CN104976671B - 背压式小汽机驱动给水泵的宽负荷供热节能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种背压式小汽机驱动给水泵的宽负荷供热节能系统，包括主汽轮机、背压式小汽轮机、给水泵、锅炉再热器、除氧器和低压加热器，主汽轮机中的高压汽缸的排汽端连接锅炉再热器的进汽端，锅炉再热器的出汽端之一连接中压汽缸的进汽端，构成再热回路；锅炉再热器的出汽端之二连接背压式小汽轮机的进汽端，构成供热回路；背压式小汽轮机的动力输出端连接给水泵的驱动输入端，构成给水泵驱动回路；中压汽缸的排汽口之一通过回热抽汽管道连接除氧器的进汽端，中压汽缸的排汽口之二通过抽汽管道连接低压加热器的进汽端，构成回热回路；在低压加热器、冷凝水管道、除氧器和中压汽缸的各连接管路与供热管网之间形成供热回路的抽汽补汽结构。本发明不但提高了供热运行经济性，还具有较高运行调节灵活性及较好供热经济性的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种背压式小汽机驱动给水泵的宽负荷供热节能系统，适用于火力发电厂供热。属于火力发电设备技术领域。
背景技术
目前，高效汽轮发电机组的应用成为电力优化配置的重点，而严格的节能减排指标要求关停各企业的小型自备电厂和供热锅炉，使大型常规燃煤电厂需要同时具备调峰和供热能力的要求。对于燃煤常规火力发电厂供热机组，主要热力系统包括再热系统、回热系统、供热系统和给水泵系统。再热系统是指主汽轮机高压缸做功完成后的排汽进入锅炉再热器再次加热，进入主汽轮机中压缸继续做功，提高热力系统效率。回热系统是指从主汽轮机汽缸各部位分压力级抽汽至除氧器或低压加热器内，对凝结水和给水加热，提高机组运行效率。供热系统是指从汽轮机汽缸中间或排汽进行抽汽对外供热。给水泵系统是指通过驱动装置带动给水泵对凝结水升压，以克服锅炉换热系统阻力后达到主汽轮机的进汽压力要求。
国内小型纯供热火力发电厂较多采用背压式汽轮机，其供热系统包括背压式汽轮机和排汽供热管道。背压式汽轮机进汽汽源为次高压高温蒸汽，一般在4MPa.g和450℃以上，以维持一定的排汽压力满足供热管网需求，同时还可以获得较高的汽轮机效率。由于背压式汽轮机供热机组通过排汽对外供热，完全利用了所有蒸汽的热能，没有冷端损失，其运行热经济性较高。背压式汽轮机供热机组适用于具有稳定供热负荷的电厂，应用时有一定的局限性。
现有技术中，大容量常规燃煤电厂供热机组各系统的连接关系。主汽轮机高压缸排汽进入锅炉再热器，再热蒸汽进入主汽轮机中压缸做功，给水泵的凝汽式小汽轮机的进汽汽源为主汽轮机中压缸抽汽，其排汽至凝汽器作为冷端损失由循环冷却水带走蒸汽的汽化潜热。供热抽汽汽源取自主汽轮机汽缸或其联通管抽汽，可以为调整或非调整抽汽，达到热用户压力需求时即可对外供热，调整抽汽的压力可以不随主汽轮机负荷变化或供热热网负荷变化而改变。
由于供热汽源完全从主汽轮机汽缸抽汽，同时还需额外抽汽供给给水泵凝汽式小汽轮机作为动力驱动汽源，其排汽排至凝汽器后形成冷端损失，最终成为电厂热力性能损失最大的组成部分，此外，这部分额外的抽汽减少了在主汽轮机继续做功的能力，因此供热经济性较差。
现有技术中，当热负荷波动较大或由于供热用户需求骤减，迫使背压式汽轮发电机组降负荷运行，当在低负荷范围排汽压力不能满足供热压力时，机组则被迫关停。此外，背压式汽轮机为了维持稳定的排汽供热背压，必须较高负荷运行，不能调峰发电。背压式汽轮机组最大的特点是高效稳定供热，不具备电负荷调峰能力。
发明内容
本发明的目的，是为了解决现有凝汽式汽轮机驱动给水泵的发电机组抽汽供热经济性差，以及背压式汽轮机固有的窄负荷运行灵活性差、不具备电负荷调峰能等缺点，提供一种同时具备高效宽负荷供热和全负荷电网调峰能力的大容量火力发电机组供热热力系统。
本发明的目的可以通过以下的技术方案实现：
背压式小汽机驱动给水泵的宽负荷供热节能系统，包括主汽轮机、背压式小汽轮机、给水泵、锅炉再热器、除氧器和低压加热器，主汽轮机中设有高压汽缸和中压汽缸，高压汽缸的排汽端通过高温排汽管连接锅炉再热器的进汽端，锅炉再热器的出汽端之一连接中压汽缸的进汽端，构成再热回路；锅炉再热器的出汽端之二通过次高温蒸汽管连接背压式小汽轮机的进汽端，构成背压式小汽轮机的供热回路；背压式小汽轮机的动力输出端连接给水泵的驱动输入端，构成给水泵驱动回路；中压汽缸的排汽口之一通过回热抽汽管道连接除氧器的进汽端，中压汽缸的排汽口之二通过抽汽管道连接低压加热器的进汽端，构成回热回路；低压加热器的进水口连接冷凝水管道、出水口通过冷凝水管连接除氧器的进水端；中压汽缸的排汽口之三连通抽汽管，背压式小汽轮机能排汽端通过供热管网，供热管网连通凝汽器的进汽端、形成发电机组安全启动及事故停机，供热管网连通抽汽管并通过抽汽管连通中压汽缸的排汽口之三，形成供热回路的抽汽补汽结构。
本发明的目的可以通过以下的技术方案实现：
进一步的，供热管网通过抽汽管连通中压汽缸的排汽口之三及连通除氧器的进汽口，形成对凝结水加热结构及供热回路的抽汽补汽结构。
进一步的，供热管网通过抽汽管连通中压汽缸的排汽口之三及连通低压加热器的进汽端，形成对凝结水加热结构及供热回路的抽汽补汽结构。
进一步的，所述给水泵由一台100％容量给水泵或二台50％容量给水泵组成。
进一步的，主汽轮机的中压汽缸的排汽口之四通过联通管连接供热设备，构成供热设备备用或补充热源结构。
进一步的，供热管网通过切换通管与回热抽汽管道或抽汽管道相接，该切换通管通过回热抽汽管道或抽汽管道与回热回路相接构成低负荷高热量回收平衡管路。
进一步的，所述低压加热器为一台100％容量加热器或两台50％容量加热器。
本发明具有以下突出的有益效果：
1、本发明由于中压汽缸的排汽口之三连通抽汽管，背压式小汽轮机能排汽端通过供热管网，供热管网连通凝汽器的进汽端、形成发电机组安全启动及事故停机，供热管网连通抽汽管并通过抽汽管连通中压汽缸的排汽口之三，形成供热回路的抽汽补汽结构，因此，当发电机组正常运行时，背压式小汽轮机的排汽热压力足够排入供热管网，供热系统正常运行，当机组低负荷下小汽轮机排汽压力不能排入供热管网时，由于排汽通路之二通过抽汽管、回热抽汽管道或抽汽管道连通中压汽缸的排汽端口，形成对背压式小汽轮机进汽的辅助补充，使背压式小汽轮机的排汽热压力足够排入供热管网，供热系统正常运行，可保证发电机组安全启动及事故停机功能，及在机组低负荷下小汽轮机排汽压力不能排入供热管网时机组通过调峰安全运行结构，在机组低负荷运行时，供热热源可切换为汽缸或其联通管打孔抽汽，实现机组低负荷下的稳定供热。
2、本发明给水泵采用背压式小汽轮机驱动，从锅炉再热器设有高温高压蒸汽管接入背压式小汽轮机，由此，可使作为排汽主要的供热热源的背压式小汽轮机驱动减少主汽轮机汽缸抽汽供热量，提高主汽轮机做功出力能力，从而实现机组高负荷时的高效供热，本发明比凝汽式汽轮机驱动给水泵常规供热机组的汽缸抽汽结构，其热耗大幅度降低，提高了供热运行经济性，具有较高运行调节灵活性及较好供热经济性的优点
3、本发明使机组减少因机组或供热负荷率降低的非计划停机次数，从而减少了机组启动费用，降低电厂全生命周期的运行维护费用，提高电厂的运行经济性。
附图说明
图1为本发明具体实施例1的结构示意图。
图2为本发明的具体实施例2的结构示意图。
图3为本发明的具体实施例3的结构示意图。
图4为本发明的具体实施例4的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
具体实施例1：
参照图1所示的背压式小汽机驱动给水泵的宽负荷供热节能系统，包括主汽轮机、背压式小汽轮机62、给水泵5、锅炉再热器4、除氧器7和低压加热器8，主汽轮机中设有高压汽缸1和中压汽缸2，高压汽缸1的排汽端通过高温排汽管101连接锅炉再热器4的进汽端，锅炉再热器4的出汽端之一连接中压汽缸2的进汽端，构成再热回路；锅炉再热器4的出汽端之二通过次高温蒸汽管111连接背压式小汽轮机62的进汽端，构成背压式小汽轮机的供热回路；背压式小汽轮机62的动力输出端连接给水泵5的驱动输入端，构成给水泵驱动回路；中压汽缸2的排汽口之一通过回热抽汽管道202连接除氧器7的进汽端，中压汽缸2的排汽口之二通过抽汽管道203连接低压加热器8的进汽端，构成回热回路；低压加热器8的进水口连接冷凝水管道、出水口通过冷凝水管301连接除氧器7的进水端；中压汽缸2的排汽口之三连通抽汽管201，背压式小汽轮机62能排汽端通过供热管网501，供热管网501连通凝汽器9的进汽端、形成发电机组安全启动及事故停机，供热管网501连通抽汽管201并通过抽汽管201连通中压汽缸2的排汽口之三，形成供热回路的抽汽补汽结构。
实施例中，主汽轮机的中压汽缸2的排汽口之四通过联通管102连接供热设备3，构成供热设备备用或补充热源结构。供热管网501通过抽汽管201连通中压汽缸2的排汽口之三及连通除氧器7的进汽口，形成对凝结水加热结构及供热回路的抽汽补汽结构。供热管网501通过切换通管502与回热抽汽管道202相接，该切换通管502通过回热抽汽管道202与回热回路相接构成低负荷高热量回收平衡管路。所述水泵5为一台100％容量给水泵，低压加热器8为一台100％容量加热器。
具体实施例2：
参照图2所示，本实施例的技术特点在于：所述水泵5为两台50％容量给水泵，两台50％容量给水泵分别供水给两台背压式小汽轮机62。其余同实施例1。
具体实施例3：
参照图3所示，本实施例的技术特点在于：供热管网501通过抽汽管201连通中压汽缸2的排汽口之三及连通低压加热器8的进汽端，形成对凝结水加热结构及供热回路的抽汽补汽结构。供热管网501通过切换通管502与抽汽管道203相接，该切换通管502通过抽汽管道203与回热回路相接构成低负荷高热量回收平衡管路。所述给水泵5为一台100％容量给水泵。低压加热器8为一台100％容量加热器。其余同实施例1。
具体实施例4：
参照图4所示，本实施例的技术特点在于：所述水泵5为两台50％容量给水泵，两台50％容量给水泵分别供水给两台背压式小汽轮机62。其余同实施例3。
本发明的技术特点是：
给水泵5配置为1台100％容量给水泵或2台50％容量给水泵。背压式小汽轮机进汽汽源取自主汽轮机高压缸1部分排汽101，经锅炉再热器4部分加热后的高压高温蒸汽111。背压式小汽轮机排汽主要排至供热管网501。主汽轮机汽缸2抽汽管201或其联通管102抽汽作为供热的备用或补充热源，并与背压式小汽机排汽供热管网501汇合向外供热。背压式小汽轮机排汽设置两路旁路。一路供热管网501一端通过减压减温后排至凝汽器9，另一端排出向外供热，以实现整套机组安全启动及事故停机功能。另外一路供热管网501排至除氧器7或低压加热器8，即供热管网501与抽汽管202相连或与抽汽管道203相连，对凝结水301加热，以实现在机组低负荷下小汽轮机排汽压力不能排入供热管网时，机组仍能调峰安全高效运行。在机组低负荷运行时，供热热源可切换为汽缸或其联通管打孔抽汽，实现机组低负荷下的稳定供热。低压加热器为一台100％容量加热器或两台50％容量加热器。
供热管网502通过切换通管502与回热抽汽管202或抽汽管道203相接，该切换通管502通过与回热抽汽管201或抽汽管道203相接构成低负荷高热量回收平衡管路。在背压式小汽轮机排汽温度随着机组负荷的降低而升高，而排汽压力随着机组负荷的降低而降低的使用状况下，排汽在机组低负荷运行不能供热时，其过热度较高，通过切换通管选择排至低压加热器8或除氧器7对凝结水进行加热，从而减少甚至替代原回热抽汽系统的蒸汽量，增加在主汽轮机的做功蒸汽，提高机组出力。由此，能够使供热工况下机组热耗进一步降低，同时还能满足在低负荷安全高效运行，同时具备高效供热和宽负荷调峰供热两大功能。
本发明的背压式小汽轮机驱动设有切换通管502可连接于汽轮机中压缸2和除氧器7之间的回热抽汽管202或连接于汽轮机中压缸和低压加热器4之间的抽汽管道203。因此，在电网调度要求或供热用户需求降低，机组需要在低负荷运行时，背压式小汽轮机排汽虽不能排进供热管网，可通过排入低压加热器或除氧器，可以使机组继续安全高效运行，此时供热汽源切换到主汽轮机汽缸的调整抽汽口，实现机组宽负荷调峰和低负荷供热功能。
工程应用实例：
图1至图4显示了本发明背压式小汽机驱动给水泵跨负荷供热节能技术的四种实施例流程。对于常规燃煤火力发电厂，特别是工业园区大容量供热机组，600MW以下等级机组采用1台100％容量给水泵，或600MW及以上等级机组采用1台100％容量给水泵或2台50％容量给水泵方式。给水泵驱动装置均采用背压式小汽轮机，其进汽汽源来自锅炉立式低温再热器出口，其排汽与汽轮机调整抽汽汇合后对外正常供热。背压式小汽轮机排汽增加两个旁路。一个旁路是使排汽通过减温减压器后排进凝汽器，以实现机组启动，以及当机组事故停机时容纳小汽轮机排汽，回收工质。一个旁路是使排汽排进除氧器或低压加热器，图1和图2显示为供热管网501与除氧器和汽轮机中压缸2相互连接的回热抽汽管道202汇合的实施例流程，图1和图2显示为供热管网501与低压加热器和汽轮机中压缸2相互连接的抽汽管道203汇合的实施例流程。在机组低负荷或供热负荷较低时减少除氧器或低压加热器的回热抽汽系统蒸汽量和回收热量，提高低负荷运行经济性，实现低负荷安全高效供热和宽负荷调峰运行。
此外，供热负荷受经济社会环境或自然环境影响有较大波动时，可以通过主汽轮机组抽汽满足低负荷供热需求。
在额定满负荷供热工况，对比凝汽式小汽轮机驱动给水泵的常规机组抽汽供热方案，本发明在保证同样的供热负荷基础上，可以减少主汽轮机对外供热抽汽量，其热耗值可降低30kJ/kWh，发电标准煤耗减少约1g/kWh。根据供热机组较高的运行小时数，一年节省燃料费用约300万元～500万元，在电厂全生命周期可节省燃料费用约1亿元，效益十分可观。
Claims (7)
1.背压式小汽机驱动给水泵的宽负荷供热节能系统，包括主汽轮机、背压式小汽轮机(62)、给水泵(5)、锅炉再热器(4)、除氧器(7)和低压加热器(8)，主汽轮机中设有高压汽缸(1)和中压汽缸(2)，其特征在于：高压汽缸(1)的排汽端通过高温排汽管(101)连接锅炉再热器(4)的进汽端，锅炉再热器(4)的出汽端之一连接中压汽缸(2)的进汽端，构成再热回路；锅炉再热器(4)的出汽端之二通过次高温蒸汽管(111)连接背压式小汽轮机(62)的进汽端，构成背压式小汽轮机的供热回路；背压式小汽轮机(62)的动力输出端连接给水泵(5)的驱动输入端，构成给水泵驱动回路；中压汽缸(2)的排汽口之一通过回热抽汽管道(202)连接除氧器(7)的进汽端，中压汽缸(2)的排汽口之二通过抽汽管道(203)连接低压加热器(8)的进汽端，构成回热回路；低压加热器(8)的进水口连接冷凝水管道、出水口通过冷凝水管(301)连接除氧器(7)的进水端；中压汽缸(2)的排汽口之三连通抽汽管(201)，背压式小汽轮机(62)能排汽端通过供热管网(501)，供热管网(501)连通凝汽器(9)的进汽端、形成发电机组安全启动及事故停机，供热管网(501)连通抽汽管(201)并通过抽汽管(201)连通中压汽缸(2)的排汽口之三，形成供热回路的抽汽补汽结构。
2.根据权利要求1所述的背压式小汽机驱动给水泵的宽负荷供热节能系统，其特征在于：供热管网(501)通过抽汽管(201)连通中压汽缸(2)的排汽口之三及连通除氧器(7)的进汽口，形成对凝结水加热结构及供热回路的抽汽补汽结构。
3.根据权利要求1所述的背压式小汽机驱动给水泵的宽负荷供热节能系统，其特征在于：供热管网(501)通过抽汽管(201)连通中压汽缸(2)的排汽口之三及连通低压加热器(8)的进汽端，形成对凝结水加热结构及供热回路的抽汽补汽结构。
4.根据权利要求2或3所述的背压式小汽机驱动给水泵的宽负荷供热节能系统，其特征在于：所述给水泵(5)由一台100％容量给水泵或二台50％容量给水泵组成。
5.根据权利要求2或3所述的背压式小汽机驱动给水泵的宽负荷供热节能系统，其特征在于：主汽轮机的中压汽缸(2)的排汽口之四通过联通管(102)连接供热设备(3)，构成供热设备备用或补充热源结构。
6.根据权利要求2或3所述的背压式小汽机驱动给水泵的宽负荷供热节能系统，其特征在于：供热管网(501)通过切换通管(502)与回热抽汽管道(202)或抽汽管道(203)相接，该切换通管(502)通过回热抽汽管道(202)或抽汽管道(203)与回热回路相接构成低负荷高热量回收平衡管路。
7.根据权利要求2或3所述的背压式小汽机驱动给水泵的宽负荷供热节能系统，其特征在于：所述低压加热器(8)为一台100％容量加热器或两台50％容量加热器。
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