发明内容
本发明的主要目的在于提供一种汽水系统,以解决现有技术中的汽水系统运行经济性差的问题。
为了实现上述目的,本发明提供了一种汽水系统,包括:背压汽轮机,具有进汽口和排汽口;汽动给水泵,具有第一进水端和第一出水端,背压汽轮机驱动汽动给水泵;电动给水泵,具有第二进水端和第二出水端,第二出水端和第一出水端同锅炉的进水口连通,第一进水端和第二进水端连通;换热器,包括相互进行换热的汽路和水路,从排汽口排出的汽体进入汽路,经过换热器冷凝形成的水进入水路,并从水路流至第一进水端和第二进水端。
进一步地,换热器包括第一换热器以及第二换热器,汽路包括位于第一换热器内的第一汽路以及位于第二换热器内的第二汽路,水路包括位于第一换热器内的第一水路以及位于第二换热器内的第二水路,从排汽口排出的蒸汽一部分进入第一汽路,另一部分进入第二汽路,汽路还包括位于第二换热器内第三汽路,从第一汽路排出的高温凝结水排入第三汽路内,经过第二汽路以及第三汽路冷凝形成的水通过疏水泵进入第二水路以及第一水路流向汽动给水泵和电动给水泵。
进一步地,汽水系统还包括:第一管道,第一管道的第一端和第二汽路与第三汽路的出口连通;补水管,与第二水路的进口连通以向第二水路补充除盐水,第一管道的第二端与补水管连通。
进一步地,汽水系统还包括:第二管道,连通第一水路与第二水路;第三管道,连通第一水路与汽动给水泵和电动给水泵;第一进汽管,包括第一主管以及与第一主管连通的第一支管和第二支管,排汽口与第一主管连通,第一支管与第一汽路连通,第二支管与第二汽路连通。
进一步地,汽水系统还包括:第三支管,第三支管的第一端与第二管道连通,第三支管的第二端与第三管道连通,第三支管上设置有第一关断阀,第三支管的第一端与第一水路的进口之间的第二管道上,第三支管的第二端与第一水路的出口之间的第三管道上分别设置有第二关断阀;第四支管,第四支管的第一端与补水管连通,第四支管的第二端与第二管道连通,第四支管上设置有第三关断阀,第四支管的第一端与第一管道的第二端之间的补水管上设置有第四关断阀和止回阀,第二水路的出口与第四支管的第二端之间的第二管道上设置有第五关断阀。
进一步地,汽水系统还包括:第六关断阀,设置在第一支管上;第七关断阀,设置在第二支管上。
进一步地,汽水系统还包括:高压除氧器,第三管道被高压除氧器分隔为第一管段和第二管段,第一管段与第二管段通过高压除氧器的水路连通。
进一步地,汽水系统还包括:第二进汽管,第二进汽管内汽体压力大于第一进汽管内汽体压力,第二进汽管包括第二主管以及与第二主管连通的第五支管和第六支管,第五支管与高压除氧器的汽路连通,第六支管与背压汽轮机的进汽口连通。
进一步地,汽水系统还包括:疏水扩容器以及疏水箱,疏水扩容器、疏水箱以及疏水泵依次连通并设置在第一管道上,疏水扩容器靠近第一管道的第一端。
进一步地,汽水系统还包括:第七支管,第七支管的第一端与第一管道连通,且位于疏水泵以及第一管道的第二端之间,第七支管的第二端与高压除氧器的水路连通。
应用本发明的技术方案,汽水系统包括换热器,换热器包括相互进行换热的汽路和水路,经过汽路冷凝形成的水进入水路,并从水路流至第一进水端和第二进水端。在上述结构中,由于换热器能够将蒸汽凝结成水,输送至给水泵和电动给水泵,最终进入锅炉,因此,当夏季时,可以将背压汽轮机排出的蒸汽送至换热器中,从而使得背压汽轮机排出的蒸汽能够得到利用。故,相关的汽动给水泵由于不再受排汽负荷限制而能够运行,从而大大提高运行的经济性,解决了现有技术中的汽水系统运行经济性差的问题。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图3所示,在本实施例中,汽水系统包括:背压汽轮机10、汽动给水泵20、电动给水泵30以及换热器40。其中,背压汽轮机10具有进汽口11和排汽口12。汽动给水泵20具有第一进水端21和第一出水端22,背压汽轮机10驱动汽动给水泵20。电动给水泵30具有第二进水端31和第二出水端32,第二出水端32和第一出水端22同锅炉1的进水口连通,第一进水端21和第二进水端31连通。换热器40包括相互进行换热的汽路和水路,从排汽口12排出的蒸汽进入汽路,经过换热器40冷凝形成的水进入水路,并从水路流至第一进水端21和第二进水端31。
应用本实施例的技术方案,汽水系统包括换热器,换热器包括相互进行换热的汽路和水路,经过汽路冷凝形成的水进入水路,并从水路流至第一进水端21和第二进水端31。在上述结构中,由于换热器能够将蒸汽凝结成水,输送至汽动给水泵20和电动给水泵30,最终进入锅炉,因此,当夏季时,可以将背压汽轮机10排出的蒸汽至换热器中,从而使得背压汽轮机10排出的蒸汽能够得到回收。故,相关的汽动给水泵20由于不再受排汽负荷限制而能够运行,从而大大提高运行的经济性,解决了现有技术中的汽水系统运行经济性差的问题。
如图1至图3所示,在本实施例中,换热器40包括第一换热器41以及第二换热器42,汽路包括位于第一换热器41内的第一汽路411以及位于第二换热器42内的第二汽路421,水路包括位于第一换热器41内的第一水路412以及位于第二换热器42内的第二水路422,从排汽口12排出的汽体一部分进入第一汽路411,另一部分进入第二汽路421,汽路还包括位于第二换热器42内第三汽路423,从第一汽路411排出的高温凝结水物排入第三汽路423内,经过第二汽路421以及第三汽路423冷凝形成的水通过疏水泵240进入第二水路422以及第一水路412流向汽动给水泵20和电动给水泵30。在上述结构中,从背压汽轮机排出的0.5MPa蒸汽将除盐水从40℃加热至120℃,上述结构能够回收大量0.5MPa蒸汽,从而解决非供暖季汽动给水泵(背压汽轮机与给水泵配合使用的设备)因0.5MPa蒸汽无负荷而不能运行的问题。
如图1至图3所示,在本实施例中,汽水系统还包括第一管道50以及补水管60。其中,第一管道50的第一端和第二汽路421与第三汽路423的出口连通。补水管60与第二水路422的进口连通以向第二水路422补充除盐水,第一管道50的第二端与补水管60连通。上述结构增加了进入换热器40的水路的温度较低的水,从而能够提高所回收的0.5MPa蒸汽的量,进而提高了汽水系统运行的经济性。
如图1至图3所示,在本实施例中,汽水系统还包括:第二管道70、第三管道80以及第一进汽管90。其中,第二管道70连通第一水路412与第二水路422。第三管道80连通第一水路412与汽动给水泵20和电动给水泵30。第一进汽管90包括第一主管91以及与第一主管91连通的第一支管92和第二支管93,排汽口12与第一主管91连通,所述第一支管92与第一汽路411连通,第二支管93与第二汽路421连通。上述结构使得背压汽轮机10排出的汽体能够分配给两个换热器,从而使得两个换热器均能够实现换热作用,从而提高了汽水系统运行的经济性。具体地,进入第一进汽管90的汽体被分成了两路,一路进入第一支管92,另一路进入了第二支管93。进入第二支管93的汽体进入第二换热器42并对第二换热器42的水路内的水进行换热。进入第一支管92的汽体进入第一换热器41并对第一换热器41的水路内的水进行换热,从第一换热器41汽路流出的汽液混合物进入第二换热器42内的第三汽路423,以对第二换热器42的水路内的水进行换热。经过第二换热器42内的第一次升温后的水经过第二管道70后进入第一换热器41内与第一支管92内的汽体进行换热,从而实现第二次升温。
如图1至图3所示,在本实施例中,汽水系统还包括高压除氧器180,第三管道80被高压除氧器180分隔为第一管段81和第二管段82,第一管段81与第二管段82通过高压除氧器180的水路连通。上述结构能够将从换热器流出的水内的盐分除去,从而保证汽动给水泵、给水泵等的使用寿命。需要说明的是,由于除氧工艺需要先使水的温度提高至190℃,因此进入高压除氧器180的水的温度越接近190℃则耗能越低,越节能。因此,在高压除氧器180之前设置两级换热器能够提高高压除氧器180的水的温度,从而使得耗能降低。
如图1至图3所示,在本实施例中,汽水系统还包括第二进汽管190,第二进汽管190内汽体压力大于第一进汽管90内汽体压力,第二进汽管190包括第二主管191以及与第二主管191连通的第五支管192和第六支管193,第五支管192与高压除氧器180的汽路连通,第六支管193与背压汽轮机10的进汽口11连通。需要说明的是,第二进汽管190内的汽体压力为1.1MPa,上述结构能够为背压汽轮机10和高压除氧器180提供高压汽体。
如图1至图3所示,在本实施例中,汽水系统还包括疏水扩容器200以及疏水箱230,疏水扩容器200、疏水箱230以及疏水泵240依次连通并设置在第一管道50上,疏水扩容器200靠近第一管道50的第一端。上述结构能够存放回收的冷凝水。
如图1至图3所示,在本实施例中,汽水系统还包括:第七支管250,第七支管250的第一端与第一管道50连通,且位于疏水泵240以及第一管道50的第二端之间,第七支管250的第二端与高压除氧器180的水路连通。上述结构能够为高压除氧器180供水。当换热器损坏或不需要换热器时,可以利用第七支管250为高压除氧器180供水。
如图1至图3所示,在本实施例中,汽水系统还包括:第三支管100以及第四支管130。其中,第三支管100的第一端与第二管道70连通,第三支管100的第二端与第三管道80连通,第三支管100上设置有第一关断阀110,第三支管100的第一端与第一水路412的进口之间的第二管道70上,第三支管100的第二端与第一水路412的出口之间的第三管道80上设置有第二关断阀120,第四支管130的第一端与补水管60连通,第四支管130的第二端与第二管道70连通,第四支管130上设置有第三关断阀140,第四支管130的第一端与第一管道50的第二端之间的补水管60上设置有第四关断阀150和止回阀,第二水路422的出口与第四支管130的第二端之间的第二管道70上设置有第五关断阀260。当不需要使用第一换热器41和第二换热器42时,可以打开第三支管100和第四支管130,从而使得从补水管60进入的水能够依次通过第四支管130、第二管道70、第三支管100进入高压除氧器180内。
如图1至图3所示,在本实施例中,汽水系统还包括:第六关断阀160以及第七关断阀170。其中,第六关断阀160设置在第一支管92上。第七关断阀170设置在第二支管93上。当不需要使用换热器时,可以将第六关断阀160以及第七关断阀170打开以使汽体无法进入第一换热器41和第二换热器42内。
需要说明的是,热电厂由于承担着很大的供热任务,需要大量向外供应各压力等级蒸汽,造成炉、机系统水平衡破坏,从而需要补充大量除盐水以维持汽、水平衡。本发明方法根据热电厂供暖季1.1、0.5MPa蒸汽管网负荷较大的特点,新增1.1/0.55汽动给水泵,通过汽动给水泵向0.5MPa蒸汽管网供汽,大大降低厂用电消耗;根据非供暖季除氧器除盐水补水量大的特点,进一步完善热电厂汽水系统协调配置,通过在除盐水进入高压除氧器前增加两级前置换热器,回收给水泵汽轮机产出的0.5MPa蒸汽,解决非供暖季汽动给水泵因排汽限制而无法运行的问题,前置换热器疏水经疏水扩容器,到达疏水箱,最后通过疏水泵回收至前置换热器入口或除氧器。若配置有低压除氧器的热电厂,可直接将1.1/0.5汽动给水泵产出的0.5MPa蒸汽引入低压除氧器。本发明方法能够实现热电厂1.1、0.5MPa两级蒸汽充分利用,有效降低热电厂用电耗,大大提高运行经济性。
经本发明方法改造,完善汽水系统后,能确保供暖季两台汽动给水泵满负荷运行,每天减少厂用电量9.6万kW.h,6个月供暖季可减少厂用电量1728万kW.h。非供暖季一台汽泵96%负荷运行,每天可减少厂用电量4.6万kW.h,扣除一个月检修期及其它因素干扰,非供暖季一台汽泵运行,可减少厂用电量690万kW.h。综合分析各项因数,通过完善汽动给水泵和前置换热器后,每年可减少厂用电量为:2376万kW.h,可节约购电费用上千万元。本发明方法可充分实现1.1、0.5MPa两级蒸汽管网的合理梯级利用,大大降低厂用电量,产生很好的经济效益,大大提高热电厂运行经济性。
下面以某化工有限公司热电厂汽水系统配置情况说明:
以某化工有限公司热电厂配置有4台额定出力480t/h高温高压煤粉锅炉5,2台CC50-9.5/4.3/1.2双抽凝汽式汽轮发电机组,4台出力550t/h的高压无头除氧器2,4台120%出力电动给水泵3,两台1.1/0.5减温减压器4及其它辅助系统(疏水扩容器6、疏水箱7以及疏水泵8),通过9.8、4.3、1.1和0.5MPa四级蒸汽管网向公司各装置供汽。图4示出了热电厂原部分汽水系统示意图,根据该公司设计平衡工况图及各级管网实际运行负荷统计情况分析,供暖季(6个月)热电厂通过两台1.1/0.5减温减压器4向公司供应0.5MPa蒸汽122t/h;非供暖季(6个月)0.5MPa蒸汽负荷较低,热电厂两台1.1/0.5减温减压器4低负荷热备用,造成热电厂用电量过大。
为了解决该公司热电厂用电量较大的问题,对热电厂各等级汽、水系统进行认真分析,发现各等级蒸汽梯级利用不够充分,1.1/0.5减温减压器运行经济性严重偏低。针对热电厂存在的上述问题,决定对现有系统进行改造,通过增加汽动给水泵、前置换热器,完善汽水系统的方法,实现各等级蒸汽充分梯级利用的方式,降低厂用电消耗。其具体改造过程说明如下:
第一步:增加汽动给水泵
如图5所示,根据该公司供暖季1.1、0.5MPa蒸汽管网负荷情况,考虑到下一步的需求及系统稳定性需求,热电厂经任何核算了确定新增两台B2.0-1.1/250/0.55汽动给水泵9,每台汽动给水泵9额定进汽压力1.1MPa,额定进汽温度250℃,额定进汽流量80t/h,额定排汽压力0.55MPa,排汽温度190℃,给水泵出力290t/h。
第一步改造完成后的经济性分析:热电厂两台汽动给水泵在供暖季投运正常后,受0.5MPa蒸汽管网负荷影响,每台汽动给水泵9带75%额定负荷稳定运行,两台汽动给水泵带给水负荷450t/h,因而,停运一台电动给水泵,两台1.1/0.5减温减压器热备用。根据两台汽动给水泵投运后的统计数据分析,两台汽动给水泵投运后热电厂每天减少厂用电量约7.2万kW.h,6个月供暖季将减少厂用电量1300万kW.h,完成第一步改造后每年可节省电费数百万元。
热电厂完成第一步改造后,明显降低厂用电量,产生较大的经济效益,但仍未达到最优状态,还存在以下两个问题没有解决:(1)供暖季两台汽泵不能满负荷运行;(2)非供暖期汽泵无法运行。因此,该改造方案还需要进一步完善。
第二步:增加两级前置换热器
根据该公司设计平衡工况图及各级管网实际运行负荷情况分析,非供暖季热电厂除氧器除盐水补水量为530t/h,除盐水进水温度40℃。通过在除盐水进入高压除氧器之前增加两级前置换热器,用0.5MPa蒸汽将除盐水从40℃加热至120℃,将能回收大量0.5MPa蒸汽,解决非供暖季汽动给水泵因0.5MPa蒸汽无负荷而不能运行的问题。
每千克40℃除盐水通过两级前置换热器加热至120℃后再进入除氧器,需要吸收热量为:
Q=cm△t=4200*1*(120-40)/1000=336kJ
每千克0.5MPa、190℃蒸汽进入前置换热器放热后变成0.45MPa、45℃的疏水,可释放的热量为2639kJ。
前置换热器疏水经疏水扩容器、疏水箱和疏水泵回收至前置换热器入口后,其水温大概也降至40℃左右。考虑这部分疏水水量的吸热能力后进行综合平衡计算,增加两级前置换热器将530t/h、40℃除盐水和回收疏水加热至120℃,每小时可消耗0.5MPa、190℃蒸汽量为:
M=336*530/(2639-336)=77t
具体改造方案为:在除盐水进入高压除氧器前设置两级前置换热器,二级前置换热器汽侧工作压力0.3MPa,用进汽调压阀控制压力,通过0.3MPa蒸汽和回收一级前置换热器疏水,将除盐水从40℃加热至80℃;一级前置换热器直接使用0.5MPa蒸汽,将除盐水从80℃加热至120℃。一级前置换热器85℃左右的疏水进入二级前置换热器继续回收热量,二级前置换热器45℃左右的疏水通过疏水扩容器,回收至疏水箱,最后通过疏水泵回收至二级前置换热器水侧进口或高压除氧器。通过此方案改造后,0.5MPa蒸汽管网负荷将增加77t/h,在供暖季能够保证两台汽动给水泵满负荷运行,非供暖季可以保证一台汽动给水泵96%负荷运行。具体改造系统示意图见图1。
第二步改造完成后的经济性分析:经第二步改造完成供暖季两台汽动给水泵满负荷运行,每天可减少厂用电量9.6万kW.h,6个月供暖季可减少厂用电量1728万kW.h。非供暖季一台汽泵96%负荷运行,每天可减少厂用电量4.6万kW.h,扣除一个月检修期及其它因素干扰,非供暖季一台汽泵运行,可减少厂用电量690万kW.h。考虑改造后需要疏水泵连续运行回收前置换热器疏水,每天需要多消耗厂用电1200kW.h,全年增加厂用电消耗42万kW.h。综合分析上述各项因数,通过完善汽动给水泵和前置换热器后,每年可减少厂用电量为:
H=1728+690-42=2376万kW.h,可节约购电费用上千万元。
综上所述,热电厂通过此蒸汽梯级利用降低厂用电耗方法改造,配套增加汽动给水泵和两级前置换热器后,可充分实现1.1、0.5MPa两级蒸汽管网的合理梯级利用,降低厂用电量,可节约购电费用上千万元,产生很好的经济效益,有效提高热电厂运行经济性。
需要说明的是,采用带0.5MPa等级抽汽的汽轮机,可替代汽动给水泵的功能,但该型汽轮机较少,且无法同时满足4.2、1.1MPa等级抽汽需求,且抽汽机组相对于背压汽动给水泵,其冷源损失较大,还要额外配套相关辅助系统,厂用电量也会有较大的增加,其运行经济性远低于汽动给水泵;另外,对于目前已投运的热电厂,新增汽轮发电机组投资过大,且无合适的安装位置,不具备增加带0.5MPa等级抽汽汽轮机条件;而汽动给水泵和前置换热器的投资相对较低,且占地面积小,目前各热电厂完全具备按此发明方法进行改造的条件。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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。