CN104594964A - 一种新型单轴天然气联合循环供热机组系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及城市能源供应系统，尤其涉及一种新型单轴天然气联合循环机供热机组系统，它包括燃烧室，燃烧室与压气机连接，压气机与发电机Ⅰ、燃气轮机连接，燃气轮机与余热锅炉连接，余热锅炉与蒸汽轮机热力系统、背压机热力系统连接，蒸汽轮机热力系统、背压机热力系统连接通过控制系统连接。本发明能够实现采暖、非采暖期两种状况下的安全经济运行，两种运行方式通过控制系统切换。这样在原有无法改造的机组本体基础上既扩展出背压机组的优势，满足采暖期供热需求，又可以非采暖期满足发电要求。采用背压机供热，能源利用率显著提高，一般大于85%，比纯凝运行效率提高25%。

Description

一种新型单轴天然气联合循环供热机组系统

技术领域

本发明涉及城市能源供应系统，尤其涉及一种新型单轴天然气联合循环机供热机组系统。 

背景技术

燃气蒸汽联合循环机组国内已有很多运行实例，在涉及供热改造时，采用较多的中间布置发电机的单轴机组，由于汽轮机中压缸和低压缸合缸，无法增设抽汽管道进行热力系统改进，无法实现大面积供热。此类型机组特点是可以燃气轮机单循环运行，此时汽水循环通过旁路系统运行，纯凝方式汽轮机不进汽，耦合器处于断开状态。

背压式汽轮机的特点是蒸汽进入汽轮机做功，在汽机尾部背压排汽温度压力都较高，能充分利用换热器将汽轮机排汽汽化潜热回收利用供给用户，提高了全厂的热效率和热经济性。因此广泛应用各类热电机组中，是热力系统的重要组成部分。但是背压机对负荷变化的适用性差，机组发电量受制于热负荷变化，热负荷较低时，汽机本体效率下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是目前采用的燃气蒸汽联合循环机组，纯凝方式汽轮机不进汽；背压式汽轮机，机组发电量受制于热负荷变化，热负荷较低时，汽机本体效率下降，为解决上述问题，提供一种新型单轴天然气联合循环机供热机组系统。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种新型单轴天然气联合循环供热机组系统，它包括燃烧室，燃烧室与压气机连接，压气机与发电机Ⅰ、燃气轮机连接，燃气轮机与余热锅炉连接，余热锅炉与蒸汽轮机热力系统、背压机热力系统连接，蒸汽轮机热力系统、背压机热力系统连接通过控制系统连接。

所述的蒸汽轮机热力系统包括安装有高压旁路阀和关断阀Ⅰ的管道Ⅰ，安装有逆止阀和关断阀Ⅱ的管道Ⅱ，管道Ⅰ的一端与余热锅炉连接，另一端与蒸汽轮机高压缸主汽门连接，管道Ⅱ一端与余热锅炉连接，另一端与蒸汽轮机高压缸连接，蒸汽轮机高压缸中排出的蒸汽通过管道Ⅱ进入余热锅炉，管道Ⅲ一端与余热锅炉连接，另一端与中压缸连接，管道Ⅲ上安装有关断阀Ⅲ和关断阀Ⅳ，中压缸与低压缸为合缸结构，管道Ⅳ一端与余热锅炉连接，另一端与低压缸连接，管道Ⅳ上安装有关断阀Ⅴ和关断阀Ⅵ，低压缸排气端连接凝汽器，凝汽器与凝结水泵连接，凝结水泵与余热锅炉连接。

所述的背压机热力系统包括管道Ⅴ，管道Ⅴ一端与余热锅炉连接，另一端与背压式汽轮机高压缸连接，管道Ⅴ上安装有关断阀Ⅶ，背压式汽轮机高压缸排气端通过管道Ⅵ与余热过路连接，管道Ⅵ上安装有关断阀Ⅷ，管道Ⅶ一端与余热锅炉连接，另一端与背压式汽轮机中压缸连接，管道Ⅷ上安装有关断阀Ⅸ和关断阀Ⅹ，管道Ⅸ一端与余热锅炉连接另一端与热网加热器连接，背压式汽轮机中压缸排气端与管道Ⅸ连接，热网加热器通过疏水泵与余热锅炉连接，热网加热器中气化潜热通过热网循环泵提供热给用户。

所述的背压式汽轮机高压缸与中压缸为合缸结构。

相对于现有技术，本发明能够实现采暖、非采暖期两种状况下的安全经济运行，在非采暖期时采用纯凝方式运行，即主要采用蒸汽轮机热力系统；采暖期采用供热方式运行，即主要采用背压机热力系统；两种运行方式通过控制系统切换。这样在原有无法改造的机组本体基础上既扩展出背压机组的优势，满足采暖期供热需求，又可以非采暖期满足发电要求。采用背压机供热，能源利用率显著提高，一般大于85%，比纯凝运行效率提高25%。

附图说明

    图1是本发明的系统设计示意图。

其中，1是燃烧室；2是发电机Ⅰ；3是压气机；4是燃气轮机；5是余热锅炉；6是凝汽式汽轮机；7是凝汽器；8是循环水泵；9是凝结水泵；10是发电机Ⅱ；11是背压式汽轮机；12是热网换热器；13是热网循环水泵；14是疏水泵；关断阀Ⅰ101；逆止阀102；关断阀Ⅱ103；关断阀Ⅲ104；关断阀Ⅳ105；关断阀Ⅴ106；关断阀Ⅵ107；关断阀Ⅺ108；高压旁路阀109；中压旁路阀Ⅰ110；低压旁路阀111；关断阀Ⅶ112；关断阀Ⅷ113；关断阀Ⅸ114；关断阀Ⅹ115；关断阀Ⅻ116；关断阀XIII 117；调节阀118；中压旁路阀Ⅱ119。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种新型单轴天然气联合循环供热机组系统，它包括燃烧室1，燃烧室1与压气机3连接，压气机3与发电机Ⅰ2、燃气轮机4连接，燃气轮机4与余热锅炉5连接，余热锅炉5与蒸汽轮机热力系统、背压机热力系统连接，蒸汽轮机热力系统、背压机热力系统连接通过控制系统连接。所述的蒸汽轮机热力系统包括安装有高压旁路阀109和关断阀Ⅰ101的管道Ⅰ，安装有逆止阀102和关断阀Ⅱ103的管道Ⅱ，管道Ⅰ的一端与余热锅炉5连接，另一端与凝汽式汽轮机6高压缸主汽门连接，管道Ⅱ一端与余热锅炉5连接，另一端与凝汽式汽轮机6高压缸连接，凝汽式汽轮机6高压缸中排出的蒸汽通过管道Ⅱ进入余热锅炉5，管道Ⅲ一端与余热锅炉5连接，另一端与凝汽式汽轮机6中压缸连接，管道Ⅲ上安装有关断阀Ⅲ104和关断阀Ⅳ105，凝汽式汽轮机中压缸与低压缸为合缸结构，管道Ⅳ一端与余热锅炉5连接，另一端与凝汽式汽轮机低压缸连接，管道Ⅳ上安装有关断阀Ⅴ106和关断阀Ⅵ107，凝汽式汽轮机低压缸排气端连接凝汽器7，凝汽器7与凝结水泵9连接，凝结水泵9与余热锅炉5连接。所述的背压机热力系统包括管道Ⅴ，管道Ⅴ一端与余热锅炉5连接，另一端与背压式汽轮机11高压缸连接，管道Ⅴ上安装有关断阀Ⅶ112，背压式汽轮机11高压缸排气端通过管道Ⅵ与余热锅炉5连接，管道Ⅵ上安装有关断阀Ⅷ113，管道Ⅶ一端与余热锅炉5连接，另一端与背压式汽轮机11中压缸连接，管道Ⅷ上安装有关断阀Ⅸ114和关断阀Ⅹ115，管道Ⅸ一端与余热锅炉5连接另一端与热网加热器12连接，背压式汽轮机11中压缸排气端与管道Ⅸ连接，热网加热器12通过疏水泵14与余热锅炉5连接，热网加热器12中气化潜热通过热网循环泵13提供热给用户。所述的背压式汽轮机11高压缸与中压缸为合缸结构。

本发明的工作过程如下：本发明在非采暖期时以纯凝方式运行，燃机运行后，所排烟气经过余热锅炉5产生蒸汽推动同轴的凝汽式汽轮机6做功。凝汽式汽轮机6达到3000rpm时，控制系统的耦合器自动合上，机组纯凝运行，燃气轮机4和凝汽式汽轮机6所发功率通过发电机Ⅰ2输出。

在采暖期时以供热方式运行，燃气轮机4运行后，所排烟气经过余热锅炉5产生蒸汽，推动背压式汽轮机11做功，凝汽式汽轮机6不运行。单轴耦合器处于断开状态，燃汽轮机4所发功率通过发电机Ⅰ2输出，背压式汽轮机11所发功率通过发电机Ⅱ10输出，背压式汽轮机11排汽通过热网换热器12向热用户供热。

在采暖期运行下，启动时应先启用蒸汽轮机热力系统，再次启动时切换供热运行模式，产生的低压主汽向热网首站提供热源，待热网循环水回水温度达到70℃以上时关闭蒸汽轮机热力系统。

工作时，环境中的空气经过进气系统，进入压气机3进气口，由压气机3加压后在燃烧室1内与天然气混合，天然气燃烧后的高温烟气推动透平做功，燃汽轮机4排出去的高温烟气经过排气扩散段进入余热锅炉5与凝结水换热，冷却后的烟气由余热锅炉5的烟囱排出至环境。

凝汽式汽轮机热力系统中，来自余热锅炉的过热蒸汽通过高压主蒸汽管道和关断阀Ⅰ101接至凝汽式汽轮机6高压缸蒸汽主汽门。高压蒸汽在高压缸中做功，排汽通过逆止阀102和关断阀Ⅱ103至余热锅炉5，与余热锅炉5产生的中压蒸汽汇合，经过再热器后加热为再热热段蒸汽通过关断阀Ⅲ104、关断阀Ⅳ105进入中压缸。中压缸排汽在缸内的通道直接进入低压缸。余热锅炉5产生的低压蒸汽通过关断阀Ⅻ116、关断阀XIII 117进入低压缸。低压缸排汽进入凝汽器7，凝结水通过凝结水泵9升压后，通过关断阀Ⅺ108至余热锅炉5。凝汽器7中汽化潜热通过循环水泵13排往大气环境。此时背压式汽轮机系统的阀门关断阀Ⅶ112、关断阀Ⅷ113、关断阀Ⅸ114、关断阀Ⅻ116、调节阀118均关闭。

凝汽式汽轮机6设有高压旁路、中压旁路和低压旁路系统。在启动时，高压蒸汽通过高压旁路阀109至再热冷段，此时关断阀Ⅰ101处于关闭状态；中压蒸汽通过中压旁路阀110，低压蒸汽通过低压旁路阀11进入凝汽器7，此时中压主汽关断阀Ⅳ105、低压主汽关断阀Ⅵ107关闭。当参数达到凝汽式汽轮机6进汽要求时，开启高压主汽关断阀Ⅰ101、中压主汽关断阀Ⅳ105和低压主汽关断阀Ⅵ107，关断高压旁路阀109、中压旁路阀Ⅰ110和低压旁路阀111，凝汽式汽轮机6投入运行。

停机时为回收工质，高压主汽关断阀Ⅰ101、中压主汽关断阀Ⅳ105和低压主汽关断阀Ⅵ107关断，高压旁路阀109、中压旁路阀Ⅰ110和低压旁路阀111开启。

背压式汽轮机11热力系统中，运行状态下，余热锅炉5产生的高压蒸汽通过关断阀Ⅶ112进入背压式汽轮机11高压缸做功，此时关断阀Ⅰ101、高压旁路阀109处于关闭状态。高压缸排汽通过再热冷段关断阀Ⅷ113至余热锅炉5。余热锅炉5产生的再热蒸汽通过关断阀Ⅸ114、关断阀Ⅹ115进入中压缸做功，中压缸排汽与余热锅炉5产生的低压主汽混合排入热网加热器12，热网加热器12疏水通过疏水泵14升压后，进入余热锅炉5。热网加热器12中汽化潜热通过热网循环泵13提供给热用户。此时凝汽式汽轮机6系统的阀门关断阀Ⅰ101、关断阀Ⅱ103、关断阀Ⅲ104、关断阀Ⅴ106、关断阀Ⅺ108均关闭。

背压式汽轮机11启动时，热网循环泵13投运，关断阀Ⅶ112、关断阀Ⅷ113、关断阀Ⅹ115处于关闭状态，高压旁路阀109开启，高压蒸汽进入再热冷段，在余热锅炉5中再热后通过中压旁路阀119进入热网换热器12，余热锅炉5产生的低压主汽通过关断阀Ⅻ116直接进入热网换热器12。当参数达到背压式汽轮机11进汽要求时，关断高压旁路阀109、中压旁路阀119，开启关断阀Ⅶ112、关断阀Ⅷ113、关断阀Ⅹ115，背压式汽轮机11投入运行。

停机时为回收工质，高压旁路阀109、中压旁路阀119开启，关断阀Ⅶ112、关断阀Ⅷ113、关断阀Ⅹ115关闭。

Claims (4)

1.一种新型单轴天然气联合循环供热机组系统，其特征在于：它包括燃烧室，燃烧室与压气机连接，压气机与发电机Ⅰ、燃气轮机连接，燃气轮机与余热锅炉连接，余热锅炉与蒸汽轮机热力系统、背压机热力系统连接，蒸汽轮机热力系统、背压机热力系统连接通过控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型单轴天然气联合循环供热机组系统，其特征在于：所述的蒸汽轮机热力系统包括安装有高压旁路阀和关断阀Ⅰ的管道Ⅰ，安装有逆止阀和关断阀Ⅱ的管道Ⅱ，管道Ⅰ的一端与余热锅炉连接，另一端与凝汽式汽轮机高压缸主汽门连接，管道Ⅱ一端与余热锅炉连接，另一端与蒸汽轮机高压缸连接，凝汽式汽轮机高压缸中排出的蒸汽通过管道Ⅱ进入余热锅炉，管道Ⅲ一端与余热锅炉连接，另一端与中压缸连接，管道Ⅲ上安装有关断阀Ⅲ和关断阀Ⅳ，中压缸与低压缸为合缸结构，管道Ⅳ一端与余热锅炉连接，另一端与低压缸连接，管道Ⅳ上安装有关断阀Ⅴ和关断阀Ⅵ，低压缸排气端连接凝汽器，凝汽器与凝结水泵连接，凝结水泵与余热锅炉连接。

3.根据权利要求1所述的一种新型单轴天然气联合循环供热机组系统，其特征在于：所述的背压机热力系统包括管道Ⅴ，管道Ⅴ一端与余热锅炉连接，另一端与背压式汽轮机高压缸连接，管道Ⅴ上安装有关断阀Ⅶ，背压式汽轮机高压缸排气端通过管道Ⅵ与余热过路连接，管道Ⅵ上安装有关断阀Ⅷ，管道Ⅶ一端与余热锅炉连接，另一端与背压式汽轮机中压缸连接，管道Ⅷ上安装有关断阀Ⅸ和关断阀Ⅹ，管道Ⅸ一端与余热锅炉连接另一端与热网加热器连接，背压式汽轮机中压缸排气端与管道Ⅸ连接，热网加热器通过疏水泵与余热锅炉连接，热网加热器中气化潜热通过热网循环泵提供热给用户。

4.根据权利要求1所述的一种新型单轴天然气联合循环供热机组系统，其特征在于：所述的背压式汽轮机高压缸与中压缸为合缸结构。