CN104990061B - 一种汽轮机回热系统中外置蒸汽冷却器连接系统 - Google Patents
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Abstract
一种汽轮机回热系统中外置蒸汽冷却器连接系统，为解决现有外置蒸汽冷却器采用给水吸热带来的蒸汽冷却器吸热侧及相关系统设备压力过高的问题。本发明的一种汽轮机回热系统中外置蒸汽冷却器连接系统包括回热加热器、给水泵、外置蒸汽冷却器、抽汽管系、给水管系和疏水管系，所述外置蒸汽冷却器安装在任意级抽汽管系中，外置蒸汽冷却器的放热侧入口与外接汽轮机抽汽口连接，外置蒸汽冷却器的放热侧出口与外置蒸汽冷却器所在的抽汽管系中的回热加热器连接，外置蒸汽冷却器的吸热侧入口与高于本级加热器二级或二级以上的加热器疏水管连接，外置蒸汽冷却器的吸热侧出口与高于本级加热器一级或一级以上的加热器连接。本发明用于汽轮机回热系统中。
Description
技术领域
本发明涉及一种火力发电设备，具体涉及一种汽轮机回热系统中外置蒸汽冷却器连接系统。
背景技术
在现代火力发电厂的回热系统中，由于普遍采用再热加回热循环方式，蒸汽再热后汽轮机的前几级抽汽过热度较高，对过热度较高的抽汽，通常配置蒸汽冷却器以提高热力系统效率。
针对200MW以下汽轮发电机组对过热度较高的抽汽一般配置外置式蒸汽冷却器，用给水吸收抽汽的过热热，减少更高级抽汽的抽汽量或提高给水温度，同时配置外置式疏水冷却器提高热力系统效率，其中抽汽侧(又称放热侧)回热加热器1，蒸汽冷却器2，疏水冷却器3的连接方式如图1所示。外置式蒸汽冷却器给水侧(又称吸热侧)常用的接入系统方式有并连(如图2)和串连(如图3)两种方式。
并连方式如图2所示：是在经再热后的回热加热器3的抽汽系统中加入蒸汽冷却器4，在加热器2和3之间的给水系统中引出部分给水，在蒸汽冷却器4中加热后送到加热器1后的给水中。
串连方式如图3所示：给水在经过给水加热器3、2、1后，全部经由装在加热器3抽汽系统上的蒸汽冷却器4供给锅炉，用加热器3的抽汽提高给水温度。
图2和图3为外置式蒸汽冷却器连接的两个基本方式，实际应用中以此两种方式为基础可有多种组合方式。
针对300MW以上大型汽轮发电机组，通常在过热度较高的抽汽回热加热器内设置蒸汽冷却段，利用蒸汽的过热热提高加热器出口水温；同时为有效利用疏水热量，在加热器内还配置疏水冷却段，利用给水降低加热器疏水温度提高热力系统效率。如图4所示，相对于图1就是把蒸汽冷却器和疏水冷却器组合到回热加热器中，从而简化系统和设备。加热加由蒸汽凝结段1.蒸汽冷却段2和疏水冷却段3组成。
中国专利号为201310077630.4(公开日为2013年5月22日)的发明专利公开了一种发电厂回热系统中的外置蒸汽冷却器系统及回热系统，该专利提出了用加热器疏水吸收低级抽汽过热热再反之回到本级的方案，使得蒸汽冷却器水侧及管系压力可大幅度降低，从而降低系统造价，如图5所示。
上述几种系统(图2、3、5)均能利用抽汽的过热度提高回热系统效率。
图2、3所示的方式，外置蒸汽冷却器均采用高压给水来吸收抽汽的过热热，其存在的主要问题是发电机组的给水压力很高，常用的亚临界机组压力在20MPa左右，而目前正在大力的发展的超超临界机组给水压力达40MPa左右。过高的压力导致管道、管件及附属部件(如支吊架、基础、阀门执行器等)结构旁大复杂，造价高昂，投入产出比低，这也是现在300MW、600MW机组普遍采内置式蒸汽冷却器的主要原因。
而内置式蒸汽冷却器存在着蒸汽过热度只能利用在本级，抽汽过热度有效利用率低的问题。这也是现在专业领域探讨在超超临界机组上配置外置式蒸汽冷却器的主要原因。
图5所示的专利《一种发电厂回热系统中的外置蒸汽冷却器系统及回热系统》，利用高级加热器疏水来吸收低收低级加热器抽汽的过热热，比采用给水吸收过热热的方式大幅度的降低了吸热工质的压力，解决了吸热工质压力太高所带来的各种问题。图5所示系统虽然解决了吸热工质压力太高所带来的各种问题，但由于其采用高级加热器疏水吸收低级加热器抽汽过热热后回到本级的方式，疏水和蒸发后的蒸汽压力相同，要实现循环只能采用两种方式：第一种就是将蒸汽冷却器布置在给水加热器下部，利用疏水与蒸汽的比重差实现自然循环，这种方式布置上会受空间的限制，尤其是在对现有机组改造时受限会更严重；第二种就是在疏水管路上加泵进行强制循环，这样要增加转动机械，使系统复杂，造价增加。由于上述原因该专利技术尚未见有工程应用此技术方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用各加热器汽侧之间的压力差，用高级加热器的疏水，通过外置式蒸汽冷却器，将低压高温抽汽过热热送到高级加热器中的系统，解决现有外置蒸汽冷却器采用给水吸热带来的蒸汽冷却器吸热侧及相关系统设备压力过高的问题；同时解决专利201310077630.4中外置蒸汽冷却器由于加热器疏水与本级抽汽压力相同，蒸汽冷却器的布置方式受限或需要加装循环泵等问题。
本发明的一种汽轮机回热系统中外置蒸汽冷却器连接系统包括回热加热器、给水泵、外置蒸汽冷却器、抽汽管系、给水管系和疏水管系，所述外置蒸汽冷却器安装在任意级抽汽管系中，外置蒸汽冷却器的放热侧入口与外接汽轮机抽汽口连接，外置蒸汽冷却器的放热侧出口与外置蒸汽冷却器所在的抽汽管系中的回热加热器连接，外置蒸汽冷却器的吸热侧入口与高于本级加热器二级或二级以上的加热器疏水管连接，外置蒸汽冷却器的吸热侧出口与高于本级加热器一级或一级以上的加热器汽侧连接。
优选地，所述外置蒸汽冷却器为蒸发式蒸汽冷却器。
优选地，所述外置蒸汽冷却器吸热侧入口接取疏水的加热器相比外置蒸汽冷却器吸热侧出口所接的加热器级数至少要高一级。
优选地，所述外置蒸汽冷却器吸热侧入口接取疏水的加热器相比外置蒸汽冷却器的放热侧出口所接加热器的级数要高二级或二级以上。
优选地，所述外置蒸汽冷却器可以设置在符合条件的各级抽汽管系中。
优选地，所述安装在任意级抽汽管系中的外置蒸汽冷却器的数量为两个，两个外置蒸汽冷却器串连在任意抽汽管系中。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明的外置蒸汽冷却器系统，采用二级或高于二级以上的加热器疏水蒸发吸收抽汽过热热后送到更高级的加热器汽侧，实现了将低级抽汽过热热用于高级加热器的目的，与传统的用给水吸收抽汽过热热后送到更高级加热器水侧出口相比大幅度的降低了吸热侧工质的压力，如300MW亚临界机组给水压力20MPa，最高级加热器疏水压力5-6MPa，次高级加热器疏水压力3-4MPa，要低4-7倍，使得蒸汽冷却器吸热侧及其相连接的管系及部件成本大幅度下降。
二、本发明的外置蒸汽冷却器系统，采用二级或高于二级以上的加热器疏水蒸发吸收抽汽过热热后送到更高级的加热器汽侧；本发明利用了各级加热器的压差来输送工质，相比专利201310077630.4中采用本级疏水经蒸汽冷却器吸热后回到本级的方式对蒸汽冷却器的布置位置无要求，也无需增加循环泵，只需加装阀门控制即可。
三、本发明的外置蒸汽冷却器系统，采用二级或高于二级以上的加热器疏水吸热，可保证疏水进水温度高于蒸汽冷却器所在级抽汽所对应的饱合温度，从而可不考虑被冷却抽汽的凝结问题。
附图说明
图1是现有的外置式蒸汽冷却器、疏水冷却器与加热器汽侧(放热侧)的连接方式示意图；
图2是现有的外置式蒸汽冷却器水侧(吸热侧)与给水加热器并连连接方式示意图；
图3是现有的外置式蒸汽冷却器水侧(吸热侧)与给水加热器串连连接方式示意图；
图4是现有的带内置蒸汽冷却段和疏水冷却段的加热器示意图；
图5是专利201310077630.4中外置蒸汽冷却器连接方式示意图；
图6是本发明外置蒸汽冷却器系统的第一实施例的系统布置图(图中标记8为锅炉给水接管)；
图7是本发明外置蒸汽冷却器系统的第二实施例的系统布置图(图中标记8为锅炉给水接管，标记9为供其它用汽接管)；
图8是本发明外置蒸汽冷却器系统的第三实施例的系统布置图(图中标记8为锅炉给水接管，标记9为供其它用汽接管)；
图9是本发明外置蒸汽冷却器系统的第四实施例的系统布置图(图中标记8为锅炉给水接管，标记9为供其它用汽接管)；
图10是本发明外置蒸汽冷却器系统的第五实施例的系统布置图(图中标记8为锅炉给水接管，标记9为供其它用汽接管)；
图11是本发明外置蒸汽冷却器系统的第六实施例的系统布置图(图中标记8为锅炉给水接管，标记9为供其它用汽接管)。
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。
本发明中，术语“外置蒸汽冷却器”指的是在过热度较高的抽汽管路上装设的用来吸收抽汽大部分过热热、并将其送到更高级热器中或给水中的的面式换热器。其吸热工质可以是给水或者是更高级加热器的疏水，吸热工质可以在蒸汽冷却器中通过升温吸热，也可以通过蒸汽吸热。
本发明中的回热加热器可以是凝结水器、除氧器或给水加热器。
本发明中对汽轮级和加热器的排列由高压向低压排列，即一级抽汽和一级加热器的汽侧压力最高，其它各级压力依次降低，相对的压力高的称高级抽汽或高级加热器。
本发明中，所述外置蒸汽冷却器吸热侧入口接取疏水的加热器相比外置蒸汽冷却器吸热侧出口所接的加热器级数至少要高一级。例如：外置蒸汽冷却器吸热侧入口接取疏水的加热器为一级给水加热器1，外置蒸汽冷却器吸热侧出口所接的加热器至少为二级给水加热器2。
本发明中，所述外置蒸汽冷却器吸热侧入口接取疏水的加热器相比外置蒸汽冷却器所在抽汽级所对应的加热器的级数要高二级或二级以上。例如图6所示：在三级抽汽管路上设置外置蒸汽冷却器5，对应的加热器为三级给水加热器3其吸热侧入口接取疏水的加热器为一级给水加热器1。
图6示出根据本发明的外置蒸汽冷却器连接系统的第一实施例的系统布置图。本发明的外置蒸汽冷却器连接系统是汽轮机发电热力循环系统(回热系统)的一部分。相关的回热系统主要由一级给水加热器1、二级给水加热器2、三级给水加热器3、给水泵4、给水管系、疏水管系、抽汽管系以及外置蒸汽冷却器5组成，外置蒸汽冷却器5布置在过热度较高的三级抽汽管路上，外置蒸汽冷却器5的放热侧入口与外接汽轮机抽汽口连接，外置蒸汽冷却器5的放热侧出口与三级给水加热器3汽侧连接，外置蒸汽冷却器5的吸热侧入口与高于本级加热器二级的加热器(即一级给水加热器1)疏水管连接，外置蒸汽冷却器5的吸热侧出口与高于本级加热器一级的加热器(即二级给水加热器2)汽侧连接。过热抽汽在外置蒸汽冷却器5中被冷却后分别送入本级抽汽对应的三级给水加热器3汽侧中。疏水在外置蒸汽冷却器5中蒸发，吸热后产生蒸汽送入二级给水加热器2的汽侧。
工作时，三级抽汽经外置蒸汽冷却器5冷却后，过热度大幅度降低后，送到三级给水加热器3汽侧中，供三级给水加热器3使用。在一级给水加热器1的疏水管上接取的疏水经外置蒸汽冷却器5加热蒸发后送到二级给水加热器2的汽侧中加热给水。这样就实现了将三级抽汽的过热热送到二级抽汽对应的二级给水加热器2中换热的目的，提高了换热平均温度，实现了提高汽轮机组热效率。
由于外置蒸汽冷却器5内采用疏水蒸发吸热方式，而单位量的工质蒸发吸热量远大于温差换热，因此，在相同吸热量的情况下，所需疏水量远低于采用给水吸热的传统蒸汽冷却器所需的给水量；同时蒸发换热的换热系数也远大于对流换热，蒸汽冷却器换热面积可有所减少。
图7示出根据本发明的外置蒸汽冷却器连接系统的第二实施例的系统布置图。本发明的外置蒸汽冷却器连接系统是汽轮机发电热力循环系统(回热系统)的一部分。相关的回热系统主要由一级给水加热器1、二级给水加热器2、三级给水加热器3、给水泵4、除氧器6(四级回热加热器)、五级凝结水加热器7、给水管系、疏水管系、抽汽管系、锅炉再热器以及外置蒸汽冷却器5组成，外置蒸汽冷却器5布置在过热度较高的四级抽汽管上，外置蒸汽冷却器5的放热侧入口与外接汽轮机抽汽口连接，外置蒸汽冷却器5的放热侧出口与混合式回热加热器(除氧器6)连接，外置蒸汽冷却器5的吸热侧入口与高于本级加热器三级的回热加热器(即一级给水加热器1)疏水管连接，外置蒸汽冷却器5的吸热侧出口与高于本级加热器二级的加热器(即二级给水加热器2)汽侧连接，五级凝结水加热器7出水管与除氧器6连接。四级抽汽在外置蒸汽冷却器5中被冷却后分别送入除氧器6中。取自一级给水加热器1的疏水在外置蒸汽冷却器5中蒸发，吸热后产生蒸汽送入二级给水加热器2的汽侧，同时可供应生产所需的其它用汽。本实施例与实施例一的区别是：将四级抽汽过热热利用于比其高二级的二级给水加热器2中，实现了抽汽过热度的越二级利用。由于疏水在蒸汽冷却器只能蒸发到其出口连接的加热器对应压力下的饱合温度，越二级利用蒸发量与越一级利用蒸汽量必然减少，实际应用中要根据具体参数测算越一级和越二级利用的经济性。同时可向外界提供部分与三级抽汽压力相同的供汽。
图8示出根据本发明的外置蒸汽冷却器连接系统的第三实施例的系统布置图。本发明的外置蒸汽冷却器连接系统是汽轮机发电热力循环系统(回热系统)的一部分。相关的回热系统主要由一级给水加热器1、二级给水加热器2、三级给水加热器3、给水泵4、除氧器6(四级回热加热器)、五级凝结水加热器7、给水管系、疏水管系、抽汽管系、锅炉再热器以及外置蒸汽冷却器5组成，外置蒸汽冷却器5布置在过热度较高的四级抽汽管上，外置蒸汽冷却器5的放热侧入口与外接汽轮机抽汽口连接，外置蒸汽冷却器5的放热侧出口与五级凝结水加热器7的汽侧连接，外置蒸汽冷却器5的吸热侧入口与高于本级加热器三级的加热器(即二级给水加热器2)疏水管连接，外置蒸汽冷却器5的吸热侧出口与高于本级加热器二级的加热器(即三级给水加热器3)的汽侧连接，五级凝结水加热器7与除氧器6连接。过热抽汽在外置蒸汽冷却器5中被冷却后送入除氧器6中。来自二级给水加热器2的疏水在外置蒸汽冷却器5中蒸发，吸热后产生蒸汽送入三级给水加热器3的汽侧中加热给水，同时也可供其它需要相应压力的场所使用。
图9示出根据本发明的外置蒸汽冷却器连接系统的第四实施例的系统布置图。本发明的外置蒸汽冷却器连接系统是汽轮机发电热力循环系统(回热系统)的一部分。回热系统主要由一级给水加热器1、二级给水加热器2、三级给水加热器3、给水泵4、除氧器6(四级给水加热器)、五级凝结水加热器7、给水管系、疏水管系、抽汽管系、锅炉再热器以及外置蒸汽冷却器5组成，外置蒸汽冷却器5布置在过热度较高的五级抽汽管上，外置蒸汽冷却器5的放热侧入口与外接汽轮机抽汽口连接，外置蒸汽冷却器5的放热侧出口与五级凝结水加热器7汽侧连接，外置蒸汽冷却器5的吸热侧入口与高于本级加热器二级的加热器(即二级给水加热器2)疏水管连接，外置蒸汽冷却器5的吸热侧出口与高于本级加热器一级的加热器(即除氧器6)进汽连接，五级凝结水加热器7的水侧与除氧器6连接。过热抽汽在外置蒸汽冷却器5中被冷却后送入五级凝结水加热器7汽侧中。来自三级加热器的疏水在外置蒸汽冷却器5中蒸发，吸热后产生蒸汽送入更高级的加热器(除氧器6)中加热给水，同时也可供其它需要相应压力的场所使用。
图10示出根据本发明的外置蒸汽冷却器连接系统的第五实施例的系统布置图。本发明的外置蒸汽冷却器连接系统是汽轮机发电热力循环系统(回热系统)的一部分。回热系统主要由一级给水加热器1、二级给水加热器2、三级给水加热器3、给水泵4、除氧器6(四级给水加热器)、五级凝结水加热器7、给水管系、疏水管系、抽汽管系、锅炉再热器以及外置蒸汽冷却器5组成，外置蒸汽冷却器5布置在过热度较高的五级抽汽管上，外置蒸汽冷却器5的放热侧入口与外接汽轮机抽汽口连接，外置蒸汽冷却器5的放热侧出口与五级凝结水加热器7汽侧连接，外置蒸汽冷却器5的吸热侧入口与高于本级加热器二级的加热器(即二级给水加热器2)疏水管连接，外置蒸汽冷却器5的吸热侧出口与高于本级加热器一级的加热器(即三级给水加热器3)汽侧连接，五级凝结水加热器7的水侧与除氧器6连接。过热抽汽在外置蒸汽冷却器5中被冷却后分别送入五级凝结水加热器7汽侧中。来自二级给水加热器的疏水在外置蒸汽冷却器5中蒸发，吸热后产生蒸汽送入高二级的加热器(三级给水加热器3)中加热给水。同时也可供其它需要相应压力的场所使用。
图11示出根据本发明的外置蒸汽冷却器连接系统的第六实施例的系统布置图。考虑到经蒸汽冷却器加热的疏水送到比对应抽汽级越高加热器机组的效率提高越多，但压力越高产生的蒸汽量越少，同时产生蒸汽压力越高蒸汽冷却器抽汽出口剩余过热越大，同时除氧器6作为混合式加热器对进汽过热度无严格要求，因此，根据本发明的原理，在四级抽汽管路上设计了两级外置蒸汽冷却器，即一级外置蒸汽冷却器15和二级外置蒸汽冷却器25。
本发明的外置蒸汽冷却器连接系统是汽轮机发电热力循环系统(回热系统)的一部分。回热系统主要由一级给水加热器1、二级给水加热器2、三级给水加热器3、给水泵4、除氧器6(四级给水加热器)、五级凝结水加热器7、给水管系、疏水管系、抽汽管系、锅炉再热器、一级外置蒸汽冷却器15及二级外置蒸汽冷却器25组成，一级外置蒸汽冷却器15和二级外置蒸汽冷却器25由四级抽汽管的输入端至输出端依次布置在四级抽汽管上，一级外置蒸汽冷却器15的放热侧入口与外接汽轮机抽汽口连接，二级外置蒸汽冷却器25的放热侧出口与除氧器6连接，一级外置蒸汽冷却器15的吸热侧入口与高于本级加热器三级的加热器(即一级给水加热器1)疏水管连接，一级外置蒸汽冷却器15的吸热侧出口与高于本级加热器二级的加热器(即二级给水加热器2)汽侧连接；二级外置蒸汽冷却器25的吸热侧入口与高于本级加热器三级的加热器(即一级给水加热器1)疏水管连接，二级外置蒸汽冷却器25的吸热侧出口与高于本级加热器一级的加热器(即三级给水加热器3)连接，五级凝结水加热器7水侧与除氧器6连接。过热抽汽在一级外置蒸汽冷却器15中被冷却到接近二级给水加热器对应的饱合温度后送入二级外置蒸汽冷却器25，在二级蒸汽冷却器25中继续冷却到接近三级给水加热器汽侧压力对应的饱合温度后，送入到混合式加热器除氧器6中。来自一级给水加热器的疏水在一级外置蒸汽冷却器15中蒸发，吸热后产生蒸汽送入比除氧器高二级的加热器(二级给水加热器2)中加热给水；来自一级给水加热器的疏水在二级外置蒸汽冷却器25中蒸发，吸热后产生蒸汽送入比除氧器高一级的加热器(三级给水加热器3)中加热给水；同时也可供其它需要相应压力的场所使用。
本实施例中设计有一级外置蒸汽冷却器15和二级外置蒸汽冷却器25，这样设置的优点：可实现抽汽过热的多级利用和充分利用。其原理是：疏水在一级外置蒸汽冷却器15中只能蒸发到二级加热器2所对应的二级抽汽压力所对应的饱合温度，四级抽汽不能充分冷却，仍有较高的过热度，再经二级外置蒸汽冷却器25冷却到接近三级抽汽所对应的饱合温度，并利用到二级加热器3中。这样就实现了四级抽汽过热度的越级利用和多级利用。
为简化系统，一级外置蒸汽冷却器15和二级外置蒸汽冷却器25吸热的供水均取自一级给水加热器1的疏水管系。
Claims (6)
1.一种汽轮机回热系统中外置蒸汽冷却器连接系统，所述一种汽轮机回热系统中外置蒸汽冷却器连接系统包括回热加热器、给水泵、外置蒸汽冷却器、抽汽管系、给水管系和疏水管系，其特征在于：所述外置蒸汽冷却器安装在任意级抽汽管系中，外置蒸汽冷却器的放热侧入口与外接汽轮机抽汽口连接，外置蒸汽冷却器的放热侧出口与外置蒸汽冷却器所在的抽汽管系中的回热加热器连接，外置蒸汽冷却器的吸热侧入口与高于本级加热器二级或二级以上的加热器疏水管连接，外置蒸汽冷却器的吸热侧出口与高于本级加热器一级或一级以上的加热器汽侧连接。
2.根据权利要求1所述一种汽轮机回热系统中外置蒸汽冷却器连接系统，其特征在于：所述外置蒸汽冷却器为蒸发式蒸汽冷却器。
3.根据权利要求2所述一种汽轮机回热系统中外置蒸汽冷却器连接系统，其特征在于：所述外置蒸汽冷却器吸热侧入口接取疏水的加热器相比外置蒸汽冷却器吸热侧出口所接的加热器级数至少要高一级。
4.根据权利要求2所述一种汽轮机回热系统中外置蒸汽冷却器连接系统，其特征在于：所述外置蒸汽冷却器吸热侧入口接取疏水的加热器相比外置蒸汽冷却器的放热侧出口所接加热器的级数要高二级或二级以上。
5.根据权利要求4所述一种汽轮机回热系统中外置蒸汽冷却器连接系统，其特征在于：所述外置蒸汽冷却器可以设置在符合条件的各级抽汽管系中。
6.根据权利要求4所述一种汽轮机回热系统中外置蒸汽冷却器连接系统，其特征在于：所述安装在抽汽管系中的外置蒸汽冷却器的数量为两个，两个外置蒸汽冷却器串连在任意抽汽管系中。
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2015
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