CN112228173A - 一种低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种低背压切缸与高背压供热结合的热电解耦系统及方法，并行连接于所述汽轮机调端低压缸出汽端的蒸汽冷却装置和高背压热网加热器，所述蒸汽冷却装置包括具有冷却能力可调节的第一空冷岛，所述第一空冷岛通过第一管路连接于所述汽轮机调端低压缸的出汽端；所述高背压热网加热器具有进汽口；所述高背压热网加热器的进汽口通过所述第二管路连接于所述第一管路；所述高背压热网加热器设于热网回水的加热路径上；在供暖需求期，实现增大供热能力的同时降低机组的部分发电负荷，且实现一定的热电解耦。

Description

一种低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统及方法

技术领域

本发明涉及蒸汽供暖发电领域，具体涉及一种低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统及方法。

背景技术

近年来，由于采暖季节电网调峰与供热、风电消纳之间的矛盾日益突出，采暖季节电网调峰形势严峻，京津唐地区冬季对供热机组也提出了调峰要求，传统的“以热定电”模式在供热机组上无以为继，为适应电网调峰这一要求，各供热机组均需要通过技术改造使供热机组既能够满足供热的需求，又具备一定的调峰能力。

在实现本发明过程中，申请人发现现有技术中至少存在如下问题：

常规热电联产供热机组在冬季进行供热的时候，其可调度的有功电负荷区间势必受到供热因素的影响。以往为保证机组供热，供热机组通常都在额定出力70％以上的区间运行。在电网峰谷差日益加大、供热装机容量所占比重日益提高的情况下，整个电网的调峰能力受到越来越大的制约。通常所用的以热定电，降低了机组负荷调节灵活性，不能适应较低电负荷运行，无法实现深度热电解耦。

发明内容

本发明实施例提供一种低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统及方法，在供暖需求期，实现增大供热能力的同时降低机组的部分发电负荷，且实现一定的热电解耦。

为达上述目的，本发明实施例提供一种低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统，包括：

汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机调端低压缸和汽轮机电端低压缸，所述汽轮机调端低压缸和所述汽轮机电端低压缸分别管路连接于汽轮机中压缸；所述汽轮机高压缸具有出汽端，所述汽轮机中压缸具有进汽端和出汽端，所述汽轮机调端低压缸具有进汽端和出汽端；所述汽轮机电端低压缸具有进汽端；

所述汽轮机中压缸的进汽端管路连接于所述汽轮机高压缸的出汽端；所述汽轮机中压缸的出汽端分别管路连接于所述汽轮机调端低压缸的进汽端和所述汽轮机电端低压缸的进汽端；

所述低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统还包括：管路连接于所述汽轮机调端低压缸出汽端的蒸汽冷却装置；所述蒸汽冷却装置包括具有冷却能力可调节的第一空冷岛，所述第一空冷岛通过第一管路连接于所述汽轮机调端低压缸的出汽端；

所述低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统还包括：高背压热网加热器，所述高背压热网加热器具有进汽口；所述高背压热网加热器的进汽口通过第二管路连接在所述第一管路上；所述高背压热网加热器设于热网回水的加热路径上；

所述低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统还包括：设于第二管路上的大口径真空隔离阀，所述大口径真空隔离阀用于调节自所述汽轮机调端低压缸排出的蒸汽是否进入所述高背压热网加热器；

当非供暖期时，通过所述大口径真空隔离阀处于关闭状态，自所述汽轮机调端低压缸的出汽端排出的蒸汽进入到所述第一空冷岛，所述汽轮机调端低压缸内的蒸汽背压以非供暖期第一运行背压运行；当供暖期时，调节所述大口径真空隔离阀连通所述汽轮机调端低压缸的出汽端与所述高背压热网加热器，同时相对非供暖期降低所述第一空冷岛的冷却能力，使得所述汽轮机调端低压缸内的蒸汽运行背压高于非供暖期第一运行背压。

优选地，还包括连接于所述汽轮机中压缸的热网加热器，所述热网加热器设于热网回水的加热路径上，且处于所述高背压热网加热器之后；

所述汽轮机中压缸具有出汽口，所述热网加热器连接于所述汽轮机中压缸的出汽口。

优选地，还包括调端低压缸排汽装置，所述调端低压缸排汽装置设于所述汽轮机调端低压缸之后、所述第一空冷岛与所述高背压热网加热器之前的蒸汽流通通路上；

所述调端低压缸排汽装置具有进汽端和出汽端；所述调端低压缸排汽装置的进汽端管路连接于所述汽轮机调端低压缸的出汽端，所述第一空冷岛通过第一管路连接于所述调端低压缸排汽装置的出汽端。

优选地，所述蒸汽冷却装置还包括抽真空设备，所述抽真空设备管路连接于所述第一空冷岛；

所述抽真空设备包括空冷主路、空冷旁路、水环真空泵和真空排汽装置；所述空冷主路和所述空冷旁路并联设置，且所述空冷主路和所述空冷旁路并联设于所述第一空冷岛和所述水环真空泵之间，所述真空排汽装置连接于所述水环真空泵；

所述空冷主路包括：罗茨真空泵和连接于所述罗茨真空泵的泵后冷却器；所述泵后冷却器连接于所述水环真空泵，所述罗茨真空泵连接于第一空冷岛的出汽端；

所述空冷旁路为管路，所述管路设的两端分别连接所述第一空冷岛和所述水环真空泵，在所述空冷旁路上设有罗茨真空泵旁路阀。

优选地，还包括电端低压缸排汽装置和第二空冷岛，所述电端低压缸排汽装置管路连接于所述汽轮机电端低压缸，所述第二空冷岛的一端管路连接于所述电端低压缸排汽装置，所述第二空冷岛的另一端管路连接于所述抽真空设备，且所述空冷主路和所述空冷旁路并联设于所述第二空冷岛和所述水环真空泵之间；第二空冷岛具有出汽端，所述第二空冷岛的出汽端连接于所述罗茨真空泵。

优选地，还包括控制汽轮机电端低压缸进汽量的第二全密封液动蝶阀，所述第二全密封液动蝶阀设于所述汽轮机电端低压缸和所述汽轮机中压缸之间的管路上；

所述低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统还包括：电端低压缸旁路蒸汽管道，所述电端低压缸旁路蒸汽管路的两端分别连接于所述汽轮机中压缸和所述汽轮机电端低压缸；

所述电端低压缸旁路管道上设有电端低压缸蒸汽旁路调节蝶阀，且所述电端低压缸蒸汽旁路调节蝶阀与所述第二全密封液动蝶阀并行设置。

优选地，还包括：

所述汽轮机电端低压缸的进汽端设有检测蒸汽压力的压力检测装置Ⅱ和检测蒸汽温度的温度检测装置Ⅱ；

所述汽轮机电端低压缸具有末级叶片和次末级叶片，在末级叶片处设有检测排汽温度的第一热电阻，在次末级叶处设有检测排汽温度的第二热电阻；

在所述汽轮机调端低压缸的进汽端设有检测蒸汽压力的压力检测装置Ⅰ和检测蒸汽温度的温度检测装置Ⅰ。

为达上述目的，本发明实施例还提供一种低背压切缸与高背压结合的热电解耦方法，包括：

蒸汽依次流经通过管路连接的汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机调端低压缸和汽轮机电端低压缸，且蒸汽分别在汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机调端低压缸和汽轮机电端低压缸内做功发电；

以及，将蒸汽冷却装置通过管路连接于汽轮机调端低压缸出汽端；所述蒸汽冷却装置包括具有冷却能力可调节的第一空冷岛，将所述第一空冷岛通过第一管路连接于所述汽轮机调端低压缸的出汽端；

将高背压热网加热器通过第二管路连接于第一管路上，所述高背压热网加热器具有进汽口；将所述高背压热网加热器的进汽口通过第二管路连接于第一管路，第二管路，并在第二管路上设置大口径真空隔离阀；且将所述高背压热网加热器设于热网回水的加热路径上；

处于非供暖期时，使设于第二管路上的大口径真空隔离阀处于关闭状态，所述汽轮机调端低压缸内的蒸汽背压以非供暖期第一运行背压运行，使得自所述汽轮机调端低压缸的出汽端排出的蒸汽全部进入到所述第一空冷岛，所述第一空冷岛对蒸汽冷凝并将冷却后残留的气体排出到大气内；

处于供暖期时，调节大口径真空隔离阀连通所述汽轮机调端低压缸的出汽端与所述高背压热网加热器，并相对非供暖期降低所述第一空冷岛的冷却能力，使得汽轮机调端低压缸内的蒸汽运行背压高于非供暖期第一运行背压；自汽轮机调端低压缸的出汽端排出的高背压蒸汽经第一管路、大口径真空隔离阀、第二管路自所述高背压热网加热器的进汽端进入到所述高背压热网加热器，通过高背压热网加热器加热自所述汽轮机调端低压缸进入的蒸汽；热网回水流经所述高背压热网加热器、与所述高背压热网加热器内的蒸汽进行热交换升温。

优选地，还包括：

处于非供暖期，所述汽轮机电端低压缸以非供暖期第二运行背压运行做功用于发电；并将在所述汽轮机电端低压缸内做功之后的蒸汽自其出汽端排出；

处于供暖期时，保持所述汽轮机电端低压缸最小通流容积流量不变，且运行背压低于非供暖期第二运行背压，降低进入所述汽轮机电端低压缸的蒸汽量，以提高自所述汽轮机中压缸进入到所述汽轮机调端低压缸内的蒸汽量；并将在所述汽轮机电端低压缸内做功之后的蒸汽自出汽端排出。

优选地，还包括：

设置热网加热器管路连接于所述汽轮机中压缸，将所述热网加热器的进汽端管路连接于所述汽轮机中压缸的出汽端；将所述热网加热器设于热网回水的加热路径上，且将所述热网加热器设于所述高背压热网加热器之后的对热网回水进行加热路径上；

处于非供暖期时，将所述汽轮机中压缸与所述热网加热器之间的管路设于非连通状态；

处于供暖期时，通过所述汽轮机中压缸的出汽端按设定流量排出蒸汽，将自汽轮机中压缸排出的蒸汽通过管路排入到所述热网加热器；经所述高背压热网加热器内的蒸汽进行热交换升温的热网回水被所述热网加热器内的蒸汽再次进行热交换升温。

上述技术方案具有如下有益效果：在不对汽轮机本体进行任何改造的情况下，机组运行中一台低压缸降低汽轮机凝汽器运行背压，以降低低压缸最小通流量，从而增加中排抽汽量增加机组供热能力；另一台低压缸提高汽轮机凝汽器背压运行，利用低压缸排汽加热热网循环水，降低供热能耗。同时整个系统相对投资少，寿命长，维护工作量小；与原系统之间运行切换灵活，可增大机组的深度调峰能力和供热能力，大幅度增加机组供热灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种低背压切缸与高背压供热结合的热电解耦系统的结构图；

图2是某电厂采用本发明改造前后机组热力特性图。

附图标记表示为：

101、汽轮机高压缸；102、汽轮机中压缸；103、汽轮机调端低压缸；104、汽轮机电端低压缸；105、调端低压缸排汽装置；106、电端低压缸排汽装置；107、第一空冷岛；108、第二空冷岛；109、热网加热器；110、高背压热网加热器；111、罗茨真空泵；112、泵后冷却器；113、水环真空泵；114、真空排汽装置；202、第二全密封液动蝶阀；203、电端低压缸蒸汽旁路调节蝶阀；204、大口径真空隔离阀；208、罗茨真空泵旁路阀；304、热网回水；401、压力检测装置Ⅰ；402、温度检测装置Ⅰ；403、压力检测装置Ⅱ；404、温度检测装置Ⅱ；405、第一热电阻；406、第二热电阻；

201、第一全密封液动蝶阀；205、中排抽汽快关阀；206、中排抽汽逆止阀；207、中排抽汽截止阀；209、罗茨真空泵前截止阀；210、罗茨真空泵后截止阀；301、中低压连通管；302、电端低压缸旁路蒸汽管道；303、热网供水。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统，适用于三缸四排汽机组，所述配套供热装置包括：热网循环水系统，按照循环水流向，分别经过高背压热网加热器、热网加热器后至供水；高背压系统，汽轮机调端低压缸排汽按照高背压方式运行，乏汽通过调端低压缸排汽装置分别进入调端低压缸空冷岛和高背压热网加热器；低背压切缸系统，汽轮机中压缸排汽至电端低压缸进汽口设置低压缸蒸汽旁路管路，汽轮机电端低压缸采用低背压运行，通过电端低压缸空冷岛、罗茨真空泵、泵后冷却器、水环真空泵、真空排气装置的共同运行实现低背压，同时通过调整低压缸蒸汽旁路调节蝶阀和关闭中排至电端低压缸供热蝶阀调整进入汽轮机电端低压缸的蒸汽量。

在不对汽轮机本体进行任何改造的情况下，机组运行中一台低压缸降低汽轮机凝汽器运行背压，以降低低压缸最小通流量，从而增加中排抽汽量增加机组供热能力；另一台低压缸提高汽轮机凝汽器背压运行，利用低压缸排汽加热热网循环水，降低供热能耗。同时整个系统相对投资少，寿命长，维护工作量小；与原系统之间运行切换灵活，可增大机组的深度调峰能力和供热能力，大幅度增加机组供热灵活性。

一种低背压切缸与高背压供热结合的热电解耦系统系统包括：汽轮机高压缸101、汽轮机中压缸102、汽轮机调端低压缸103和汽轮机电端低压缸104，所述汽轮机调端低压缸103管路连接于汽轮机中压缸102，和所述汽轮机电端低压缸104通过中低压连通管301管路连接于汽轮机中压缸102。所述汽轮机高压缸101具有出汽端，所述汽轮机中压缸102具有进汽端和出汽端，所述汽轮机调端低压缸103具有进汽端和出汽端；所述汽轮机电端低压缸104具有进汽端；所述汽轮机中压缸102的进汽端管路连接于所述汽轮机高压缸101的出汽端；所述汽轮机中压缸102的出汽端分别管路连接于所述汽轮机调端低压缸103的进汽端和所述汽轮机电端低压缸104的进汽端。

所述一种低背压切缸与高背压供热结合的热电解耦系统所述低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统还包括：管路连接于所述汽轮机调端低压缸103出汽端的蒸汽冷却装置；所述蒸汽冷却装置包括具有冷却能力可调节的第一空冷岛107，所述第一空冷岛107通过第一管路连接于所述汽轮机调端低压缸103的出汽端；

所述一种低背压切缸与高背压供热结合的热电解耦系统所述低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统还包括：高背压热网加热器110，所述高背压热网加热器110具有进汽口；所述高背压热网加热器110的进汽口通过第二管路连接在所述第一管路上；即：设有旁路到高背压热网加热器110，以便供热期通过旁路上的大口径真空隔离阀204对进入高背压热网加热器110的乏汽量进行控制；所述高背压热网加热器110设于热网回水304的加热路径上；

所述一种低背压切缸与高背压供热结合的热电解耦系统所述低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统还包括：设于第二管路上的大口径真空隔离阀204，所述大口径真空隔离阀204用于调节自所述汽轮机调端低压缸103排出的蒸汽是否进入所述高背压热网加热器110；其主要作用为供热季调整进入高背压热网加热器进汽量和非供热季隔离的作用。

当非供暖期时，所述大口径真空隔离阀204处于关闭状态，自所述汽轮机调端低压缸103的出汽端排出的蒸汽进入到所述第一空冷岛107，所述汽轮机调端低压缸103内的蒸汽背压以非供暖期第一运行背压运行；当供暖期时，调节所述大口径真空隔离阀204连通所述汽轮机调端低压缸103的出汽端与所述高背压热网加热器110，同时相对非供暖期降低所述第一空冷岛107的冷却能力(通过调整风扇频率，和/或，投入风扇数量，和/或，空冷岛换热管束的投入数量)，使得所述汽轮机调端低压缸103内的蒸汽运行背压高于非供暖期第一运行背压。

取暖期时，在机组供热状态下，汽轮机调端低压缸103位置高背压状态运行，排汽一部分通过高背压热网加热器110冷却，一部分通过第一空冷岛107冷却；高背压热网加热器110中蒸汽冷却的热量对热网回水304加热，作为第一级加热。

优选地，还包括连接于所述汽轮机中压缸102的热网加热器109，所述热网加热器109设于热网回水304的加热路径上，且处于所述高背压热网加热器110之后；通向热网加热器109的蒸汽通过中排抽汽快关阀205、中排抽汽逆止阀206、中排抽汽截止阀207来控制。所述汽轮机中压缸102具有出汽口，所述热网加热器109连接于所述汽轮机中压缸102的出汽口。

供热期利用汽轮机调端低压缸103高背压排汽通过高背压热网加热器110对热网回水304进行一级加热，利用直接自汽轮机中压缸102的排汽在热网加热器109内对热网回水304二级加热，最终形成热网供水303。

优选地，还包括调端低压缸排汽装置105，所述调端低压缸排汽装置105设于所述汽轮机调端低压缸103之后、所述第一空冷岛107与所述高背压热网加热器110之前的蒸汽流通通路上；

所述调端低压缸排汽装置105具有进汽端和出汽端；所述调端低压缸排汽装置105的进汽端管路连接于所述汽轮机调端低压缸103的出汽端，所述第一空冷岛107通过第二管路连接于所述调端低压缸排汽装置105的出汽端。

优选地，所述蒸汽冷却装置还包括抽真空设备，所述抽真空设备管路连接于所述第一空冷岛107；

所述抽真空设备包括空冷主路、空冷旁路、水环真空泵113和真空排汽装置114；所述空冷主路和所述空冷旁路并联设置，且所述空冷主路和所述空冷旁路并联设于所述第一空冷岛107和所述水环真空泵113之间，所述真空排汽装置114连接于所述水环真空泵113；

所述空冷主路包括：罗茨真空泵111和连接于所述罗茨真空泵111的泵后冷却器112；所述泵后冷却器112连接于所述水环真空泵113，所述罗茨真空泵111连接于第一空冷岛107的出汽端；

所述空冷旁路为管路，所述管路设的两端分别连接所述第一空冷岛107和所述水环真空泵113，在所述空冷旁路上设有罗茨真空泵旁路阀208。

所述空冷旁路为管路，所述管路设的两端分别连接所述第一空冷岛107和所述水环真空泵113，在所述空冷旁路上设有罗茨真空泵旁路阀208。空冷旁路作为为隔离新增罗茨真空泵组，与罗茨真空泵前截止阀209、罗茨真空泵后截止阀210配合，罗茨真空泵旁路阀208开启，罗茨真空泵前截止阀209、罗茨真空泵后截止阀210关闭实现隔离功能，检修设备时方便隔离。

优选地，还包括电端低压缸排汽装置106和第二空冷岛108，所述电端低压缸排汽装置106管路连接于所述汽轮机电端低压缸104，所述第二空冷岛108的一端管路连接于所述电端低压缸排汽装置106，所述第二空冷岛108的另一端管路连接于所述抽真空设备，且所述空冷主路和所述空冷旁路并联设于所述第二空冷岛108和所述水环真空泵113之间；第二空冷岛108具有出汽端，所述第二空冷岛108的出汽端连接于所述罗茨真空泵111。

在供热季调峰的情况下需要即保证供热负荷，又要兼顾降低发电负荷的情况下，汽轮机调端低压缸103维持高背压供热运行，乏汽正常加热热网回水；汽轮机电端低压缸104进行低背压运行，通过打开罗茨真空泵前截止阀209、罗茨真空泵后截止阀210、关闭罗茨真空泵旁路阀208，同时启动罗茨真空泵111和投入泵后冷却器112，利用罗茨真空泵111的良好的抽吸能力实现低背压，此时汽轮机电端低压缸104的最小蒸汽的质量流量随之降低，此时通过调整电端低压缸蒸汽旁路调节蝶阀203降低汽轮机电端低压缸104的进汽量，多余的蒸汽则进入热网加热器109用来供热，此时即可增大部分供热能力，又可降低一定的机组发电负荷。

优选地，包括控制汽轮机电端低压缸104进汽量的第二全密封液动蝶阀202，所述第二全密封液动蝶阀202设于所述汽轮机电端低压缸104和所述汽轮机中压缸102之间的管路上；

所述低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统还包括：电端低压缸旁路蒸汽管道，所述电端低压缸旁路蒸汽管路的两端分别连接于所述汽轮机中压缸102和所述汽轮机电端低压缸104；

所述电端低压缸旁路管道上设有电端低压缸蒸汽旁路调节蝶阀203，且所述电端低压缸蒸汽旁路调节蝶阀203与所述第二全密封液动蝶阀202并行设置。

优选地，还包括：

在所述汽轮机电端低压缸104的进汽端加装高精度压力与温度测点，即设有检测蒸汽压力的压力检测装置Ⅱ403和检测蒸汽温度的温度检测装置Ⅱ404；

所述汽轮机电端低压缸104具有末级叶片和次末级叶片，在末级叶片处设有检测排汽温度的第一热电阻405，在次末级叶处设有检测排汽温度的第二热电阻406，从而分析低压缸低背压状态是否鼓风；

在所述汽轮机调端低压缸103的进汽端设有检测蒸汽压力的压力检测装置Ⅰ401和检测蒸汽温度的温度检测装置Ⅰ402，从而分析低压缸低背压状态是否鼓风。

优选地，还包括控制汽轮机电端低压缸104进汽量的第二全密封液动蝶阀202，所述第二全密封液动蝶阀202设于所述汽轮机电端低压缸104和所述汽轮机中压缸102之间的管路上，用于无间隙调整自汽轮机中压缸102进入到汽轮机电端低压缸104内的蒸汽量，并且可实现完全节流。

优选地，还包括电端低压缸旁路蒸汽管道302，所述电端低压缸旁路蒸汽管路的两端分别连接于所述汽轮机中压缸102和所述汽轮机电端低压缸104；

所述电端低压缸旁路管道上设有电端低压缸蒸汽旁路调节蝶阀203，且所述电端低压缸蒸汽旁路调节蝶阀203与所述第二全密封液动蝶阀202并行设置。

其中汽轮机电端低压缸104采用低背压运行，运行工况是保持汽轮机厂家设计的低压缸最小通流容积流量不变，通过降低汽轮机运行背压，从而降低低压缸最小通流质量流量，从而提高中排抽汽量自汽轮机调端低压缸103的抽汽量，用来增加供热负荷，因为进入汽轮机电端低压缸104蒸汽量减少，机组整体的发电功率下降，达到供热和发电解耦的目的。

另外，针对汽轮机电端低压缸104增设旁路蒸汽管道，旁路蒸汽管道需从汽轮机中压缸102排汽引出旁路蒸汽管至切缸运行低压缸汽轮机电端低压缸104的进汽口，旁路蒸汽管道接口分别安装在第二全密封液动蝶阀202前后，通过设在旁路蒸汽管道上的电端低压缸蒸汽旁路调节蝶阀203调整到汽轮机电端低压缸104的进气量，这样有利于汽轮机电端低压缸104最小流量的控制。

在供暖需求高时，通过控制汽轮机电端低压缸104进汽量大于或等于该低压缸自身的最小冷却流量，也就是通过切除汽轮机电端低压缸104绝大部分进汽，并通过高背压热网加热器来抽汽轮机调端低压缸103内的蒸汽供热量增加，提高了机组的深度调峰能力和供热能力。

优选地，还包括控制所述高背压汽轮机调端低压缸103进汽量的第一全密封液动蝶阀201，所述第一全密封液动蝶阀201设于所述高背压汽轮机调端低压缸103和汽轮机中压缸102之间的管路上，用于无间隙调整自汽轮机中压缸102进入到高背压汽轮机调端低压缸103内的蒸汽量，并且可实现完全节流。

本发明还提供一种低背压切缸与高背压结合的热电解耦方法，包括：

蒸汽依次流经通过管路连接的汽轮机高压缸101、汽轮机中压缸102、汽轮机调端低压缸103和汽轮机电端低压缸104，且蒸汽分别在汽轮机高压缸101、汽轮机中压缸102、汽轮机调端低压缸103和汽轮机电端低压缸104内做功发电；

以及，将蒸汽冷却装置通过管路连接于汽轮机调端低压缸103出汽端；所述蒸汽冷却装置包括具有冷却能力可调节的第一空冷岛107，将所述第一空冷岛107通过第一管路连接于所述汽轮机调端低压缸103的出汽端；

将高背压热网加热器110通过第二管路连接于第一管路上，所述高背压热网加热器110具有进汽口；将所述高背压热网加热器110的进汽口通过第二管路连接于第一管路，并在第二管路上设置大口径真空隔离阀204；且将所述高背压热网加热器110设于热网回水304的加热路径上；

处于非供暖期时，使设于第二管路上的大口径真空隔离阀204处于关闭状态，所述汽轮机调端低压缸103内的蒸汽背压以非供暖期第一运行背压运行，使得自所述汽轮机调端低压缸103的出汽端排出的蒸汽全部进入到所述第一空冷岛107，所述第一空冷岛107对蒸汽冷凝并将冷却后残留的气体排出到大气内；

处于供暖期时，调节大口径真空隔离阀204连通所述汽轮机调端低压缸103的出汽端与所述高背压热网加热器110，相对非供暖期降低所述第一空冷岛107的冷却能力，使得汽轮机调端低压缸103内的蒸汽运行背压高于非供暖期第一运行背压；自汽轮机调端低压缸103的出汽端排出的高背压蒸汽经第一管路、大口径真空隔离阀204、第二管路自所述高背压热网加热器110的进汽端进入到所述高背压热网加热器110，通过高背压热网加热器110加热自所述汽轮机调端低压缸103进入的蒸汽；热网回水304流经所述高背压热网加热器110、与所述高背压热网加热器110内的蒸汽进行热交换升温。

优选地，还包括：

处于非供暖期，所述汽轮机电端低压缸104以非供暖期第二运行背压运行做功用于发电；并将在所述汽轮机电端低压缸104内做功之后的蒸汽自其出汽端排出；

处于供暖期时，保持所述汽轮机电端低压缸104最小通流容积流量不变，且运行背压低于非供暖期第二运行背压，降低进入所述汽轮机电端低压缸104的蒸汽量，以提高自所述汽轮机中压缸102进入到所述汽轮机调端低压缸103内的蒸汽量；并将在所述汽轮机电端低压缸104内做功之后的蒸汽自出汽端排出。

优选地，还包括：

设置热网加热器109管路连接于所述汽轮机中压缸102，将所述热网加热器109的进汽端管路连接于所述汽轮机中压缸102的出汽端；将所述热网加热器109设于热网回水304的加热路径上，且将所述热网加热器109设于所述高背压热网加热器110之后的对热网回水304进行加热路径上；

处于非供暖期时，将所述汽轮机中压缸102与所述热网加热器109之间的管路设于非连通状态；

处于供暖期时，通过所述汽轮机中压缸102的出汽端按设定流量排出蒸汽，将自汽轮机中压缸102排出的蒸汽通过管路排入到所述热网加热器109；经所述高背压热网加热器110内的蒸汽进行热交换升温的热网回水304被所述热网加热器109内的蒸汽再次进行热交换升温。

本发明所取得的有益效果为：

1、不对汽轮机本体进行任何改造，运行中一台低压缸降低汽轮机凝汽器背压，以降低低压缸最小通流量，从而增加中排抽汽量增加机组供热能力；另一台低压缸提高汽轮机凝汽器背压，利用低压缸排汽加热热网循环水，降低供热能耗。

2、本发明的系统投资相对较小，寿命长，维护工作量较小。

3、本发明的系统在供热期与非供热期，运行切换灵活，不需要以热定电，深度调峰，增加供热能力幅度更大。

4、本发明能够在一台机组上实现低压缸低背压切缸运行与高背压供热，增加供热能力的同时可让机组参与电网深度调峰，大幅增加机组供热灵活性。下面结合具体的应用实例对本发明实施例上述技术方案进行详细说明，实施过程中没有介绍到的技术细节，可以参考前文的相关描述。

本发明的一种低背压切缸与高背压供热结合的热电解耦系统，适用于600MW等级及以上三缸四排汽机组。三缸四排汽形式机组有两台低压缸，对其中一台低压缸进行高背压供热改造，另一台低压缸进行低背压切缸运行改造。

某电厂建设有一台600MW超临界空冷燃煤机组，汽轮机为超临界、一次中间再热、单轴、三缸、四排汽、直接空冷、凝汽式汽轮机。现机组承担供热负荷约300MW，低压缸最小进汽量约390t/h，单侧最小进汽量约195t/h。该厂汽轮机组目前中排抽汽最大抽汽量420t/h，机组热力特性如表1所示。

表1 机组热力特性表

项目	单位	100％MS	75％MS	50％MS	40％MS	35％MS
							发电功率	MW	567.3	420.3	296.7	238.4	210.1
主蒸汽流量	t/h	1828.9	1371.7	914.5	731.6	640.1
							采暖抽汽流量	t/h	420	420	195	136	110
机组总供热负荷	MW	318.6	294.9	140	98.5	79.9
							热耗率	kJ/kWh	6976.2	6718.6	7495.2	7871.1	8048.5
发电煤耗	g/kWh	261.6	252	281.1	295.2	301.9

目前承担300MW热负荷时机组发电负荷约为452MW。现在由于该电厂所属当地电网鼓励热电联产企业参与深度调峰至40％额定负荷以下。该厂急需进行相关热电解耦改造。

根据本发明所述技术进行热电解耦改造：

空冷岛排汽支管上增设大口径真空电动蝶阀，高背压运行低压缸对应的各列空冷岛支管需加装大口径真空隔离阀，空冷岛排汽主管道上引一旁路，并设置相应的隔离真空蝶阀，增加一台高背压热网加热器，面积约7000m²，供热期将高背压供热改造的这台低压缸背压提高，利用高背压热网加热器回收低压缸排汽的余热对热网循环水进行一级加热，利用机组中排抽汽进行二级加热。单侧低压缸进行高背压改造后机组热力特性如下表2所示。

表2 单侧低压缸采用高背压的机组热力特性

单侧低压缸进行高背压改造后承担300MW热负荷时机组发电负荷约为281MW，机组相同热负荷下发电负荷有了大幅下降，还无法满足深度调峰要求。继续按本发明所述系统改造。

对另一台低压缸进行低背压切缸改造：将中排至调端低压缸供热蝶阀，中排至电端低压缸供热蝶阀更换为调节性能好的全密封液动蝶阀，阀门可实现完全节流的功能。增设低压缸旁路蒸汽系统：需从中压缸排汽引出旁路蒸汽至切缸运行低压缸进汽口，这样有利于对低压缸最小流量的控制，旁路蒸汽管道接口分别安装在更换后的供热蝶阀前后，旁路管道设置低压缸蒸汽旁路调节蝶阀。增加相关测点测量低压缸进汽及末级叶片状态：为便于监视汽轮机低压缸最小流量状况，在低压缸进汽口加装高精度压力与温度测点，通过弗留格尔公式计算进入各低压缸蒸汽流量。在切缸运行低压缸末级及次末级叶片处安装热电阻监测末级、次末级排汽温度，从而分析低压缸切缸状态是否鼓风。抽真空系统改造：在水环真空泵前设置一套罗茨真空泵，并在罗茨真空泵后设置泵后冷却器以及泵组前后截止阀和罗茨真空泵旁路阀。切缸运行工况将罗茨真空泵组投运，从而降低机组背压按本发明所述系统改造完成后机组热力特性如下表3所示。

表3具有高背压低压缸的热电耦合系统

三缸四排汽机组两台低压缸一台低压缸进行高背压改造结合一台低压缸进行切缸改造后，承担300MW热负荷时机组发电负荷约为215MW，机组相同热负荷下发电负荷大幅下降，满足电网深度调峰至40％以下负荷要求。改造前后机组热力特性对比如图2所示。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统，其特征在于，包括：

汽轮机高压缸(101)、汽轮机中压缸(102)、汽轮机调端低压缸(103)和汽轮机电端低压缸(104)，所述汽轮机调端低压缸(103)和所述汽轮机电端低压缸(104)分别管路连接于汽轮机中压缸(102)；所述汽轮机高压缸(101)具有出汽端，所述汽轮机中压缸(102)具有进汽端和出汽端，所述汽轮机调端低压缸(103)具有进汽端和出汽端；所述汽轮机电端低压缸(104)具有进汽端；

所述汽轮机中压缸(102)的进汽端管路连接于所述汽轮机高压缸(101)的出汽端；所述汽轮机中压缸(102)的出汽端分别管路连接于所述汽轮机调端低压缸(103)的进汽端和所述汽轮机电端低压缸(104)的进汽端；

所述低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统还包括：管路连接于所述汽轮机调端低压缸(103)出汽端的蒸汽冷却装置；所述蒸汽冷却装置包括具有冷却能力可调节的第一空冷岛(107)，所述第一空冷岛(107)通过第一管路连接于所述汽轮机调端低压缸(103)的出汽端；

所述低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统还包括：高背压热网加热器(110)，所述高背压热网加热器(110)具有进汽口；所述高背压热网加热器(110)的进汽口通过第二管路连接在所述第一管路上；所述高背压热网加热器(110)设于热网回水(304)的加热路径上；

所述低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统还包括：设于第二管路上的大口径真空隔离阀(204)，所述大口径真空隔离阀(204)用于调节自所述汽轮机调端低压缸(103)排出的蒸汽是否进入所述高背压热网加热器(110)；

当非供暖期时，通过所述大口径真空隔离阀(204)处于关闭状态，自所述汽轮机调端低压缸(103)的出汽端排出的蒸汽进入到所述第一空冷岛(107)，所述汽轮机调端低压缸(103)内的蒸汽背压以非供暖期第一运行背压运行；当供暖期时，调节所述大口径真空隔离阀(204)连通所述汽轮机调端低压缸(103)的出汽端与所述高背压热网加热器(110)，同时相对非供暖期降低所述第一空冷岛(107)的冷却能力，使得所述汽轮机调端低压缸(103)内的蒸汽运行背压高于非供暖期第一运行背压。

2.根据权利要求1所述的低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统，其特征在于，还包括连接于所述汽轮机中压缸(102)的热网加热器(109)，所述热网加热器(109)设于热网回水(304)的加热路径上，且处于所述高背压热网加热器(110)之后；

所述汽轮机中压缸(102)具有出汽口，所述热网加热器(109)连接于所述汽轮机中压缸(102)的出汽口。

3.根据权利要求1所述的低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统，其特征在于，还包括调端低压缸排汽装置(105)，所述调端低压缸排汽装置(105)设于所述汽轮机调端低压缸(103)之后、所述第一空冷岛(107)与所述高背压热网加热器(110)之前的蒸汽流通通路上；

所述调端低压缸排汽装置(105)具有进汽端和出汽端；所述调端低压缸排汽装置(105)的进汽端管路连接于所述汽轮机调端低压缸(103)的出汽端，所述第一空冷岛(107)通过第一管路连接于所述调端低压缸排汽装置(105)的出汽端。

4.根据权利要求1所述的低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统，其特征在于，所述蒸汽冷却装置还包括抽真空设备，所述抽真空设备管路连接于所述第一空冷岛(107)；

所述抽真空设备包括空冷主路、空冷旁路、水环真空泵(113)和真空排汽装置(114)；所述空冷主路和所述空冷旁路并联设置，且所述空冷主路和所述空冷旁路并联设于所述第一空冷岛(107)和所述水环真空泵(113)之间，所述真空排汽装置(114)连接于所述水环真空泵(113)；

所述空冷主路包括：罗茨真空泵(111)和连接于所述罗茨真空泵(111)的泵后冷却器(112)；所述泵后冷却器(112)连接于所述水环真空泵(113)，所述罗茨真空泵(111)连接于第一空冷岛(107)的出汽端；

所述空冷旁路为管路，所述管路设的两端分别连接所述第一空冷岛(107)和所述水环真空泵(113)，在所述空冷旁路上设有罗茨真空泵旁路阀(208)。

5.根据权利要求4所述的低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统，其特征在于，还包括电端低压缸排汽装置(106)和第二空冷岛(108)，所述电端低压缸排汽装置(106)管路连接于所述汽轮机电端低压缸(104)，所述第二空冷岛(108)的一端管路连接于所述电端低压缸排汽装置(106)，所述第二空冷岛(108)的另一端管路连接于所述抽真空设备，且所述空冷主路和所述空冷旁路并联设于所述第二空冷岛(108)和所述水环真空泵(113)之间；第二空冷岛(108)具有出汽端，所述第二空冷岛(108)的出汽端连接于所述罗茨真空泵(111)。

6.根据权利要求1所述的低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统，其特征在于，还包括控制汽轮机电端低压缸(104)进汽量的第二全密封液动蝶阀(202)，所述第二全密封液动蝶阀(202)设于所述汽轮机电端低压缸(104)和所述汽轮机中压缸(102)之间的管路上；

所述低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统还包括：电端低压缸旁路蒸汽管道，所述电端低压缸旁路蒸汽管路的两端分别连接于所述汽轮机中压缸(102)和所述汽轮机电端低压缸(104)；

所述电端低压缸旁路管道上设有电端低压缸蒸汽旁路调节蝶阀(203)，且所述电端低压缸蒸汽旁路调节蝶阀(203)与所述第二全密封液动蝶阀(202)并行设置。

7.根据权利要求1所述的低背压切缸与高背压结合的热电解耦系统，其特征在于，还包括：

所述汽轮机电端低压缸(104)的进汽端设有检测蒸汽压力的压力检测装置Ⅱ(403)和检测蒸汽温度的温度检测装置Ⅱ(404)；

所述汽轮机电端低压缸(104)具有末级叶片和次末级叶片，在末级叶片处设有检测排汽温度的第一热电阻(405)，在次末级叶处设有检测排汽温度的第二热电阻(406)；

在所述汽轮机调端低压缸(103)的进汽端设有检测蒸汽压力的压力检测装置Ⅰ(401)和检测蒸汽温度的温度检测装置Ⅰ(402)。

8.一种低背压切缸与高背压结合的热电解耦方法，其特征在于，包括：

蒸汽依次流经通过管路连接的汽轮机高压缸(101)、汽轮机中压缸(102)、汽轮机调端低压缸(103)和汽轮机电端低压缸(104)，且蒸汽分别在汽轮机高压缸(101)、汽轮机中压缸(102)、汽轮机调端低压缸(103)和汽轮机电端低压缸(104)内做功发电；

以及，将蒸汽冷却装置通过管路连接于汽轮机调端低压缸(103)出汽端；所述蒸汽冷却装置包括具有冷却能力可调节的第一空冷岛(107)，将所述第一空冷岛(107)通过第一管路连接于所述汽轮机调端低压缸(103)的出汽端；

将高背压热网加热器(110)通过第二管路连接于第一管路上，所述高背压热网加热器(110)具有进汽口；将所述高背压热网加热器(110)的进汽口通过第二管路连接于所述第一管路，并在第二管路上设置大口径真空隔离阀(204)；且将所述高背压热网加热器(110)设于热网回水(304)的加热路径上；

处于非供暖期时，使设于第二管路上的大口径真空隔离阀(204)处于关闭状态，所述汽轮机调端低压缸(103)内的蒸汽背压以非供暖期第一运行背压运行，使得自所述汽轮机调端低压缸(103)的出汽端排出的蒸汽全部进入到所述第一空冷岛(107)，所述第一空冷岛(107)对蒸汽冷凝并将冷却后残留的气体排出到大气内；

处于供暖期时，调节大口径真空隔离阀(204)连通所述汽轮机调端低压缸(103)的出汽端与所述高背压热网加热器(110)，并相对非供暖期降低所述第一空冷岛(107)的冷却能力，使得汽轮机调端低压缸(103)内的蒸汽运行背压高于非供暖期第一运行背压；自汽轮机调端低压缸(103)的出汽端排出的高背压蒸汽经第一管路、大口径真空隔离阀(204)、第二管路自所述高背压热网加热器(110)的进汽端进入到所述高背压热网加热器(110)，通过高背压热网加热器(110)加热自所述汽轮机调端低压缸(103)进入的蒸汽；热网回水(304)流经所述高背压热网加热器(110)、与所述高背压热网加热器(110)内的蒸汽进行热交换升温。

9.根据权利要求8所述的低背压切缸与高背压结合的热电解耦方法，其特征在于，还包括：

处于非供暖期，所述汽轮机电端低压缸(104)以非供暖期第二运行背压运行做功用于发电；并将在所述汽轮机电端低压缸(104)内做功之后的蒸汽自其出汽端排出；

处于供暖期时，保持所述汽轮机电端低压缸(104)最小通流容积流量不变，且运行背压低于非供暖期第二运行背压，降低进入所述汽轮机电端低压缸(104)的蒸汽量，以提高自所述汽轮机中压缸(102)进入到所述汽轮机调端低压缸(103)内的蒸汽量；并将在所述汽轮机电端低压缸(104)内做功之后的蒸汽自出汽端排出。

10.根据权利要求8所述的低背压切缸与高背压结合的热电解耦方法，其特征在于，还包括：

设置热网加热器(109)管路连接于所述汽轮机中压缸(102)，将所述热网加热器(109)的进汽端管路连接于所述汽轮机中压缸(102)的出汽端；将所述热网加热器(109)设于热网回水(304)的加热路径上，且将所述热网加热器(109)设于所述高背压热网加热器(110)之后的对热网回水(304)进行加热路径上；

处于非供暖期时，将所述汽轮机中压缸(102)与所述热网加热器(109)之间的管路设于非连通状态；

处于供暖期时，通过所述汽轮机中压缸(102)的出汽端按设定流量排出蒸汽，将自汽轮机中压缸(102)排出的蒸汽通过管路排入到所述热网加热器(109)；经所述高背压热网加热器(110)内的蒸汽进行热交换升温的热网回水(304)被所述热网加热器(109)内的蒸汽再次进行热交换升温。

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