CN109798573A - 一种基于增汽机的多机组梯级供热系统 - Google Patents

Abstract

一种基于增汽机的多机组梯级供热系统，包括多台汽轮机和对应的乏汽冷却设备、乏汽引出系统，以及乏汽回收供热系统；多台汽轮机具有不同运行背压；乏汽回收供热系统接入供热管网；乏汽回收供热系统包括多台乏汽凝汽器、增汽机、增汽机凝汽器；多台乏汽凝汽器水侧按对应汽轮机的运行背压从低至高进行串联连接；增汽机动力蒸汽接入一台或多台汽轮机中压缸抽汽，增汽机排汽口连接至增汽机凝汽器壳侧；供热管网热网回水经多台乏汽凝汽器、增汽机凝汽器进行梯级加热后输出热网供水；能够使参与供热的机组整体处于冷端损失最小、升背压引起的发电损失最小的运行工况，进而实现系统的综合节能。

Description

一种基于增汽机的多机组梯级供热系统

技术领域

本发明属于热电厂领域，具体涉及一种热电厂实现热电解耦的梯级供热系统。

背景技术

在冬季供热期，城市集中供热主要依靠热电厂的热电联产机组，既供热又发电，供热为主发电为辅。热电厂常规供热方式，供热热量主要来自汽轮机中压缸排汽，用于加热热网循环水。中压缸排汽，是已经在汽轮机高压缸和中压缸做完功的蒸汽。如果用中排蒸汽供热，这股蒸汽必须在高压缸和中压缸中做功。即为了实现和保证供热，高压缸和中压缸必须发出一定量的电量，这就是所谓的“热电耦合”。依靠中排蒸汽进行供热的热电联产机组，必然存在“热电耦合”现象。

北方供暖地区涉及我国15个省、自治区和直辖市，覆盖了约70％的国土面积。由于这些地区冬季室外温度低，持续时间长，供暖已成为这些地区居民冬季生活的刚性需求。随着社会经济的发展以及人民生活水平的提高，北方地区城镇供热面积也呈现快速增长的趋势。与此同时，大部分地区已经开始实施清洁能源改造，拆并、改造、淘汰35吨以下低效率高污染的燃煤锅炉房，导致出现巨大的供热缺口。而长距离输送供热管网技术的成功应用，必然使得热电联产在城市集中供热中的比例进一步提高。

火力发电厂余热类型有汽轮机冷端乏汽冷凝热、烟气余热、辅机冷却循环水等余热，其中汽轮机冷端乏汽冷凝热所占比例最大，目前应用也最成熟。利用电厂乏汽余热构建新型热源方式,是实现火电节能和城市清洁供热的重点方向。目前业界存在的各种乏汽余热回收技术，包括增汽机余热回收技术、吸收式热泵余热回收技术和低真空余热回收技术等。

目前基于增汽机供热的余热回收技术，基本上是基于单台机组乏汽余热回收的三级梯级系统，只针对单台汽轮机的乏汽余热进行回收。热网回水先进入前置凝汽器，利用乏汽进行一级加热升温；然后进入增汽机凝汽器，利用增汽机升压升温后的乏汽进行二级加热升温；再进入尖峰加热器，利用供热抽汽进行第三级加热，达到热网要求的供水温度时，向热力管网供水。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于增汽机的多台机组梯级供热系统，能够使参与供热的机组整体处于冷端损失最小、升背压引起的发电损失最小的运行工况，进而实现系统的综合节能和热电解耦。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于增汽机的多机组梯级供热系统，包括多台汽轮机和对应的乏汽冷却设备、乏汽引出系统，以及乏汽回收供热系统；多台汽轮机具有不同运行背压；其特征在于：利用乏汽引出系统，分别从乏汽冷却设备上或进入乏汽冷却设备前的乏汽管道上将乏汽引出，通过管道输送到乏汽回收供热系统；乏汽回收供热系统接入供热管网；乏汽回收供热系统包括多台乏汽凝汽器、增汽机、增汽机凝汽器；多台乏汽凝汽器壳侧连接至多台汽轮机所对应的乏汽引出系统，多台乏汽凝汽器水侧按对应汽轮机的运行背压从低至高进行串联连接；增汽机动力蒸汽接入一台或多台汽轮机中压缸抽汽，增汽机排汽口连接至增汽机凝汽器壳侧；供热管网热网回水经多台乏汽凝汽器、增汽机凝汽器进行梯级加热后输出热网供水。

本系统的优点：

1、多台汽轮机组参与供热；

2、回收利用多台汽轮机组的乏汽供热，增加供热能力和供热安全性，减小热电耦合；

3、汽轮机抽汽作为尖峰加热；

4、热网回水经过多台前置凝汽器、多台增汽机凝汽器、多个热网首站的多台热网加热器，梯级升温，构成多级的梯级供热系统；

5、特别适合于在热网侧为大负荷、大温差供热的城市集中供热热源侧系统；

6、仅部分汽轮机组升高背压，且背压的数值呈现梯级变化的特点，以实现前置凝汽器出口热网水温的梯级升高，同时因升背压引起的发电损失最小；

7、可综合最大化提高乏汽热量在全部供热量中的比例，减小机组冷端损失，减小系统抽汽量。

附图说明

图1为系统结构示意图。

图2为系统运行参数示意图。

图中：其中1-中压缸；2-低压缸；3-A机组；4—B机组；5—C机组；6—乏汽冷却装置；7—凝汽器；8—第一级增汽机；9—第二级增汽机；10—热网首站A站；11—热网首站B站；12—相邻机组抽汽；13—热网循环水回水；14—热网循环水供水。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明技术方案中，安排若干台汽轮机乏汽直接排入前置凝汽器进行放热。这些汽轮机组背压是呈梯级规律上升的，使对应的前置凝汽器汽侧饱和温度逐步升高，且均高于热网回水温度；

按照汽侧饱和温度逐步升高的顺序，热网回水依次进入对应的各台汽轮机组的前置凝汽器，吸收各台汽轮机组的乏汽余热，热网回水温度逐步上升。即各台汽轮机组的前置凝汽器为串联方式连接。

利用机组的采暖抽汽作为工作蒸汽，通过第一级增汽机抽取某台汽轮机组的乏汽，提高排汽口的压力和温度(采暖抽汽的机组和抽取乏汽的机组，可以不是同一台机组。且当抽汽量大于机组抽汽能力时，可使用临机补汽)。第一级增汽机的凝汽器，作为上述多台前置凝汽器的下一级热网水加热器。

第一级增汽机及其凝汽器，不一定是单台增汽机及其凝汽器，可以是多台的并联形式进行设备布置。通过多台增汽机并联，其工作蒸汽和抽吸蒸汽相同，排汽进入对应多台凝汽器壳侧，多台凝汽器水侧并联接入热网水加热系统。

利用汽轮机组的采暖抽汽作为工作蒸汽，通过第二级增汽机抽取第一级增汽机的部分排汽，使第二级增汽机排汽口的压力和温度进一步升高。第二级增汽机的凝汽器，作为上述第一级增汽机的凝汽器的下一级热网水加热器。

第二级增汽机及其凝汽器，同样可以是多台的并联形式。通过多台增汽机并联，其工作蒸汽和抽吸蒸汽相同，排汽进入对应多台凝汽器壳侧，多台凝汽器水侧并联接入热网回水加热系统。

热网循环水回水从第二级增汽机的凝汽器流出后，进入热网首站的热网加热器，提高到合适温度后，向热网供出。

热网首站的热网加热器，可以是多个首站多台热网加热器的并联形式。

热网首站的采暖抽汽，优先利用上述机组的采暖抽汽。当上述机组的采暖抽汽量不足时，利用临机补汽。

如图1所示，某电厂装机为三台机组，分别为机组A、机组B、机组C,比如，三台300MW级汽轮机组(直接空冷、间接空冷、水冷均可)，三台300MW机组同时运行。三台汽轮机的乏汽同时被回收利用。三个汽轮机具有不同运行背压，机组A背压为13.8KPa运行，机组B背压为20KPa运行，机组C背压为35KPa运行。热网回水量22673t/h。(机组背压参数及回水量参数，仅仅是为了叙述方便而举的例子。其他参数的配置方式也在本申请保护范围内)。三台机组的乏汽都被回收利用。

系统中包括三台机组和对应乏汽冷却装置(如凝汽器或空冷岛)，乏汽引出系统、增汽机式乏汽回收利用供热系统；各机组包括相应的高压缸、中压缸、低压缸。

利用乏汽引出系统，分别从三个机组凝汽器或者汽轮机排汽管道上开孔，将汽轮机组的乏汽引出来，通过乏汽引出管输送到增汽机式乏汽回收利用供热系统。

乏汽引出系统包括乏汽引出特制件、乏汽引出管路；乏汽引出特制件固定安装于凝汽器喉部侧面上，乏汽引出特制件所包围的喉部侧板上设置乏汽引出孔，开孔的凝汽器喉部侧面内侧设置加强结构，乏汽引出孔内侧设置乏汽导流板；乏汽引出管设有控制阀门。

乏汽引出系统是将(直接空冷、间接空冷、水冷)汽轮机排汽从凝汽器或排汽管道引出来，控制乏汽排往空冷岛或凝汽器的量。

增汽机式乏汽回收利用供热系统，包括第一乏汽凝汽器、第二乏汽凝汽器、第三乏汽凝汽器，增汽机、增汽机凝汽器、热网水系统、配套管系(包括管道、阀门、管件、支吊架、膨胀节等)。所有各台凝汽器的抽真空系统，既可以共用，也可以独立设置，也可以与大机的抽真空系统共用。

机组A的乏汽引出管连接第一乏汽凝汽器，机组B的乏汽引出管连接第二乏汽凝汽器，机组C的乏汽引出管连接第三乏汽凝汽器；机组B、C的汽轮机中压缸排汽连接管路至增汽机的工作(动力)蒸汽入口；机组C的乏汽引出管还连接增汽机的抽吸汽口；增汽机排汽口连接增汽机凝汽器。

增汽机为可调节增汽机，也可以是不可调节增汽机。

机组A的乏汽引出管连接至第一乏汽凝汽器汽(壳)侧，机组B的乏汽引出管连接至第二乏汽凝汽器汽(壳)侧，机组C的乏汽引出管连接至第三乏汽凝汽器汽(壳)侧，增汽机排汽口连接至增汽机汽凝汽器汽(壳)侧。

热网水系统的热网循环水依次经过第一乏汽凝汽器、第二乏汽凝汽器、第三乏汽凝汽器、增汽机凝汽器，热网循环水经过加热升温后供水给热网。

为了增加对乏汽回收利用效果，尤其对于机组C乏汽，增设第二增汽机及第二增汽机凝汽器。机组B、C的汽轮机中压缸排汽连接管路至第二增汽机的工作(动力)蒸汽入口；第一增汽机的排汽口还连接第二增汽机的抽吸汽口；第二增汽机排汽口连接第二增汽机凝汽器。第二增汽机排汽口连接至第二增汽机汽凝汽器汽(壳)侧。热网水系统的热网循环水依次经过第一乏汽凝汽器、第二乏汽凝汽器、第三乏汽凝汽器、第一增汽机凝汽器、第二增汽机凝汽器，热网循环水经过加热升温后供水给热网。

上述运行模式，热网首站的加热器不投运，供热热量80--90％左右来自乏汽，10-20％左右来自中排蒸汽(即中排蒸汽作为增汽机的动力蒸汽)。这种运行方式，适用于供热“初末寒期”，向市政热网的供水温度小于90℃。

在供热严寒期，系统中增加投运热网加热器，机组A、B的汽轮机中压缸排汽还连接管路至热网加热器，热网加热器出水接入供热管网。热网水系统的热网循环水依次经过第一乏汽凝汽器、第二乏汽凝汽器、第三乏汽凝汽器、第一增汽机凝汽器、第二增汽机凝汽器、热网加热器，热网循环水经过多级加热升温后供水给热网。

这种运行方式，适用于供热严寒期，向市政热网的供水温度100--130℃。严寒期，热网出水和回水温度提高。

热网加热器可并列设置两台，热网首站的采暖抽汽，优先利用上述各机组的采暖抽汽。当上述机组的采暖抽汽量不足时，并列第二台热网加热器利用相邻机组补汽，如接入来自4号机组、5号机组的抽汽系统。

如图2所示，具体应用时，机组A背压为13.8KPa运行，机组B背压为20KPa运行，机组C背压为35KPa运行。热网回水量22673t/h。

热网回水温度30℃，经过第一乏汽凝汽器后升温至52.3℃，经过第二乏汽凝汽器后升温至58.1℃，经过第三乏汽凝汽器后升温至70.7℃，经过第一增汽机凝汽器后升温至83.7℃，经过第二增汽机凝汽器后升温至98℃，再经过并列第一热网加热器、第二热网加热器后升温至130℃，对外提供热网供水。

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)

1.一种基于增汽机的多机组梯级供热系统，包括多台汽轮机和对应的乏汽冷却设备、乏汽引出系统，以及乏汽回收供热系统；多台汽轮机具有不同运行背压；其特征在于：利用乏汽引出系统，分别从乏汽冷却设备上或进入乏汽冷却设备前的乏汽管道上将乏汽引出，通过管道输送到乏汽回收供热系统；乏汽回收供热系统接入供热管网；乏汽回收供热系统包括多台乏汽凝汽器、增汽机、增汽机凝汽器；多台乏汽凝汽器壳侧连接至多台汽轮机所对应的乏汽引出系统，多台乏汽凝汽器水侧按对应汽轮机的运行背压从低至高进行串联连接；增汽机动力蒸汽接入一台或多台汽轮机中压缸抽汽，增汽机排汽口连接至增汽机凝汽器壳侧；供热管网热网回水经多台乏汽凝汽器、增汽机凝汽器进行梯级加热后输出热网供水。

2.根据权利要求1所述的基于增汽机的多机组梯级供热系统，其特征在于，增汽机抽吸蒸汽接入一台汽轮机乏汽；增汽机动力蒸汽与增汽机抽吸蒸汽来自同一汽轮机或不同汽轮机。

3.根据权利要求2所述的基于增汽机的多机组梯级供热系统，其特征在于，增汽机动力蒸汽可来自多台汽轮机之外的其他相邻机组抽汽。

4.根据权利要求1所述的基于增汽机的多机组梯级供热系统，其特征在于，增汽机可采用多台并列增汽机设置。

5.根据权利要求1所述的基于增汽机的多机组梯级供热系统，其特征在于，还包括次级增汽机、次级增汽机凝汽器，次级增汽机动力蒸汽接入一台或多台汽轮机中压缸抽汽，次级增汽机抽吸蒸汽接入上级增汽机的排汽，次级增汽机排汽口连接至次级增汽机凝汽器壳侧；次级增汽机凝汽器与上级增汽机凝汽器水侧进行串联连接。

6.根据权利要求5所述的基于增汽机的多机组梯级供热系统，其特征在于，次级增汽机可采用多台并列增汽机设置。

7.根据权利要求1所述的基于增汽机的多机组梯级供热系统，其特征在于，乏汽回收供热系统还包括热网加热器，一台或多台汽轮机中压缸抽汽还连接管路至热网加热器，热网加热器串联于增汽机凝汽器下游。

8.根据权利要求7所述的基于增汽机的多机组梯级供热系统，其特征在于，还包括第二热网加热器，第二热网加热器并列串联于增汽机凝汽器下游，并列第二热网加热器利用来自多台汽轮机之外的其他相邻机组抽汽。

9.根据权利要求1所述的基于增汽机的多机组梯级供热系统，其特征在于，多台汽轮机采用至少两台。

10.根据权利要求4或7所述的基于增汽机的多机组梯级供热系统，其特征在于，多台并列增汽机的工作蒸汽和抽吸蒸汽相同，排汽进入对应多台增汽机凝汽器壳侧，多台凝汽器水侧并联接入热网回水加热系统。