CN110318961B - 一种发电站的汽轮机组及其发电方法 - Google Patents

一种发电站的汽轮机组及其发电方法 Download PDF

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Abstract

本发明技术方案公开了一种发电站的汽轮机组及其发电方法，所述汽轮机组包括太阳能热交换器组、蒸汽布雷顿循环和蒸汽朗肯循环，所述太阳能热交换器组包括第一过热器、第一再热器、第二过热器和第二再热器，所述蒸汽布雷顿循环包括压缩机、回热器、高压透平、中间换热器及第一发电机，所述蒸汽朗肯循环包括凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器、中压透平、低压透平、凝汽器及第二发电机。本发明技术方案的汽轮机组通过将布雷顿循环与朗肯循环有机结合，一方面可显著提升朗肯循环的热效率，另一方面经过高压透平的工质流量非常大，高压透平的内效率提升，确保布雷顿循环的热效率，最终使整个机组的热效率显著提升。

Description

一种发电站的汽轮机组及其发电方法
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，特别是涉及一种发电站的汽轮机组及其发电方法。
背景技术
在塔式太阳能光热发电站中，汽轮机组的性能对电站的发电效率的高低起着关键作用，要求汽轮机组的循环热效率都尽量高，从而降低电站的发电成本。现有的用于塔式太阳能光热发电站的汽轮机组容量为10～150MW，参数范围为：压力为12～16.5MPa，温度520～585℃。总体上，塔式太阳能光热发电站的汽轮机组的容量和参数低于现有的亚临界火电机组，更远低于超临界和超超临界火电机组。因此，塔式太阳能光热发电站的汽轮机组的循环热效率不高，一方面需要提高参数，另一方面需要改进现有的汽轮机组，从而提升电站的发电效率。
现有的提高汽轮机组循环热效率的方法有多种，包括采用再热、补燃以及其他的节能降耗措施，可使机组的发电效率显著提高。但是，进一步提升机组效率的也遇到技术瓶颈。有鉴于此，本领域的技术人员致力于开发一种新的用于塔式太阳能光热发电的汽轮机组，在现有的水平上，再次提高机组的效率。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题是提供一种基于塔式太阳能光热发电站的汽轮机组及其发电方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种发电站的汽轮机组，包括太阳能热交换器组、蒸汽布雷顿循环和蒸汽朗肯循环；
所述太阳能热交换器组包括第一过热器、第一再热器、第二过热器和第二再热器；
所述蒸汽布雷顿循环包括压缩机、回热器、高压透平、中间换热器及第一发电机，所述压缩机的出口连接所述回热器的低温侧进口，所述回热器的低温侧出口连接所述第一过热器的进口，所述第一过热器的出口连接所述高压透平的进口，所述高压透平的出口连接所述第一再热器的进口，所述第一再热器的出口连接所述回热器的高温侧进口，所述回热器的高温侧出口连接所述中间换热器的高温侧进口，所述中间换热器的高温侧出口连接所述压缩机的进口；
所述蒸汽朗肯循环包括凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器、中压透平、低压透平、凝汽器及第二发电机，所述凝结水泵的出口连接所述低压加热器的进口，所述低压加热器的出口连接所述除氧器的进口，所述除氧器的出口连接所述给水泵的进口，所述给水泵的出口连接所述高压加热器的进口，所述高压加热器的出口连接所述中间换热器的低温侧进口，所述中间换热器的低温侧出口连接所述第二过热器的进口，所述第二过热器的出口连接所述第一过热器的进口，所述第一过热器的出口连接所述高压透平的进口，所述高压透平的出口连接所述第一再热器的进口，所述第一再热器的出口连接所述中压透平的进口，所述中压透平的出口连接所述第二再热器的进口，所述第二再热器的出口连接所述低压透平的进口，所述低压透平的出口连接所述凝汽器的工质进口，所述凝汽器的工质出口连接所述凝结水泵的进口。
可选的，所述高压透平、所述压缩机与所述第一发电机同轴布置。
可选的，所述中压透平、所述低压透平和所述第二发电机同轴布置。
可选的，所述的发电站的汽轮机组还包括集热系统，所述集热系统与所述太阳能热交换器相连，为所述蒸汽布雷顿循环和所述蒸汽朗肯循环提供热量。
可选的，所述集热系统为聚光集热系统。
可选的，所述的发电站的汽轮机组还包括第一抽汽管道，所述第一抽汽管道连接所述中压透平和所述高压加热器。
可选的，所述的发电站的汽轮机组还包括第二抽汽管道和第三抽汽管道，所述第二抽汽管道连接所述低压透平和所述低压加热器，所述第三抽汽管道连接所述低压透平和所述除氧器。
为解决上述技术问题，本发明技术方案还提供一种发电站的汽轮机组的发电方法，包括如下步骤：
在蒸汽布雷顿循环中，工质经压缩机增压，进入回热器吸收高压透平排出的热量，然后进入第一过热器吸收热量达到第一温度，再进入高压透平膨胀做功，所述高压透平排出的工质经回热器释放热量至第二温度，再经中间换热器释放热量至第三温度，回到所述压缩机；
在蒸汽朗肯循环中，凝结水泵将水送入低压加热器加热，再进入除氧器，随后经给水泵送入高压加热器加热，再进入中间换热器加热，接着经第二过热器、第一过热器加热至第四温度，再进入高压透平膨胀做功，所述高压透平的排汽经第一再热器加热至第五温度，再进入中压透平做功，所述中压透平的排汽经第二再热器加热并进入低压透平做功，所述低压透平的排汽进入凝汽器冷凝。
可选的，通过聚光集热系统为所述蒸汽布雷顿循环和蒸汽朗肯循环提供热量；
当所述聚光集热系统的太阳能光热输入强度低于预设值的一半时，将所述中间换热器的低温侧进口和中间换热器的低温侧出口连通，所述第二过热器的出口和所述第一再热器的进口连通，机组仅通过蒸汽朗肯循环发电。
可选的，所述第一温度为500℃-560℃，所述第二温度为400℃-450℃，所述第三温度为320℃-370℃，所述第四温度为500℃-560℃，第五温度为500℃-560℃。
可选的，所述中压透平通过第一抽汽管道为所述高压加热器提供热量。
可选的，所述低压透平通过第二抽汽管道为所述低压加热器提供热量，所述低压透平通过第三抽汽管道为所述除氧器提供热量。
与现有技术相比，本发明技术方案的发电站的汽轮机组具有如下有益效果：
在不提高机组温度参数的前提下，通过将布雷顿循环与朗肯循环有机结合，一方面可显著提升朗肯循环的热效率，另一方面经过高压透平的工质流量非常大，高压透平的内效率提升，确保布雷顿循环的热效率，最终使整个机组的热效率显著提升。
附图说明
图1为本发明实施例的发电站的汽轮机组的结构示意图；
其中：1—第一过热器，2—第一再热器，3—第二过热器，4—第二再热器，11—压缩机，12—回热器，13—高压透平，14—中间换热器，15—第一发电机，21—凝结水泵，22—低压加热器，23—除氧器，24—给水泵，25—高压加热器，26—中压透平，27—低压透平，28—凝汽器，29—第二发电机，31—第一抽汽管道，32—第二抽汽管道，33—第三抽汽管道。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明实施例的发电站的汽轮机组包括太阳能热交换器组、蒸汽布雷顿循环和蒸汽朗肯循环。
其中，太阳能热交换器组包括第一过热器1、第一再热器2、第二过热器3和第二再热器4。
蒸汽布雷顿循环包括压缩机11、回热器12、高压透平13、中间换热器14及第一发电机15，压缩机11的出口连接回热器12的低温侧进口，回热器12的低温侧出口连接第一过热器1的进口，第一过热器1的出口连接高压透平13的进口，高压透平13的出口连接第一再热器2的进口，第一再热器2的出口连接回热器12的高温侧进口，回热器12的高温侧出口连接中间换热器14的高温侧进口，中间换热器14的高温侧出口连接压缩机11的进口。
蒸汽朗肯循环包括凝结水泵21、低压加热器22、除氧器23、给水泵24、高压加热器25、中压透平26、低压透平27、凝汽器28及第二发电机29，凝结水泵21的出口连接低压加热器22的进口，低压加热器22的出口连接除氧器23的进口，除氧器23的出口连接给水泵24的进口，给水泵24的出口连接高压加热器25的进口，高压加热器25的出口连接中间换热器14的低温侧进口，中间换热器14的低温侧出口连接第二过热器3的进口，第二过热器3的出口连接第一过热器1的进口，第一过热器1的出口连接高压透平13的进口，高压透平13的出口连接第一再热器2的进口，第一再热器2的出口连接中压透平26的进口，中压透平26的出口连接第二再热器4的进口，第二再热器4的出口连接低压透平27的进口，低压透平27的出口连接凝汽器28的工质进口，凝汽器28的工质出口连接凝结水泵21的进口。
在实际布置各设备时，将高压透平13、压缩机11与第一发电机15同轴布置，将中压透平26、低压透平27和第二发电机29同轴布置。
蒸汽布雷顿循环和蒸汽朗肯循环的热量由集热系统来提供，集热系统与太阳能热交换器相连，通过太阳能热交换器组的第一过热器1、第一再热器2、第二过热器3和第二再热器4持续为蒸汽布雷顿循环和蒸汽朗肯循环提供热量。本发明实施例采用的是聚光集热系统。
需要说明的是，当太阳能光热输入强度低于预设值的一半或夜间采用储热热量发电时，可将第一过热器1和蒸汽布雷顿循环切除，中间换热器14低温侧进口和中间换热器14低温侧出口通过旁路直接连通，第二过热器3出口和第一再热器2进口通过旁路直接连通，机组仅通过蒸汽朗肯循环发电。
此外，本实施例的汽轮机组还设有第一抽汽管道31、第二抽汽管道32及第三抽汽管道33，其中第一抽汽管道31连接中压透平26和高压加热器25，中压透平26通过第一抽汽管道31为高压加热器25提供热量，第二抽汽管道32连接低压透平27和低压加热器22，低压透平27通过第二抽汽管道32为低压加热器22提供热量，第三抽汽管道33连接低压透平27和除氧器23，低压透平27通过第三抽汽管道33为除氧器23提供热量。
需要说明的是，本发明技术方案所涉及的设备均为现有设备，在本实施例中，具体采用如下设备：第一过热器(不锈钢管式过热器)、第一再热器(不锈钢管式过热器)、第二过热器(不锈钢管式过热器)、第二再热器(不锈钢管式过热器)、压缩机(轴流式蒸汽压缩机)、回热器(印刷电路板换热器)、高压透平(高压汽轮机)、中间换热器(管壳式换热器)、第一发电机(三相交流同步发电机)、凝结水泵(离心泵)、低压加热器(管壳式换热器)、除氧器(热力式除氧器)、给水泵(离心泵)、高压加热器(管壳式换热器)、中压透平(中压汽轮机)、低压透平(低压汽轮机)、凝汽器(水冷凝汽器)、第二发电机(三相交流同步发电机)。
上述发电站的汽轮机组按如下方法进行工作：
在蒸汽布雷顿循环中，工质进入压缩机11增压，压缩机11出口的工质经回热器12吸收高压透平13排出工质的热量，然后进入第一过热器1吸收热量达到540℃，压力为20Mpa，再进入高压透平13膨胀做功，高压透平13排出的工质经回热器12释放热量至第二温度，再经中间换热器14释放热量至345℃，压力为15Mpa，再回到压缩机11。
在蒸汽朗肯循环中，凝结水泵21将水送入低压加热器22加热，再进入除氧器23，然后经给水泵24送入高压加热器25加热，再进入中间换热器14加热，接着经第二过热器3、第一过热器1加热至540℃，压力为20MPa，再进入高压透平13膨胀做功，高压透平13排汽经第一再热器2加热至540℃，压力为14MPa，再进入中压透平26做功，中压透平26排汽经第二再热器4加热，再进入低压透平27做功，低压透平27的排汽进入凝汽器冷凝。
当太阳能光热输入强度较低或夜间采用储热热量发电时，可将第一过热器1和蒸汽布雷顿循环切除，中间换热器14低温侧进口和出口通过旁路直接连通，第二过热器3出口和第一再热器2进口通过旁路直接连通，机组仅通过蒸汽朗肯循环发电。
其中，中压透平26通过第一抽汽管道31为高压加热器25提供热量，低压透平27通过第二抽汽管道32为低压加热器22提供热量，低压透平27通过第三抽汽管道33为除氧器23提供热量。
当压缩机11的效率为82％，高压透平13的效率为90％时，采用上述实施例机组额定工况的循环热效率比原来的14MPa/540℃参数的机组提高约2个百分点，随着设备性能的进一步改善，上述实施例的热效率提升可接近3个百分点。
以上详细描述了本发明的具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种发电站的汽轮机组，其特征在于，包括太阳能热交换器组、蒸汽布雷顿循环和蒸汽朗肯循环；
所述太阳能热交换器组包括第一过热器、第一再热器、第二过热器和第二再热器；
所述蒸汽布雷顿循环包括压缩机、回热器、高压透平、中间换热器及第一发电机，所述压缩机的出口连接所述回热器的低温侧进口，所述回热器的低温侧出口连接所述第一过热器的进口，所述第一过热器的出口连接所述高压透平的进口，所述高压透平的出口连接所述第一再热器的进口，所述第一再热器的出口连接所述回热器的高温侧进口，所述回热器的高温侧出口连接所述中间换热器的高温侧进口，所述中间换热器的高温侧出口连接所述压缩机的进口；
所述蒸汽朗肯循环包括凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器、中压透平、低压透平、凝汽器及第二发电机，所述凝结水泵的出口连接所述低压加热器的进口，所述低压加热器的出口连接所述除氧器的进口，所述除氧器的出口连接所述给水泵的进口，所述给水泵的出口连接所述高压加热器的进口，所述高压加热器的出口连接所述中间换热器的低温侧进口，所述中间换热器的低温侧出口连接所述第二过热器的进口，所述第二过热器的出口连接所述第一过热器的进口，所述第一过热器的出口连接所述高压透平的进口，所述高压透平的出口连接所述第一再热器的进口，所述第一再热器的出口连接所述中压透平的进口，所述中压透平的出口连接所述第二再热器的进口，所述第二再热器的出口连接所述低压透平的进口，所述低压透平的出口连接所述凝汽器的工质进口，所述凝汽器的工质出口连接所述凝结水泵的进口。
2.如权利要求1所述的发电站的汽轮机组，其特征在于，所述高压透平、所述压缩机与所述第一发电机同轴布置。
3.如权利要求1所述的发电站的汽轮机组，其特征在于，所述中压透平、所述低压透平和所述第二发电机同轴布置。
4.如权利要求1所述的发电站的汽轮机组，其特征在于，还包括集热系统，所述集热系统与所述太阳能热交换器组相连，为所述蒸汽布雷顿循环和所述蒸汽朗肯循环提供热量。
5.如权利要求4所述的发电站的汽轮机组，其特征在于，所述集热系统为聚光集热系统。
6.如权利要求1所述的发电站的汽轮机组，其特征在于，还包括第一抽汽管道，所述第一抽汽管道连接所述中压透平和所述高压加热器。
7.如权利要求1所述的发电站的汽轮机组，其特征在于，还包括第二抽汽管道和第三抽汽管道，所述第二抽汽管道连接所述低压透平和所述低压加热器，所述第三抽汽管道连接所述低压透平和所述除氧器。
8.一种如权利要求1所述的一种发电站的汽轮机组的发电方法，其特征在于，采用如下步骤：
在蒸汽布雷顿循环中，工质经压缩机增压，进入回热器吸收高压透平排出的热量，然后进入第一过热器吸收热量达到第一温度，再进入高压透平膨胀做功并推动压缩机和第一发电机工作，所述高压透平排出的工质经回热器释放热量至第二温度，再经中间换热器释放热量至第三温度，回到所述压缩机；
在蒸汽朗肯循环中，凝结水泵将水送入低压加热器加热，再进入除氧器，随后经给水泵送入高压加热器加热，再进入中间换热器加热，接着经第二过热器、第一过热器加热至第四温度，再进入高压透平膨胀做功，所述高压透平的排汽经第一再热器加热至第五温度，再进入中压透平做功，所述中压透平的排汽经第二再热器加热并进入低压透平做功，所述低压透平的排汽进入凝汽器冷凝，中压透平和低压透平共同推动第二发电机工作。
9.如权利要求8所述的发电站的汽轮机组的发电方法，其特征在于，通过聚光集热系统为所述蒸汽布雷顿循环和蒸汽朗肯循环提供热量；
当所述聚光集热系统的太阳能光热输入强度低于预设值的一半时，将所述中间换热器的低温侧进口和中间换热器的低温侧出口连通，所述第二过热器的出口和所述第一再热器的进口连通，机组仅通过蒸汽朗肯循环发电。
10.如权利要求8所述的发电站的汽轮机组的发电方法，其特征在于，所述第一温度为500℃-560℃，所述第二温度为400℃-450℃，所述第三温度为320℃-370℃，所述第四温度为500℃-560℃，第五温度为500℃-560℃。
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