CN111485962A - 蒸汽轮机热力系统及提高其效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了蒸汽轮机热力系统及提高其效率的方法，系统包括一级高压缸、一级中压缸和一级第一低压缸，主蒸汽直接输入一级高压缸后再输入一级中压缸后经一级水‑汽分离器和一级再热器后再输入一级第一低压缸，最后成为乏汽输至凝汽器。本发明在亚临界参数下可以将其热耗率降低至7256kJ/kWh、汽轮机热效率提高至49％以上，低压缸的排汽质量比例降低至进汽总质量的48.5％，达到常规超超临界汽轮机的能耗水平。

Description

蒸汽轮机热力系统及提高其效率的方法

技术领域

本发明涉及一种可提高效率的蒸汽轮机热力系统。本发明还涉及提高所述系统效率的方法。

背景技术

目前国内电力行业汽轮发电用蒸汽汽轮机一般采用背压式或凝汽式设计。对于亚临界凝汽式蒸汽轮机，其热力系统组成包括1级高压缸、1 级中压缸和1级低压缸。从低压缸排出湿蒸汽进入凝汽器中被循环水带走乏汽中的内能。其热耗率一般不低于7900kJ/kWh。而背压式蒸汽轮机的热耗率一般不低于8000kJ/kWh。一般电力行业提高汽轮机热效率或降低热耗率时采用提高蒸汽初参数和降低终参数的方式，导致目前蒸汽轮机的初参数越来越高，相应的金属材料的规格也越来越高，汽轮机的制造成本也更高，投资性价比越来越低。

亚临界机组由于蒸汽参数较低，使用的材料等级低，制造成本也就随之降低。但目前亚临界机组采用高压缸+中压缸+低压缸的布局结构，低压缸排汽流量达到主蒸汽流量的57％以上，低压缸排汽的湿度较高，也即其内能仍然很高，一般接近2300kJ/kg，而凝结水的内能仅为150kJ/kg，这就需要大量的冷却水冷却，将该部分内能差额从系统中剥离而完全未做功。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种蒸汽轮机热力系统。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种提高上述蒸汽轮机热力系统效率的方法。

采用本发明的系统以及方法，能有效降低汽轮机低压缸整体排汽总量，以及有效降低低压缸排汽内能与主蒸汽进汽总内能的比例，提高进入汽轮机蒸汽的可利用率。

解决上述第一个技术问题，本发明所采用的第一个技术方案是： (1+1+1)

一种蒸汽轮机热力系统，包括一级高压缸、一级中压缸和一级第一低压缸，其特征是：主蒸汽直接输入一级高压缸后再输入一级中压缸后经一级水-汽分离器和一级再热器后再输入一级第一低压缸，最后成为乏汽输至凝汽器。

优选地，一级再热器的参数选择最终应使得进入一级第一低压缸的蒸汽总量减少10％-15％。

优选地，所述的主蒸汽压力取亚临界压力(压力20MPa、温度550℃)。

优选地，所述的一级中压缸和一级第一低压缸的湿蒸汽湿度，达到 15％时排出至再热器除湿加热。

解决上述第一个技术问题，本发明还可以采用的第二个技术方案是： (1+1+1+1+1)

在上述基础上，在一级第一低压缸后再增设一级第二低压缸，所述的主蒸汽从一级第一低压缸输出后经二级水-汽分离器和二级再热器再输入一级第二低压缸，最后才成为乏汽输至凝汽器。

优选地，二级再热器的参数选择最终应使得进入一级第二低压缸的蒸汽总量减少10％-15％。

优选地，所述的一级第二低压缸内蒸汽压力减低至6kPa排出至凝汽器。

解决上述第二个技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种提高上述蒸汽轮机热力系统效率的方法，其特征是包括以下步骤：

1)对汽轮机汽缸总量包括一级高压缸、一级中压缸、一级第一低压缸和一级第二低压缸的蒸汽轮机热力系统，在一级中压缸至一级第一低压缸之间以及一级第一低压缸和一级第二低压缸之间都设置再热系统；

对汽轮机汽缸总量包括一级高压缸、一级中压缸和一级第一低压缸的蒸汽轮机热力系统，在一级中压缸至一级第一低压缸之间设置再热系统；

2)提高汽轮机包括一级以及二级再热系统的抽汽流量，减少进入低压缸的蒸汽总量：进入一级第一和一级第二低压缸的蒸汽总量减少 10％-15％；

3)进入汽轮机的主蒸汽不设置再热系统，最终以乏汽型式排放至凝汽器；

4)主蒸汽压力取亚临界压力：压力20MPa、温度550℃；

5)对中压缸、一级第一低压缸和一级第二低压缸，控制蒸汽的湿度不超过15％。

本发明主要从提高蒸汽的热利用率、降低汽轮机排汽热量损失的方面出发，通过对进入汽轮机主蒸汽进行分解除湿、预热的方式，直接降低汽轮机的排汽量，减少汽轮机排汽蒸汽内能的损失，有效提高汽轮机的热利用率。新设计的凝汽式汽轮机热力系统在亚临界参数下可以将其热耗率降低至7256kJ/kWh、汽轮机热效率提高至49％以上，低压缸的排汽质量比例降低至进汽总质量的48.5％，达到常规超超临界汽轮机的能耗水平。

本发明的技术效果体现在：

本发明充分利用进入汽轮机的初始蒸汽总内能，通过分配各压力段蒸汽的焓，将膨胀做功后的蒸汽以多次湿蒸汽状态出现，充分将湿蒸汽中的水分离出，减少最后一级第一低压缸末级排汽量。

该热力系统在高压主蒸汽完全膨胀做功后，利用中压湿蒸汽、低压湿蒸汽温度仍然较高时含有的内能，使湿蒸汽持续进行膨胀做功，充分利用湿蒸汽中含有的内能，逐步增加湿蒸汽的湿度，当湿度接近15％时，湿蒸汽从本级汽缸内排出，进行汽水分离、再热，直至进入最后一级第一低压缸中，其压力降低至接近6kPa时，无法持续做功时，再进入凝汽器，用循环水带走乏汽中的内能。

该热力系统最大限度利用了高压主蒸汽的内能，减少最终乏汽排量和凝结水流量，提高汽轮机整体热力系统的效能。

附图说明

图1为本发明实施例一的整套热力系统图；

图2为本发明实施例二的整套热力系统图。

图中附图标记：1—一级高压缸；2—一级中压缸；3—一级水-汽分离器；4—一级再热器；5—一级第一低压缸；6—二级水-汽分离器； 7—二级再热器；8—一级第二低压缸。

具体实施方式

如图1，本发明的实施例一，(1+1+1)包括一级高压缸1、一级中压缸2和一级第一低压缸5。主蒸汽直接输入一级高压缸1后再输入一级中压缸2后经一级水-汽分离器3和一级再热器4后再输入一级第一低压缸 5，最后成为乏汽输至凝汽器。其中，一级再热器4的参数选择最终应使得进入一级第一低压缸的蒸汽总量减少10％-15％，主蒸汽压力取亚临界压力(压力20MPa、温度550℃)，一级中压缸和一级第一低压缸的湿蒸汽湿度，达到15％时排出至再热器除湿加热。

如图2，本发明的实施例二，(1+1+1+1+1)在实施例一的基础上，在一级第一低压缸后再增设一级第二低压缸8，主蒸汽从一级第一低压缸输出后再经二级水-汽分离器6和二级再热器7才输入一级第二低压缸，最后成为乏汽输至凝汽器。其中，二级再热器7的参数选择最终应使得进入一级第二低压缸的蒸汽总量减少10％-15％。一级第二低压缸8内蒸汽压力减低至6kPa排出至凝汽器。

主蒸汽直接进入一级高压缸1后，经过一级高压缸1做功，产生压力降低后的过热蒸汽，进入一级中压缸2，蒸汽在一级中压缸2中膨胀做功后产生湿度不超过15％的中压湿蒸汽。一级中压湿蒸汽进入一级水-汽分离器3中将其中的水分分离出，分离水分后的低湿度中压湿蒸汽进入一级再热器4中被加热，成为中压过热蒸汽；再热后的中压过热蒸汽进入一级第一低压缸5膨胀做功后成为低压湿蒸汽，低压湿蒸汽进入二级水-汽分离器6中分离其中的水分，分离水分后的低湿度低压湿蒸汽进入二级再热器7中被加热，成为低压过热蒸汽。低压过热蒸汽进入一级第二低压缸8中膨胀做功后以乏汽型式进入凝汽器中冷凝。

提高上述蒸汽轮机热力系统效率的方法则包括以下步骤：

1)将汽轮机汽缸总量分类设计为两种：第一种是1+1+1+1设计，即设计一级高压缸、一级中压缸、一级第一低压缸和一级第二低压缸，并在一级中压缸至一级第一低压缸之间以及一级第一低压缸和一级第二低压缸之间都设置再热系统；

第二种是1+1+1设计，即设计一级高压缸、一级中压缸和一级低压缸；(此时的中压缸排汽为湿蒸汽)并在一级中压缸至一级第一低压缸之间设置再热系统；

2)提高汽轮机再热系统的抽汽流量(包括一级以及二级再热系统)，减少进入低压缸的蒸汽总量；(进入低压缸的蒸汽总量减少10％-15％。参数不同排汽量减少量不同)

3)进入汽轮机的主蒸汽不设置再热系统，利用进入高压缸的主蒸汽膨胀做功后从中压缸、低压缸排出的中压湿蒸汽、低压湿蒸汽再分别经过分离再热器进行分离、再热后，然后进入下一级汽缸膨胀做功后，最终以乏汽型式排放至凝汽器；

4)主蒸汽压力取亚临界压力(压力20MPa、温度550℃)减少给水系统升压需要投入的耗能；

5)中压缸、一级第一低压缸(一级第二低压缸)的排汽为湿蒸汽，湿蒸汽的级效率略低，但能充分利用等同压力状况下的蒸汽内能，提高内能利用率；

6)中压缸、一级第一低压缸(一级第二低压缸)缸内做功蒸汽起始为过热蒸汽，经过多级做功后成为湿度逐渐增加的湿蒸汽，但控制蒸汽的湿度不超过15％，减少对各级汽缸内转子末级叶片的水侵蚀；

7)充分利用中压缸、一级第一低压缸产生的湿蒸汽进行除湿后，减少末级低压缸的排汽量，可以减少排汽缸的布置数量，节约长高叶片的投入。

Claims (8)

1.一种蒸汽轮机热力系统，包括一级高压缸、一级中压缸和一级第一低压缸，其特征是：主蒸汽直接输入一级高压缸后再输入一级中压缸、然后经一级水-汽分离器和一级再热器后再输入一级第一低压缸，最后成为乏汽输至凝汽器。

2.根据权利要求1所述的蒸汽轮机热力系统，其特征是：所述一级再热器的参数选择最终应使得进入一级第一低压缸的蒸汽总量减少10％-15％。

3.根据权利要求1所述的蒸汽轮机热力系统，其特征是：所述主蒸汽压力取亚临界压力：压力20MPa、温度550℃。

4.根据权利要求1所述的蒸汽轮机热力系统，其特征是：所述一级中压缸和一级第一低压缸的湿蒸汽湿度，达到15％时排出至再热器除湿加热。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的蒸汽轮机热力系统，其特征是：在一级第一低压缸后再增设一级第二低压缸，所述的主蒸汽从一级第一低压缸输出后经二级水-汽分离器和二级再热器还输入一级第二低压缸，最后才成为乏汽输至凝汽器。

6.根据权利要求5所述的蒸汽轮机热力系统，其特征是：所述二级再热器的参数选择最终应使得进入一级第二低压缸的蒸汽总量减少10％-15％。

7.根据权利要求6所述的蒸汽轮机热力系统，其特征是：所述一级第二低压缸内蒸汽压力减低至6kPa排出至凝汽器。

8.一种提高如权利要求7所述的蒸汽轮机热力系统效率的方法，其特征是包括以下步骤：

1)对汽轮机汽缸总量包括一级高压缸、一级中压缸、一级第一低压缸和一级第二低压缸的蒸汽轮机热力系统，在一级中压缸至一级第一低压缸之间以及一级第一低压缸和一级第二低压缸之间都设置再热系统；

对汽轮机汽缸总量包括一级高压缸、一级中压缸和一级第一低压缸的蒸汽轮机热力系统，在一级中压缸至一级第一低压缸之间设置再热系统；

2)提高汽轮机包括一级以及二级再热系统的抽汽流量，减少进入低压缸的蒸汽总量：进入一级第一和一级第二低压缸的蒸汽总量减少10％-15％；

3)进入汽轮机的主蒸汽不设置再热系统，最终以乏汽型式排放至凝汽器；

4)主蒸汽压力取亚临界压力：压力20MPa、温度550℃；

5)对中压缸、一级第一低压缸和一级第二低压缸，控制蒸汽的湿度不超过15％。

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