CN106948879A - 一种由中调门参调与蒸汽压缩机协作的中高压工业供汽系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种由中调门参调与蒸汽压缩机协作的中高压工业供汽系统。所述系统主要包括汽轮机、发电机、汽轮机中调门、蒸汽压缩机、齿轮箱高速轴、齿轮箱低速轴、驱动变频电机、以及连接上述设备的阀门和管件。本发明系统利用后，可由变频电机驱动的蒸汽压缩机将不满足工业供汽用户参数需求的汽轮机再热蒸汽提质至热用户需求参数的蒸汽供出，由于再热蒸汽压力随汽轮机组负荷变化，在负荷低至一定程度后中调门参与调整，使得本发明系统能够在汽轮机全工况均能够高效运行。所述系统利用变频电机转速与蒸汽压缩机入口导叶实现对系统出口蒸汽压力及流量参数的调节。本发明所述蒸汽压缩机单级等熵效率可在80%以上，有适应性广、热利用效率高等特点。

Description

一种由中调门参调与蒸汽压缩机协作的中高压工业供汽系统

技术领域

本发明涉及火力发电机组中高压工业供汽系统，尤其是涉及一种由中调门参调与蒸汽压缩机协作的中高压工业供汽系统。

背景技术

随着节能减排工作的逐渐深入开展，对火力发电企业的节能工作提出了更高的要求。热电联产就是为了实现能量的梯级利用，这种改造方式已经成为国内火力发电企业节能降耗的有效方式，在北方地区利用汽轮机抽汽或乏汽进行集中供暖是火力发电企业热电联产的重要改造途径之一，而在南方地区利用汽轮机抽汽进行工业供汽是火力发电企业热电联产的重要改造途径，当前如何有效降低热电联产改造供热能耗及改造成本是当前供热技术的研究重点。

目前最常规的中高压工业供汽方式主要有以下几种：

一、高压力参数蒸汽减温减压的方式，该供热方式为满足机组各个负荷段的运行要求，抽汽参数选取的较高，甚至选用汽轮机主汽，将高参数蒸汽通过减温减压的方式调整为用户需求参数蒸汽供出，优点是改造简单，缺点是牺牲了蒸汽的做功能力，节能效果差。

二、采用旋转隔板或供热蝶阀来调整供汽压力，这样可以选取适当的供汽压力，当负荷较低时可调整旋转隔板或蝶阀来调整抽汽压力。旋转隔板需要对汽轮机本体进行改造，而且这种方式对供汽参数有较高要求，不能根据热用户需求参数随意改造；采用供热蝶阀的方式节流损失较大，对蒸汽参数也有较高要求。优点是调节压力调节灵活，缺点是适应范围窄且需旋转隔板方式需对汽轮机本体进行改造，供热蝶阀方式节流损失严重。

三、采用压力匹配器，该技术采用高压蒸汽抽吸低压蒸汽得到所需的供汽压力，采用蒸汽参数匹配来供热，供热效率受蒸汽参数的变化影响较大，特别是低压参数随负荷降低而降低后，抽吸比有很大程度的降低。优点是热利用效率相对较高，缺点是受机组负荷波动影响较大，不适用机组变工况运行。

申请号：CN201610454579.8中国发明专利公开了一种喷水螺杆蒸汽压缩机，压缩机工作腔与轴承腔间设有三道密封，通过向第一道和第二道密封间喷入高压液体水来实现蒸汽密封，除了通过喷水实现密封外，还可以通过吸汽腔喷水降低吸汽过热度，提高压缩蒸汽质量流量；或通过吸汽结束时刻向压缩腔喷水，有效降低压缩蒸汽温度及排汽过热度，使压缩机工作过程接近等温压缩过程，提高压缩机效率。该专利发明了一种蒸汽压缩机，但并未涉及到该蒸汽压缩机的应用以及应用系统，而且只应用该压缩机无法实现工业供汽。申请号：CN201620308496.3中国实用新型专利公开了一种用于尼龙6聚合单体回收的MVR蒸汽再压缩设备，包括第一加热器、第二加热器、第三加热器，与第一加热器配合的第一分离器、与第二加热器配合的第二分离器、与第三加热器配合的第三分离器，预热器，以及连接各个装置的管路和泵，还包括一个机械蒸汽再压缩器；该设备能耗低、运行成本低、环保减排、维护方便。该专利是应用于尼龙6聚合单体回收，不涉及火电机组热电联产，也不能应用于中高压工业供汽。

现有技术中主要存在以下缺陷：

一、高压力参数蒸汽减温减压的方式，将高参数蒸汽通过减温减压的方式调整为用户需求参数蒸汽供出，牺牲了蒸汽的做功能力，节能效果差。

二、采用旋转隔板或供热蝶阀来调整供汽压力，旋转隔板需要对汽轮机本体进行改造，供热蝶阀方式节流损失严重而且这两种方式对供汽参数有较高要求，不能根据热用户需求参数随意改造，该技术适应范围窄。

三、采用压力匹配器，供热效率受蒸汽参数的变化影响较大，特别是低压参数随负荷降低而降低后，抽吸比有很大程度的降低。受机组负荷波动影响较大，不适用机组变工况运行。

四、当前火力发电机组中高压工业供汽方式基本无法满足单机200t/h以上蒸汽流量参数改造。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种由中调门参调与蒸汽压缩机协作的中高压工业供汽系统，其主要解决以下技术问题：

1、本发明所述系统通过蒸汽压缩机提质汽轮机抽汽，使其压力温度提高适合用于工业供汽热用户需求，只需少量电能利用变频电机驱动蒸汽压缩机，不对汽轮机本体进行改造，对汽轮机运行不造成任何影响。

2、本发明所述系统工业供汽能耗低，蒸汽压缩机单级等熵效率在80%以上，同等供汽参数条件下较其他中高压工业供汽方式改造经济性好。

3、本发明所述系统调节灵活，可适应机组负荷波动，能够在汽轮机全工况均能够高效运行，流量调节范围50%-100%。

4、本发明所述系统可适应火力发电机组大流量中高压参数工业供汽改造需求，可满足200t/h以上大流量工业供汽改造需求，本发明系统可提高机组供汽能力。

发明了一种由中调门参调与蒸汽压缩机协作的中高压工业供汽系统，所述系统主要包括汽轮机高压缸（101），汽轮机中压缸（102），汽轮机低压缸（103），发电机（104），蒸汽压缩机（105）,驱动变频电机（106），齿轮箱低速轴（107），齿轮箱高速轴（108），汽轮机中调门（109），蒸汽压缩机入口调节阀（110），再热蒸汽（201），主蒸汽（202），工业供汽（203），以及连接上述设备的阀门及管件。所述系统利用原本进入汽轮机中压缸（102）的再热蒸汽（201），进入蒸汽压缩机（105），蒸汽压缩机（105）与驱动变频电机（106）之间有齿轮箱低速轴（107），齿轮箱高速轴（108）变速连接，进入的再热蒸汽（201）被压缩至工业供汽（203）用户需求参数供出，若再热蒸汽（201）压力偏低或流量较小可让汽轮机中调门（109）参与调整达到供汽目的。本专利系统示意图为附图1。

一、本发明所述系统具体配置如下：

1、系统本体配置：蒸汽压缩机采用离心式，为双级增压，压缩机转速10000-12000 r/min，蒸汽压缩机入口加装导叶，利用压缩机转速与入口导叶进行蒸汽参数调节；驱动电机采用变频电机；齿轮箱速比不超过1:4；

2、润滑油系统：采用电动油泵+机械油泵组合方式，机械油泵安装在齿轮箱上，压缩机启动初始阶段，电动油泵提供润滑油，机组转速提高后，机械油泵正常工作电动油泵关闭。

3、蒸汽压缩机密封系统：采用碳环密封与蜂窝密封组合结构，蒸汽侧采用蜂窝密封，蜂窝密封外侧采用多级碳环密封。与传统的梳齿密封相比，蜂窝密封的密封性更好，维护周期也更长，而碳环密封则有更低的泄漏量。将二者组合使用，以达到更长使用周期和低泄漏量的目的。

二、本发明所述系统协作方式：

所述系统采用汽轮机中调门参调与蒸汽压缩机协作方式，保证蒸汽压缩机在汽轮机全工况均能够高效运行。中调门参调与蒸汽压缩机协作方式如附图2所示。再热蒸汽压力随机组负荷降低而下降，机组负荷约在65%以下时汽轮机中调门参与调整。保证进入蒸汽压缩机入口的蒸汽压力不低于2MPa，从而保证蒸汽压缩机在汽轮机全工况均能够高效运行。

三、本发明所述系统性能

所述系统蒸汽压缩机效率与入口蒸汽压力关系曲线如附图3所示；

所述系统压缩比范围1.4~2.5；

所述系统可适应工业供汽压力范围2.5~6.0MPa；

所述系统蒸汽流量调节范围50%~100%；

所述系统改造适应蒸汽流量范围200t/h及以上。

四、案例分析

某电厂现有2×300MW亚临界机组，有参数为压力4MPa，温度450℃，流量300t/h负荷稳定的工业供汽改造需要，年供汽运行时间7000小时。可用汽源：低压汽源为再热热段蒸汽抽汽，参数为压力1.8～3.3MPa，温度538℃；高压汽源为汽轮机主蒸汽抽汽，参数为压力16.7MPa，温度538℃。

常规供汽方案：采用全部用汽轮机主蒸汽抽汽减温减压的方式供出。

本发明所述系统方案：汽源选用再热热段蒸汽抽汽，经过本发明所述蒸汽压缩机提压供出。配15MW驱动电机。

方案经济性比较：

通过热平衡计算，考虑锅炉效率、管道效率计算汽轮机主蒸汽供汽燃煤成本39kg/GJ，再热热段蒸汽供汽燃煤成本33.5kg/GJ，若主汽供汽能力能满足改造要求4MPa，温度450℃蒸汽焓值3331kJ/kg，300t/h供汽流量，每小时节标煤量约5.496吨，蒸汽压缩机驱动电机功率15MW，折每小时耗标煤量约4.725吨，即本发明所述系统较常规主蒸汽减温减压方式每小时节标煤量约0.771吨，年运行小时数7000，年节标煤量约5398吨，标煤单价按600元/吨考虑，年经济收益约323.9万元。本发明所述系统节能及改造经济效益显著。

方案供汽能力比较：

采用常规方案，汽轮机主蒸汽抽汽减温减压，单台机组最大安全抽汽能力为100t/h，若继续增大抽汽，再热器有超温安全隐患。

本发明所述方案，通过中调门参调后采用汽源为再热热段蒸汽抽汽，单台机组最大抽汽能力可达300t/h，极大的提高了机组供汽能力，这部分供汽能力的增加可为改造电厂带来可观经济收益。

本发明所述系统蒸汽压缩机级数不仅限于两级，也可为单级或三级。

本发明所述系统蒸汽压缩机不仅限于离心式，也可为罗茨式。

本发明所述系统驱动机械不仅限于变频电机，也可为驱动小汽轮机。

相对于现有技术，本发明可以获得以下优点：

1、本发明所述系统通过蒸汽压缩机提质汽轮机抽汽，使其压力温度提高适合用于工业供汽热用户需求，只需少量电能利用变频电机驱动蒸汽压缩机，不对汽轮机本体进行改造，对汽轮机运行不造成任何影响。

2、本发明所述系统工业供汽能耗低，蒸汽压缩机单级等熵效率在80%以上，同等供汽参数条件下较其他中高压工业供汽方式改造经济性好。

3、本发明所述系统调节灵活，可适应机组负荷波动，能够在汽轮机全工况均能够高效运行，流量调节范围50%-100%。

4、本发明所述系统可适应火力发电机组大流量中高压参数工业供汽改造需求，可满足200t/h以上大流量工业供汽改造需求。

附图说明

图1：本发明的系统的配置示意图；

图2：应用本发明的系统的机组负荷变化对应再热蒸汽压力变化曲线的示意图；

图3：本发明所述系统蒸汽压缩机效率与入口蒸汽压力关系曲线的示意图。

其中的附图标记如下：汽轮机高压缸（101），汽轮机中压缸（102），汽轮机低压缸（103），发电机（104），蒸汽压缩机（105）,驱动变频电机（106），齿轮箱低速轴（107），齿轮箱高速轴（108），汽轮机中调门（109），蒸汽压缩机入口调节阀（110），再热蒸汽（201），主蒸汽（202），工业供汽（203）；

机组负荷从65%-100%变化对应再热蒸汽压力变化曲线（301），机组负荷从30%-65%变化对应再热蒸汽压力变化曲线（302），机组负荷从30%-65%变化中调门参调后再热蒸汽压力变化曲线（303）

图3附图为所述系统蒸汽压缩机效率与入口蒸汽压力关系曲线，描述了所述系统蒸汽压缩机效率随入口再热蒸汽压力变化的趋势。

具体实施方式

下面，将结合附图1-3详细地描述本发明。

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种由中调门参调与蒸汽压缩机协作的中高压工业供汽系统，其主要解决以下技术问题：

1、本发明所述系统通过蒸汽压缩机提质汽轮机抽汽，使其压力温度提高适合用于工业供汽热用户需求，只需少量电能利用变频电机驱动蒸汽压缩机，不对汽轮机本体进行改造，对汽轮机运行不造成任何影响。

2、本发明所述系统工业供汽能耗低，蒸汽压缩机单级等熵效率在80%以上，同等供汽参数条件下较其他中高压工业供汽方式改造经济性好。

3、本发明所述系统调节灵活，可适应机组负荷波动，能够在汽轮机全工况均能够高效运行，流量调节范围50%-100%。

4、本发明所述系统可适应火力发电机组大流量中高压参数工业供汽改造需求，可满足200t/h以上大流量工业供汽改造需求，本发明系统可提高机组供汽能力。

发明了一种由中调门参调与蒸汽压缩机协作的中高压工业供汽系统，所述系统主要包括汽轮机高压缸（101），汽轮机中压缸（102），汽轮机低压缸（103），发电机（104），蒸汽压缩机（105）,驱动变频电机（106），齿轮箱低速轴（107），齿轮箱高速轴（108），汽轮机中调门（109），蒸汽压缩机入口调节阀（110），再热蒸汽（201），主蒸汽（202），工业供汽（203），以及连接上述设备的阀门及管件。本专利系统示意图为附图1。

一、本发明所述系统具体配置如下：

1、系统本体配置：蒸汽压缩机采用离心式，为双级增压，压缩机转速10000-12000 r/min，蒸汽压缩机入口加装导叶，利用压缩机转速与入口导叶进行蒸汽参数调节；驱动电机采用变频电机；齿轮箱速比不超过1:4；

2、润滑油系统：采用电动油泵+机械油泵组合方式，机械油泵安装在齿轮箱上，压缩机启动初始阶段，电动油泵提供润滑油，机组转速提高后，机械油泵正常工作电动油泵关闭。

3、蒸汽压缩机密封系统：采用碳环密封与蜂窝密封组合结构，蒸汽侧采用蜂窝密封，蜂窝密封外侧采用多级碳环密封。与传统的梳齿密封相比，蜂窝密封的密封性更好，维护周期也更长，而碳环密封则有更低的泄漏量。将二者组合使用，以达到更长使用周期和低泄漏量的目的。

二、本发明所述系统协作方式：

所述系统采用汽轮机中调门参调与蒸汽压缩机协作方式，保证蒸汽压缩机在汽轮机全工况均能够高效运行。中调门参调与蒸汽压缩机协作方式如附图2所示。再热蒸汽压力随机组负荷降低而下降，机组负荷约在65%以下时汽轮机中调门参与调整。保证进入蒸汽压缩机入口的蒸汽压力不低于2MPa，从而保证蒸汽压缩机在汽轮机全工况均能够高效运行。

三、本发明所述系统性能

所述系统蒸汽压缩机效率与入口蒸汽压力关系曲线如附图3所示；

所述系统压缩比范围1.4~2.5；

所述系统可适应工业供汽压力范围2.5~6.0MPa；

所述系统蒸汽流量调节范围50%~100%；

所述系统改造适应蒸汽流量范围200t/h及以上。

四、案例分析

某电厂现有2×300MW亚临界机组，有参数为压力4MPa，温度450℃，流量300t/h负荷稳定的工业供汽改造需要，年供汽运行时间7000小时。可用汽源：低压汽源为再热热段蒸汽抽汽，参数为压力1.8～3.3MPa，温度538℃；高压汽源为汽轮机主蒸汽抽汽，参数为压力16.7MPa，温度538℃。

常规供汽方案：采用全部用汽轮机主蒸汽抽汽减温减压的方式供出。

本发明所述系统方案：汽源选用再热热段蒸汽抽汽，经过本发明所述蒸汽压缩机提压供出。配15MW驱动电机。

方案经济性比较：

通过热平衡计算，考虑锅炉效率、管道效率计算汽轮机主蒸汽供汽燃煤成本39kg/GJ，再热热段蒸汽供汽燃煤成本33.5kg/GJ，若主汽供汽能力能满足改造要求4MPa，温度450℃蒸汽焓值3331kJ/kg，300t/h供汽流量，每小时节标煤量约5.496吨，蒸汽压缩机驱动电机功率15MW，折每小时耗标煤量约4.725吨，即本发明所述系统较常规主蒸汽减温减压方式每小时节标煤量约0.771吨，年运行小时数7000，年节标煤量约5398吨，标煤单价按600元/吨考虑，年经济收益约323.9万元。本发明所述系统节能及改造经济效益显著。

方案供汽能力比较：

采用常规方案，汽轮机主蒸汽抽汽减温减压，单台机组最大安全抽汽能力为100t/h，若继续增大抽汽，再热器有超温安全隐患。

本发明所述方案，通过中调门参调后采用汽源为再热热段蒸汽抽汽，单台机组最大抽汽能力可达300t/h，极大的提高了机组供汽能力，这部分供汽能力的增加可为改造电厂带来可观经济收益。

本发明所述系统蒸汽压缩机级数不仅限于两级，也可为单级或三级。

本发明所述系统蒸汽压缩机不仅限于离心式，也可为罗茨式。

本发明所述系统驱动机械不仅限于变频电机，也可为驱动小汽轮机。

相对于现有技术，本发明可以获得以下优点：

1、本发明所述系统通过蒸汽压缩机提质汽轮机抽汽，使其压力温度提高适合用于工业供汽热用户需求，只需少量电能利用变频电机驱动蒸汽压缩机，不对汽轮机本体进行改造，对汽轮机运行不造成任何影响。

2、本发明所述系统工业供汽能耗低，蒸汽压缩机单级等熵效率在80%以上，同等供汽参数条件下较其他中高压工业供汽方式改造经济性好。

3、本发明所述系统调节灵活，可适应机组负荷波动，能够在汽轮机全工况均能够高效运行，流量调节范围50%-100%。

4、本发明所述系统可适应火力发电机组大流量中高压参数工业供汽改造需求，可满足200t/h以上大流量工业供汽改造需求。

Claims (6)

1.一种由中调门参调与蒸汽压缩机协作的中高压工业供汽系统，所述系统主要包括汽轮机高压缸（101），汽轮机中压缸（102），汽轮机低压缸（103），发电机（104），蒸汽压缩机（105）,驱动变频电机（106），齿轮箱低速轴（107），齿轮箱高速轴（108），汽轮机中调门（109），蒸汽压缩机入口调节阀（110），再热蒸汽（201），主蒸汽（202），工业供汽（203），以及连接以上设备的阀门及管件；

所述系统利用原本进入汽轮机中压缸（102）的再热蒸汽（201），进入蒸汽压缩机（105），蒸汽压缩机（105）与驱动变频电机（106）之间有齿轮箱低速轴（107），齿轮箱高速轴（108）变速连接，进入的再热蒸汽（201）被压缩至工业供汽（203）用户需求参数供出，若再热蒸汽（201）压力偏低或流量较小可让汽轮机中调门（109）参与调整，达到供汽目的。

2.根据权利要求1所述的系统，该系统配置约束如下：

系统本体配置：蒸汽压缩机采用离心式，为双级增压，压缩机转速10000-12000 r/min，蒸汽压缩机入口加装导叶，利用压缩机转速与入口导叶进行蒸汽参数调节；驱动电机采用变频电机；齿轮箱速比不超过1:4；

润滑油系统：采用电动油泵+机械油泵组合方式，机械油泵安装在齿轮箱上，压缩机启动初始阶段，电动油泵提供润滑油，机组转速提高后，机械油泵正常工作电动油泵关闭；

蒸汽压缩机密封系统：采用碳环密封与蜂窝密封组合结构，蒸汽侧采用蜂窝密封，蜂窝密封外侧采用多级碳环密封。

3.根据权利要求1所述的系统，该系统中调门协作方式如下：

该系统采用汽轮机中调门参调与蒸汽压缩机协作方式，保证蒸汽压缩机在汽轮机全工况均能够高效运行；再热蒸汽压力随机组负荷降低而下降，机组负荷约在65%以下时汽轮机中调门参与调整；保证进入蒸汽压缩机入口的蒸汽压力不低于2MPa，从而保证蒸汽压缩机在汽轮机全工况均能够高效运行。

4.根据权利要求1所述的系统，此系统蒸汽压缩机级数不仅限于两级，也可为单机或三级。

5.根据权利要求1所述的系统，此系统蒸汽压缩机不仅限于离心式，也可为罗茨式。

6.根据权利要求1所述的系统，此系统蒸汽驱动机械不仅限于变频电机，也可为驱动小汽轮机。