CN109990202A - 一种基于蒸汽余压发电的压力调节系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于蒸汽余压发电的压力调节系统及方法，为解决常规的余压发电系统不能满足不同工业用户的不同压力需求的缺陷。本发明包括透平膨胀机、发电机、控制系统和透平转速调节并网柜；在透平膨胀机的蒸汽入口管路上依次布置高压蒸汽输入接口、汽水分离器、流量计、膨胀机入口调节阀，在透平膨胀机的蒸汽出口管路上依次布置膨胀机出口调节阀、止回阀和低压蒸汽输出接口；透平膨胀机与发电机同轴连接，发电机与透平转速调节并网柜连接。整个系统由控制系统进行监测、控制，采用背压调节方法满足不同工业用户压力需求，同时将余压通过透平用来发电；通过对各个关键参数监测、计算，保证透平膨胀机在满足不同压力需求的工况下安全稳定运行。

Description

一种基于蒸汽余压发电的压力调节系统及方法
技术领域
本发明涉及一种基于蒸汽余压发电的压力调节系统及方法，适用于工业用户的不同压力需求。
背景技术
蒸汽作为主要的能源传递介质被大量使用。然而由于蒸汽系统设计不良、用户侧参数变化等因素，供用双方大量存在蒸汽压力等级不匹配、蒸汽产量与用量不匹配、蒸汽品质低等问题，导致在生产生活过程中大量蒸汽被降压使用或直接排空，浪费巨大。
余压发电系统能够高效回收压力调节时损失的大量能量，将其转化成机械能，进而用于发电，如申请号为201010162555.8的中国专利。但是常规的余压发电系统往往不能对不同工业用户的不同压力需求做出响应。
发明内容
本发明的目的在于解决常规的余压发电系统不能满足不同工业用户的不同压力需求，而提供一种基于蒸汽余压发电的压力调节系统及方法，系统采用背压调节方法满足不同工业用户压力需求，同时将余压通过透平用来发电；并通过对于各个关键参数监测、计算，保证透平膨胀机在满足不同压力需求的工况下安全稳定运行。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于蒸汽余压发电的压力调节系统，其特征在于：包括透平膨胀机、发电机、控制系统和透平转速调节并网柜；在透平膨胀机的蒸汽入口管路上沿着蒸汽流动方向依次布置有高压蒸汽输入接口、汽水分离器、流量计、膨胀机入口调节阀、膨胀机入口温度测点和膨胀机入口压力测点，在透平膨胀机的蒸汽出口管路上沿着蒸汽流动方向依次布置有膨胀机出口温度测点、膨胀机出口压力测点、膨胀机出口调节阀、止回阀和低压蒸汽输出接口；所述透平膨胀机与发电机同轴连接，且发电机与透平转速调节并网柜连接；所述流量计、膨胀机入口调节阀、膨胀机入口温度测点、膨胀机入口压力测点、发电机、膨胀机出口温度测点、膨胀机出口压力测点、膨胀机出口调节阀和透平转速调节并网柜均与控制系统连接。
所述的基于蒸汽余压发电的压力调节系统的压力调节方法如下：
蒸汽走向依次通过高压蒸汽输入接口、汽水分离器、流量计、膨胀机入口调节阀、透平膨胀机、膨胀机出口调节阀和止回阀，最后通过低压蒸汽输出接口排出；上述连接均为管路连接，形成进排气管路。
首先通过汽水分离器保证系统内无水滴进入，进而防止水滴破坏透平膨胀机叶片；通过膨胀机入口压力测点监测压力是否超过临界值，并配合膨胀机入口调节阀调节压力，进而防止过高水蒸气压力进入透平膨胀机；通过膨胀机出口压力测点监测透平膨胀机的出口压力，并配合膨胀机出口调节阀调节压力达到用户所需压力；通过止回阀防止系统外高压蒸汽回流；由于不同压差会导致透平膨胀机转速不同，通过跟踪透平转速调节并网柜内部变比，将发电机输出的高频交流电降低至符合用户要求的频率。
进一步而言，通过膨胀机出口调节阀调节不同的透平膨胀机出口压力，以满足不同工业用户需求；同时通过控制系统监测膨胀机入口温度测点、膨胀机入口压力测点及预先设定的蒸汽流量透平最高转速，并计算出透平膨胀机的出口最低压力，防止由于膨胀机出口调节阀设定过低压力，从而使透平膨胀机转速过高，损坏设备。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1）针对不同压力需求的工业用户实现余压发电系统供应压力快速调整。
2）针对不同工况余压发电系统实现全自动并网。
3）通过对关键参数监测，以及自动控制，保护系统稳定安全运行。防止由于满足不同工业用户压力需求，对压力调整时，使得透平转速超过安全值。
附图说明
图1是本发明实施例中的结构示意图。
图中：高压蒸汽输入接口1、汽水分离器2、流量计3、膨胀机入口调节阀4、膨胀机入口温度测点5、膨胀机入口压力测点6、透平膨胀机7、发电机8、膨胀机出口温度测点9、膨胀机出口压力测点10、膨胀机出口调节阀11、止回阀12、低压蒸汽输出接口13、控制系统14、透平转速调节并网柜15。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1，本实施例中的基于蒸汽余压发电的压力调节系统，包括透平膨胀机7、发电机8、控制系统14和透平转速调节并网柜15。
在透平膨胀机7的蒸汽入口管路上沿着蒸汽流动方向依次布置有高压蒸汽输入接口1、汽水分离器2、流量计3、膨胀机入口调节阀4、膨胀机入口温度测点5和膨胀机入口压力测点6，在透平膨胀机7的蒸汽出口管路上沿着蒸汽流动方向依次布置有膨胀机出口温度测点9、膨胀机出口压力测点10、膨胀机出口调节阀11、止回阀12和低压蒸汽输出接口13；所述透平膨胀机7与发电机8同轴连接，且发电机8与透平转速调节并网柜15连接；所述流量计3、膨胀机入口调节阀4、膨胀机入口温度测点5、膨胀机入口压力测点6、发电机8、膨胀机出口温度测点9、膨胀机出口压力测点10、膨胀机出口调节阀11和透平转速调节并网柜15均与控制系统14连接。
基于蒸汽余压发电的压力调节系统的压力调节方法如下：
蒸汽走向依次通过高压蒸汽输入接口1、汽水分离器2、流量计3、膨胀机入口调节阀4、透平膨胀机7、膨胀机出口调节阀11和止回阀12，最后通过低压蒸汽输出接口13排出；上述连接均为管路连接，形成进排气管路。
首先通过汽水分离器2保证系统内无水滴进入，进而防止水滴破坏透平膨胀机7叶片；通过膨胀机入口压力测点6监测压力是否超过临界值，并配合膨胀机入口调节阀4调节压力，进而防止过高水蒸气压力进入透平膨胀机7；通过膨胀机出口压力测点10监测透平膨胀机7的出口压力，并配合膨胀机出口调节阀11调节压力达到用户所需压力；通过止回阀12防止系统外高压蒸汽回流；由于不同压差会导致透平膨胀机7转速不同，通过跟踪透平转速调节并网柜15内部变比，将发电机输出的高频交流电降低至符合用户要求的频率。
通过膨胀机出口调节阀11调节不同的透平膨胀机7出口压力，以满足不同工业用户需求；同时通过控制系统14监测膨胀机入口温度测点5、膨胀机入口压力测点6及预先设定的蒸汽流量透平最高转速，并计算出透平膨胀机7的出口最低压力，防止由于膨胀机出口调节阀11设定过低压力，从而使透平膨胀机7转速过高，损坏设备。
本实施例中，具体实施步骤如下：
1、透平膨胀机7入口压力保护。膨胀机入口压力测点6监测来流压力，并配合膨胀机入口调节阀4调节压力，保证系统安全运行。
2、透平膨胀机7出口压力调节。根据用户需要，膨胀机出口调节阀11调节系统出口压力，并通过膨胀机出口压力测点10实时监测系统出口压力。
3、透平膨胀机7转速保护。通过对透平膨胀机7出入口参数监测，并通过式（1）和式（2）预估透平膨胀机7转速，其转速用RPM表示。
其中P1、T1为透平膨胀机7入口参数，P2、T2为透平膨胀机7出口参数。如果计算得出RPM过高则通过调节膨胀机出口调节阀11开度，使得P2升高，降低焓降值dHis，最终使得RPM降低至合理值。
4、余压发电启动运行自动控制。首先通过膨胀机入口压力测点6监测压力是否超过临界值，并配合膨胀机入口调节阀4调节压力，保证透平膨胀机7正常运行。通过膨胀机出口压力测点10监测透平膨胀机7出口压力，并配合膨胀机出口调节阀11调节压力达到用户所需压力。通过跟踪透平转速调节并网柜15内部变比，将发电机输出的高频交流电降低至符合用户要求频率。
虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于蒸汽余压发电的压力调节系统，其特征在于：包括透平膨胀机（7）、发电机（8）、控制系统（14）和透平转速调节并网柜（15）；在透平膨胀机（7）的蒸汽入口管路上沿着蒸汽流动方向依次布置有高压蒸汽输入接口（1）、汽水分离器（2）、流量计（3）、膨胀机入口调节阀（4）、膨胀机入口温度测点（5）和膨胀机入口压力测点（6），在透平膨胀机（7）的蒸汽出口管路上沿着蒸汽流动方向依次布置有膨胀机出口温度测点（9）、膨胀机出口压力测点（10）、膨胀机出口调节阀（11）、止回阀（12）和低压蒸汽输出接口（13）；所述透平膨胀机（7）与发电机（8）同轴连接，且发电机（8）与透平转速调节并网柜（15）连接；所述流量计（3）、膨胀机入口调节阀（4）、膨胀机入口温度测点（5）、膨胀机入口压力测点（6）、发电机（8）、膨胀机出口温度测点（9）、膨胀机出口压力测点（10）、膨胀机出口调节阀（11）和透平转速调节并网柜（15）均与控制系统（14）连接。
2.一种如权利要求1所述的基于蒸汽余压发电的压力调节系统的压力调节方法，其特征在于：蒸汽走向依次通过高压蒸汽输入接口（1）、汽水分离器（2）、流量计（3）、膨胀机入口调节阀（4）、透平膨胀机（7）、膨胀机出口调节阀（11）和止回阀（12），最后通过低压蒸汽输出接口（13）排出；首先通过汽水分离器（2）保证系统内无水滴进入，进而防止水滴破坏透平膨胀机（7）叶片；通过膨胀机入口压力测点（6）监测压力是否超过临界值，并配合膨胀机入口调节阀（4）调节压力，进而防止过高水蒸气压力进入透平膨胀机（7）；通过膨胀机出口压力测点（10）监测透平膨胀机（7）的出口压力，并配合膨胀机出口调节阀（11）调节压力达到用户所需压力；通过止回阀（12）防止系统外高压蒸汽回流；由于不同压差会导致透平膨胀机（7）转速不同，通过跟踪透平转速调节并网柜（15）内部变比，将发电机输出的高频交流电降低至符合用户要求的频率。
3.根据权利要求2所述的基于蒸汽余压发电的压力调节系统的压力调节方法，其特征在于：通过膨胀机出口调节阀（11）调节不同的透平膨胀机（7）出口压力，以满足不同工业用户需求；同时通过控制系统（14）监测膨胀机入口温度测点（5）、膨胀机入口压力测点（6）及预先设定的蒸汽流量透平最高转速，并计算出透平膨胀机（7）的出口最低压力，防止由于膨胀机出口调节阀（11）设定过低压力，从而使透平膨胀机（7）转速过高，损坏设备。
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