CN105888741B - 带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统 - Google Patents

带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统，其包括驱动汽轮机、低压除氧器、低压给水泵和系统运行所需的调节系统。来自主汽轮机的抽汽进入驱动汽轮机做功，驱动风机或者水泵，驱动汽轮机的排汽直接进入低压除氧器，与主机低压加热器出口来的凝结水混合，凝结水经排汽加热后，再经低压给水泵送回主汽轮机低加系统，从而实现热量的回收。本发明解决驱动汽轮机排汽问题，避免利用驱动汽轮机驱动时被迫采用效率低下和成本较高的纯凝式汽轮机，排汽直接进入低压除氧器，从而可以采用热效率较高的背压式汽轮机。

Description

带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统
技术领域
本发明属于汽轮机技术领域，具体而言，本发明涉及一种带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统。
背景技术
泵或者风机是发电厂的重要辅机，一般采用电动机驱动。随着我国火电厂利用小时下降，机组负荷率偏低，泵或者风机调速节能的需求越来越大，虽然采用变频器、永磁调速等技术可以实现调速功能，但由于变频器运行存在功率，且设备故障率高、设备寿命有限；而永磁调速效率相对要低，设备昂贵。更为关键的是，这两种调速方式均是在电动机驱动方式下，无法解决发电厂耗电高的固有予矛盾。而采用汽轮机驱动，不仅可以实现全负荷范围内的自动调速，同时，还可以极大的降低发电厂用电率，降低主机供电煤耗，对完成节能减排有重要意义。
然而，采用汽轮机驱动则受限于驱动汽源，对于没有工业用汽或其他供热汽源的地区，驱动汽轮机只能采用纯凝式。纯凝式的驱动汽轮机比主汽轮机效率低，同时，带冷凝设备后，设备成本上升，从而使得汽轮机驱动方式并未真正节能，反而增加了设备成本。
由上分析，现有的电厂调速方式或汽动方式存在以下缺点或制约因素：
1、发电厂用电率高。不论是变频调整或者永磁调速，均需电动机驱动，而大功率的泵或者风机，是电厂的主要能耗设备，必然影响发电厂用电率高。
2、受限于驱动蒸汽，对于无供汽、工业用或有工业用汽，但汽量不足的电厂，除了采取纯凝方式，就无法解决驱动汽轮机的排汽问题，从而无法采用汽动驱动。
3、纯凝式效率低下。如果必要采取纯凝方式时，由于驱动汽轮机效率总是低于主机效率的，因而这种方法不但不节能，反而是增加系统能耗的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统，可以解决无工业或供热蒸汽时，电厂仍可顺利实现汽轮机驱动泵或风机，而无需采用纯凝方式。这种系统不仅简单解决了驱动汽源问题，并且由于减少了主机冷端损失和获得了发电厂用电率下降的好处，是一种即节能又可减排的新系统。
为了解决上述问题，本发明提供一种带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统，其技术方案如下：
一种带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统，其包括主汽轮机，所述主汽轮机的高中压缸用于提供驱动蒸汽，所述主汽轮机的低压缸用于提供凝结水；驱动汽轮机，所述驱动汽轮机的进汽由所述高中压缸的排汽提供；负载，所述驱动汽轮机用于驱动所述负载做功；第一低压加热器，所述第一低压加热器的进水由所述主汽轮机的凝结水泵出口过来，所述凝结水泵的进口经凝汽器与所述主汽轮机的低压缸的排汽口相通，所述第一低压加热器的进汽由所述主汽轮机的低压缸的抽汽口过来；低压除氧器，所述低压除氧器的进汽口与所述驱动汽轮机的排汽口相连，用于接收所述驱动汽轮机的排汽；所述低压除氧器的进水口与所述第一低压加热器的出水口相连，用于接收所述第一低压加热器的凝结水，所述低压除氧器接收到的排汽和凝结水形成饱和水；第二低压加热器，所述低压除氧器的出水口与所述第二低压加热器的出口连至一根排水管道；和第三低压加热器，所述第三低压加热器的进水口与所述低压除氧器的出水口和所述第二低压加热器的出口形成的排水管道相连，所述第三低压加热器用于接收所述低压除氧器的饱和水和第二低压加热器的排水，实现热量回收，凝结水升温。
如上述的带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统，进一步优选为：还包括进汽调节阀，所述进汽调节阀安装在所述驱动汽轮机的进汽管道上，用于调节所述驱动汽轮机的进汽流量。
如上述的带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统，进一步优选为：所述低压除氧器出水口处的饱和水与所述第二低压加热器出口的凝结水的焓值一致。
如上述的带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统，进一步优选为：所述低压除氧器内的压力比所述驱动汽轮机的进汽压力低0.6MPa以上。
如上述的带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统，进一步优选为：所述负载为水泵或者风机。
分析可知，与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
一、本发明提供的带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统巧妙地利用主汽轮机的低温凝结水，该凝结水与所述驱动汽轮机的排汽在所述低压除氧器中混合，使排汽冷凝。由于蒸汽是在对应饱和蒸汽压力下工作，温度与饱和蒸汽对应，由于入口的凝结水温度较低，从而使得所述低压除氧器在较低压力下运行，即所述驱动汽轮机的排汽压力可以较低，从而使驱动蒸汽在流经所述驱动汽轮机时获得较大的焓降，以较少的蒸汽即可以实现驱动目的。蒸汽冷凝后，再返回到主汽轮机的所述第三低压加热器，从而实现热量的回收。
二、本发明提供的一种带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统，在发电厂没有对外供热时，也可以建立一套独立的背压式汽轮机系统，实现蒸汽驱动所述水泵或者风机。
三、本发明会排挤主机一部分低压加热器的加热蒸汽，但相比所述驱动汽轮机蒸汽流量，本发明总的回热蒸汽流量是增加的，因而减少的主蒸汽机冷端损失，机组热效率提高。
四、本发明汽轮机的排汽热量通过混合式除氧器全部回收，从而减少了因回热系统末级疏直接排放到凝汽器形成的焓降损失，机组热效率提高。
五、本发明设置的所述低压除氧器是混合式加热器，相比表面式加热器，其热效率明显提高，从而实现再次节能。本发明提出了一种混合式低压除氧器来接收驱动汽轮机排汽，从而解决了驱动汽轮机汽源冷凝(或排放)途径，这是热力系统根本性的结构改变。传统上，汽轮机的排汽要么接凝汽器，要么排汽要有下级工业用户或其他热用户，并且要求的压力要与汽轮机进汽保持一定的压差，才可以使汽轮机正常运转。
六、本发明让电厂可以在厂内任何具备条件的位置安装所述驱动汽轮机，解决了受汽源限制问题。
七、本发明可以将发电厂大功率转动设备由永磁或变频调速改为所述驱动汽轮机调速，由于所述驱动汽轮机调速更为简单和高效，从而节约了发电厂用电率，并且使全厂效率综合提高。
附图说明
图1为本发明优选实施例的带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统的结构示意图。
图中：1-主汽轮机高中压缸；2-主汽轮机低压缸；3-驱动汽轮机；4-水泵；5-第一低压加热器；6-第二低压加热器；7-低压给水泵；8-低压除氧器；9-第三低压加热器；10-凝结水泵；11-凝汽器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明是针对南方及一些无供热地区，为了实现主汽轮机驱动，同时又避免采用效率低下和成本较高的纯凝方式而发明的一种系统。本发明优选实施例的带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统主要包括主汽轮机，主汽轮机高中压缸1用于提供驱动蒸汽，主汽轮机低压缸2用于提供凝结水；驱动汽轮机3，驱动汽轮机3的进汽由高中压缸1的排汽提供，优选由高中压缸1的中压缸排汽提供；水泵4，驱动汽轮机3用于驱动水泵4做功；第一低压加热器5，第一低压加热器5的进水由主汽轮机的凝结水泵10出口过来，凝结水泵10的进口经凝汽器11与主汽轮机低压缸2的排汽口相通，第一低压加热器5的进汽由主汽轮机低压缸2的抽汽口过来；低压除氧器8，低压除氧器8的进汽口与驱动汽轮机3的排汽口相连，用于接收驱动汽轮机3的排汽；低压除氧器8的进水口与第一低压加热器5的出水口相连，用于接收第一低压加热器5的凝结水；低压除氧器8的出水口与第二低压加热器6的出口相连，低压除氧器8接收到的排汽和凝结水形成饱和水，低压给水泵将低压除氧器8的饱和水输送至第三低压加热器9，实现热量回收，凝结水升温。第二低压加热器6的进汽由主汽轮机低压缸2的抽汽口过来。
总而言之，本发明提供的带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统巧妙地利用主汽轮机的低温凝结水，该凝结水与驱动汽轮机3的排汽在低压除氧器8中混合，使后者(即排汽)冷凝。由于蒸汽是在对应饱和蒸汽压力下工作，温度与饱和蒸汽对应，由于入口的凝结水温度较低，从而使得低压除氧器8在较低压力下运行，即驱动汽轮机3的排汽压力可以较低，从而使驱动蒸汽在流经驱动汽轮机3时获得较大的焓降，以较少的蒸汽即可以实现驱动目的。蒸汽冷凝后，再返回到主汽轮机的低加回热系统(即第三低压加热器9)，从而实现热量的回收。本发明解决驱动汽轮机3排汽问题，避免利用驱动汽轮机3驱动时被迫采用效率低下和成本较高的纯凝式汽轮机，排汽直接进入低压除氧器8，从而可以采用热效率较高的背压式汽轮机。同时，因加热了主汽轮机凝结水，扣除排挤的第一低压加热器5抽汽后，总的回热抽汽流量是增加的，影响主汽轮机冷端热损失减少；同时，还减少了未级疏水与凝汽器的热值差形成的热损失，主汽轮机热效率提高。
为了能够使驱动汽轮机3得到的抽汽实现调节功能，还包括进汽调节阀，进汽调节阀安装在驱动汽轮机3的进汽管道上，用于调节驱动汽轮机3的进汽流量。在本发明中，可以采用驱动汽轮机3常规的调节保护装置，即由进汽调节阀(或称汽轮机进汽调节阀)、DEH(即Digital Electric Hydraulic Control System，汽轮机数字电液控制系统)、TSI(即Turbine Supervisory Instrumentation，汽轮机安全监视系统)和ETS(即Emergency TripSystem，汽轮机跳闸保护系统)等系统组成的调节级保护系统。这样从主汽轮机传送而来的抽汽在驱动汽轮机3内做功并驱动水泵4，通过汽轮机进汽调节阀控制驱动汽轮机3的进汽流量，从而调节驱动汽轮机3的转速和功率，实现调速和变功率驱动；本发明通过市场上的常规保护装置(即由DEH、TSI和ETS组成)，来实现对驱动汽轮机3进行保护。
在本发明中，驱动汽轮机3的排汽和低压加热器的凝结水在低压除氧器8内混合，此时排汽和凝结水在低压除氧器8迅速放热冷凝成水(即饱和水)，从而使低压除氧器8在相应饱和蒸汽压力下运行，从而使驱动汽轮机3维持一定的背压保持运行。
为了能够将低压除氧器8内的饱和水再次输送回主汽轮机的回热系统(即第三低压加热器9的进口)，实现回热利用，如图1所示，本发明还包括低压给水泵7，低压给水泵7安装在低压除氧器8的出水口和第二低压加热器6的出口凝结水管道上，用于控制低压除氧器8内的饱和水输送至第二低压加热器的出口，即饱和水与由第二低压加热器6出口输出的凝结水在第二低压加热器6的出口凝结水管道内混合。
为了能够使本系统的投入不影响主汽轮机运行工况，如图1所示，本发明的第一低压加热器5出口凝结水焓值较低，从而可以在低压除氧器8中充分吸收驱动汽轮机3排汽的放热，低压除氧器8出口饱和水焓值应与第二低压加热器6的设计出口焓值一致(即低压除氧器8的出水口处饱和水的总热量和第二低压加热器6的出口处的凝结水的总热量一致)，从而使主汽轮机回热系统按设计工况保持运行。
为了能够使驱动汽轮机3可以保持长期运行，在本发明中，低压除氧器8内的压力较驱动汽轮机3的进汽压力低0.6MPa以上，从而使得驱动汽轮机3有较大的压差和焓降，从而实现做功和高效运行。
作为本发明的另外一个实施例，本发明除了可以用于水泵4以外，还可以用于风机。由于输送低温凝结水较为便利，因而驱动汽轮机3理论上可以布置在电厂任何具备安装条件的位置，驱动汽轮机3的负载可以是大功率风机或者水泵4。
本发明的特点在于：
(1)巧妙的利用了低温凝结水做为驱动汽轮机3的排汽冷凝媒介，可以使驱动汽轮机3排汽压力较低，蒸汽焓降大，做功能力强；
(2)提出了低压除氧器8这种混合式加热器，解决驱动汽轮机3排汽途径，且因压力较低，从而可以减少设备成本；
(3)采用凝结水做为冷媒，输送方便，热损失和管道损失相比蒸汽要小得多，为系统节能创造了必要条件；
(4)低压除氧器8出口饱和水焓和第二低压加热器6出口凝结水设计焓值一样，从而使本系统的投入不对主机系统造成不利影响，运行调整极为方便。
分析可知，与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
一、本发明提供的带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统巧妙地利用主汽轮机的低温凝结水，该凝结水与驱动汽轮机3的排汽在低压除氧器8中混合，使排汽冷凝。由于蒸汽是在对应饱和蒸汽压力下工作，温度与饱和蒸汽对应，由于入口的凝结水温度较低，从而使得低压除氧器8在较低压力下运行，即驱动汽轮机3的排汽压力可以较低，从而使驱动蒸汽在流经驱动汽轮机3时获得较大的焓降，以较少的蒸汽即可以实现驱动目的。蒸汽冷凝后，再返回到主汽轮机的第三低压加热器9，从而实现热量的回收。
二、本发明提供的一种带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统，在发电厂没有对外供热时，也可以建立一套独立的背压式汽轮机系统，实现蒸汽驱动水泵4或者风机。
三、本发明会排挤主机一部分低压加热器的加热蒸汽，但相比驱动汽轮机3蒸汽流量，本发明总的回热蒸汽流量是增加的，因而减少的主机冷端损失，机组热效率提高。
四、本发明汽轮机的排汽热量通过混合式除氧器全部回收，从而减少了因回热系统末级疏直接排放到凝汽器形成的焓降损失，机组热效率提高。
五、本发明设置的低压除氧器8是混合式加热器，相比表面式加热器，其热效率明显提高，从而实现再次节能。本发明提出了一种混合式低压除氧器来接收驱动汽轮机排汽，从而解决了驱动汽轮机汽源冷凝(或排放)途径，这是热力系统根本性的结构改变。传统上，汽轮机的排汽要么接凝汽器，要么排汽要有下级工业用户或其他热用户，并且要求的压力要与汽轮机进汽保持一定的压差，才可以使汽轮机正常运转。
六、本发明让电厂可以在厂内任何具备条件的位置安装驱动汽轮机3，解决了受汽源限制问题。
七、本发明可以将发电厂大功率转动设备由永磁或变频调速改为驱动汽轮机3调速，由于驱动汽轮机3调速更为简单和高效，从而节约了发电厂用电率，并且使全厂效率综合提高。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (3)

1.一种带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统，其特征在于，包括：
主汽轮机，所述主汽轮机的高中压缸用于提供驱动蒸汽，所述主汽轮机的低压缸用于提供凝结水；
驱动汽轮机，所述驱动汽轮机的进汽由所述高中压缸的排汽提供；
负载，所述驱动汽轮机用于驱动所述负载做功；
第一低压加热器，所述第一低压加热器的进水由所述主汽轮机的凝结水泵出口过来，所述凝结水泵的进口经凝汽器与所述主汽轮机的低压缸的排汽口相通，所述第一低压加热器的进汽由所述主汽轮机的低压缸的抽汽口过来；
低压除氧器，所述低压除氧器的进汽口与所述驱动汽轮机的排汽口相连，用于接收所述驱动汽轮机的排汽；所述低压除氧器的进水口与所述第一低压加热器的出水口相连，用于接收所述第一低压加热器的凝结水，所述低压除氧器接收到的排汽和凝结水形成饱和水；
第二低压加热器，所述低压除氧器的出水口与所述第二低压加热器的出口连至一根排水管道；和
第三低压加热器，所述第三低压加热器的进水口与所述低压除氧器的出水口和所述第二低压加热器的出口形成的排水管道相连，所述第三低压加热器用于接收所述低压除氧器的饱和水和第二低压加热器的排水，实现热量回收，凝结水升温；
所述驱动汽轮机为背压式汽轮机；
所述负载为水泵或者风机；
所述低压除氧器出水口处的饱和水与所述第二低压加热器出口的凝结水的焓值一致。
2.根据权利要求1所述的带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统，其特征在于，还包括：
进汽调节阀，所述进汽调节阀安装在所述驱动汽轮机的进汽管道上，用于调节所述驱动汽轮机的进汽流量。
3.根据权利要求1或2所述的带低压除氧器混合换热冷凝的背压式汽轮机驱动系统，其特征在于：
所述低压除氧器内的压力比所述驱动汽轮机的进汽压力低0.6MPa以上。
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