CN103835778A - 一种发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发电系统，包括锅炉、主蒸汽轮机、抽汽加热器及发电机，所述的主蒸汽轮机汽缸上设有抽汽口，将蒸汽从抽汽口抽出，通过抽汽加热器加热凝结水泵的供水和锅炉给水泵的给水，所述的将蒸汽从抽汽口抽出的蒸汽分成两路，一路联接到抽汽加热器用以加热凝结水或锅炉给水，另一路经过背压式膨胀机，联接到辅助抽汽加热器，在辅助抽汽加热器中，被加热的水通过水通道入口连接主汽轮机上最临近的下一级抽汽加热器水通道出口，而辅助抽汽加热器水通道出口连接同一级抽汽加热器水通道入口。本发明通过增加背压汽轮机将更多的热量转化为功，又增加辅助抽汽加热器以获得更多温度梯度，来降低抽汽加热器汽水两侧的温差，从而使整个热力循环效率更高。

Description

一种发电系统
技术领域
本发明属发电设备技术领域，特别是涉及一种蒸汽发电系统，具体地涉及一种在蒸汽轮机抽汽加热凝结水、给水加热系统中融入了蒸汽膨胀做功设备以获取更多的蒸汽加热梯阶，降低汽水两侧温差来提高蒸汽轮机热循环效率的发电系统。
背景技术
目前，使用燃料的蒸汽发电系统，一般由蒸汽发生装置、主蒸汽轮机、抽汽加热装置、以及发电机组成。该发电系统的主要设备包括锅炉、主蒸汽轮机、抽汽加热装置和主发电机等。通常蒸汽发电系统的联接运行方式为，给水泵向锅炉供水，锅炉通过燃烧燃料将给水蒸发加热成过热蒸汽，从锅炉用管道将蒸汽接入主蒸汽轮机，通过在主蒸汽轮机中做功来驱动发电机向外供电。在蒸汽流过主蒸汽轮机的过程中，一部分蒸汽在做了部分功后分多级从主蒸汽轮机中抽出，利用蒸汽凝结放热来加热给锅炉供水的温度，利用分级抽汽的凝结热来加热凝结水或锅炉给水，级数越多则汽水两侧温差可以越小热循环效率越高。在低压抽汽加热器(简称低加)加热凝结水，在除氧器中对凝结水加热并除氧，在高压抽汽加热器中(简称高加)加热锅炉给水，以此来减少锅炉的燃料消耗，提高电厂的热循环效率。其余蒸汽在蒸汽轮机中做完功后，流入凝汽器后被冷却成凝结水，该凝结水由凝结水泵抽出加压，经低压加热器和除氧器增温除氧，再由给水泵加压输送给锅炉，从而完成了汽轮机发电的热力循环。
在蒸汽轮机热力循环中，为提高热效率，设备系统中增加了抽汽加热器装置，其功效为用主蒸汽轮机做过一部分功的低阶蒸汽抽出来加热从凝汽器出来的凝结水和从除氧器出来的锅炉给水，从而节省燃料的消耗量。在将凝结水和给水加热到同样温度的前提下，从主蒸汽轮机中抽出的蒸汽与被加热水的温差越小，电厂热循环效率越高，这需要越多的抽汽级数越好，只是过多的抽汽级数，不但结构上难以实现，而且造价过于昂贵。
如果能避免改动主蒸汽轮机的结构，同时又能增加抽汽的阶梯数，则可以使进一步提高蒸汽轮机效率具有可操作性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种发电系统，通过增加背式膨胀机将更多的热量转化为功，以及增加辅助抽汽加热器，以获得更多的温度梯度来降低抽汽加热器汽水两侧的温差，从而使整个热力循环效率更高。
本发明所要解决的技术问题是提供一种发电系统，其包括锅炉、主蒸汽轮机、抽汽加热器、除氧器、凝结水泵、给水泵以及发电机，所述的给水泵通过管道向锅炉供水，锅炉通过燃烧燃料将给水蒸发加热成过热蒸汽，再通过管道将蒸汽接入主蒸汽轮机入口，并在主蒸汽轮机中做功驱动发电机，主蒸汽轮机出口接凝汽器，该凝汽器将做完功的蒸汽凝结成水，再由凝结水泵加压通过管道连接给除氧器供水，除完氧之后的水用管道接锅炉给水泵入口，所述的主蒸汽轮机汽缸上设有抽汽口，将蒸汽从抽汽口抽出，通过抽汽加热器加热凝结水泵的供水和锅炉给水泵的给水，其特征在于：所述的将蒸汽从抽汽口抽出的蒸汽分成两路，一路联接到抽汽加热器用以加热凝结水或锅炉给水，另一路经过背压式膨胀机，并将排汽联接到辅助抽汽加热器，在辅助抽汽加热器中，被加热的水通过水通道入口连接主汽轮机上最临近的下一级抽汽加热器水通道出口，而辅助抽汽加热器水通道出口连接同一级抽汽加热器水通道入口，来实现在主汽轮机同一个抽汽口进行多级加热凝结水或给水的目的。
在所述的主蒸汽轮机上只有单级抽汽口上加装了背压式膨胀机和单级辅助抽汽加热器配置，即只有一个主蒸汽轮机的汽缸上的抽汽口抽出的蒸汽用管道分成两路，一路先进入一台背压式膨胀机做功，然后将该背压式膨胀机的排汽接入一台辅助抽汽加热器来加热凝结水或锅炉给水，另一路则进抽汽加热器，将辅助抽汽加热器加热的水再进一步地加热。
在所述的主蒸汽轮机拥有多级抽汽口，所述的多级抽汽口各加装了背压式膨胀机和辅助抽汽加热器配置，即在主蒸汽轮机的汽缸上有多个抽汽口，每个抽汽口抽出的蒸汽用管道分别分成两路，一路先进入一台背压式膨胀机做功，然后将每个背压式膨胀机的排汽各接入一台辅助抽汽加热器来加热凝结水或锅炉给水；另一路蒸汽则进抽汽加热器，将辅助抽汽加热器加热的水再进一步地加热。
所述的多级抽汽口各加装的背压式膨胀机其主轴相互串接，以共同拖动一个更大的负载。
将所述的多级抽汽口各加装的背压式膨胀机整体化，即将其多个转子合并成一个转子，多个汽缸合并成一个汽缸，不同段的背压汽轮机之间用隔板隔开，各背压汽轮机段拥有自己独立的进汽口和出汽口。
所述的背压式膨胀机为背压式汽轮机，从而实现了由主蒸汽轮机上同一个抽汽口抽出的蒸汽，被分成一路联接到抽汽加热器用以加热凝结水或锅炉给水，另一路经过背压式汽轮机，联接到辅助抽汽加热器，在辅助抽汽加热器中，被加热的水通道入口连接下游抽汽加热器水通道出口，而辅助抽汽加热器水通道出口连接同一级抽汽加热器水通道入口。由直接抽汽和经背压式汽轮机降温降压后的抽汽组成的两个的热源来梯级加热凝结水或锅炉给水。
所述的背压式膨胀机是螺杆式背压膨胀机，从而实现了由主蒸汽轮机上同一个抽汽口抽出的蒸汽，被分成一路联接到抽汽加热器用以加热凝结水或锅炉给水，另一路经过螺杆式背压膨胀机，联接到辅助抽汽加热器，在辅助抽汽加热器中，被加热的水通道入口连接下游抽汽加热器水通道出口，而辅助抽汽加热器水通道出口连接同一级抽汽加热器水通道入口。由直接抽汽和经背压式汽轮机降温降压后的抽汽组成的两个热源来梯级加热凝结水或锅炉给水。
所述锅炉和主汽轮机是再热式的，具有抽汽加热器的热力循环系统。
所述锅炉和主汽轮机是非再热式的，具有抽汽加热器的热力循环系统。
有益效果
本发明中增加了背压膨胀机和辅助抽汽加热器，背压膨胀机是从抽汽中将原来要加热凝结水的一部分热量转化为功，辅助抽汽加热器则带来更多的低阶温度梯度来降低抽汽加热器汽水两侧的温差，从而提高了电厂的热力循环效率。
附图说明
图1本发明只有单级辅助抽汽加热器及单个背压膨胀机的示意图。
图2本发明采用多级辅助抽汽加热器及分轴式背压膨胀机的示意图。
图3本发明采用多级辅助抽汽加热器和多个同轴背压膨胀机的示意图。
图4本发明采用多级辅助抽汽加热器与整体式背压汽轮机的示意图。
图5用温熵图示意在低压抽汽加热系统中运用多个辅助抽汽加热器和相应的背压汽轮机时，增加的出力和效率所用的图析。
图6用温熵图示意在高压抽汽加热系统中运用多个辅助抽汽加热器和相应的背压汽轮机时，增加的出力和效率所用的图析。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，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。
“背压膨胀机(汽轮机或螺杆式膨胀机)”是指将主蒸汽轮机抽汽直接导入的以辅助抽汽加热器压力为背压的膨胀机，其入口与同一级的抽汽加热器入口并列联接同一个抽汽口。
“辅助抽汽加热器”有别于抽汽加热器在于系统中的位置。辅助抽汽加热器是位于背压膨胀机之后，并以此背压膨胀机排汽为入口蒸汽的加热器。
“抽汽加热器”是指蒸汽直接从主蒸汽轮机抽汽引入，进一步加热被辅助抽汽加热器加热过的凝结水或锅炉给水，从而增加了抽汽加热的梯阶。
本发明使用于目前所有的发电系统，下面以锅炉和主汽轮机是再热式的发明系统为例进行说明。
如图1为运用一级辅助低加的系统：
本发明的蒸汽发电系统的联接运行方式为，给水泵26向锅炉1供水，锅炉通过燃烧燃料将给水蒸发加热成过热蒸汽，从锅炉用管道将蒸汽接入主蒸汽轮机高压缸2入口，在主蒸汽轮机高压缸2中做功。然后一部分蒸汽从主蒸汽轮机高压缸2的1号高压加热抽汽口抽出联接到1号高压抽汽加热器17，去加热锅炉给水。在主蒸汽轮机高压缸2内的其余蒸汽流经高压排汽缸后分成两路，一部分去锅炉1的再热器，另一部分蒸汽从主蒸汽轮机高压缸2的排汽缸抽出联接到2号高压抽汽加热器16，用高压缸抽汽来加热锅炉1给水。
再热后的蒸汽从锅炉1通过管道连接进入主蒸汽轮机中压缸3入口，在主蒸汽轮机中压缸3中做功。一部分蒸汽从主蒸汽轮机中压缸3中被抽出进入3号高压抽汽加热器15加热锅炉给水，其余的蒸汽继续在主蒸汽轮机中压缸3中做功然后流入中压排汽缸。中压排汽缸的排汽被分成两路，主路经连通管接主汽轮机低压缸4入口，另一部分抽出再分两路，一路连接除氧器14，除氧器14为高压抽汽加热器，还有一路经过除氧器背压膨胀机12进入除氧器辅助抽汽加热器13加热凝结水。从主蒸汽轮机中压缸3经连通管流入主汽轮机低压缸4的蒸汽每做一段功后，就有一部分蒸汽从抽汽口抽出分别去1号低压抽汽加热器10、2号低压抽汽加热器9、3号低压抽汽加热器8和4号低压抽汽加热器7依次从高往低分段加热凝结水。最后剩下的蒸汽进入凝汽器5凝结成水，由凝结水泵6抽出加压送上述抽汽加热器梯级加温，从而完成了汽轮机发电的热力循环。在上述系统中，背压膨胀机12是从抽汽中将原来要加热凝结水的一部分热量转化为功，再将品质更低的排汽去加热进除氧器13的凝结水，用更多地回收功和用更低品位的热量将水加热到同样的温度，从而提高了电厂的热力循环效率。
如图2为运用两级辅助高加，三级辅助低加的系统：
本发明的蒸汽发电系统的联接运行方式为，给水泵26向锅炉1供水，锅炉1通过燃烧燃料将给水蒸发加热成过热蒸汽，从锅炉用管道将蒸汽接入主蒸汽轮机高压缸2入口，在主蒸汽轮机高压缸2中做功。然后一部分蒸汽从主蒸汽轮机高压缸2的抽汽口抽出并分两路，一路联接到1号高压抽汽加热器17；另一路经过1号高加背压膨胀机25联接到1号辅助高压抽汽加热器24。在主蒸汽轮机高压缸2内的其余蒸汽流至高压排汽缸去锅炉1的再热器，去再热器之前，一部分蒸汽从主蒸汽轮机高压缸2的排汽缸抽出并分两路，一路联接到2号高压抽汽加热器16；另一路经过2号背压膨胀机23联接到2号辅助高压抽汽加热器22，从而实现用更多的抽汽加热阶梯来加热给水的目的。
再热后的蒸汽从锅炉1通过管道连接进入主蒸汽轮机中压缸3入口，在主蒸汽轮机中压缸3中做功。一部分蒸汽从主蒸汽轮机中压缸3中被抽出进入3号高压抽汽加热器15加热锅炉给水，其余的蒸汽继续在主蒸汽轮机中压缸3中做功然后流入中压排汽缸。主蒸汽轮机中压缸3的排汽被分成两路，主路经连通管接主汽轮机低压缸4入口，另一部分抽出再分两路，一路连接除氧器14，还有一路经过除氧器背压膨胀机12进入除氧器辅助加热器13。从主蒸汽轮机中压缸3经连通管流入主汽轮机低压缸4的蒸汽做了一段功后，一部分蒸汽从1号低加抽汽口抽出分为两路，一路去1号低压抽汽加热器10，另一路经1号低加背压膨胀机20进入1号辅助低压抽汽加热器18加热凝结水。剩下的蒸汽在主汽轮机低压缸4中继续做功，一部分蒸汽到2号低加抽汽口抽出并分两路，一路去2号低压抽汽加热器9，另一路经2号低加背压膨胀机21进入2号辅助低压抽汽加热器19。其余低压缸中的蒸汽再继续做功其中有两路蒸汽顺序抽出分别去3号低压抽汽加热器8和4号低压抽汽加热器9加热凝结水。最后剩下的蒸汽进入凝汽器5凝结成水，由凝结水泵6抽出加压送上述抽汽加热器梯级加温，从而完成了汽轮机发电的热力循环。本发明不仅仅在某一级适用于背压膨胀机和辅助抽汽加热器来回收，图2表示的是在更多级用背压膨胀机功和辅助抽汽加热器将低品位热水加热到同样的温度，使系统热循环效率比图1提高得更多。
如图3运用两级辅助高加，三级辅助低加的系统：
本发明的蒸汽发电系统的联接运行方式为，给水泵26向锅炉1供水，锅炉通过燃烧燃料将给水蒸发加热成过热蒸汽，从锅炉用管道将蒸汽接入主蒸汽轮机高压缸2入口，在主蒸汽轮机高压缸2中做功。然后一部分蒸汽从主蒸汽轮机高压缸2的抽汽口抽出并分两路，一路联接到1号高压抽汽加热器17；另一路经过1号高加背压膨胀机25联接到1号辅助高压抽汽加热器24。在蒸汽轮机内在主蒸汽轮机高压缸2内的其余蒸汽流至高压排汽缸去锅炉1的再热器，去再热器之前，一部分蒸汽从主蒸汽轮机高压缸2的排汽缸抽出并分两路，一路联接到2号高压抽汽加热器16，另一路经过2号高加背压膨胀轮机23联接到2号辅助高压抽汽加热器22，从而实现用更多的抽汽加热阶梯来加热给水的目的。
再热后的蒸汽从锅炉1通过管道连接进入主蒸汽轮机中压缸3入口，在主蒸汽轮机中压缸中做功。一部分蒸汽从主蒸汽轮机中压缸3中被抽出进入3号高压抽汽加热器15加热锅炉给水，其余的蒸汽继续在主蒸汽轮机中压缸3中做功然后流入中压排汽缸。主蒸汽轮机中压缸3的排汽被分成两路，主路经连通管接低压抽汽加热器4入口，另一部分抽出再分两路，一路连接除氧器14，还有一路经过除氧器背压膨胀机12进入除氧器辅助加热器13。从主蒸汽轮机中压缸3经连通管流入主汽轮机低压缸4的蒸汽做了一段功后，一部分蒸汽从1号低加抽汽口抽出分为两路，一路去1号低压抽汽加热器10，另一路经1号低加背压膨胀机20进入1号辅助低压抽汽加热器18。剩下的蒸汽在主汽轮机低压缸4中继续做功，一部分蒸汽到2号低加抽汽口抽出并分两路，一路去2号低压抽汽加热器9，另一路经被2号低加背压膨胀机21进入2号辅助低压抽汽加热器19。其余低压缸中的蒸汽再继续做功其中有两路蒸汽顺序抽出分别去3号低压抽汽加热器8和4号低压抽汽加热器9加热凝结水。最后剩下的蒸汽进入凝汽器5凝结成水，由凝结水泵6抽出加压送上述抽汽加热器梯级加温，从而完成了汽轮机发电的热力循环。在图3中，将高压段和低压段的背压汽轮机分别同轴，则表示可以串联的方式集中带较大的负荷。
提升效率的关键是增加了背压汽轮机将更多的热量转化为功，同时新增的辅助抽汽加热器则带来更多的低阶温度梯度来降低抽汽加热器汽水两侧的温差，从而使整个热力循环效率更高。
图4为整体化背压汽轮机：
在图1、2和3中，背压汽轮机只承受了每个抽汽段中的一部分压降，所以轴向结构上很短，每个背压汽轮机都不得不采用短结构，累积起来会显得结构重复，造价过高。为简化结构降低造价，图4表示可将数个背压汽轮机整体化。即：将它们多个不同汽压分段的转子和汽缸沿轴向合并成一个多段汽流间断的转子29和汽缸28，汽缸的不同分段之间用隔板30隔开，各分段拥有自己独立的进汽口和出汽口。从而减少了汽缸、转子和轴承31的数量，简化了结构，还降低了轴系找中的难度。在图4中，将低压段的三个背压汽轮机合并成一个低压整体式汽轮机，高压段的两个背压汽轮机合并成一个高压整体式汽轮机，共同带一个负载32，从而简化了整体结构。
对于上述的蒸汽热力系统(包括锅炉和主蒸汽轮机可以如图1所示)是再热式的，也可以是非再热式的，只要有低压抽气加热器或高压抽气加热器即可。
图5和图6分别代表高加和低加蒸汽侧的温度阶梯(温阶)，对于使用和不使用背压膨胀机、辅助抽汽加热器的系统进行比较，显示出在使用了背压汽轮机、辅助抽汽加热器之后，系统回收了更多的功，汽侧和水侧间的温差更小，从而提高了整个蒸汽发电系统的效率和出力。
下面举例说明如图2所示的蒸汽轮机发电系统中，本发明对低加回热系统进行改造所能带来的节能效应。
Figure BSA0000101899920000071

Claims (9)

1.一种发电系统，其包括锅炉、主蒸汽轮机、抽汽加热器、除氧器、凝结水泵、给水泵以及发电机，所述的给水泵通过管道向锅炉供水，锅炉通过燃烧燃料将给水蒸发加热成过热蒸汽，再通过管道将蒸汽接入主蒸汽轮机入口，并在主蒸汽轮机中做功驱动发电机，主蒸汽轮机出口接凝汽器，该凝汽器将做完功的蒸汽凝结成水，再由凝结水泵加压通过管道连接给除氧器供水，除完氧之后的水用管道接锅炉给水泵入口，所述的主蒸汽轮机汽缸上设有抽汽口，将蒸汽从抽汽口抽出，通过抽汽加热器加热凝结水泵的供水和锅炉给水泵的给水，其特征在于：所述的将蒸汽从抽汽口抽出的蒸汽分成两路，一路联接到抽汽加热器用以加热凝结水或锅炉给水，另一路经过背压式膨胀机做功后，联接到辅助抽汽加热器汽侧入口，在辅助抽汽加热器中，被加热的水通过水通道入口连接主汽轮机上最临近的下一级抽汽加热器水通道出口，而辅助抽汽加热器水通道出口连接同一级抽汽加热器水通道入口，来实现在主汽轮机同一个抽汽口进行多级加热凝结水或给水的目的。
2.根据权利要求1所述的一种发电系统，其特征在于：在所述的主蒸汽轮机上只有单级抽汽口上加装了背压式膨胀机和单级辅助抽汽加热器配置，即在主蒸汽轮机的汽缸上，只有一个抽汽口抽出的蒸汽用管道分成两路，一路先进入一台背压式膨胀机做功，然后将该背压式膨胀机的排汽接入一台辅助抽汽加热器来加热凝结水或锅炉给水，另一路则进抽汽加热器，将辅助抽汽加热器加热的水再进一步地加热。
3.根据权利要求1所述的一种发电系统，其特征在于：在所述的主蒸汽轮机拥有多级抽汽口，在所述的其中多个抽汽口上各加装了背压式膨胀机和辅助抽汽加热器配置，即在主蒸汽轮机的汽缸上有多个抽汽口，将其中两个或更多的抽汽口抽出的蒸汽用管道分别分成两路，一路先进入一台背压式膨胀机做功，然后将每个背压式膨胀机的排汽各接入一台辅助抽汽加热器来加热凝结水或锅炉给水；另一路蒸汽则进抽汽加热器，将辅助抽汽加热器加热的水再进一步地加热。
4.根据权利要求3所述的一种发电系统，其特征在于：所述的多级抽汽口各加装的背压式膨胀机其主轴相互串接，以共同拖动一个更大的负载。
5.根据权利要求4所述的一种发电系统，其特征在于：将所述的多级抽汽口各加装的背压式膨胀机整体化，即将其多个转子合并成一个转子，多个汽缸合并成一个汽缸，不同段的背压汽轮机之间用隔板隔开，各背压汽轮机段拥有自己独立的进汽口和出汽口。
6.根据权利要求1-5所述的一种发电系统，其特征在于：所述的背压式膨胀机为背压式汽轮机。
7.根据权利要求1-5所述的一种发电系统，其特征在于：所述的背压式膨胀机是螺杆式背压膨胀机。
8.根据权利要求1-7所述的一种发电系统，其特征在于：所述锅炉和主汽轮机是再热式的，具有抽汽加热器的热力循环系统。
9.根据权利要求1-7所述的一种发电系统，其特征在于：所述锅炉和主汽轮机是非再热式的，具有抽汽加热器的热力循环系统。
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