CN109339877A - 一种煤基分布式供能系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种煤基分布式供能系统，涉及火力发电技术领域。锅炉与汽轮机、高压除氧器、给水泵依次通过管道连通；汽轮机与发电机连接；锅炉与排污扩容器、热网循环水泵、热网加热器依次通过管道连通，热网加热器的输出管道依次与热网疏水泵、高压除氧器连通；排污扩容器上设有排汽口和排汽管道，排汽管道与高压除氧器连通；汽轮机的输出管道同时与热网加热器连通；除盐水分两路进入高压除氧器，轴封冷却器、疏水扩容器均与疏水箱连通；疏水箱通过疏水泵与高压除氧器连通。本申请提供的煤基分布式供能系统，设置较少设备，结构简单，可有效降低系统初投资和运维费用，降低设备故障发生概率，提高系统的使用寿命。

Description

一种煤基分布式供能系统
技术领域
本申请涉及火力发电技术领域，尤其涉及一种煤基分布式供能系统。
背景技术
能源问题日益突出，国家鼓励地方、企业建设能效高、污染少的热电联产项目。背压式热电联产机组仅在采暖期运行，在采暖期内售热、售电，以四个月的采暖期计算，年运行时长为2880小时。
通常情况下，传统的背压式热电联产系统(9MW)中各设备的连接关系如附图1所示，图中虚线为汽管道，实线为水管道。系统的运行原理为：(1)燃煤锅炉1产生的主蒸汽进入汽轮机2，同时设置备用减温减压器18，当汽轮机2事故时，从锅炉1出来的主蒸汽经过减压减温器18后进入热网加热器7。(2)汽轮机2排汽作为高压除氧器3和热网加热器7的加热汽源。(3)热网循环水经过热网加热器7加热后对外提供热量。(4)除盐水一路直接进入高压除氧器3，另一路经过轴封冷却器11后进入高压除氧器3。(5)除盐水、热网疏水和I号高加疏水在高压除氧器3中加热到158℃后，再通过给水泵4泵送进入I号高加15被加热到215℃，该215℃的高压给水此后进入锅炉1被继续加热，产生主蒸汽。(6)I号高加15的加热蒸汽来自汽轮机2的抽汽，I号高加15产生的高加疏水进入高压除氧器3。(7)汽轮机本体疏水进入低位水箱17，经低位水泵16泵送进入疏水箱12。蒸汽管道疏水进入全厂疏水系统中的疏水扩容器13和疏水箱12，经过疏水泵14加压后进入高压除氧器3。(8)锅炉1定期排污进入定期排污扩容器501。锅炉1连续排污进入连续排污扩容器502。连续排污扩容器502的排汽进入高压除氧器3回收，排水进入定期排污扩容器501。定期排污扩容器501的排汽进入大气，排水进入定排井由水工专业回收。
传统的背压式热电联产机组系统配备的设备种类较多，系统复杂，初投资较高，在系统运行的全寿命周期内的运维费用较高，短期内不易回收成本。
发明内容
本申请提供了一种煤基分布式供能系统，以解决现有技术中初投资、运行费用较高、经济性较差的问题。
一种煤基分布式供能系统，包括：锅炉，所述锅炉与汽轮机、高压除氧器、给水泵依次通过管道连通，四者形成闭环回路；所述汽轮机与发电机连接；
所述锅炉同时与排污扩容器、热网循环水泵、热网加热器依次通过管道连通，所述热网加热器的其中一条输出管道依次与热网疏水泵连通、所述高压除氧器连通；所述排污扩容器上设有排汽口和排汽管道，所述排汽管道与所述高压除氧器连通；所述汽轮机的输出管道同时与所述热网加热器连通；
除盐水分两路进入所述高压除氧器，一路直接通过管道直接进入所述高压除氧器，另一路先通过轴封冷却器后再进入所述高压除氧器；
所述轴封冷却器、疏水扩容器均与疏水箱连通；所述疏水箱通过疏水泵与所述高压除氧器连通。
可选的，所述热网加热器采用波节管或螺纹管。
可选的，所述锅炉的输出管道通过减温减压器与所述热网加热器连通。
可选的，所述热网循环水泵的输出管道同时与冷渣器连通，所述冷渣器与所述热网加热器具有公共输出端。
本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：
与现有技术相比，本申请提供了一种煤基分布式供能系统，包括：锅炉，锅炉与汽轮机、高压除氧器、给水泵依次通过管道连通，四者形成闭环回路；汽轮机与发电机连接；锅炉同时与排污扩容器、热网循环水泵、热网加热器依次通过管道连通，热网加热器的其中一条输出管道依次与热网疏水泵、高压除氧器连通；排污扩容器上设有排汽口和排汽管道，排汽管道与高压除氧器连通；汽轮机的输出管道同时与热网加热器连通；除盐水分两路进入高压除氧器，一路通过管道直接进入高压除氧器，另一路先通过轴封冷却器后再进入高压除氧器；轴封冷却器、疏水扩容器均与疏水箱连通；疏水箱通过疏水泵与高压除氧器连通。本申请提供的煤基分布式供能系统，基于系统运行时间短的特点，未设置高压加热器、低位疏水系统，设置排污扩容器可兼具定期排污扩容器、连续排污扩容器的功能。本申请提供煤基分布式供能系统，设备少，结构简单，可有效降低系统初投资和运维费用，降低故障发生概率，提高系统的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的传统背压式热电联产系统的系统图。
图2为本申请实施例提供的一种煤基分布式供能系统的系统图。
图3为本申请实施例提供的另一种煤基分布式供能系统的系统图。
附图标记说明：
1、锅炉；2、汽轮机；3、高压除氧器；4、给水泵；5、排污扩容器；501、定期排污扩容器；502、连续排污扩容器；6、热网循环水泵；7、热网加热器；8、热网疏水泵；9、发电机；10、冷渣器；11、轴封冷却器；12、疏水箱；13、疏水扩容器；14、疏水泵；15、I号高加；16、低位水泵；17、低位水箱；18、减温减压器。
具体实施方式
请参考附图2，该图示出了本申请实施例提供的一种煤基分布式供能系统的系统图。
一种煤基分布式供能系统，包括：锅炉1，锅炉1与汽轮机2、高压除氧器3、给水泵4依次通过管道连通，四者形成闭环回路；汽轮机2与发电机9连接。
本申请实施例提供的供能系统，可同时提供热量和电能，其中，燃煤锅炉(以下简称锅炉)可生产大量主蒸汽，主蒸汽驱动汽轮机2转动，汽轮机2与发电机9连接，驱动发电机9产生电能，并进行电能输出。
汽轮机2的排汽作为高压除氧器3的加热汽源，用于加热除盐水及其他疏水，除盐水及其他疏水的温度升高，其内部的非冷凝气体被去除，从而能够防止锅炉1、给水泵4等设备，以及连接各设备的系统管道被腐蚀，提高了系统的经济性，保证各设备长周期运行。
经高压除氧器3加热后的低压给水，经过给水泵4泵送返回至锅炉1，至此，锅炉1、汽轮机2、高压除氧器3、给水泵4四者形成闭环回路。
现有技术中，在给水泵4和锅炉1之间设置了I号高压加热器，简称I号高加15，以9MW供能机组为例，通常低压给水在高压除氧器3被加热到158℃，该温度下的低压给水在I号高加15被来自汽轮机2蒸汽加热至215℃后，再被输送至锅炉1中继续加热产生主蒸汽。在此过程中，要投入I号高加15，还需要在锅炉1与I号高加15之间设置通汽管道，且在供暖期内，还需要对I号高加15及通汽管道进行运行维护。
而本申请实施例中，省去了I号高加15，通过增大锅炉1的换热面积，充分利用燃煤烟气的热量在锅炉1内完成低压给水从158℃到540℃的逐步加热过程，锅炉效率不变。降低给水温度，对锅炉造价无影响。取消I号高加15后，抽汽量减少，供电量增加，标煤耗略有降低。对于9MW高温高压背压机组，设置I号高加15时，发电标煤耗为140.06g/kWh；取消I号高加15后发电标煤耗为139.17g/kWh。对于背压机组，取消I号高加15后在降低初投资的同时亦可降低发电标煤耗，增加发电量和供热量，经济性较好。
同时，由于省去了I号高加15，节省了该设备的运维费用，且系统的故障发生率相对降低。
锅炉1同时与排污扩容器5、热网循环水泵6、热网加热器7，依次通过管道连通，热网加热器7的其中一条输出管道依次与热网疏水泵8、高压除氧器3连通；排污扩容器5上设有排汽口和排汽管道，排汽管道与高压除氧器3连通；汽轮机2的输出管道同时与热网加热器7连通。
锅炉1运行过程中的定期排污、连续排污均和紧急放水均排放到排污扩容器5，其中排污扩容器5的排水可以作为热网循环水的补充水，也可以作为生活热水对外出售。
排污扩容器5的排汽可通过排汽管道进入高压除氧器3，用于加热高压除氧器3内的除盐水。当锅炉1水位过高需要紧急放水时，排污扩容器5的排汽产生的热量足够高压除氧器3加热除盐水时，多余的蒸汽通过排汽口排放至大气中。
排污扩容器5取代了连续排污扩容器502和定期排污扩容器501。同样以9MW机组为例，现有技术需要同时配备7.5m3的定期排污扩容器501、2.5m3的连续排污扩容器502；而本申请中，考虑到供暖周期为4个月，仅采用7.5m3的排污扩容器5，容量足够排放锅炉的连续排污、定期排污和紧急放水。
热网加热器7的加热汽源来自汽轮机2的排汽，该排汽与热网回水在热网加热器7内发生热交换，热网回水吸收热量被加热，达到供暖热水或生活热水；排汽放出热量冷凝为热网疏水，通过热网疏水泵8泵送至高压除氧器3，在高压除氧器3内去除非冷凝气体并被加热成为低压给水。
除盐水分两路进入高压除氧器3，一路通过管道直接进入高压除氧器3，另一路先通过轴封冷却器11后再进入高压除氧器3。
低压给水的主要组成部分包括除盐水，除盐水分两路进入高压除氧器3，一路直接通过水管道进入高压除氧器3；另一路则先通过轴封冷却器11，吸收轴封漏气的热量进行预热后，被输送至高压除氧器3。轴封冷却器11是与汽轮机2相配套的设备。
轴封冷却器11、疏水扩容器13均与疏水箱12连通；疏水箱12通过疏水泵14与高压除氧器3连通。
疏水箱12的疏水一方面来自轴封漏气冷却后产生的轴封疏水，另一方面来自疏水扩容器13内的疏水。其中，疏水扩容器13内的疏水主要来自汽轮机本体疏水和蒸汽管道疏水，这两类疏水在疏水扩容器13内经过扩容降压，分离出蒸汽和疏水，蒸汽通过排汽口直接排放。
疏水箱12内疏水经过疏水泵14泵送至高压除氧器3，与除盐水、热网疏水一起被加热、去除非冷凝气体后，成为低压给水泵送至锅炉1。
现有技术中，汽轮机本体疏水首先被收集在低位水箱17，后经低位水泵16泵送至疏水箱12。以9MW供能机组为例，传统机组会选用低位水箱17的容积为5m3；流量为10m3/h，扬程为50m的低位水泵16。
而本申请实施例中汽轮机本体疏水和蒸汽管道疏水均进入疏水扩容器13和疏水箱12，其中疏水扩容器13的有效容积设定为2.5m3，疏水箱12的容积为20m3，节约低位水箱17和低位水泵16的设备成本。
本申请实施例提供的一种煤基分布式供能系统，系统运行原理：
(1)锅炉1产生的主蒸汽进入汽轮机2，汽轮机2内部转动部件带动发电机9发电，汽轮机2的排汽分别进入高压除氧器3和热网加热器7。
(2)汽轮机2排汽将高压除氧器3内的给水进行加热，并去除非冷凝气体，得到低压给水，经给水泵4泵送至锅炉1。
(3)锅炉1排污通过排污扩容器5实现，排污扩容器5产生的排汽可用于高压除氧器3内给水的加热；排污扩容器5的排水在热网加热器7内被加热，用作热网供水的一部分。
(4)汽轮机本体疏水和蒸汽管道疏水直接通过疏水扩容器13和疏水箱12进入高压除氧器3内。
(5)来自汽轮机2的排汽，在热网加热器7内释放潜热，冷凝成热网疏水，同样进入高压除氧器3内，成为低压给水的组成部分。
以9MW供能机组为例，系统内各设备的性能参数可参考表1。
表1 9MW供能机组设备性能参数表
本申请实施例提供的一种煤基分布式供能系统，基于供暖期四个月的时长特点，即运行时间短，闲置时间长的特点，优化了供能系统，减少设备种类的投入，降低了设备初投资和运维费用，同时，由于设备数量的减少，系统内设备的故障率能够得到有效的降低，保证系统的运行期间的安全、稳定，保证系统能够有的较长使用寿命。
可选的，热网加热器7采用波节管或螺纹管。
热网加热器7内主要为汽-水换热，为了能够充分吸收蒸汽的潜热，热网加热器7内的换热元件采用波节管或螺纹管，这两种形式的换热元件，由于具备特殊的形状，一方面增加了换热面积，有利于换热过程的高效进行；另一方面特殊结构使得内部进行热交换的蒸汽、液体，发生湍流，提高了换热系数，同样能够更加高效的实现换热过程。同时，湍流流动形态对换热元件能够产生轻微的震动，不易污垢沉积，从而热网加热器7能够保持长期高效运行。
可选的，锅炉1的输出管道通过减温减压器18与热网加热器7连通。
在汽轮机2发生故障时，为保证热用户的正常供热，由锅炉1产生的主蒸汽将经过减温减压器18直接进入热网加热器7，主蒸汽在减温减压器内被降为客户需要的低温低压蒸汽，在热网加热器7内发生热交换，提供适宜温度的热网供水。
可选的，热网循环水泵6的输出管道同时与冷渣器10连通，冷渣器10与热网加热器7具有公共输出端。
对于循环流化床锅炉，增加冷渣器10可充分利用燃煤灰渣的余热加热热网回水，提高了煤炭的利用效率，节约了能源。
还可以在供能系统上设置控制装置，在各设备上设置各类传感器，与控制装置连接，可实现系统的自动控制，降低人力投入。
本申请提供的一种煤基分布式供能系统，针对在供暖期内，供能系统仅运行四个月的特点，在不影响供暖和供电的基础上对系统机组进行简化，使得系统的结构简单，初投资和运维费用较低，设备故障率低，从而保证系统能够具备较长的使用寿命。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (4)

1.一种煤基分布式供能系统，其特征在于，包括：锅炉(1)，所述锅炉(1)与汽轮机(2)、高压除氧器(3)、给水泵(4)依次通过管道连通，四者形成闭环回路；所述汽轮机(2)与发电机(9)连接；
所述锅炉(1)同时与排污扩容器(5)、热网循环水泵(6)、热网加热器(7)依次通过管道连通，所述热网加热器(7)的其中一条输出管道依次与热网疏水泵(8)、所述高压除氧器(3)连通；所述排污扩容器(5)上设有排汽口和排汽管道，所述排汽管道与所述高压除氧器(3)连通；所述汽轮机(2)的输出管道同时与所述热网加热器(7)连通；
除盐水分两路进入所述高压除氧器(3)，一路通过管道直接进入所述高压除氧器(3)，另一路先通过轴封冷却器(11)后再进入所述高压除氧器(3)；
所述轴封冷却器(11)、疏水扩容器(13)均与疏水箱(12)连通；所述疏水箱(12)通过疏水泵(14)与所述高压除氧器(3)连通。
2.根据权利要求1所述的供能系统，其特征在于，所述热网加热器(7)采用波节管或螺纹管。
3.根据权利要求1所述的供能系统，其特征在于，所述锅炉(1)的输出管道通过减温减压器(18)与所述热网加热器(7)连通。
4.根据权利要求1所述的供能系统，其特征在于，所述热网循环水泵(6)的输出管道同时与冷渣器(10)连通，所述冷渣器(10)与所述热网加热器(7)具有公共输出端。
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