CN108533341A - 一种给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统 - Google Patents
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Abstract
一种给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统，包括大汽轮机，空冷岛或凝汽器，高背压凝汽器，给水泵小汽轮机，增汽机，增汽机凝汽器，乏汽引出系统；汽轮机低压缸排汽管道通过接入空冷岛或凝汽器；通过乏汽引出系统，将乏汽引出进入高背压凝汽器汽侧；给水泵小汽轮机的排汽支路连接增汽机的抽吸蒸汽入口；增汽机的排汽进入增汽机凝汽器汽侧；增汽机凝汽器水侧接入高背压凝汽器水侧出水；实现大、小汽轮机背压解耦，解决给水泵小汽轮机运行问题；不需要改造动设备；供热系统适应性变得更加完善；兼顾不同工况的运行和切换。
Description
技术领域
本发明属于电厂节能领域，具体涉及一种基于增汽机的给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统。
背景技术
为了降低火力发电厂或热电厂冷端损失，节约能源，一些电厂将机组(空冷或水冷机组)改成高背压运行机组。例如，某电厂直接空冷机组，冬季原设计运行背压15KPa.a，改成高背压运行机组后，冬季运行背压将抬高至35KPa.a。
其工作原理是利用乏汽引出系统，将汽轮机的一部分(比如60％)排汽引出来，通过管道输送到高背压凝汽器，抬高汽轮机背压运行，高背压凝汽器作为加热器应用，用于加热热网回水。引出的60％的汽轮机排汽(乏汽)不在空冷岛冷却，冷端损失可大大减少。
如果此时电厂给水泵为凝汽式小汽轮机拖动，且小汽轮机与大汽轮机共用乏汽冷却设备(空冷岛或凝汽器)。那么在冬季高背压运行时，也会同时导致小汽机背压升高(比如，由15KPa.a抬高至35KPa.a)。背压升高将导致小汽轮机出力不足的现象。
所以，为节能而改成机组高背压运行，会给目前凝汽式小汽轮机的运行带来很大困难。另外，在夏季运行时，大汽轮机将恢复原设计的纯凝工况下运行，不再利用高背压凝汽器作为加热器，小汽轮机也需要跟随恢复其工况。
现有技术采用的方案包括：
1)小汽轮机不进行改造，将小汽轮机的蒸汽源切换为冷再蒸汽驱动。
2)小汽轮机进行改造，更换其中的通流部分，使得小汽轮机自身可兼顾夏季纯凝和冬季高背压两个工况。
对于方案1)，现场实施起来工作难度较大。
对于方案2)，需要改造小汽轮机结构。夏季和冬季的运行效率都不会太高，牺牲效率。并且改造动设备后产生的运行风险比较大。
通过分析，出现上述情况的根本原因在于给水泵小汽轮机与大汽轮机共用了乏汽冷却系统，导致大、小汽轮机的背压必须保持相同，即两台汽轮机的背压是相互耦合的。
如能将两台汽轮机之间背压解耦，就可以根本解决给水泵小汽轮机在冬夏的运行问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于增汽机的给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统，适用于冬季高背压供热运行的电厂。既保证冬季采暖工况的运行；非采暖工况可以很容易地切换回原始纯凝工况。
一种给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统，包括汽轮机，空冷岛或凝汽器，高背压凝汽器，给水泵小汽轮机，增汽机，增汽机凝汽器，乏汽引出系统；汽轮机低压缸排汽通过管道接入空冷岛或凝汽器；其特征在于，通过乏汽引出系统，将乏汽引出进入高背压凝汽器汽侧；高背压凝汽器水侧接入热网回水，作为热网循环水的第一级加热；给水泵小汽轮机的排汽支路连接增汽机的抽吸蒸汽入口；增汽机的排汽进入增汽机凝汽器汽侧；增汽机凝汽器水侧接入高背压凝汽器水侧出水，作为热网循环水的第二级加热。
一种给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统运行方法，其特征在于，
(a1)供热工况运行时，系统对热网回水进行三级加热。
第一级：汽轮机高背压运行，汽轮机低压缸排汽进入高背压凝汽器，加热热网回水；
第二级：中排蒸汽通过增汽机引射给水泵小汽轮机排汽，增汽机排汽进入增汽机凝汽器，继续加热高背压凝汽器出来热网回水；
第三级：利用热网加热器，继续加热增汽机凝汽器出来热网回水；
经过三级加热后，热网水达到了所需采暖温度，送向供热外网；
(a2)非供热工况运行时，旁通掉增汽机及其凝汽器，小汽轮机排汽进入大汽轮机冷却设备，恢复到纯凝工况运行方式；
(a3)供热工况运行时，当增汽机或增汽机凝汽器故障时，小汽轮机排汽恢复到夏季运行方式，即直接排入空冷岛系统；系统对热网回水进行二级加热；
第一级：汽轮机高背压运行，汽轮机低压缸排汽进入高背压凝汽器，加热热网回水；
第二级：利用热网加热器，继续加热增汽机凝汽器出来热网回水；
经过二级加热后，热网水达到了所需采暖温度，送向供热外网。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、将两台汽轮机背压耦合打开，背压解耦，彻底解决给水泵小汽轮机运行问题；
2、不需要改造小汽轮机本体，不需要改造动设备，改造工程很容易实现；
3、小汽轮机乏汽全部被回收利用；在保证全厂乏汽利用量及节能量的前提下，大汽轮机可以适当降低背压运行，发电量有所提高；
4、跟高背压系统兼容性好，热网系统多级加热，供热系统适应性变得更加完善；
5、兼顾了冬季采暖工况和非采暖工况的运行和切换。
附图说明
图1是一种基于增汽机的给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统示意图；
其中1电厂大汽轮机，2空冷岛(或凝汽器)，3高背压凝汽器，4给水泵小汽轮机，5增汽机，6增汽机凝汽器，7热网加热器，8乏汽引出系统，9中排蒸汽管道，10四抽蒸汽管道，11热网循环水管道，12小汽轮机排汽管道，13大汽轮机乏汽管道，14阀门。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明作进一步描述，应当理解，此处所描述的内容仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的技术方案，不受电厂机组容量的限制。
本发明的技术方案，不受电厂机组参与乏汽回收供热台数的限制。
本发明的技术方案，不受电厂机组蒸汽参数的限制。
本发明的技术方案，不受电厂机组乏汽冷却方式的限制。
本发明的技术方案，不受电厂供热热力系统的限制。
实施例：
某电厂装机为2台300MW级直接空冷机组，给水泵为凝汽式小汽轮机拖动，且小汽轮机与大汽轮机共用空冷岛冷却乏汽。大汽轮机已经改成高背压运行机组，用于冬季供热。
该电厂冬季原设计运行背压15KPa.a，即大汽轮机和小汽轮机冬季设计运行背压均为15KPa.a。改成高背压运行机组后，冬季大汽轮机运行背压抬高至35KPa.a。
在冬季高背压运行时，也同时导致小汽机背压升高(由15KPa.a抬高至35KPa.a)。背压升高，会导致小汽轮机出力不足。
所以，改成高背压运行，给小汽机的运行带来很大困难。
另外夏季运行时，大汽轮机恢复原设计的纯凝工况运行，小汽轮机背压也得跟着恢复。
现有技术中可供选择的方案如下：
1)小汽轮机不改造，将小汽轮机的蒸汽源切换为冷再蒸汽驱动。现场实施起来难度较大。2)小汽轮机改造，更换通流部分，使得小汽轮机兼顾夏季纯凝和冬季高背压两个工况。需要改造小汽轮机。夏季和冬季的运行效率都会降低，牺牲效率。另外，改造动设备风险比较大。3)将小汽轮机排汽纳入高背压凝汽器。会损失高背压的部分乏汽利用。
本发明提供基于增汽机的给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统，即保证冬季采暖工况的运行；在非采暖工况可以很容易地切换回原始纯凝工况。其工作原理如下：
对于电厂已经改造为冬季高背压运行的机组，如果电厂给水泵为凝汽式小汽轮机拖动，且小汽轮机与大汽轮机共用乏汽冷却设备(空冷岛或凝汽器)。若大汽轮机运行在35kpa.a高背压，可以将大汽轮机的背压稍微降低一些(比如5kpa.a)，那么大汽轮机的乏汽利用量就减少50t/h左右。
同时将小汽轮机的背压维持在原设计值(比如15kpa.a)不变，利用增汽机，增汽机用供热抽汽(中排蒸汽)为动力蒸汽，引射小汽轮机全部排汽，将其升压到33～35kpa.a，增汽机排汽进入新设置的增汽机凝汽器，增汽机凝汽器作为加热式凝汽器应用，可用于加热从高背压凝汽器中流出的热网水。
热网水即可实现三级加热，高背压凝汽器作为热网水的第一级加热器；增汽机凝汽器作为热网水的第二级加热器；热网加热器作为热网水的第三级加热器。
此时，大汽轮机运行由35kpa.a降为30kpa.a，大汽轮机的乏汽利用量减少50t/h左右。小汽轮机的乏汽利用量大约50t/h左右，全厂的乏汽利用量并没有减少。大汽轮机的背压降低了5KPa.a，发电量会有增加。对于小汽轮机不再需要改造。小汽轮机冬季按照乏汽进增汽机工况运行，夏季按照原设计纯凝工况运行，可兼顾夏季纯凝和冬季高背压两个工况。
基于增汽机的给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统，包括汽轮机，空冷岛(或凝汽器)，高背压凝汽器，给水泵小汽轮机，增汽机，增汽机凝汽器，热网加热器，乏汽引出系统；利用乏汽引出系统，将汽轮机排汽引出来，通过管道输送到高背压凝汽器；利用增汽机，中排蒸汽作为增汽机的动力蒸汽，引射给水泵小汽轮机排汽，升压升温后，增汽机排汽输送到增汽机凝汽器；热网回水依次流过乏汽凝汽器、增汽机凝汽器、热网加热器，接入供热管网。
汽轮机低压缸排汽(乏汽)通过大汽轮机乏汽管道13接入空冷岛(或凝汽器)2；在大汽轮机乏汽管道13上开孔，通过乏汽引出系统8管路，将部分乏汽引出进入高背压凝汽器3汽侧；高背压凝汽器3水侧接入热网回水，作为热网循环水的第一级加热，利用大汽轮机的部分乏汽加热热网循环水。
乏汽引出系统包括乏汽引出件(图中未示出)、乏汽引出管路(或乏汽联箱)；乏汽引出件固定安装于空冷汽轮机组低压缸排汽管道(或水冷机组凝汽器喉部侧面)上；乏汽依次流过乏汽引出件、乏汽引出管路(或乏汽联箱)；乏汽引出管设有控制阀门。利用乏汽引出系统，将汽轮机排汽引出来，通过管道输送到高背压凝汽器；
中压缸四抽蒸汽管道10接入给水泵小汽轮机4作为动力蒸汽，驱动给水泵运行；给水泵小汽轮机4的排汽管道12汇入大汽轮机乏汽管道13。排汽管道12上设有控制调节阀门。
中排蒸汽管道9接入增汽机5的动力蒸汽入口，中排蒸汽管道9上设有控制调节阀门14；给水泵小汽轮机4的排汽支路连接增汽机5的抽吸蒸汽入口；增汽机5的排汽进入增汽机凝汽器6汽侧；增汽机凝汽器水侧接入高背压凝汽器3水侧出水，作为热网循环水的第二级加热，利用增汽机5的排汽加热热网循环水。用供热抽汽(中排蒸汽)为动力蒸汽，引射小汽轮机全部排汽，将其升压到33～35kpa.a，升压升温后，用于加热从高背压凝汽器流出的热网水。给水泵小汽轮机4的排汽支路上设有控制调节阀门。增汽机的动力蒸汽喷嘴可以为调整式的，也可以为固定不可调整式的。增汽机凝汽器根据与增汽机之间配合安装需要，既可以采用上进汽方式，也可以采用侧向进汽方式。
中排蒸汽还接入热网加热器7汽侧，热网加热器水侧接入增汽机凝汽器6水侧出水，作为热网循环水的第三级加热，利用供热抽汽(中排蒸汽)加热热网循环水。热网加热器疏水回到电站大汽轮机回热系统中。
热网回水依次经过高背压凝汽器3、增汽机凝汽器6和热网加热器7，实现三级加热后，提供热网供水。
基于增汽机的给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统运行方法，包括如下，
(a1)在供热工况运行时，系统对热网回水进行三级加热。
第一级：汽轮机高背压运行，汽轮机低压缸排汽(乏汽)进入高背压凝汽器，加热热网回水；
第二级：中排蒸汽管道9上阀门开启，给水泵小汽轮机4的排汽支路上阀门开启，排汽管道12上阀门关闭；中排蒸汽引射给水泵小汽轮机排汽，增汽机排汽进入增汽机凝汽器，继续加热高背压凝汽器出来热网回水；
第三级：利用热网加热器，继续加热增汽机凝汽器出来热网回水；
经过三级加热后，热网水达到了所需采暖温度，送向供热外网。
(a2)在非供热工况运行时，中排蒸汽管道9上阀门14关闭，给水泵小汽轮机4的排汽支路上阀门关闭，排汽管道12上阀门开启；旁通掉增汽机及增汽机凝汽器，小汽轮机排汽进入大汽轮机冷却设备(空冷岛或凝汽器)，恢复到纯凝工况运行方式。
(a3)在供热工况运行时，当增汽机或增汽机凝汽器故障时，中排蒸汽管道9上阀门关闭，给水泵小汽轮机4的排汽支路上阀门关闭，排汽管道12上阀门开启；小汽轮机排汽恢复到夏季运行方式，即直接排入空冷岛系统。
系统对热网回水进行二级加热。
第一级：汽轮机高背压运行，汽轮机低压缸排汽(乏汽)进入高背压凝汽器，加热热网回水；
第二级：利用热网加热器，继续加热增汽机凝汽器出来热网回水；
经过二级加热后，热网水达到了所需采暖温度，送向供热外网。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统，包括汽轮机，空冷岛或凝汽器，高背压凝汽器，给水泵小汽轮机，增汽机，增汽机凝汽器，乏汽引出系统；汽轮机低压缸排汽通过管道接入空冷岛或凝汽器；其特征在于，通过乏汽引出系统，将乏汽引出进入高背压凝汽器汽侧；高背压凝汽器水侧接入热网回水，作为热网循环水的第一级加热；给水泵小汽轮机的排汽支路连接增汽机的抽吸蒸汽入口；增汽机的排汽进入增汽机凝汽器汽侧；增汽机凝汽器水侧接入高背压凝汽器水侧出水，作为热网循环水的第二级加热。
2.根据权利要求1所述的给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统，其特征在于，乏汽引出系统包括乏汽引出件、乏汽引出管路；乏汽引出件固定安装于空冷汽轮机组低压缸排汽管道上或水冷机组凝汽器喉部侧面上；乏汽引出管设有控制阀门。
3.根据权利要求1所述的给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统，其特征在于，给水泵小汽轮机通过另一排汽管路汇入汽轮机低压缸排汽管道，另一排汽管路上设有控制调节阀门。
4.根据权利要求1所述的给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统，其特征在于，给水泵小汽轮机连接增汽机抽吸蒸汽入口的排汽支路上设有控制调节阀门。
5.根据权利要求1所述的给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统，其特征在于，中排蒸汽管道接入增汽机的动力蒸汽入口；中排蒸汽管道设有控制调节阀门。
6.根据权利要求1所述的给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统，其特征在于，还包括热网加热器，高背压凝汽器、增汽机凝汽器和热网加热器在热网循环水管路中依次串联，实现三级加热。
7.根据权利要求6所述的给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统，其特征在于，中排蒸汽还接入热网加热器汽侧，利用中排蒸汽加热热网循环水。
8.根据权利要求1所述的给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统，其特征在于，中压缸四抽蒸汽管道接入给水泵小汽轮机作为动力蒸汽，驱动给水泵运行。
9.一种给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统运行方法，其特征在于，
(a1)供热工况运行时，系统对热网回水进行三级加热。
第一级：汽轮机高背压运行，汽轮机低压缸排汽进入高背压凝汽器，加热热网回水；
第二级：中排蒸汽通过增汽机引射给水泵小汽轮机排汽，增汽机排汽进入增汽机凝汽器，继续加热高背压凝汽器出来热网回水；
第三级：利用热网加热器，继续加热增汽机凝汽器出来热网回水；
经过三级加热后，热网水达到了所需采暖温度，送向供热外网；
(a2)非供热工况运行时，旁通掉增汽机及其凝汽器，小汽轮机排汽进入大汽轮机冷却设备，恢复到纯凝工况运行方式；
(a3)供热工况运行时，当增汽机或增汽机凝汽器故障时，小汽轮机排汽恢复到夏季运行方式，即直接排入空冷岛系统；系统对热网回水进行二级加热；
第一级：汽轮机高背压运行，汽轮机低压缸排汽进入高背压凝汽器，加热热网回水；
第二级：利用热网加热器，继续加热增汽机凝汽器出来热网回水；
经过二级加热后，热网水达到了所需采暖温度，送向供热外网。
10.根据权利要求9所述的一种给水泵汽轮机乏汽余热回收利用系统运行方法，其特征在于，通过控制开启或关闭增汽机动力蒸汽入口连接的中排蒸汽管道上阀门、给水泵小汽轮机连接增汽机的抽吸蒸汽入口的排汽支路上阀门、给水泵小汽轮机汇入汽轮机低压缸排汽管道的另一排汽管路上阀门，实现旁通掉增汽机及其凝汽器。
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