CN106968736B - 蒸汽压缩机供汽支网增压与降低抽汽参数的改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蒸汽压缩机工业供汽支网管道增压协同降低汽轮机抽汽参数的改造运行方法，所述系统配置包括工业供汽联箱，各热用户支管调节阀，蒸汽压缩机，齿轮箱高速轴，齿轮箱低速轴，驱动变频电机，控制模块，电厂DCS以及连接上述设备的阀门及管件。通过在工业供汽管网高压支网管道上增设蒸汽压缩机，控制模块协同汽轮机负荷调整，降低工业供汽整体抽汽参数，达到节能及汽轮机负荷灵活调整的目的。该技术针对多参数多用户工业供汽提出了新的技术路线，也为热电联产火力发电机组进行深度调峰提供了新的技术思路，同时该技术也可应用于长距离蒸汽增压供汽。该技术具有改造简单，节能量大的特点。

Description

蒸汽压缩机供汽支网增压与降低抽汽参数的改造方法

技术领域

本发明涉及火力发电机组系统，尤其是涉及火力发电机组的工业供汽节能以及工业供汽管道增压，更具体地是涉及一种蒸汽压缩机工业供汽支网管道增压协同降低汽轮机抽汽参数的节能技术。

背景技术

根据我国发电装机构成，火力发电占全国装机容量一半以上比例的现状近期不会改变，随着国家节能减排力度的加大，越来越多的火力发电机组进行了热电联产改造，工业供汽改造是热电联产改造常采取的方式之一，近年来由于电力过剩，导致火力发电机组的负荷率越来越低，这也导致很多工业供汽热电联产机组面临低负荷下供汽参数不能满足热用户需求，而且由于电厂厂址基本偏离人口稠密区域，离工业供汽用户较远，长距离供汽面临蒸汽压损过大，供汽参数选取较高的问题，这与热电联产节能减排初衷相矛盾。所以亟待工业供汽相关技术降低供汽参数以达到节能减排的目的。

目前主流的热电联产工业供汽技术均是在汽轮机侧进行相关技术改造，最常用的方式就是选取较高参数蒸汽减温减压后供至热用户，若工业供汽用户较多，为节省管网投资，一般供汽均是按最高压力热用户参数供出，低压用户侧进行减压处理，此方式经济性较差。目前长距离工业供汽输运均在管道设计方面技术更新，蒸汽管道增压鲜有相关技术创新。

申请号：201510784093.6中国发明专利公布了一种高效节能蒸汽超长距离输送方法及系统，它包括蒸汽再热装置、温度监控装置、蒸汽增压装置和压力监控装置，其特征在于：所述蒸汽超长距离输送再热技术可应用于传统蒸汽长输管网末端蒸汽的再热。该系统结构简单、运行安全可靠。通过蒸汽再热装置和蒸汽增压装置实现对传统蒸汽长输管网末端蒸汽的快速加热和加压；通过温度监控装置和压力监控装置实现对再热蒸汽温度和压力的监测和控制。采用该发明所述的蒸汽超长距离输送再热技术，蒸汽输送半径可达40公里以上，并且可根据终端用户需求提供多种参数的蒸汽。该技术应用于长距离输运，提到蒸汽增压装置，其特征为蒸汽增压泵，但该装置具体原理及设备配置未提及，蒸汽增压泵与本发明所述蒸汽压缩机有本质区别。该专利中如何实现蒸汽增压未涉及，如何与汽轮机协同以降低抽汽参数也未涉及，该发明技术应用目的及方式与本发明所述技术有本质区别。

申请号：201510609615.9中国发明专利公布了一种蒸汽低能耗长距离输送装置，该发明包括架空蒸汽管道和/或埋地蒸汽管道、疏水装置和配套的抗震隔热管托；架空蒸汽管道包括至少2层保温层、至少1层反射层、防水保温层和保护层；埋地蒸汽管道包括热熔摩擦层、至少1层保温层、至少1层反射层、支撑层、外套钢管和聚脲防腐层。该发明能够有效降低高温蒸汽输送过程中的热损失，在保证管道系统安全性的同时，提高能源效益，降低热用户生产成本。当蒸汽管道输送负荷在设计负荷的30％以上时，蒸汽由常规设计的每公里温降15～20℃降为每公里温降3～5℃,蒸汽输送距离可达30～40公里。除此之外,蒸汽管道疏水更加安全、高效；蒸汽管道支撑更加节能，同时具有抗振和吸声等多重功能。该发明装置未提及管道增压相关技术，与本发明所述系统有本质区别。

结合上面的描述可知，现有技术的缺陷主要在于：

1、火力发电厂热电联产机组工业供汽抽汽参数较高，能量损失较大。

2、热电联产机组随着调峰负荷率较低，原设计正常汽源抽汽参数无法满足热用户需求，需投入参数更高的备用汽源，随着热电联产机组调峰常态化，此方式运行经济性较差，若无备用汽源，则热电联产机组无法正常调峰。

3、当前高参数工业供汽受制于管网压损较大，很难实现长距离输送。

4、当为不同压力参数、多工业供汽用户供汽时，一般选取最高压力用户供汽参数，致使工业供汽整体能耗较高。

5、当前工业供汽方式，蒸汽出工业供汽联箱后基本再无调整方式。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种蒸汽压缩机工业供汽支网管道增压协同降低汽轮机抽汽参数的节能技术，其所要解决的技术问题就在于：

1、通过在工业供汽管网高压支网管道上增设蒸汽压缩机，协同汽轮机负荷调整，降低工业供汽整体抽汽参数，达到节能及汽轮机负荷灵活调整的目的。

2、通过管道增压方式，避免机组调峰低负荷时，工业供汽切换高压汽源，使得热电联产机组可实现正常调峰。

3、在工业供汽热用户端增加蒸汽压缩机解决长距离输送压损大的问题。

4、一根工业供汽母管实现多参数多用户工业供汽。

5、利用控制模块协同电厂DCS进行供汽参数热用户侧调整。

为了实现上述目的，本发明提供一种蒸汽压缩机工业供汽支网管道增压协同降低汽轮机抽汽参数的节能技术，并提供本发明系统配置及改造运行方法。所述系统配置主要包括工业供汽联箱，低压热用户一调节阀，低压热用户二调节阀，低压热用户三调节阀，高压热用户一调节阀，蒸汽压缩机，齿轮箱低速轴，齿轮箱高速轴，驱动变频电机，蒸汽压缩机前隔离阀，蒸汽压缩机旁路截止阀，蒸汽压缩机后隔离阀，汽轮机工业供汽正常抽汽汽源，汽轮机工业供汽备用抽汽汽源，低压热用户一，低压热用户二，低压热用户三，高压热用户一，控制模块，电厂DCS以及连接上述设备的管件。

本专利系统示意图如附图1所示：汽轮机工业供汽正常抽汽汽源和汽轮机工业供汽备用抽汽汽源与工业供汽联箱相连接为热用户提供汽源，供汽联箱后引出供汽母管，低压热用户一、低压热用户二、低压热用户三分别通过低压热用户一调节阀，低压热用户二调节阀，低压热用户三调节阀及其对应管线与供汽母管相连接，高压热用户一一路通过蒸汽压缩机旁路截止阀、高压热用户一调节阀与供汽母管相连接，另外一路通过蒸汽压缩机后隔离阀、蒸汽压缩机、蒸汽压缩机前隔离阀及高压热用户一调节阀与供汽母管相连接，两路分别于供汽母管压力变化时进行切换，以保证高压热用户一的供汽品质；驱动变频电机与蒸汽压缩机相连接为其提供驱动力，驱动变频电机与控制模块连接，控制模块经线缆与电厂DCS相连接，实现信号的交互，便于DCS对变频电机的调节控制。

本发明技术方案是：原热电联产机组侧设置两个抽汽汽源，汽轮机工业供汽正常抽汽汽源，汽轮机工业供汽备用抽汽汽源，其中备用抽汽汽源压力高于正常抽汽汽源，所有工业供汽热用户设置一根母管供汽，至热用户附近引至支管供汽，其中低压热用户一，低压热用户二，低压热用户三用汽压力参数相当，高压热用户一蒸汽压力参数高于其他热用户，常规方案工业供汽联箱处压力选取需高于高压热用户需求参数，以高压热用户参数为依据，常规运行经济性差。当热电联产机组负荷较低时，还需切换至汽轮机工业供汽备用抽汽汽源，这种方式供汽成本较高。本发明技术方案是在原方案基础上，使工业供汽联箱处压力选取依据为低压热用户压力参数，再满足低压热用户参数后，至高压热用户支网管道，经过蒸汽压缩机提升至高压热用户需求参数后供出，其中蒸汽压缩机及其附属设备阀门的启停通过控制模块与电厂DCS交互，在电厂侧即可实现高压热用户蒸汽调整，在热电联产机组低负荷时，可通过本发明系统进行控制，避免切换至备用抽汽汽源而带来的能量损耗。整个供汽期抽汽汽源均为正常较低压力汽源，方案运行经济性好。

技术应用后运行方案：当主管线供汽压力无法满足高压热用户一参数需求时，打开蒸汽压缩机前隔离阀、蒸汽压缩机后隔离阀控制启动驱动变频电机联动蒸汽压缩机，然后关闭蒸汽压缩机旁路截止阀，对主管线供至高压热用户一蒸汽压力进行提升。整个系统启停通过控制模块与电厂DCS交互，实现汽轮机抽汽侧降参数，从而达到节能减排的目的。

本发明所述蒸汽压缩机性能：

入口导叶加转速调节流量及出口压力，流量调节范围50％-100％；

压缩机压比：1-3；

压缩等熵效率：80％-85％；

相对于现有技术，本发明获得了以下的优点：

1、通过在工业供汽管网高压支网管道上增设蒸汽压缩机，协同汽轮机负荷调整，降低工业供汽整体抽汽参数，达到节能及汽轮机负荷灵活调整的目的。

2、通过管道增压方式，避免机组调峰低负荷时，工业供汽切换高压汽源，使得热电联产机组可实现正常调峰。

3、在工业供汽热用户端增加蒸汽压缩机解决长距离输送压损大的问题。

4、一根工业供汽母管实现多参数多用户工业供汽。

5、利用控制模块协同电厂DCS进行供汽参数热用户侧调整。

附图说明

接下来将结合附图对本发明做进一步的描述，其中：

图1：蒸汽压缩机工业供汽支网管道增压协同降低汽轮机抽汽参数的改造系统示意图

图中:工业供汽联箱101，低压热用户一调节阀102，低压热用户二调节阀103，低压热用户三调节阀104，高压热用户一调节阀105，蒸汽压缩机106，齿轮箱低速轴107，齿轮箱高速轴108，驱动变频电机109，蒸汽压缩机前隔离阀110，蒸汽压缩机旁路截止阀111，蒸汽压缩机后隔离阀112，汽轮机工业供汽正常抽汽汽源201，汽轮机工业供汽备用抽汽汽源202，低压热用户一203，低压热用户二204，低压热用户三205，高压热用户一206，控制模块301，电厂DCS302

具体实施方式

接下来，将结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，参考附图1，

发明了一种蒸汽压缩机工业供汽支网管道增压协同降低汽轮机抽汽参数的节能技术，并提供本发明系统配置及改造运行方法。所述系统配置主要包括工业供汽联箱101，低压热用户一调节阀102，低压热用户二调节阀103，低压热用户三调节阀104，高压热用户一调节阀105，蒸汽压缩机106，齿轮箱低速轴107，齿轮箱高速轴108，驱动变频电机109，蒸汽压缩机前隔离阀110，蒸汽压缩机旁路截止阀111，蒸汽压缩机后隔离阀112，汽轮机工业供汽正常抽汽汽源201，汽轮机工业供汽备用抽汽汽源202，低压热用户一203，低压热用户二204，低压热用户三205，高压热用户一206，控制模块301，电厂DCS302以及连接上述设备的管件。本专利系统示意图为附图1。

本专利系统示意图如附图1所示：汽轮机工业供汽正常抽汽汽源201和汽轮机工业供汽备用抽汽汽源202与工业供汽联箱101相连接为热用户提供汽源，供汽联箱后引出供汽母管，低压热用户一203、低压热用户二204、低压热用户三205分别通过低压热用户一调节阀102，低压热用户二调节阀103，低压热用户三调节阀104及其对应管线与供汽母管相连接，高压热用户一206一路通过蒸汽压缩机旁路截止阀111、高压热用户一调节阀105与供汽母管相连接，另外一路通过蒸汽压缩机后隔离阀112、蒸汽压缩机106、蒸汽压缩机前隔离阀110及高压热用户一调节阀105与供汽母管相连接，两路分别于供汽母管压力变化时进行切换，以保证高压热用户一的供汽品质；驱动变频电机109与蒸汽压缩机106相连接为其提供驱动力，驱动变频电机与控制模块301连接，控制模块301经线缆与电厂DCS302相连接，实现信号的交互，便于DCS对变频电机的调节控制。

本发明技术方案是：原热电联产机组侧设置两个抽汽汽源，汽轮机工业供汽正常抽汽汽源201，汽轮机工业供汽备用抽汽汽源202，其中备用抽汽汽源压力高于正常抽汽汽源，所有工业供汽热用户设置一根母管供汽，至热用户附近引至支管供汽，其中低压热用户一203，低压热用户二204，低压热用户三205用汽压力参数相当，高压热用户一206蒸汽压力参数高于其他热用户，常规方案工业供汽联箱101处压力选取需高于高压热用户需求参数，以高压热用户参数为依据，常规运行经济性差。当热电联产机组负荷较低时，还需切换至汽轮机工业供汽备用抽汽汽源202，这种方式供汽成本较高。本发明技术方案是在原方案基础上，使工业供汽联箱101处压力选取依据为低压热用户压力参数，再满足低压热用户参数后，至高压热用户支网管道，经过蒸汽压缩机106提升至高压热用户需求参数后供出，其中蒸汽压缩机及其附属设备阀门的启停通过控制模块301与电厂DCS302交互，在电厂侧即可实现高压热用户蒸汽调整，在热电联产机组低负荷时，可通过本发明系统进行控制，避免切换至备用抽汽汽源而带来的能量损耗。整个供汽期抽汽汽源均为正常较低压力汽源，方案运行经济性好。

技术应用后运行方案：当主管线供汽压力无法满足高压热用户一206参数需求时，打开蒸汽压缩机前隔离阀110、蒸汽压缩机后隔离阀112控制启动驱动变频电机109联动蒸汽压缩机106，然后关闭蒸汽压缩机旁路截止阀111，对主管线供至高压热用户一206蒸汽压力进行提升。整个系统启停通过控制模块301与电厂DCS302交互，实现汽轮机抽汽侧降参数，从而达到节能减排的目的。

本发明所述蒸汽压缩机性能：

入口导叶加转速调节流量及出口压力，流量调节范围50％-100％；

压缩机压比：1-3；

压缩等熵效率：80％-85％；

实例说明：

某电厂2台660MW超临界汽轮机组现有四个工业供汽用户：

低压热用户一距电厂3公里，需汽量约30t/h，压力0.4MPa，温度220℃；

低压热用户二距电厂4公里，需汽量约20t/h，压力0.4MPa，温度210℃；

低压热用户三距电厂7公里，需汽量约20t/h，压力0.3MPa，温度200℃；

高压热用户一距电厂11公里，需汽量约30t/h，压力0.7MPa，温度200℃；

四热用户在同一方向，考虑管网投资选择母管供汽，原供热方式为双汽源，高压抽汽汽源为汽轮机再热蒸汽冷段抽汽，抽汽能力100t/h，压力2-4.5MPa，温度330-350℃减温减压后供出，低压抽汽汽源为汽轮机中压缸排汽抽汽，抽汽能力100t/h，压力0.45-0.9MPa，温度360-380℃减温后供出，机组较高负荷时采用低压汽源供汽，负荷较低时采用高压汽源供汽。年供汽7000小时，其中高压汽源供汽运行时间4000小时，低压汽源供汽运行时间3000小时。

采用本发明所述技术改造后，在高压热用户一用户端支网管道增设蒸汽压缩机及其附属设备阀门及管件，蒸汽压缩机配约500KW变频电机。

改造后，供汽汽源固定为低压汽源，机组较低负荷时，中排汽源抽汽压力低于高压热用户一需求压力加管网压损即0.8MPa时，电厂DCS控制蒸汽压缩机控制模块，启动蒸汽压缩机，将蒸汽压力参数提至高压热用户一需求压力参数供出。

中排抽汽供热煤耗按改造后，蒸汽压缩机运行时间4000小时，低压汽源供汽运行时间7000小时，供汽量不变为100t/h，汽轮机再热蒸汽冷段抽汽煤耗29kg/GJ，汽轮机中压缸排汽抽汽煤耗为19kg/GJ，因为降低汽源压力供汽带来节煤量约3.7万吨，蒸汽压缩机变频电机耗电200万度，折耗煤600吨，则改造后年节煤量约3.64万吨，标煤单价500元/吨，年节煤收益约1820万元。

本发明技术所述系统中蒸汽压缩机106可以为离心式，也可为轴流式。

本发明技术所述系统中驱动变频电机109也可用汽轮机驱动代替。

本发明的关键点是(1)蒸汽压缩机工业供汽支网管道增压协同降低汽轮机抽汽参数的节能技术；火力发电热电联产机组工业供汽改造；系统配置；运行方法。

(2)工业供汽管道增压设备及增压原理。

本发明的保护点是(1)配套火力发电热电联产机组蒸汽压缩机工业供汽支网管道增压协同降低汽轮机抽汽参数的节能技术；系统配置；运行方法。

(2)长距离工业供汽输送中蒸汽压力提升方式。

(3)热用户侧蒸汽压力调整与电厂侧DCS交互。

(4)蒸汽压缩机如何配合热电联产机组调峰。

相对于现有技术，本发明获得了以下的优点：

1、通过在工业供汽管网高压支网管道上增设蒸汽压缩机，协同汽轮机负荷调整，降低工业供汽整体抽汽参数，达到节能及汽轮机负荷灵活调整的目的。

2、通过管道增压方式，避免机组调峰低负荷时，工业供汽切换高压汽源，使得热电联产机组可实现正常调峰。

3、在工业供汽热用户端增加蒸汽压缩机解决长距离输送压损大的问题。

4、一根工业供汽母管实现多参数多用户工业供汽。

5、利用控制模块协同电厂DCS进行供汽参数热用户侧调整。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，这些变化、修改、替换和变型也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种蒸汽压缩机工业供汽支网管道增压协同降低汽轮机抽汽参数的改造运行方法，其特征在于：配置的系统主要包括工业供汽联箱(101)，低压热用户一调节阀(102)，低压热用户二调节阀(103)，低压热用户三调节阀(104)，高压热用户一调节阀(105)，蒸汽压缩机(106)，齿轮箱低速轴(107)，齿轮箱高速轴(108)，驱动变频电机(109)，蒸汽压缩机前隔离阀(110)，蒸汽压缩机旁路截止阀(111)，蒸汽压缩机后隔离阀(112)，汽轮机工业供汽正常抽汽汽源(201)，汽轮机工业供汽备用抽汽汽源(202)，低压热用户一(203)，低压热用户二(204)，低压热用户三(205)，高压热用户一(206)，控制模块(301)，电厂DCS(302)以及连接工业供汽联箱(101)、低压热用户一调节阀(102)、低压热用户二调节阀(103)、低压热用户三调节阀(104)、高压热用户一调节阀(105)、蒸汽压缩机(106)、蒸汽压缩机前隔离阀(110)、蒸汽压缩机旁路截止阀(111)、蒸汽压缩机后隔离阀(112)的管件；

所述系统中，汽轮机工业供汽正常抽汽汽源(201)和汽轮机工业供汽备用抽汽汽源(202)与工业供汽联箱(101)相连接为热用户提供汽源，工业供汽联箱后引出供汽母管，低压热用户一(203)、低压热用户二(204)、低压热用户三(205)分别通过低压热用户一调节阀(102)，低压热用户二调节阀(103)，低压热用户三调节阀(104)及其对应管线与供汽母管相连接，高压热用户一(206)一路通过蒸汽压缩机旁路截止阀(111)、高压热用户一调节阀(105)与供汽母管相连接，另外一路通过蒸汽压缩机后隔离阀(112)、蒸汽压缩机(106)、蒸汽压缩机前隔离阀(110)及高压热用户一调节阀(105)与供汽母管相连接，两路分别于供汽母管压力变化时进行切换，以保证高压热用户一的供汽品质；驱动变频电机(109)与蒸汽压缩机(106)相连接为其提供驱动力，驱动变频电机与控制模块(301)连接，控制模块(301)经线缆与电厂DCS(302)相连接，实现信号的交互，便于电厂DCS对变频电机的调节控制；其中：备用抽汽汽源压力高于正常抽汽汽源，所有工业供汽热用户设置一根母管供汽，至热用户附近引至支管供汽，其中低压热用户一(203)，低压热用户二(204)，低压热用户三(205)用汽压力参数相当；高压热用户一(206)蒸汽压力参数高于其他热用户；

工业供汽联箱(101)处抽汽气源的选取依据为满足低压热用户压力参数，当两个气源压力均满足低压热用户需求时，选取汽轮机工业供汽正常抽汽汽源；

当抽汽汽源的参数同时满足高压热用户一的需求时，打开高压热用户一调节阀(105)、蒸汽压缩机旁路截止阀(111)，关闭蒸汽压缩机前隔离阀(110)、蒸汽压缩机后隔离阀(112)，停止蒸汽压缩机运行，工业供汽直接供给到高压热用户一；当抽汽汽源的参数不能满足高压热用户一的需求时，打开蒸汽压缩机前隔离阀(110)、蒸汽压缩机后隔离阀(112)控制启动驱动变频电机(109)联动蒸汽压缩机(106)，然后关闭蒸汽压缩机旁路截止阀(111)，对主管线供至高压热用户一(206)蒸汽压力进行提升；其中蒸汽压缩机及其附属设备阀门的启停通过控制模块(301)与电厂DCS(302)交互，在电厂侧即可实现高压热用户蒸汽调整，在热电联产机组低负荷时，可通过该系统进行控制，避免切换至备用抽汽汽源而带来的能量损耗；

在运行过程中，整个系统启停通过控制模块(301)与电厂DCS(302)交互，实现汽轮机抽汽侧降参数；所述蒸汽压缩机性能：

入口导叶加转速调节流量及出口压力，流量调节范围50％-100％；

压缩机压比：1-3；

压缩等熵效率：80％-85％。

2.根据权利要求1所述的改造运行方法，其特征在于：系统中蒸汽压缩机(106)为离心式或者轴流式。

3.根据权利要求2所述的改造运行方法，其特征在于：系统中驱动变频电机(109)可用汽轮机驱动代替。

4.根据权利要求1-3任一项所述的改造运行方法，其特征在于：供汽汽源固定为低压汽源，机组较低负荷时，中排汽源抽汽压力低于高压热用户一(206)需求压力加管网压损时，电厂DCS控制蒸汽压缩机控制模块，启动蒸汽压缩机，将蒸汽压力参数提至高压热用户一需求压力参数供出。