CN111828115A - 基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统 - Google Patents

Abstract

基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统，属于热电联产与集中供热技术领域。热电联产系统设置高、低压切缸用引射解耦装置，其中外置式高压切缸引射器的高压驱动蒸汽进口与新蒸汽管相连，低压进口与高压缸排汽冷再管相连，中压排汽口与锅炉再热器进口相连，热再管设置抽汽口；内置式低压群喷引射管束设置于低压缸与凝汽器之间的乏汽连通管内，其高压驱动蒸汽进口与热再抽汽口或中排汽口相通，低压进口开口于乏汽连通管内，中压排汽设置在凝汽器的乏汽进口前区域，凝汽器的冷却水进、出口分别与热网回水进、出水管相通并实现热网回水加热。本发明可实现汽轮机近全负荷供热及发电调节能力、消除冷端损失、提高火电运行灵活性。

Description

基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统

技术领域

本发明涉及基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统，属于热电联产和余热回收供热技术领域。

背景技术

传统的火电厂热电联产系统因存在热电耦合的固有特性，通常采用以热定电或以电定热的运行方式，鉴于目前电力供应大大高于电力需求，而供热需求、特别是北方地区集中供暖需求和工业园区工业供汽需求在较长时期内一直在显著增长，因此国家能源局等出台了多项政策措施以促进火力发电的热电解耦、深度调峰、灵活性改造。热电解耦的主要任务和实质是：在满足供热需求大幅增长的前提下，大幅降低发电负荷率。

现有的热电解耦方案及其主要问题汇总如下：储热方案、电锅炉方案，占地及投资规模很大，无法全面深度解耦；低压缸零出力改造，包括光轴方案，和直接调小或关闭低压缸进汽量、另引少量冷却汽对末级和排汽口进行冷却的方案，对增加供热量影响不大；高、低旁联合配汽方案，问题在于低发电负荷率时因汽机进汽量大幅减少而导致再热器进汽压力大幅降低，从而体积流量大幅增大、使得再热器通流能力及换热量大幅降低，再热器烟温难以有效降低、导致再热器及其后的受热面超温、损毁；汽缸打孔抽汽、低真空循环水供暖等都无法有效降低发电负荷率；直接由主蒸汽打孔抽汽、或高压缸排汽出口的再热器冷段管道（冷再）打孔抽汽、或再热器出口的热段（热再）打孔抽汽，虽可大幅度降低发电负荷率，但抽汽量较大时必然存在再热器过热、汽轮机轴向推力超限等一系列安全性问题。

采用引射式蒸汽压力匹配技术、引射式热泵乏汽余热回收技术，将可实现完备的热电解耦方案，其中包括：基于轴向推力平衡及再热平衡的引射配汽热电解耦方式（申请号2019110733266）、基于完全热电解耦的引射式热泵乏汽回收供热方式及系统（申请号2019110728319、一种基于多级引射式配汽及热泵乏汽回收的热电解耦系统（专利号2019219003781）、一种基于轴向推力平衡的引射配汽深度热电解耦系统（专利号2019219003796）等，可实现大幅度乃至近全负荷的热电解耦，但在低压缸的热电解耦环节，既要保证低压缸最低冷却条件，也要实现回收低压缸乏汽的余热回收、消除冷端损失，采用了引射式热泵技术，但鉴于低压缸排汽量往往较大、而其比容和体积流量很大，对于湿冷机组，需要采用大口径管道将乏汽引出到设置低压引射器及供暖加热器的场所，则因汽轮机房的安装及维修空间通常紧凑，难有管道设置空间，因此更适合空冷机组而非湿冷机组，且包括引射器和供暖换热器在内的整套引射式热泵系统的占地及投资相对较大。

发明内容

本发明的目的和任务是，针对上述深度热电解耦中存在的固有问题，采用外置式高压切缸引射器和内置式低压群喷引射管束，其中低压群喷引射管束与乏汽连通管、凝汽器构成一套一体化引射式热泵供暖装置，并按比例无级调节引射器的高压蒸汽和低压蒸汽流量，完全回收汽轮机低压缸乏汽余热用于供暖，最大幅度地实现热电解耦、余热供热。

本发明的具体描述是：基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统，其系统包括锅炉过热器、再热器、汽轮机高压缸、中压缸、低压缸、发电机、凝汽器、热网加热器、解耦引射装置、连接管路，其特征在于：解耦引射装置包括外置式高压切缸引射器20和内置式低压群喷引射管束51，其中所述的高压切缸引射器20的高压驱动蒸汽进口21与锅炉1的过热器3的出口和高压缸4的进口之间的主蒸汽管9相连，高压切缸引射器20的低压蒸汽进口22通过冷再管12与高压缸4的排汽口相连，高压切缸引射器20的中压排汽出口23经配汽减温器24和配汽止回阀25与锅炉1的再热器2的进口相连，再热器2的蒸汽出口通过热再管13除与中压缸5的蒸汽进口相连外，还通过高压减温减压器27与高压蒸汽用户Y1相通，所述的低压群喷引射管束51设置于低压缸6与凝汽器19之间的乏汽连通管50的腔体内部，低压群喷引射管束51由一组单元引射器55组成，每一个单元引射器55的单元高压驱动蒸汽进口53与高压减温减压器27的排汽口、中压缸5的排汽口和热网加热器57的进汽口相连，单元引射器55的单元低压蒸汽进口54与乏汽连通管50的上部低压区相通，单元引射器55的单元中压排汽出口56经乏汽连通管50的下部射流升压区与凝汽器19的进汽口相连。

低压群喷引射管束51与乏汽连通管50、凝汽器19构成一套一体化引射式热泵供暖装置，其中凝汽器19的冷却循环水进口与一次网回水H的进水管相连，凝汽器19的冷却循环水出口与热网加热器57的热网水进口相连，热网加热器57的热网水出口与供暖热用户Y3相通。

乏汽连通管50的腔体内部设置有逆止变压面52，逆止变压面52的上部空间为与低压缸6的排汽口相通的乏汽低压区，逆止变压面52的下部空间为与凝汽器19的进汽口相通的乏汽射流升压区。

冷再管12设置有冷再止回阀26，其进、出口分别与高压切缸引射器20的低压蒸汽进口22和中压排汽出口23相连。

基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统，其工作控制方法如下：

i.由高压切缸引射器20调节热再管13的外供蒸汽量和高压缸4的进汽量及高压缸4、中压缸5的发电负荷率，当高压缸4的进汽量及高压缸4、中压缸5的发电负荷率减少时，高压驱动蒸汽进口21的执行机构增大开度，冷再管12的蒸汽进入低压蒸汽进口22，此时冷再止回阀26的蒸汽流量为零，当高压缸4、中压缸5的发电负荷需求降低到低限时由高压切缸引射器20的执行机构控制低压蒸汽进口22的压力以将高压缸4的排汽全部引射吸收并实现高、中压缸的无级切缸，当高压缸4、中压缸5的发电负荷需求提高时由高压切缸引射器20的执行机构增大高压进汽量并提高引射比以满足高压缸4的排汽口压力平衡，当热再管13的外供蒸汽需求量变化时，由高压驱动蒸汽进口21的执行机构调节开度以控制高压驱动蒸汽进口21的进汽量，其数量按如下关系确定：热再管13的外供蒸汽需求量=制高压驱动蒸汽进口21的进汽量+配汽减温器24及高压减温减压器27的减温水量；

ii.由低压群喷引射管束51调节凝汽器19的热网回水加热量和低压缸6的进汽量及发电负荷率，当低压缸6的进汽量及发电负荷率减少时，单元高压驱动蒸汽进口53的执行机构调整开度以保持低压缸6的排汽口压力维持在正常范围内，当低压缸6的发电负荷需求降低到维持末级叶片冷却条件的低限时实现低压缸的无级切缸，当低压缸6的发电负荷需求提高时其进汽量增加，由单元高压驱动蒸汽进口53的执行机构增大高压进汽量并提高引射比以满足低压缸6的排汽口压力平衡及调节凝汽器19的蒸汽压力及相变温度。

高压切缸引射器20采用无级调节联调型结构。

低压群喷引射管束51采用一组并联的单元引射器55组成的群喷管束式结构，每个单元引射器55采用无级调节联调型结构。

本发明的技术效果和优势是：采用引射式技术原理，利用外置式高压切缸引射器实现高压切缸，可按比例调节高压缸和中压缸的进汽量以保证汽轮机轴向推力平衡，提高再热器通流能力及其冷却换热量以保证换热平衡，从而高效稳定地实现机炉的安全运行；利用内置式低压群喷引射管束，并与低压缸乏汽连通管、凝汽器构成一体化的引射式热泵装置，实现乏汽余热完全用于供暖，消除汽轮机的冷端损失，系统热效率可达到与锅炉热效率相同；实现大幅度调节热电比，从根本上实现了热电解耦；实现灵活的内置式低压缸切缸，即可在大负荷供热的情况下最大幅度地降低发电负荷，也可消除冷端损失、并同时提高发电量和供热量，实现高度的火电灵活性运行及提高系统运行的能源综合利用效率与经济性；无需自主蒸汽管道、冷再、热再直接打孔抽汽，避免了其必然存在的严重安全性问题；系统简单可靠，占用空间小，特别是低压缸切缸所采用的内置式低压群喷引射管束等所组成的一体化引射式热泵装置，几乎不增加任何占地空间；改造工作量小；系统造价比常规解耦方式降低40%～70%；无额外能耗及原材料耗费，运行维护需求小，运行成本低。

附图说明

图1是本发明的系统示意图。

图1中各部件编号与名称如下。

锅炉1、再热器2、过热器3、高压缸4、中压缸5、低压缸6、发电机7、进口蝶阀8、主蒸汽管9、高旁管10、高旁调节阀11、冷再管12、热再管13、中压缸进口阀14、高压缸进口阀15、凝汽器19、高压切缸引射器20、高压驱动蒸汽进口21、低压蒸汽进口22、中压排汽出口23、配汽减温器24、配汽止回阀25、冷再止回阀26、高压减温减压器27、乏汽连通管50、低压群喷引射管束51、逆止变压面52、单元高压驱动蒸汽进口53、单元低压蒸汽进口54、单元引射器55、单元中压排汽出口56、热网加热器57、引射排汽射流界面58、冷却水进水C1、冷却水出水C2、锅炉给水G、一次网回水H、高压蒸汽用户Y1、低压蒸汽用户Y2、供暖热用户Y3。

具体实施方式

图1是本发明的系统示意图和实施例。

本发明的具体实施例如下。

基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统，其系统包括锅炉过热器、再热器、汽轮机高压缸、中压缸、低压缸、发电机、凝汽器、热网加热器、解耦引射装置、连接管路，其特征在于：解耦引射装置包括外置式高压切缸引射器20和内置式低压群喷引射管束51，其中所述的高压切缸引射器20的高压驱动蒸汽进口21与锅炉1的过热器3的出口和高压缸4的进口之间的主蒸汽管9相连，高压切缸引射器20的低压蒸汽进口22通过冷再管12与高压缸4的排汽口相连，高压切缸引射器20的中压排汽出口23经配汽减温器24和配汽止回阀25与锅炉1的再热器2的进口相连，再热器2的蒸汽出口通过热再管13除与中压缸5的蒸汽进口相连外，还通过高压减温减压器27与高压蒸汽用户Y1相通，所述的低压群喷引射管束51设置于低压缸6与凝汽器19之间的乏汽连通管50的腔体内部，低压群喷引射管束51由一组单元引射器55组成，每一个单元引射器55的单元高压驱动蒸汽进口53与高压减温减压器27的排汽口、中压缸5的排汽口和热网加热器57的进汽口相连，单元引射器55的单元低压蒸汽进口54与乏汽连通管50的上部低压区相通，单元引射器55的单元中压排汽出口56经乏汽连通管50的下部射流升压区与凝汽器19的进汽口相连。

低压群喷引射管束51与乏汽连通管50、凝汽器19构成一套一体化引射式热泵供暖装置，其中凝汽器19的冷却循环水进口与一次网回水H的进水管相连，凝汽器19的冷却循环水出口与热网加热器57的热网水进口相连，热网加热器57的热网水出口与供暖热用户Y3相通。

乏汽连通管50的腔体内部设置有逆止变压面52，逆止变压面52的上部空间为与低压缸6的排汽口相通的乏汽低压区，逆止变压面52的下部空间为与凝汽器19的进汽口相通的乏汽射流升压区。

冷再管12设置有冷再止回阀26，其进、出口分别与高压切缸引射器20的低压蒸汽进口22和中压排汽出口23相连。

基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统，其工作控制方法如下：

i.由高压切缸引射器20调节热再管13的外供蒸汽量和高压缸4的进汽量及高压缸4、中压缸5的发电负荷率，当高压缸4的进汽量及高压缸4、中压缸5的发电负荷率减少时，高压驱动蒸汽进口21的执行机构增大开度，冷再管12的蒸汽进入低压蒸汽进口22，此时冷再止回阀26的蒸汽流量为零，当高压缸4、中压缸5的发电负荷需求降低到低限时由高压切缸引射器20的执行机构控制低压蒸汽进口22的压力以将高压缸4的排汽全部引射吸收并实现高、中压缸的无级切缸，当高压缸4、中压缸5的发电负荷需求提高时由高压切缸引射器20的执行机构增大高压进汽量并提高引射比以满足高压缸4的排汽口压力平衡，当热再管13的外供蒸汽需求量变化时，由高压驱动蒸汽进口21的执行机构调节开度以控制高压驱动蒸汽进口21的进汽量，其数量按如下关系确定：热再管13的外供蒸汽需求量=制高压驱动蒸汽进口21的进汽量+配汽减温器24及高压减温减压器27的减温水量；

ii.由低压群喷引射管束51调节凝汽器19的热网回水加热量和低压缸6的进汽量及发电负荷率，当低压缸6的进汽量及发电负荷率减少时，单元高压驱动蒸汽进口53的执行机构调整开度以保持低压缸6的排汽口压力维持在正常范围内，当低压缸6的发电负荷需求降低到维持末级叶片冷却条件的低限时实现低压缸的无级切缸，当低压缸6的发电负荷需求提高时其进汽量增加，由单元高压驱动蒸汽进口53的执行机构增大高压进汽量并提高引射比以满足低压缸6的排汽口压力平衡及调节凝汽器19的蒸汽压力及相变温度。

高压切缸引射器20采用无级调节联调型结构。

低压群喷引射管束51采用一组并联的单元引射器55组成的群喷管束式结构，每个单元引射器55采用无级调节联调型结构。

需要说明的是，本发明基于将低压缸乏汽实现全面回收，提出了具有创新性的内置式引射结构及一体化引射式热泵装置，给出了热电深度解耦及灵活性改造的技术原理、技术方法与系统构成，并给出了精确调节的理论依据、和如何实现上述目的的具体实施方法，而按照此一总体解决方案可有不同的具体实施措施和不同结构的具体实施装置，上述具体实施方式仅仅是其中的一种或数种而已，任何其它类似的简单变形的实施方式，例如采用不同的引射器结构；把低压引射器外置并仍将排汽返回到凝汽器加热；增加或减少若干管路连接方案；或进行普通专业人士均可想到的变形方式等等，均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统，其系统包括锅炉过热器、再热器、汽轮机高压缸、中压缸、低压缸、发电机、凝汽器、热网加热器、解耦引射装置、连接管路，其特征在于：解耦引射装置包括外置式高压切缸引射器（20）和内置式低压群喷引射管束（51），其中所述的高压切缸引射器（20）的高压驱动蒸汽进口（21）与锅炉（1）的过热器（3）的出口和高压缸（4）的进口之间的主蒸汽管（9）相连，高压切缸引射器（20）的低压蒸汽进口（22）通过冷再管（12）与高压缸（4）的排汽口相连，高压切缸引射器（20）的中压排汽出口（23）经配汽减温器（24）和配汽止回阀（25）与锅炉（1）的再热器（2）的进口相连，再热器（2）的蒸汽出口通过热再管（13）除与中压缸（5）的蒸汽进口相连外，还通过高压减温减压器（27）与高压蒸汽用户（Y1）相通，所述的低压群喷引射管束（51）设置于低压缸（6）与凝汽器（19）之间的乏汽连通管（50）的腔体内部，低压群喷引射管束（51）由一组单元引射器（55）组成，每一个单元引射器（55）的单元高压驱动蒸汽进口（53）与高压减温减压器（27）的排汽口、中压缸（5）的排汽口和热网加热器（57）的进汽口相连，单元引射器（55）的单元低压蒸汽进口（54）与乏汽连通管（50）的上部低压区相通，单元引射器（55）的单元中压排汽出口（56）经乏汽连通管（50）的下部射流升压区与凝汽器（19）的进汽口相连。

2.如权利要求1所述的基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统，其特征在于所述的低压群喷引射管束（51）与乏汽连通管（50）、凝汽器（19）构成一套一体化引射式热泵供暖装置，其中凝汽器（19）的冷却循环水进口与一次网回水（H）的进水管相连，凝汽器（19）的冷却循环水出口与热网加热器（57）的热网水进口相连，热网加热器（57）的热网水出口与供暖热用户（Y3）相通。

3.如权利要求1所述的基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统，其特征在于所述的乏汽连通管（50）的腔体内部设置有逆止变压面（52），逆止变压面（52）的上部空间为与低压缸（6）的排汽口相通的乏汽低压区，逆止变压面（52）的下部空间为与凝汽器（19）的进汽口相通的乏汽射流升压区。

4.如权利要求1所述的基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统，其特征在于所述的冷再管（12）设置有冷再止回阀（26），其进、出口分别与高压切缸引射器（20）的低压蒸汽进口（22）和中压排汽出口（23）相连。

5.如权利要求2、3、4所述的基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统，其工作控制方法如下：

i.由高压切缸引射器（20）调节热再管（13）的外供蒸汽量和高压缸（4）的进汽量及高压缸（4）、中压缸（5）的发电负荷率，当高压缸（4）的进汽量及高压缸（4）、中压缸（5）的发电负荷率减少时，高压驱动蒸汽进口（21）的执行机构增大开度，冷再管（12）的蒸汽进入低压蒸汽进口（22），此时冷再止回阀（26）的蒸汽流量为零，当高压缸（4）、中压缸（5）的发电负荷需求降低到低限时由高压切缸引射器（20）的执行机构控制低压蒸汽进口（22）的压力以将高压缸（4）的排汽全部引射吸收并实现高、中压缸的无级切缸，当高压缸（4）、中压缸（5）的发电负荷需求提高时由高压切缸引射器（20）的执行机构增大高压进汽量并提高引射比以满足高压缸（4）的排汽口压力平衡，当热再管（13）的外供蒸汽需求量变化时，由高压驱动蒸汽进口（21）的执行机构调节开度以控制高压驱动蒸汽进口（21）的进汽量，其数量按如下关系确定：热再管（13）的外供蒸汽需求量=制高压驱动蒸汽进口（21）的进汽量+配汽减温器（24）及高压减温减压器（27）的减温水量；

ii.由低压群喷引射管束（51）调节凝汽器（19）的热网回水加热量和低压缸（6）的进汽量及发电负荷率，当低压缸（6）的进汽量及发电负荷率减少时，单元高压驱动蒸汽进口（53）的执行机构调整开度以保持低压缸（6）的排汽口压力维持在正常范围内，当低压缸（6）的发电负荷需求降低到维持末级叶片冷却条件的低限时实现低压缸的无级切缸，当低压缸（6）的发电负荷需求提高时其进汽量增加，由单元高压驱动蒸汽进口（53）的执行机构增大高压进汽量并提高引射比以满足低压缸（6）的排汽口压力平衡及调节凝汽器（19）的蒸汽压力及相变温度。

6.如权利要求1所述的基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统，其特征在于所述的高压切缸引射器（20）采用无级调节联调型结构。

7.如权利要求1所述的基于乏汽内置群喷引射的高低压切缸热电解耦方式及系统，其特征在于所述的低压群喷引射管束（51）采用一组并联的单元引射器（55）组成的群喷管束式结构，每个单元引射器（55）采用无级调节联调型结构。

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