号抽汽），作为低压加热器H1的汽源。
超高压缸C4的一部分排汽进入背压抽汽汽缸BEST，从背压抽汽汽缸BEST的中间由前到后多处抽出蒸汽（0、1、2、3、4号抽汽），作为第二高压加热器H3、第一高压加热器H2、除氧器A4、给水泵组A5的小汽机和部分低压加热器H1的汽源。
从凝汽器A2出来的凝结水经过凝结水泵A3升压，进入低压加热器H1加热，随后进入除氧器A4加热并除氧。除氧器A4出来的给水经过给水泵组A5（通常由小汽机驱动）升压，进入第一高压加热器H2加热，最后进入锅炉中的省煤器A6，进行热力循环。
与示出了现有技术的附图1相比，本发明实施例1中的一次再热增压汽机热力系统配备了背压抽汽汽缸BEST，由于该背压抽汽汽缸BEST，相应的第一发电机G1的出力得到了增加。另外，超高压缸C4的通流容量增加也使得相应的第一发电机G1的出力得到了增加。而且，高压缸C3、中压缸C2的抽汽的减少使得相应的第二发电机G2的出力得到了增加。此外，背压抽汽汽缸BEST可提供比高压缸C4中的1号抽汽更高压力的0号抽汽，以新增加一个第二高压加热器H3，提高了进入省煤器A6的给水温度，从而提高了热力循环效率。
实施例2
图3是示出本发明实施例2中一次再热增压汽机热力系统的结构图。
本发明的实施例2与实施例1相似，区别在于：降低超高压缸的排汽压力，新增的第二高压加热器H3的抽汽改为从超高压缸C4的排汽引接。由此，对于高压缸C3可以不设调节级，减少了节流损失，从而提高了高压缸C3的内效率。
实施例3
图4是示出本发明实施例3中一次再热增压汽机热力系统的结构图。
本发明的实施例3与实施例2相似，区别在于：在新增的第二高压加热器H3的入口处增设一个给水升压泵A8。由此，在对旧的低参数机组进行改造时，可以不用更换给水泵组及其驱动小机或电动机，不用更换原来的多级的高压加热器，可以显著降低工程造价。
实施例4
图5是示出本发明实施例4中一次再热增压汽机热力系统的结构图。
本发明的实施例4与实施例3相似，区别在于：给水升压泵A8设在给水泵组A5的出口处。与图4相比，给水升压泵A8的入口处的温度较低，技术难度低，运行可靠性高。
实施例5
图6是示出本发明实施例5中一次再热增压汽机热力系统的结构图。
本发明的实施例5与实施例2相似，区别在于：给水泵组A5由给水主泵B1和给水前置泵B2组成，给水前置泵B2一般为电动，给水主泵B1一般为小汽机驱动。图6中的技术方案中提供了包括给水升压泵A8功能的给水主泵B1，给水主泵B1扬程等于原有的扬程和给水升压泵的扬程之和，同时将给水主泵B1改由背压抽汽汽缸BEST驱动。此实施例中的背压抽汽汽缸BEST与其他所有实施例不同，由于没有与超高压缸C4同轴，因此背压抽汽汽缸BEST与超高压缸C4只能设为分缸，而不能设为合缸。与图5中的技术方案相比，厂用电率相对较低。
实施例6
图7是示出本发明实施例6中一次再热增压汽机热力系统的结构图。
本发明的实施例6与实施例3相似，区别在于：给水升压泵A8由高参数汽轮发电机组中的背压抽汽汽缸BEST同轴驱动，给水升压泵A8与背压抽汽汽缸BEST之间设置调速齿轮箱A9，正常运行时，高参数汽轮发电机组的转速为工频定转速，给水升压泵A8的转速通过调速齿轮箱A9调节，满足变速调压的需要。与图4中的技术方案相比，厂用电率相对较低。
实施例7
图8是示出本发明实施例7中一次再热增压汽机热力系统的结构图。
本发明的实施例7与实施例4相似，区别在于：给水泵组A5由给水主泵B1和给水前置泵B2组成，给水前置泵B2一般为电动，给水主泵B1一般为小汽机驱动。图8中的技术方案中提供了包括给水升压泵A8功能的给水主泵B1，给水主泵B1扬程等于原有的扬程和给水升压泵的扬程之和，同时，给水主泵B1由高参数汽轮发电机组中的背压抽汽汽缸BEST同轴驱动，给水主泵B1与高参数汽轮发电机组之间设置调速齿轮箱A9，正常运行时，高参数汽轮发电机组的转速为工频定转速，给水主泵B1的转速通过调速齿轮箱A9调节，满足变速调压的需要。与图5中的技术方案相比，厂用电率相对较低。
效果
本发明的技术方案可用于已运行的低参数火电机组改造，也可用于新建的高参数机组。例如对于典型300MW亚临界机组，采用本发明配背压抽汽汽缸的一次再热增压汽机热力系统，可降低供电煤耗约20g/kW.h，增加100MW出力（是现有方案的4倍多），投资收益率约16%，投资回收年限约6年；对于典型600MW亚临界机组，采用本发明配背压抽汽汽缸的一次再热增压汽机热力系统，可降低供电煤耗约20g/kW.h，增加200MW出力（是现有方案的4倍多），投资收益率约16%，投资回收年限约6年。在具有良好的节能、环保社会效益的同时，具有良好的经济可行性。
此外应理解，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，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。
附图标记说明
A1：再热器
A2：凝汽器
A3：凝结水泵
A4：除氧器
A5：给水泵组
A6：省煤器
A7：过热器
A8：给水升压泵
A9：调速齿轮箱
B1：给水主泵
B2：给水前置泵
BEST：背压抽汽汽缸
C1：低压缸
C2：中压缸
C3：高压缸
C4：超高压缸
G1：第一发电机
G2：第二发电机
H1：低压加热器
H2：第一高压加热器
H3：第二高压加热器
Claims (7)
1.一种一次再热增压汽机热力系统，包括：
高参数汽机发电机组，该高参数汽机发电机组具有超高压缸和第一发电机；
低参数汽机发电机组，该低参数汽机发电机组与所述高参数汽机发电机组相连接且具有高压缸、中压缸、低压缸和第二发电机；以及
回热及一次再热热力循环系统，该回热及一次再热热力循环系统与所述高参数汽机发电机组和所述低参数汽机发电机组相连接且具有用于回热的第一高压加热器、除氧器、低压加热器和用于热力循环的凝结水泵、给水泵组，
该一次再热增压汽机热力系统的特征在于，
所述高参数汽机发电机组还具有背压抽汽汽缸，该背压抽汽汽缸与所述超高压缸设置为分缸或合缸，
所述回热及一次再热热力循环系统还具有用于回热的第二高压加热器，该第二高压加热器的抽汽从所述背压抽汽汽缸的排汽引接。
2.如权利要求1所述的一次再热增压汽机热力系统，其特征在于，
所述第二高压加热器的抽汽不从所述背压抽汽汽缸而是从所述超高压缸的排汽引接。
3.如权利要求2所述的一次再热增压汽机热力系统，其特征在于，
所述回热及一次再热热力循环系统还具有用于热力循环的给水升压泵，该给水升压泵设于所述第二高压加热器的入口处。
4.如权利要求3所述的一次再热增压汽机热力系统，其特征在于，
所述给水升压泵不设于所述第二高压加热器入口处而是设于所述给水泵组的出口处。
5.如权利要求2所述的一次再热增压汽机热力系统，其特征在于，
所述给水泵组包括给水主泵和给水前置泵，该给水主泵由所述背压抽汽汽缸驱动，所述背压抽汽汽缸与所述超高压缸设置为分缸。
6.如权利要求3所述的一次再热增压汽机热力系统，其特征在于，
所述给水升压泵由所述背压抽汽汽缸同轴驱动，在所述给水升压泵和所述背压抽汽汽缸之间设有调速齿轮箱。
7.如权利要求2所述的一次再热增压汽机热力系统，其特征在于，
所述给水泵组包括给水主泵和给水前置泵，该给水主泵由所述背压抽汽汽缸同轴驱动，在所述给水主泵和所述背压抽汽汽缸之间设有调速齿轮箱。
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| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 200063 Wuning Road, Shanghai, No. 409, No. Applicant after: Co., Ltd of Huabei Power Design Inst., China Power Engineering Consulting Group Address before: 200063 Wuning Road, Shanghai, No. 409, No. Applicant before: Huabei Power Design Inst., China Power Engineering Consulting Group |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |