CN111207602B - 一种高背压供热机组凝结水分级冷却系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火电机组供热技术领域，尤其涉及一种高背压供热机组凝结水分级冷却系统及方法，其包括凝汽系统、一级凝结水冷却器、二级凝结水冷却器、凝结水精处理系统和热网加热器。通过增设分级凝结水冷却器，保证高背压供热运行时避免因凝结水温度升高而导致凝结水精处理系统无法正常投运的问题；一级凝结水冷却器采用热网循环回水对凝结水进行冷却，避免了热量浪费的同时也增加了热网输送热量，提高供热经济性；二级凝结水冷却器采用开式冷却水，保证了经冷却后的凝结水温度能够适应凝结水精处理系统的安全运行；一级凝结水冷却器的冷却水出口通过设置两路管道，可根据高背压机组背压允许运行上限合理选择冷却水汇入点，提高了机组运行灵活性。

Description

一种高背压供热机组凝结水分级冷却系统及方法

技术领域

本发明涉及火电机组供热技术领域，尤其涉及一种高背压供热机组凝结水分级冷却系统及方法。

背景技术

热电联产是国内外公认的可实现节能减排的重要手段，国家出台了多项政策重点支持热电联产的发展。汽轮发电机组中高背压供热技术作为一种能够充分利用汽轮机乏汽余热用于供暖的供热方式，能有效降低供暖蒸汽参数，降低机组供热发电煤耗，这种供热方式被越来越多的热电厂采用。高背压供热技术适应供热机组类型广泛，对于湿冷机组、间接空冷机组和直接空冷机组都能够适用。

另外，目前火力发电厂机组单机容量越来越趋于大型化和高参数化，为保证汽轮机凝结水水质合格，凝结水系统中一般都配置凝结水精处理系统，其中精处理系统中的阴树脂的使用上限温度有限制要求。当凝结水温度高于阴树脂耐受温度时，阴树脂会因温度过高遭受破坏而失效，因此精处理系统在运行时进入该系统的凝结水温度不能过高。高背压供热运行时为保证热网回水在吸收低压缸排汽余热后能达到较高的出水温度，需要适当提高供热汽轮发电机组低压缸的排汽背压，排汽背压提高后相应地凝结水温度也随之升高，这必然会影响到凝结水精处理系统的正常使用。

为保证凝结水精处理系统的，高背压供热运行时需要对凝结水进行降温处理，使凝结水温度达到凝结水精处理系统许可温度。因此，急需提供一种能够对高背压的凝结水进行冷却的系统。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的是提供一种高背压供热机组凝结水分级冷却系统及方法，旨在解决机组高背压供热运行时会影响到凝结水精处理系统的正常使用的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明的高背压供热机组凝结水分级冷却系统包括：凝汽系统、一级凝结水冷却器、二级凝结水冷却器、凝结水精处理系统和热网加热器；

所述凝汽系统的蒸汽入口与低压缸的排汽管路连通；

所述凝汽系统的凝结水出口与所述一级凝结水冷却器的凝结水入口通过第一连接管路连通，所述一级凝结水冷却器的凝结水出口与所述二级凝结水冷却器的凝结水入口通过第二连接管路连通，所述二级凝结水冷却器的凝结水出口与所述凝结水精处理系统的入口通过第三连接管路连通；

所述二级凝结水冷却器的冷却水入口通过开式管路与开式冷却水源连通，所述二级凝结水冷却器的冷却水出口连通开式冷却水回水处；

所述一级凝结水冷却器的冷却水入口与热网循环回水源连通，所述一级凝结水冷却器的冷却水出口通过第一循环管路连通所述凝汽系统的循环水入口或者通过第二循环管路连通所述凝汽系统的循环水出口；

所述凝汽系统的循环水出口还通过第三循环管路连通所述热网加热器的水入口，所述热网加热器的蒸汽入口与中压缸的抽汽管路连通。

优选地，所述凝汽系统的凝结水出口与所述凝结水精处理系统的入口还通过第一旁通管路连通，所述第一旁通管路上设置有第一旁通阀；

所述第一连接管路上设置有凝结水入口阀；所述第三连接管路上设置有凝结水出口阀。

优选地，所述一级凝结水冷却器的凝结水出口与所述凝结水出口阀通过第二旁通管路连通，所述第二旁通管路上设置有第二旁通阀；

和/或，所述开式管路上设置有流量调节阀。

优选地，所述一级凝结水冷却器的冷却水入口通过多条并联的增压管路连通热网循环回水源；多条所述增压管路上均依次设置有增压入口阀、增压泵、逆止阀和增压出口阀；

和/或，所述开式管路包括多条并联的升压管路；多条所述升压管路上均依次设置有升压入口阀、升压泵、单向阀和升压出口阀，所述升压出口阀的出口连通所述二级凝结水冷却器的冷却水入口。

优选地，所述第一循环管路上设置有第一循环阀，所述第二循环管路上设置有第二循环阀，所述第三循环管路上设置有第三循环阀，热网循环回水源还通过第一热网旁通管路连通所述热网加热器的水入口，所述第一热网旁通管路上设置有热网旁通阀和热网循环水泵，所述第二循环管路和所述第三循环管路均连接于所述热网旁通阀的下游；

和/或，热网循环回水源还通过第二热网旁通管路连通所述凝汽系统的循环水入口，所述第二热网旁通管路上设置有热网水进口阀，所述第一循环管路连接于所述热网水进口阀的上游。

优选地，所述高背压供热机组凝结水分级冷却系统还包括冷却塔，所述冷却塔的入口与所述凝汽系统的循环水出口通过第一冷却管路连通，所述第一冷却管路上设置有冷却塔进口阀；所述冷却塔的出口与所述凝汽系统的循环水入口通过第二冷却管路连通，所述第二冷却管路上设置有冷却塔出口阀。

优选地，所述凝汽系统包括高背压凝汽器和排汽装置；

所述排汽装置的蒸汽入口与低压缸的排汽管路连通，所述排汽装置的凝结水出口为所述凝汽系统的凝结水出口；

所述排汽装置的凝结水入口通过凝结水管路连通所述高背压凝汽器的凝结水出口，所述排汽装置的蒸汽出口与通过蒸汽管路连通所述高背压凝汽器的蒸汽入口；

所述一级凝结水冷却器的冷却水出口通过所述第一循环管路连通所述高背压凝汽器的循环水入口或者通过所述第二循环管路连通所述高背压凝汽器的循环水出口；

所述高背压凝汽器的循环水出口还通过所述第三循环管路连通所述热网加热器的水入口。

优选地，所述凝结水管路上设置有凝结水阀门，所述蒸汽管路上设置有蒸汽阀门；

所述高背压供热机组凝结水分级冷却系统还包括空冷岛，所述空冷岛的入口通过第一空冷管路连通所述排汽装置的蒸汽出口，所述第一空冷管路上设置有空冷岛进汽阀；

所述空冷岛的出口通过第二空冷管路连通与所述排汽装置的凝结水入口，所述第二空冷管路上设置有空冷岛凝结水阀。

另外，本发明还提供一种高背压供热机组凝结水分级冷却方法，其包括以下步骤：

S1、当凝汽系统产生的凝结水的温度高于第一预设温度时，凝结水依次经过一级凝结水冷却器、二级凝结水冷却器进行冷却后，进入凝结水精处理系统进行精处理；其中，凝汽系统和一级凝结水冷却器均由热网循环回水源提供冷量与凝结水进行热交换，二级凝结水冷却器由开式冷却水源提供冷量与凝结水继续进行热交换，在所述凝汽系统经过热交换的循环水为热网供热；

S2、在进行热交换的过程中，当供热机组运行背压未达到机组在该发电负荷规定的允许运行背压上限时，所述一级凝结水冷却器的冷却水出口与所述凝汽系统的循环水入口连通；当供热机组运行背压达到机组在该发电负荷规定的允许运行背压上限时，所述一级凝结水冷却器的冷却水出口与所述凝汽系统的循环水出口连通。

优选地，在步骤S1中还包括：当凝汽系统产生的凝结水的温度低于第二预设温度时，凝结水直接进入凝结水精处理系统进行精处理；当凝汽系统产生的凝结水的温度低于第一预设温度且高于第二预设温度时，凝结水经过一级凝结水冷却器进行冷却后，进入凝结水精处理系统进行精处理；

其中，第一预设温度高于第二预设温度。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：高背压供热技术可有效地回收机组排汽余热用于供暖，降低机组发电煤耗，提高全厂供热经济性；通过增设分级凝结水冷却器，保证高背压供热运行时避免因凝结水温度升高而导致凝结水精处理系统无法正常投运的问题；一级凝结水冷却器采用热网循环回水对凝结水进行冷却，避免了热量浪费的同时也增加了热网输送热量，提高供热经济性；二级凝结水冷却器采用开式冷却水进行冷却，保证了经冷却后的凝结水温度能够适应凝结水精处理系统的安全运行；一级凝结水冷却器的冷却水出口通过设置两路管道，可根据高背压机组背压允许运行上限合理选择冷却水汇入点，提高了机组运行灵活性。

附图说明

图1为本发明的高背压供热机组凝结水分级冷却系统的一种实施方式的流程示意图；

图2为本发明的高背压供热机组凝结水分级冷却系统的另一种实施方式的流程示意图。

【附图标记说明】

100：凝汽系统；101：高背压凝汽器；102：排汽装置；

1：高压缸；2：中压缸；3：低压缸；4：发电机；5：冷却塔；6：空冷岛；7：热网循环水泵；8：热网加热器；9：一级凝结水冷却器；10：二级凝结水冷却器；11：凝结水精处理系统；12：增压泵；14：联通蝶阀；15：中压缸抽汽阀；16：邻机中压缸抽汽阀；17：凝结水入口阀；18：凝结水出口阀；19：第一旁通阀；20：流量调节阀；21：增压入口阀；22：逆止阀；23：增压出口阀；27：第一循环阀；28：第二循环阀；29：热网水进口阀；30：第三循环阀；31：冷却塔出口阀；32：冷却塔进口阀；33：热网旁通阀；34：热网循环回水源；35：热网循环供水处；36：开式冷却水源；37：开式冷却水回水处；38：处理后凝结水供水处；39：邻机抽汽源；40：第二旁通阀；44：空冷岛进汽阀；45：蒸汽阀门；46：空冷岛凝结水阀；47：凝结水阀门。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提供一种高背压供热机组凝结水分级冷却系统，其包括凝汽系统100、一级凝结水冷却器9、二级凝结水冷却器10、凝结水精处理系统11和热网加热器8；凝汽系统100的蒸汽入口与低压缸3的排汽管路连通；凝汽系统100的凝结水出口与一级凝结水冷却器9的凝结水入口通过第一连接管路连通，一级凝结水冷却器9的凝结水出口与二级凝结水冷却器10的凝结水入口通过第二连接管路连通，二级凝结水冷却器10的凝结水出口与凝结水精处理系统11的入口通过第三连接管路连通，经凝结水精处理系统11处理后的凝结水流向处理后凝结水供水处38；二级凝结水冷却器10的冷却水入口通过开式管路与开式冷却水源36连通，二级凝结水冷却器10的冷却水出口连通开式冷却水回水处37；一级凝结水冷却器9的冷却水入口与热网循环回水源34连通，一级凝结水冷却器9的冷却水出口通过第一循环管路连通凝汽系统100的循环水入口或者通过第二循环管路连通凝汽系统100的循环水出口；凝汽系统100的循环水出口还通过第三循环管路连通热网加热器8的水入口，热网加热器8的蒸汽入口与中压缸2的抽汽管路连通。其中，开式冷却水源36可以为温度较低的环境水源，也可以来自邻机的温度较低的热网循环水等，在实际场景中可以根据实际情况选择，只要不会增加邻机的额外负担即可。

本发明的高背压供热技术可有效地回收机组排汽余热用于供暖，降低机组发电煤耗，提高全厂供热经济性。通过增设分级凝结水冷却器，保证高背压供热运行时避免因凝结水温度升高而导致凝结水精处理系统11无法正常投运的问题。其中，一级凝结水冷却器9采用热网循环回水对凝结水进行冷却，将原本冷却凝结水时需要释放到开式循环水中的热量回收到热网循环水系统中，避免了热量浪费的同时也增加了热网输送热量，提高供热经济性；二级凝结水冷却器10采用开式冷却水对凝结水进行再次冷却，将凝结水温度降低到适应凝结水精处理系统11运行的温度，防止因凝结水温度过高对凝结水精处理系统11的阴树脂造成损伤，保证凝结水精处理系统11在高背压供热运行工况下的正常投运。另外，一级凝结水冷却器9的冷却水出口通过设置两路管道(第一循环管路和第二循环管路)，可根据高背压机组背压允许运行上限，合理选择热网循环水(即，热网冷却水或冷却水)的汇入点(凝汽系统100的循环水入口或者循环水出口)，即，可灵活选择热网循环水在吸收一级凝结水冷却器9中凝结水的热量后，回到热网循环水系统中的位置，进而减少热网循环回水对机组低压缸3的排汽背压的影响，提高了高背压供热机组运行背压的适应能力，增强了机组运行灵活性。

在图1所示的优选实施方式中，凝汽系统100的凝结水出口与凝结水精处理系统11的入口还通过第一旁通管路连通，第一旁通管路上设置有第一旁通阀19。而且，第一连接管路上设置有凝结水入口阀17；第三连接管路上设置有凝结水出口阀18。当从凝汽系统100的凝结水出口流出的凝结水温度比较低，且不会影响凝结水精处理系统11的正常运行时，可以关闭凝结水入口阀17和凝结水出口阀18，并打开第一旁通阀19，使温度较低的凝结水直接从第一旁通管路进入凝结水精处理系统11内，从而减少了机组的运行阻力。而在其他高背压运行情况下，始终是打开凝结水入口阀17和凝结水出口阀18，并关闭第一旁通阀19。

另外，一级凝结水冷却器9的凝结水出口与凝结水出口阀18通过第二旁通管路连通，第二旁通管路上设置有第二旁通阀40。设置第二旁通管路后，可根据凝结水在不同运行负荷下流经一级凝结水冷却器9冷却后的温度情况，确定是否投入二级凝结水冷却器10。当热网循环水进口温度较低或者凝结水流量较低，凝结水经过一级凝结水冷却器9冷却后即可达到凝结水精处理系统11的运行要求时，可不再经过二级凝结水冷却器10进行冷却而直接进入凝结水精处理系统11，可实现二级凝结水冷却器10的灵活投运，从而减少了系统运行阻力，避免热量不必要的浪费，提高运行经济性。具体地，在凝结水经过一级凝结水冷却器9冷却后达到允许温度时，打开第二旁通阀40，使从一级凝结水冷却器9流出的凝结水经第二旁通管路进入凝结水精处理系统11。

其中，一级凝结水冷却器9的冷却水入口可以是通过多条并联的增压管路连通热网循环回水源34；多条增压管路上均依次设置有增压入口阀21、增压泵12、逆止阀22和增压出口阀23。其中，如图1所示，多条增压管路的数量可以优选为两条，通过配置变频控制方式的增压泵12进行控制、一用一备的增压泵12用于控制进入一级凝结水冷却器9的热网循环水流量，达到控制凝结水经过一级凝结水冷却器9进行冷却后在一级凝结水冷却器9的冷却水出口温度的目的，也能够达到在不同运行工况下凝结水在流经一级凝结水冷却器9后尽可能有较低温度的目的。而且，由于在增压管路上均设置有增压入口阀21、逆止阀22和增压出口阀23，当只需要一条增压管路进行热网循环水供应时，另一条增压管路上的增压入口阀21和增压出口阀23都关闭，以防止热网循环水回流。其中，逆止阀22是依靠介质本身流动而自动开闭阀瓣，用来防止介质倒流的阀门，在增压管路上设置逆止阀22可以防止增压泵12在停运过程中热网循环水回流导致增压泵12倒转的情况出现。

一级凝结水冷却器9采用相同两台相同容量参数、互为备用的增压泵12为一级凝结水冷却器9提供热网循环水。增压泵12采用变频调节，可实现对进入一级凝结水冷却器9的热网循环水流量的精确控制，进而能够适应在不同热网循环水进口温度以及不同的凝结水流量下，对流经一级凝结水冷却器9冷却后的凝结水温度的控制。正常运行时只需启动一台增压泵12，当一台增压泵12发生故障时另外一台备用泵能够及时启动，保证了热网循环水的不间断运行，提高了系统的运行可靠性。

进一步地，在上述的实施方式中，开式管路上可以设置有流量调节阀20。二级凝结水冷却器10的开式冷却水管路上设置流量调节阀20，以控制进入二级凝结水冷却器10的开式冷却水流量，达到控制在不同运行工况下凝结水在流经二级凝结水冷却器10后凝结水温度的目的，以使凝结水能够达到凝结水精处理系统11的允许温度，进而保证凝结水精处理系统11的安全可靠运行。具体地，二级凝结水冷却器10的开式冷却水进口管道上设置流量调节阀20，可实现对进入二级凝结水冷却器10开式水流量的精确控制，进而达到在不同凝结水流量下对流经二级凝结水冷却器10冷却后的凝结水温度的控制，保证凝结水精处理系统11的正常运行。其中，流量调节阀20可以为电动调节阀、气动调节阀或液动调节阀。通过一级凝结水冷却器9和二级凝结水冷却器10的冷却水源分别设置增压泵12或者流量调节阀20，对冷却水流量实现准确控制，达到对凝结水经过分级凝结水冷却器冷却后温度的调控。

或者，在其他实施方式中，如果开式冷却水源36的压力不够，开式管路可以采用多条并联的升压管路(未图示)来代替设置流量调节阀20的方式。其中，多条升压管路上均依次设置有升压入口阀、升压泵、单向阀和升压出口阀，升压出口阀的出口连通二级凝结水冷却器10的冷却水入口，升压入口阀的入口连通开式冷却水源36。此处的升压管路的结构和原理与前文的增压管路类似，在此不再赘述。

其中，第一循环管路上设置有第一循环阀27，第二循环管路上设置有第二循环阀28，第三循环管路上设置有第三循环阀30。通过控制第一循环阀27和第二循环阀28的开闭可以控制第一循环管路和第二循环管路的通断，从而可以根据机组的运行状态，来调整流经一级凝结水冷却器9后的热网循环水的汇入点。

热网循环回水源34还通过第一热网旁通管路连通热网加热器8的水入口，第一热网旁通管路上设置有热网旁通阀33和热网循环水泵7，第二循环管路和第三循环管路均连接于热网旁通阀33的下游。和/或，热网循环回水源34还通过第二热网旁通管路连通凝汽系统100的循环水入口，第二热网旁通管路上设置有热网水进口阀29，第一循环管路连接于热网水进口阀29的上游。当从凝汽系统100的凝结水出口流出的凝结水温度比较低，且不会影响凝结水精处理系统11的正常运行时，温度较低的凝结水直接从第一旁通管路进入凝结水精处理系统11内，而热网循环水则可以直接经第一热网旁通管路进入热网加热器8，此时可以由中压缸2的抽汽来为热网加热器8提供热量。或者，热网循环水还可以直接经第二热网旁通管路进入凝汽系统100，与低压缸3排出的蒸汽直接进行热交换，而为热网用户进行供热。

此外，高背压供热机组凝结水分级冷却系统还包括冷却塔5，冷却塔5的入口与凝汽系统100的循环水出口通过第一冷却管路连通，第一冷却管路上设置有冷却塔进口阀32，第一冷却管路连接于第三循环管路的第三循环阀30的上游；冷却塔5的出口与凝汽系统100的循环水入口通过第二冷却管路连通，第二冷却管路上设置有冷却塔出口阀31。在高背压供热运行时，冷却塔出口阀31和冷却塔进口阀32都处于关闭状态，冷却塔5关闭，从而使全部的蒸汽热量能够全部供应给热网用户。在不需要为热网用户供热时，可以将热网水进口阀29和第三循环阀30关闭，而打开冷却塔出口阀31和冷却塔进口阀32，使用冷却塔5来为凝汽系统100提供冷量。

其中，本发明的高背压供热机组凝结水分级冷却系统的流程示意图见图1(或图2)。图中省略了汽轮机回热抽汽系统及其他辅助系统，热网系统也省略了其他附属设备仅对主要设备进行系统描述。

图1中在高背压供热运行投入时，对于湿冷机组或间接空冷机组，开启热网水进口阀29和第三循环阀30、关闭热网旁通阀33、关闭冷却塔出口阀门31和冷却塔进口阀32，在凝汽系统100内用低压缸3的排汽加热热网循环水。当热网循环水回水经过凝汽系统100加热后即可达到热网用户温度需求时，可不经热网加热器8继续加热直接对外供出，直至热网循环供水处35给热网用户供热。当热网循环水回水经过凝汽系统100加热后仍未达到热网用户温度需求时，可通过开启中压缸2采暖抽汽至中压缸抽汽阀15或邻机中压缸抽汽阀16用热网加热器8继续加热热网循环水直至达到热网用户需求温度，其中，邻机中压缸抽汽阀16可以流经来自邻机抽汽源39的抽汽，具体可为邻机的中压缸3的抽汽。另外，如图1和图2所示，中压缸2与高压缸1相互连接，中压缸2与低压缸3之间还通过设置有联通蝶阀14的联通管路连接，高压缸1、中压缸2、低压缸3能够共同拖动发电机4来进行发电。

低压缸3的排汽进入凝汽系统100释放蒸汽潜热给热网循环水后变为温度为T1的高温凝结水，打开凝结水入口阀17和凝结水出口阀18、关闭第一旁通阀19，将温度为T1流量为G3的高温凝结水先通过一级凝结水冷却器9。开启增压泵12的增压入口阀21、开启增压出口阀23、启动增压泵12，相应的逆止阀22自动开启。调整增压泵12的运行频率，从而控制温度为T4的热网循环水进入一级凝结水冷却器9的流量为G1。流量为G1的热网循环水经过一级凝结水冷却器9加热后温度由T4升高到T5。流量为G3的凝结水经过一级凝结水冷却器9冷却后温度由T1降低到T2。其中G3、T1、T2和G1、T4、T5存在如下关系式：

G3×(T1-T2)＝G1×(T5-T4)。

其中，热网循环水的流量G1最大上限流量为增压泵12的最大设计流量、凝结水的流量G3随着机组负荷高低相对应的流量为大和小。当机组负荷相对较低凝结水的流量G3相对较小时或者热网循环水的温度T4相对较低时，经过调整进入一级凝结水冷却器9的冷却水G1流量，可保证凝结水流经一级凝结水冷却器9冷却后温度T2即可达到凝结水精处理系统11的运行温度需求，则开启二级凝结水冷却器10的第二旁通阀40、关闭流量调节阀20，凝结水不用再经过二级凝结水冷却器10进行冷却，而直接进入凝结水精处理系统11。

当机组负荷相对较高凝结水流量G3相对较大时或者热网循环水的温度T4相对较高时，进入一级凝结水冷却器9的冷却水G1流量已到达增压泵12的最大设计流量(实际应用过程中存在热网循环水的回水温度T4接近接近凝结水精处理系统11许可温度上限的可能，由于一级凝结水冷却器9存在一定的换热端差，无法通过仅依靠热网循环回水对高温凝结水冷却就能达到凝结水精处理系统11许可温度)，而凝结水经过一级凝结水冷却器9冷却后温度T2仍然超过凝结水精处理系统11允许温度上限时，凝结水需经过二级凝结水冷却器10进行再次冷却。其中流量为G3温度为T2的凝结水经过二级凝结水冷却器10冷却后温度降低为T3，流量为G2温度为T8的开式冷却水经过二级凝结水冷却器10加热后温度升高为T9。其中，G3、T2、T3和G2、T8、T9存在如下关系式：

G3×(T2-T3)＝G2×(T9-T8)。

通过调整流量调节阀20的开度控制进入二级凝结水冷却器10的开式冷却水G2的流量，将凝结水经过二级凝结水冷却器10后的温度T3控制在凝结水精处理系统11允许的温度范围内。

需要说明的是，汽轮发电机组运行排汽背压取决于冷端系统(凝汽系统100)单位时间的冷却能力。正常运行状态下，当低压缸3单位时间内排汽热量一定时，机组冷端系统单位时间冷却能力强则机组运行排汽背压低，相反机组冷端系统单位时间冷却能力低则机组运行排汽背压高；正常运行状态下，当冷端系统单位时间冷却能力一定时低压缸3单位时间内排汽热量越多则机组运行排汽背压越高，相反低压缸3单位时间内排汽热量越少则机组运行排汽背压越低。流量为G1的冷却水经过一级凝结水冷却器9加热后温度升到T5，在返回热网循环系统时可选择开启一级凝结水冷却器9的第一循环阀27以及关闭一级凝结水冷却器9的第二循环阀28，进入凝汽系统100的循环水入口(或者，选择关闭一级凝结水冷却器9的第一循环阀27以及开启一级凝结水冷却器9的第二循环阀28选择进入凝汽系统100的循环水出口)。

上述一级凝结水冷却器9的冷却水出口选择不同汇入点位置基于以下原则进行选择：1)当流量为G1温度为T5的冷却水汇入凝汽系统100的循环水入口时，相当于在汽轮机冷端系统(即凝汽系统100)中汇入一定数量的热量，会引起凝汽系统100的循环水入口温度T6的升高(等同于降低了冷端系统的冷却能力)，若此时冷端系统(即凝汽系统100)在汇入一级凝结水冷却器9的冷却水(即热网循环水)带来的热量后，未对机组运行排汽背压带来较大影响(即，机组运行背压的升高仍未达到机组在该发电负荷规定的允许运行背压上限时(机组发电负荷越高允许运行背压对应越高，反之机组发电负荷越低允许运行背压对应越低))，则应优先选择将一级凝结水冷却器9的冷却水出口汇入凝汽系统100的循环水入口处。2)反之，当流量为G1温度为T5的冷却水汇入凝汽系统100的循环水入口后，会对机组运行排汽背压带来较大影响(即，机组运行背压的升高将要超过机组在该发电负荷规定的允许运行背压上限时)，则应选择将一级凝结水冷却器9的冷却水出口汇入凝汽系统100的循环水出口处。由于冷却水经过一级凝结水冷却器9加热后温度T5会低于高背压运行时凝汽系统100的循环水温度T7，在保证机组运行排汽背压不超机组发电负荷规定的允许运行背压上限时，应尽可能选择将一级凝结水冷却器9的冷却水出口汇入凝汽系统100的循环水入口处的方式来运行，以尽量给热网用户提供足够的热量，也能够尽可能地减少能源浪费。

在另外一种实施方式中，如图2所示，凝汽系统100包括高背压凝汽器101和排汽装置102。排汽装置102的蒸汽入口与低压缸3的排汽管路连通，排汽装置102的凝结水出口为凝汽系统100的凝结水出口，即，排汽装置102的凝结水出口与一级凝结水冷却器9的凝结水入口通过第一连接管路连通，还可以根据运行状态直接与凝结水精处理系统11的入口连通。其中，排汽装置102的凝结水入口通过凝结水管路连通高背压凝汽器101的凝结水出口，排汽装置102的蒸汽出口与通过蒸汽管路连通高背压凝汽器101的蒸汽入口。一级凝结水冷却器9的冷却水出口通过第一循环管路连通高背压凝汽器101的循环水入口或者通过第二循环管路连通高背压凝汽器101的循环水出口；高背压凝汽器101的循环水出口还通过第三循环管路连通热网加热器8的水入口。在图2所示的实施方式中，高背压凝汽器101的循环水入口为凝汽系统100的循环水入口，高背压凝汽器101的循环水出口为凝汽系统100的循环水出口，从而适应采用直接空冷机组的运行模式。

在图2所示的实施方式中，凝结水管路上设置有凝结水阀门47，蒸汽管路上设置有蒸汽阀门45；高背压供热机组凝结水分级冷却系统还包括空冷岛6，空冷岛6的入口通过第一空冷管路连通排汽装置102的蒸汽出口，第一空冷管路上设置有空冷岛进汽阀44；第一空冷管路连接于蒸汽管路的蒸汽阀门45的上游。空冷岛6的出口通过第二空冷管路连通与排汽装置102的凝结水入口，第二空冷管路上设置有空冷岛凝结水阀46，第二空冷管路连接于凝结水管路的凝结水阀门47的下游。在高背压供热运行时，空冷岛进汽阀44和空冷岛凝结水阀46都处于关闭状态，空冷岛6关闭，从而使全部的蒸汽热量能够全部供应给热网用户。在不需要为热网用户供热时，可以将热网水进口阀29和第三循环阀30关闭，而打开空冷岛进汽阀44和空冷岛凝结水阀46，使用空冷岛6来为凝汽系统100提供冷量。

高背压供热运行投入时，对于直接空冷机组，开启热网水进口阀29和第三循环阀30、关闭热网旁通阀33、关闭空冷岛进汽阀44、关闭空冷岛凝结水阀46、开启蒸汽阀门45、开启凝结水阀门47，将热网循环水回水通过高背压凝汽器101，用低压缸3的排汽加热热网循环水。当热网循环水回水经过高背压凝汽器101加热后即可达到热网用户温度需求时，可不经热网加热器8继续加热而直接对外供出。当热网循环水回水经过高背压凝汽器101加热后仍未达到热网用户温度需求时，可通过开启中压缸2采暖抽汽至中压缸抽汽阀15或邻机中压缸抽汽阀16，用热网加热器8继续加热热网循环水直至达到热网用户需求温度。低压缸3的排汽进入高背压凝汽器101释放蒸汽潜热给热网循环水后，变为温度为T1的高温凝结水进入排汽装置102中。对于直接空冷机组高背压运行时凝结水冷却温度控制方式与图1所示的湿冷机组和间接空冷机组控制方式和控制原则相同不再重复描述。对于热网循环水在经过一级凝结水冷却器9加热后汇入高背压凝汽器101的循环水入口或循环水出口的控制原则，也与图1所示的湿冷机组和间接空冷机组控制原则相同不再重复描述。

另外，本发明还提供一种高背压供热机组凝结水分级冷却方法，其包括以下步骤：

S1、当凝汽系统100产生的凝结水的温度高于第一预设温度时，凝结水依次经过一级凝结水冷却器9、二级凝结水冷却器10进行冷却后，进入凝结水精处理系统11进行精处理；其中，凝汽系统100和一级凝结水冷却器9均由热网循环回水源34提供冷量与凝结水进行热交换，二级凝结水冷却器10由开式冷却水源36提供冷量与凝结水继续进行热交换，在凝汽系统100经过热交换的循环水为热网供热；

S2、在进行热交换的过程中，当供热机组运行背压未达到机组在该发电负荷规定的允许运行背压上限(即，凝汽系统100在汇入一级凝结水冷却器9的冷却水带来的热量后，未对机组运行排汽背压带来较大影响)时，一级凝结水冷却器9的冷却水出口与凝汽系统100的循环水入口连通；当供热机组运行背压达到机组在该发电负荷规定的允许运行背压上限(当流量为G1温度为T5的冷却水汇入凝汽系统100的循环水入口后，会对机组运行排汽背压带来较大影响)时，一级凝结水冷却器9的冷却水出口与凝汽系统100的循环水出口连通。

其中，第一预设温度可以根据机组运行状态来确定。

进一步地，在步骤S1中还包括：当凝汽系统100产生的凝结水的温度低于第二预设温度时，凝结水直接进入凝结水精处理系统11进行精处理；当凝汽系统100产生的凝结水的温度低于第一预设温度且高于第二预设温度时，凝结水经过一级凝结水冷却器9进行冷却后，进入凝结水精处理系统11进行精处理；其中，第一预设温度高于第二预设温度。

采用上述的高背压供热机组凝结水分级冷却方法，可有效回收机组排汽余热用于供暖，降低机组发电煤耗，提高全厂供热经济性。通过增设两级凝结水冷却器，保证高背压供热运行时避免因凝结水温度升高而导致凝结水精处理系统11无法正常投运的问题。一级凝结水冷却器9采用热网循环回水对凝结水进行冷却，避免了热量浪费的同时也增加了热网输送热量，提高供热经济性；二级凝结水冷却器10采用开式冷却水，保证了经冷却后凝结水温度能够适应凝结水精处理系统11的安全运行；一级凝结水冷却器9和二级凝结水冷却器10的冷却水源分别设置冷却水增压泵或者流量调节阀门，对冷却水流量实现准确控制，达到对凝结水经过冷却器冷却后温度的调控。一级凝结水冷却器9的冷却水出口通过设置两路管道，可根据高背压机组背压允许运行上限合理选择热网循环水的汇入点，提高了机组运行灵活性。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高背压供热机组凝结水分级冷却系统，其特征在于，其包括凝汽系统（100）、一级凝结水冷却器（9）、二级凝结水冷却器（10）、凝结水精处理系统（11）和热网加热器（8）；

所述凝汽系统（100）的蒸汽入口与低压缸（3）的排汽管路连通；

所述凝汽系统（100）的凝结水出口与所述一级凝结水冷却器（9）的凝结水入口通过第一连接管路连通，所述一级凝结水冷却器（9）的凝结水出口与所述二级凝结水冷却器（10）的凝结水入口通过第二连接管路连通，所述二级凝结水冷却器（10）的凝结水出口与所述凝结水精处理系统（11）的入口通过第三连接管路连通；

所述二级凝结水冷却器（10）的冷却水入口通过开式管路与开式冷却水源（36）连通，所述开式管路包括多条并联的升压管路；多条所述升压管路上均依次设置有升压入口阀、升压泵、单向阀和升压出口阀，所述升压出口阀的出口连通所述二级凝结水冷却器（10）的冷却水入口，所述二级凝结水冷却器（10）的冷却水出口连通开式冷却水回水处（37）；

所述一级凝结水冷却器（9）的冷却水入口通过多条并联的增压管路与热网循环回水源（34）连通，所述一级凝结水冷却器（9）的冷却水出口通过第一循环管路连通所述凝汽系统（100）的循环水入口或者通过第二循环管路连通所述凝汽系统（100）的循环水出口；多条所述增压管路上均依次设置有增压入口阀（21）、增压泵（12）、逆止阀（22）和增压出口阀（23）；

所述凝汽系统（100）的循环水出口还通过第三循环管路连通所述热网加热器（8）的水入口，所述热网加热器（8）的蒸汽入口与中压缸（2）的抽汽管路连通。

2.如权利要求1所述的高背压供热机组凝结水分级冷却系统，其特征在于：所述凝汽系统（100）的凝结水出口与所述凝结水精处理系统（11）的入口还通过第一旁通管路连通，所述第一旁通管路上设置有第一旁通阀（19）；

所述第一连接管路上设置有凝结水入口阀（17）；所述第三连接管路上设置有凝结水出口阀（18）。

3.如权利要求2所述的高背压供热机组凝结水分级冷却系统，其特征在于：所述一级凝结水冷却器（9）的凝结水出口与所述凝结水出口阀（18）通过第二旁通管路连通，所述第二旁通管路上设置有第二旁通阀（40）；

和/或，所述开式管路上设置有流量调节阀（20）。

4.如权利要求1所述的高背压供热机组凝结水分级冷却系统，其特征在于：所述第一循环管路上设置有第一循环阀（27），所述第二循环管路上设置有第二循环阀（28），所述第三循环管路上设置有第三循环阀（30），热网循环回水源（34）还通过第一热网旁通管路连通所述热网加热器（8）的水入口，所述第一热网旁通管路上设置有热网旁通阀（33）和热网循环水泵（7），所述第二循环管路和所述第三循环管路均连接于所述热网旁通阀（33）的下游；

和/或，热网循环回水源（34）还通过第二热网旁通管路连通所述凝汽系统（100）的循环水入口，所述第二热网旁通管路上设置有热网水进口阀（29），所述第一循环管路连接于所述热网水进口阀（29）的上游。

5.如权利要求1-4任一项所述的高背压供热机组凝结水分级冷却系统，其特征在于：所述高背压供热机组凝结水分级冷却系统还包括冷却塔（5），所述冷却塔（5）的入口与所述凝汽系统（100）的循环水出口通过第一冷却管路连通，所述第一冷却管路上设置有冷却塔进口阀（32）；所述冷却塔（5）的出口与所述凝汽系统（100）的循环水入口通过第二冷却管路连通，所述第二冷却管路上设置有冷却塔出口阀（31）。

6.如权利要求1-4任一项所述的高背压供热机组凝结水分级冷却系统，其特征在于：所述凝汽系统（100）包括高背压凝汽器（101）和排汽装置（102）；

所述排汽装置（102）的蒸汽入口与低压缸（3）的排汽管路连通，所述排汽装置（102）的凝结水出口为所述凝汽系统（100）的凝结水出口；

所述排汽装置（102）的凝结水入口通过凝结水管路连通所述高背压凝汽器（101）的凝结水出口，所述排汽装置（102）的蒸汽出口与通过蒸汽管路连通所述高背压凝汽器（101）的蒸汽入口；

所述一级凝结水冷却器（9）的冷却水出口通过所述第一循环管路连通所述高背压凝汽器（101）的循环水入口或者通过所述第二循环管路连通所述高背压凝汽器（101）的循环水出口；

所述高背压凝汽器（101）的循环水出口还通过所述第三循环管路连通所述热网加热器（8）的水入口。

7.如权利要求6所述的高背压供热机组凝结水分级冷却系统，其特征在于：所述凝结水管路上设置有凝结水阀门（47），所述蒸汽管路上设置有蒸汽阀门（45）；

所述高背压供热机组凝结水分级冷却系统还包括空冷岛（6），所述空冷岛（6）的入口通过第一空冷管路连通所述排汽装置（102）的蒸汽出口，所述第一空冷管路上设置有空冷岛进汽阀（44）；

所述空冷岛（6）的出口通过第二空冷管路连通与所述排汽装置（102）的凝结水入口，所述第二空冷管路上设置有空冷岛凝结水阀（46）。

8.一种高背压供热机组凝结水分级冷却方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1、当凝汽系统产生的凝结水的温度高于第一预设温度时，凝结水依次经过一级凝结水冷却器、二级凝结水冷却器进行冷却后，进入凝结水精处理系统进行精处理；其中，凝汽系统和一级凝结水冷却器均由热网循环回水源提供冷量与凝结水进行热交换，二级凝结水冷却器由开式冷却水源提供冷量与凝结水继续进行热交换，在所述凝汽系统经过热交换的循环水为热网供热；

S2、在进行热交换的过程中，当供热机组运行背压未达到机组在发电负荷规定的允许运行背压上限时，所述一级凝结水冷却器的冷却水出口与所述凝汽系统的循环水入口连通；当供热机组运行背压达到机组在该发电负荷规定的允许运行背压上限时，所述一级凝结水冷却器的冷却水出口与所述凝汽系统的循环水出口连通。

9.如权利要求8所述的高背压供热机组凝结水分级冷却方法，其特征在于：在步骤S1中还包括：当凝汽系统产生的凝结水的温度低于第二预设温度时，凝结水直接进入凝结水精处理系统进行精处理；当凝汽系统产生的凝结水的温度低于第一预设温度且高于第二预设温度时，凝结水经过一级凝结水冷却器进行冷却后，进入凝结水精处理系统进行精处理；

其中，第一预设温度高于第二预设温度。