CN109915221A - 一种应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动系统及方法，包括热电联产汽轮拖动系统、内旁路背压式汽轮机、拖动负载(泵或风机)、蒸汽旁路系统等。热电联产机组深度调峰低负荷段运行时，供热蒸汽汽源点压力降低，背压式汽轮机内旁路阀开启，除少数蒸汽仍进入汽轮机第一级进汽口起到冷却作用外，其余蒸汽均由内旁路阀进入，汽轮拖动系统仍正常运行，仅仅输出功率降低，但避免了因热电联产机组深度调峰引起的频繁启停现象，提高了设备利用率及可靠性。

Description

一种应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动系统及方法

【技术领域】

本发明属于节能减排技术领域，涉及一种应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动系统及方法。

【背景技术】

随着全球经济、能源和环保形势的发展，当前燃煤发电厂将面临更为严格的环保要求和严峻的市场经营形势，突出表现在如下几个方面：1)燃煤发电企业的电量调度已经由铭牌调度逐步向节能调度调整；2)发电小时数下降，燃煤发电企业经营压力巨大；3)可再生能源利用率低，火电机组灵活性调峰需求迫切。可再生能源发展迅猛以及日益严重的大气污染问题，促使燃煤火电机组的电网功能逐渐从主体向电力调节型转变，不利于企业盈利。随着国家产业政策导向，去产能、调结构以及在环境保护、环境治理上压力，高污染、高耗能锅炉的关停势在必行，而高参数大机组拥有得天独厚的优势，发展大机组集中供热必将成为一种趋势。

纯凝机组改造为热电联产机组或原设计即为热电联产机组，为有效利用供热蒸汽汽源侧和用户侧的余压，设置背压式汽轮拖动系统，实现供热蒸汽能量合理梯级利用，提高了整体运行经济性。但随着燃煤机组逐步深入参与灵活性调峰，机组频繁大幅度变动电负荷，导致供热蒸汽汽源侧蒸汽压力大幅度变化，低负荷时供热蒸汽汽源侧压力低导致背压式汽轮机无法正常运行，需停运背压式汽轮拖动系统，切换至蒸汽减压减温直供系统，此时小汽轮机进汽排汽管路及疏水系统需保持暖管、小汽轮机及被拖动负载(泵或风机)均需保持热备用状态，以保证机组负荷增加时随时启动正常运转。背压式汽轮拖动系统因机组负荷频繁大幅变化而出现的频繁启停现象，存在以下弊端：降低了设备运行寿命，增加了检修维护工作量，降低了设备利用率，拉低了该系统的整体收益情况。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动系统，包括由汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸组成的汽轮机组；汽轮机高压缸排汽处的排汽一部分作为第一供热蒸汽汽源，另一部分进入锅炉再热器；锅炉再热器的排汽一部分作为第二供热蒸汽汽源，另一部分由汽轮机中压缸的进汽处进入汽轮机中压缸；汽轮机中压缸的排汽一部分作为第三供热蒸汽气源，另一部分作为汽轮机低压缸的气源；根据用户要求，第一供热蒸汽汽源、第二供热蒸汽汽源和第三供热蒸汽气源均能够作为供热蒸汽气源；供热蒸汽气源侧至用户侧设置有两路，一路为减温减压直供，另一路经内旁路背压式汽轮拖动系统进行余压利用。

本发明进一步的改进在于：

汽轮机低压缸的输出端同轴连接有发电机。

汽轮机中压缸与汽轮机低压缸之间的汽路管道上设置有阀门。

供热蒸汽汽源通过第一阀门组和第二阀门组与内旁路背压式汽轮拖动系统相连，通过第三阀门组为减温减压直供。

第一阀门组与内旁路背压式汽轮拖动系统的主进汽端相连，第二阀门组与内旁路背压式汽轮拖动系统的旁路进汽端相连。

内旁路背压式汽轮拖动系统包括内旁路背压式汽轮发电机和被拖动负载；内旁路背压式汽轮机通过联轴器与被拖动负载相连。

被拖动负载为泵或风机。

一种应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动方法，包括以下步骤：

热电联产机组中高负荷运行时，供热蒸汽至内旁路系统的第二阀门组关闭，供热蒸汽减温减压直供系统的第三阀门组关闭，供热蒸汽汽源侧至内旁路背压式汽轮机的进汽管路第一阀门组开启，供热蒸汽余压经内旁路背压式汽轮机联轴器直连拖动负载设备以降低厂用电消耗，排汽对外供热；

热电联产机组参与电网灵活性深度调峰低负荷甚至极低负荷运行时，供热蒸汽减温减压直供系统的第三阀门组关闭，供热蒸汽至内旁路系统的第二阀门组维持较小开度，仅通入少量蒸汽作为应对内旁路背压式汽轮机前几级叶片鼓风的冷却作用；供热蒸汽汽源侧至内旁路背压式汽轮机的进汽管路第一阀门组开启，其余供热蒸汽进入内旁路背压式汽机，推动末几级叶片做功，经联轴器直连拖动负载设备以降低厂用电消耗，排汽对外供热。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在热电联产机组深度调峰低负荷段运行时，供热蒸汽汽源点压力降低，背压式汽轮机内旁路阀开启，除少数蒸汽仍进入汽轮机第一级进汽口起到冷却作用外，其余蒸汽均由内旁路阀进入，汽轮拖动系统仍正常运行，仅仅输出功率降低，但避免了因热电联产机组深度调峰引起的频繁启停现象，提高了设备利用率及可靠性。

【附图说明】

图1是本发明的整体系统示意图；

图2是本发明供热蒸汽气源至用户侧的管路结构示意图。

其中：1-汽轮机高压缸；2-汽轮机中压缸；3-锅炉再热器；4-汽轮机低压缸； 5-发电机；6-第一阀门组；7-第二阀门组；8-第三阀门组；9-内旁路背压式汽轮机； 10-联轴器；11-被拖动负载。

【具体实施方式】

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层 /元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，本发明应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动系统，包括由汽轮机高压缸1、汽轮机中压缸2和汽轮机低压缸4组成的汽轮机组；汽轮机低压缸4的输出端同轴连接有发电机5；汽轮机中压缸2与汽轮机低压缸4之间的汽路管道上设置有阀门。汽轮机高压缸1排汽处的排汽一部分作为第一供热蒸汽汽源，另一部分进入锅炉再热器3；锅炉再热器3的排汽一部分作为第二供热蒸汽汽源，另一部分由汽轮机中压缸2的进汽处进入汽轮机中压缸2；汽轮机中压缸2的排汽一部分作为第三供热蒸汽气源，另一部分作为汽轮机低压缸4的气源；第一供热蒸汽汽源、第二供热蒸汽汽源和第三供热蒸汽气源均可作为供热蒸汽气源，根据用户要求确定。供热蒸汽气源侧至用户侧设置有两路，一路为减温减压直供，另一路经内旁路背压式汽轮拖动系统进行余压利用。

供热蒸汽汽源通过第一阀门组6和第二阀门组7与内旁路背压式汽轮拖动系统相连，通过第三阀门组8为减温减压直供。第一阀门组6与内旁路背压式汽轮拖动系统的主进汽端相连，第二阀门组7与内旁路背压式汽轮拖动系统的旁路进汽端相连。内旁路背压式汽轮拖动系统包括内旁路背压式汽轮机9和被拖动负载 11；内旁路背压式汽轮机9通过联轴器10与被拖动负载11相连。被拖动负载11 可为泵类设备，也可为风机类设备。

热电联产机组大规模供热汽源点主要有汽轮机高压缸1排汽处、中压缸2进汽处以及低压缸3进汽进汽处。内旁路背压式汽轮机9根据上述主要原则进行设计，供热蒸汽汽源侧至用户侧有两路系统，一路为减温减压直供，一路经内旁路背压式汽轮拖动系统进行余压利用，其中余压利用系统有两路汽源，一路为主进汽系统，另一路为旁路进汽系统。内旁路背压式汽轮机9通过联轴器10与被拖动负载11连接。

热电联产机组中高负荷运行时，供热蒸汽至内旁路系统的第二阀门组7关闭，供热蒸汽减温减压直供系统的第三阀门组8关闭，供热蒸汽汽源侧至内旁路背压式汽轮机9的进汽管路第一阀门组6开启，供热蒸汽余压经内旁路背压式汽轮机 9联轴器10直连拖动负载设备11以降低厂用电消耗，排汽对外供热。

热电联产机组参与电网灵活性深度调峰低负荷甚至极低负荷运行时，供热蒸汽减温减压直供系统的第三阀门组8关闭，供热蒸汽至内旁路系统的第二阀门组 7维持较小开度，仅通入少量蒸汽作为应对内旁路背压式汽轮机9前几级叶片鼓风的冷却作用；供热蒸汽汽源侧至内旁路背压式汽轮机9的进汽管路第一阀门组 6开启，其余供热蒸汽进入内旁路背压式汽轮机，推动末几级叶片做功，经联轴器10直连拖动负载设备11以降低厂用电消耗，排汽对外供热。

本发明的原理在于：

内旁路背压式汽轮机设计原则：采用多级结构，以根据机组负荷分布情况加权确定常用负荷点对应的供热蒸汽汽源侧和用户需求侧的压差作为设计工况点，以根据当地电网对燃煤机组参与灵活性深度调峰的要求的最低负荷对应的供热蒸汽汽源侧压力确定内旁路设计点。热电联产机组中高负荷运行时，供热蒸汽至内旁路系统的管路关闭，内旁路汽轮拖动系统运行方式等同于传统的背压汽轮拖动系统；热电联产机组低负荷甚至极低负荷运行时，供热蒸汽汽源点压力降低，背压式汽轮机内旁路阀开启，除少数蒸汽仍进入汽轮机第一级进汽口起到冷却作用外，其余蒸汽均由内旁路阀进入，汽轮拖动系统仍正常运行，仅仅输出功率降低，但避免了因热电联产机组深度调峰引起的频繁启停现象。

本发明应用于热电联产机组供热蒸汽能量梯级利用的内旁路汽轮拖动系统，保证了供热蒸汽余压梯级利用系统在机组极宽负荷区间段正常运行，有效避免了因热电联产机组深度调峰引起的频繁启停现象，提高了设备利用率及可靠性。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动系统，其特征在于，包括由汽轮机高压缸(1)、汽轮机中压缸(2)和汽轮机低压缸(4)组成的汽轮机组；汽轮机高压缸(1)排汽处的排汽一部分作为第一供热蒸汽汽源，另一部分进入锅炉再热器(3)；锅炉再热器(3)的排汽一部分作为第二供热蒸汽汽源，另一部分由汽轮机中压缸(2)的进汽处进入汽轮机中压缸(2)；汽轮机中压缸(2)的排汽一部分作为第三供热蒸汽气源，另一部分作为汽轮机低压缸(4)的气源；根据用户要求，第一供热蒸汽汽源、第二供热蒸汽汽源和第三供热蒸汽气源均能够作为供热蒸汽气源；供热蒸汽气源侧至用户侧设置有两路，一路为减温减压直供，另一路经内旁路背压式汽轮拖动系统进行余压利用。

2.根据权利要求1所述的应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动系统，其特征在于，汽轮机低压缸(4)的输出端同轴连接有发电机(5)。

3.根据权利要求1所述的应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动系统，其特征在于，汽轮机中压缸(2)与汽轮机低压缸(4)之间的汽路管道上设置有阀门。

4.根据权利要求1所述的应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动系统，其特征在于，供热蒸汽汽源通过第一阀门组(6)和第二阀门组(7)与内旁路背压式汽轮拖动系统相连，通过第三阀门组(8)为减温减压直供。

5.根据权利要求4所述的应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动系统，其特征在于，第一阀门组(6)与内旁路背压式汽轮拖动系统的主进汽端相连，第二阀门组(7)与内旁路背压式汽轮拖动系统的旁路进汽端相连。

6.根据权利要求4或5所述的应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动系统，其特征在于，内旁路背压式汽轮拖动系统包括内旁路背压式汽轮发电机(9)和被拖动负载(11)；内旁路背压式汽轮机(9)通过联轴器(10)与被拖动负载(11)相连。

7.根据权利要求6所述的应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动系统，其特征在于，被拖动负载(11)为泵或风机。

8.一种采用权利要求4所述系统的应用于热电联产机组的内旁路汽轮拖动方法，其特征在于，包括以下步骤：

热电联产机组中高负荷运行时，供热蒸汽至内旁路系统的第二阀门组(7)关闭，供热蒸汽减温减压直供系统的第三阀门组(8)关闭，供热蒸汽汽源侧至内旁路背压式汽轮机(9)的进汽管路第一阀门组(6)开启，供热蒸汽余压经内旁路背压式汽轮机(9)联轴器(10)直连拖动负载设备(11)以降低厂用电消耗，排汽对外供热；

热电联产机组参与电网灵活性深度调峰低负荷甚至极低负荷运行时，供热蒸汽减温减压直供系统的第三阀门组(8)关闭，供热蒸汽至内旁路系统的第二阀门组(7)维持较小开度，仅通入少量蒸汽作为应对内旁路背压式汽轮机(9)前几级叶片鼓风的冷却作用；供热蒸汽汽源侧至内旁路背压式汽轮机(9)的进汽管路第一阀门组(6)开启，其余供热蒸汽进入内旁路背压式汽机，推动末几级叶片做功，经联轴器(10)直连拖动负载设备(11)以降低厂用电消耗，排汽对外供热。