CN112627912A - 一种火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统，包括与燃煤机组发电系统连接的压缩空气换热及供应系统；燃煤机组发电系统内具有一汽水循环回路；压缩空气换热及供应系统包括：与汽水循环回路通过管道连接成蒸汽闭合支路的第二汽轮机组；由第二汽轮机组带动的压缩机，以及依次连接压缩机的换热器、储气罐、调压阀和压缩空气分配罐；在蒸汽闭合支路导通时，第一汽轮机组内的蒸汽推动第二汽轮机组转动，由汽轮机组带动压缩机对进入空气提压和升温，经换热器冷却后进入储气罐，后由调压阀调节压力进入压缩空气分配罐供用气设备使用；压缩过程中的压缩热通过储热介质转换利用至凝结水给水加热，提高了能量使用效率。

Description

一种火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统
技术领域
本发明专利涉及火电厂压缩空气供应技术领域，具体涉及一种火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统。
背景技术
随着社会经济的发展，我国全社会用电量逐年攀升，近年来受环保、电源结构改革等因素影响，风能、太阳能等可再生能源装机容量迅猛发展，火电机组装机容量占比略有下降，火电定位将由主体电源逐步转变为调节电源。火电机组整体上大压小，单机容量不断扩大，对机组响应电网峰谷差的灵活性要求也越来越高。在电网负荷低时，大容量机组常需要在30-40％额定负荷水平运行，机组设计的效能发挥不足。
在大型火电厂中，压缩空气系统作为空气动力源的重要性不可忽视，控制、检修、除灰、气力输送等均需使用到压缩空气，如公开号为CN 206872024 U和CN 104653423 A公开的压缩空气控制系统。常规的火电机组设计采用全厂集中设置压缩空气系统，采用相同规格等级的空压机供应相同压力压缩空气。以某300MW燃煤电厂为例，需布置空压机11台，包括仪用空压机4台，杂用空压机7台，总额定功率为2348KW。在机组运行时，常存在空压机不断启停的情况，容易造成空压机磨损、空压机配电浪费。同时也存在储气罐压力波动较大、压缩空气品质降低的问题，威胁机组安全运行。在火电厂大容量机组频繁调峰背景下，这些问题更为突显。因此，有必要对火电厂压缩空气供应系统进行优化改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统，节能、可持续稳定供应高品质压缩空气，在火电机组频繁调峰背景下，充分挖掘用电低谷时期的机组效能。
为实现上述发明目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统，包括与燃煤机组发电系统连接的压缩空气换热及供应系统；
所述燃煤机组发电系统内具有一汽水循环回路；
所述压缩空气换热及供应系统包括：与汽水循环回路通过管道连接成蒸汽闭合支路的第二汽轮机组；由所述第二汽轮机组带动的压缩机，以及依次连接所述压缩机的换热器、储气罐、调压阀和压缩空气分配罐；
所述节能系统具有两种工作状态：
运作模式：需补充供应压缩空气时，所述蒸汽闭合支路导通，汽水循环回路内的蒸汽推动第二汽轮机组转动，由第二汽轮机组带动压缩机对进入空气提压和升温，得到的高压高温空气经换热器冷却后进入储气罐，最后经调压阀调节压力进入压缩空气分配罐供用气设备使用；
暂停模式：当压缩空气供应充足无需再补充时，所述蒸汽闭合支路断开，所述压缩空气换热及供应系统停止运行。
本发明中，所述汽水循环回路中设置有第一汽轮机组，第一汽轮机组与第二汽轮机组通过管道连接成所述的蒸汽闭合支路。即从第一汽轮机组抽取蒸汽进入第二汽轮机组补充压缩空气。在其他可实施的技术方案中，根据发电机组具体情况优化筛选其他抽汽位置。
所述的第一汽轮机组包括依次连接的第一汽轮机高压缸、第一汽轮机中压缸和第一汽轮机低压缸；所述蒸汽闭合支路中，第一汽轮机中压缸出口的蒸汽通过管道连通第二汽轮机组入口，第二汽轮机组出口通过管道与第一汽轮机低压缸出口的蒸汽汇合。
所述蒸汽闭合支路中，连通第二汽轮机组入口和出口的管道上分别设有第一阀门和第二阀门。
本发明中，第一汽轮机组中压缸、第一汽轮机组低压缸中的连接管道通过第一阀门连通第二汽轮机入口，第二汽轮机出口通过第二阀门与凝汽器入口连通，第一汽轮机低压缸出口与凝汽器入口连通，即第二汽轮机组出口与第一汽轮机低压缸出口的蒸汽在凝汽器入口处汇合。
第一阀门和第二阀门的作用是控制该系统处于运作模式还是暂停模式工作。调压阀用于调节压缩空气压力至控制用气压力水平或者杂用气压力水平。
所述燃煤机组发电系统包括依次连接形成汽水循环回路的凝汽器、凝结水泵、凝结水换热器、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器、锅炉和所述的第一蒸汽机组。
在另一实施例中，所述压缩机和换热器均为一级或者多级，压缩机和换热器数量一一对应，每级压缩机后串联对应的换热器。优选的，所述空气压缩机为中低温、小压比工况下工作，实现压缩机出口空气温度在200℃左右，换热器出口空气温度在30℃左右。
在另一实施例中，所述压缩空气换热及供应系统还包括连接换热器的储热系统冷罐和储热系统热罐，内部通入回收所述高压高温空气产生的压缩热的储热介质。
所述储热系统热罐出口连接凝结水换热器储热介质的高温侧入口，凝结水换热器储热介质的低温侧出口与储热系统冷罐入口连通，储存的热量用于凝结水换热器中加热凝结水。
储热系统冷罐和储热系统热罐用于回收压缩过程中产生的压缩热，储存的热量用于在凝结水换热器中加热凝结水。优选的，储热介质采用导热油、熔融盐等。
本发明中，储气罐4为承压容器，存储的压缩空气总量可持续供应全厂持续运行6小时以上。
相较于现有技术，本发明具备如下优点：
本发明直接由蒸汽驱动汽轮机带动同轴的压缩机压缩空气，取消了由蒸汽热能到电能再到机械能的中间环节，节省了电动机的成本，降低了能量传递过程的损失，压缩空气可持续稳定供应、品质可靠，解决了常规供应压缩空气的多台空压机配置的频繁启停问题。压缩过程中的压缩热通过储热介质转换利用至凝结水给水加热，提高了能量使用效率。尤其的，本发明在电网用电低谷时，将富余的蒸汽用来供应压缩空气，在电网用电高峰时，蒸汽仍全部用于机组发电供应，匹配机组调峰提高其灵活性。
附图说明
图1是本发明的系统示意图。
图1中：1-第二汽轮机组；2-压缩机；3-换热器；4-储气罐；5-调压阀；6-压缩空气分配罐；7-储热系统冷罐；8-储热系统热罐；9-第一阀门；10-第二阀门；11-凝汽器；12-凝结水泵；13-凝结水换热器；14-低压加热器；15-除氧器；16-给水泵；17-高压加热器；18-锅炉；19-第一汽轮机高压缸；20-第一汽轮机中压缸；21-第一汽轮机低压缸。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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，本发明一种火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统，由第二汽轮机组1、压缩机2、换热器3、储气罐4、调压阀5、压缩空气分配罐6、储热系统冷罐7、储热系统热罐8、第一阀门9、第二阀门10、凝汽器11、凝结水泵12、凝结水换热器13、低压加热器14、除氧器15、给水泵16、高压加热器17、锅炉18、第一汽轮机高压缸19、第一汽轮机中压缸20、第一汽轮机低压缸21组成。
本实施例中，由第二汽轮机组1、压缩机2、换热器3、储气罐4、压缩空气分配罐6、储热系统冷罐7、储热系统热罐8、凝结水换热器13组成的压缩空气换热及供应系统；在燃煤机组发电系统中，由依次连接的凝汽器11、凝结水泵12、凝结水换热器13、低压加热器14、除氧器15、给水泵16、高压加热器17、锅炉18、第一汽轮机高压缸19、第一汽轮机中压缸20和第一汽轮机低压缸21组成汽水循环回路A；由第一阀门9、第二阀门10、调压阀5组成的控制阀组。
第一汽轮机组包括第一汽轮机高压缸19、第一汽轮机中压缸20和第一汽轮机低压缸21，第一汽轮机低压缸21、第一阀门9、第二汽轮机组1和第二阀门10通过管路连通形成蒸汽闭合支路B。
第二汽轮机组1通过连接轴连接压缩机2，可直接带动压缩机2转动，压缩机2出口依次连通换热器3压缩空气的高温侧入口、换热器3压缩空气的低温侧出口、储气罐4入口、储气罐4出口、调压阀5、压缩空气分配罐6；第一汽轮机组中压缸20、第一汽轮机组低压缸21中的连接管道通过第一阀门9连通第二汽轮机组1入口，第二汽轮机1出口通过第二阀门10与凝汽器11入口连通，第一汽轮机低压缸21出口也与凝汽器11入口连通；凝汽器11出口依次连通凝结水泵12、凝结水换热器13、低压加热器14、除氧器15、给水泵16、高压加热器17，最终连通至锅炉18；储热系统冷罐7出口与换热器3储热介质的低温侧入口、换热器3储热介质的高温侧出口、储热系统热罐8入口连通；储热系统热罐8出口与凝结水换热器13储热介质的高温侧入口、凝结水换热器13储热介质的低温侧出口、储热系统冷罐7入口连通。该系统适用于火电厂的压缩空气供应系统，减少了能量转换环节，解决了常规供应压缩空气的多台空压机配置的频繁启停问题，回收利用了压缩过程中的压缩热用于凝结水加热，能量使用效率高。
本实施例中，节能系统可以按照以下模式运行。
运作模式：需要补充供应压缩空气时，打开第一阀门9和第二阀门10，蒸汽闭合支路B导通，蒸汽由第一汽轮机中压缸20通过第一阀门9进入到第二汽轮机组1推动第二汽轮机组1高速转动，第二汽轮机组1通过连接轴带动压缩机2，常温常压空气进入压缩机2提升压力和温度，得到的200℃左右的高温高压空气进入换热器3；低温导热油由储热系统冷罐7进入换热器3中冷却高温高压空气，得到的高温导热油输送储存至储热系统热罐8中，冷却后的30℃的常温高压空气进入储气罐4，经调压阀5调节压力至合适水平后进入压缩空气分配罐，输送至压缩空气用设备供使用，其中控制用气压力一般为0.75-0.85MPa，除灰等杂用气压力一般为0.55-0.65MPa；水侧，第一汽轮机组21和第二汽轮机1出口的乏汽经凝汽器11后，出口的凝结水经凝结水泵12加压，经过凝结水换热器13与由储热系统热罐8输送来的高温导热油进行换热升温，之后再进入低压加热器14，此时可以依据凝结水换热器13的提升温度情况调节低压加热器的开启和投运参数，二级低压加热器14出口依次通过除氧器15、给水泵16、高压加热器17、锅炉18生成主蒸汽，主蒸汽进入第一汽轮机高压缸19、第一汽轮机中压缸20和第一汽轮机低压缸21依次膨胀做功；凝结水换热器13出口的低温导热油重新输送回储热系统冷罐7，循环使用。
暂停模式：当压缩空气供应充足无需再补充时，关闭第一阀门9和第二阀门10，蒸汽闭合支路B断开，停止第二汽轮机组1、压缩机2、换热器3的工作；调节调压阀5，使存储在储气罐4中的压缩空气维持供应；凝结水换热器13中无需通入高温导热油，仅作凝结水通道使用，燃煤机组发电系统的工艺流程等同于常规生产流程。
当电网用电低谷、存在多余电量时，本发明系统优先开启运作模式，利用富余的蒸汽用于制备供应压缩空气。当电网用电高峰、缺少电能供应时，本发明系统优先处于暂停模式，机组蒸汽全部用于机组做功产电上网，有力支撑机组调峰需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统，其特征在于，包括与燃煤机组发电系统连接的压缩空气换热及供应系统；
所述燃煤机组发电系统内具有一汽水循环回路(A)；
所述压缩空气换热及供应系统包括：与所述汽水循环回路(A)通过管道连接成蒸汽闭合支路(B)的第二汽轮机组(1)；由所述第二汽轮机组(1)带动的压缩机(2)，以及依次连接所述压缩机(2)的换热器(3)、储气罐(4)、调压阀(5)和压缩空气分配罐(6)；
所述节能系统具有两种工作状态：
运作模式：需补充供应压缩空气时，所述蒸汽闭合支路(B)导通，汽水循环回路(A)内的蒸汽推动第二汽轮机组(1)转动，由第二汽轮机组(1)带动压缩机(2)对进入空气提压和升温，得到的高压高温空气经换热器(3)冷却后进入储气罐(4)，最后经调压阀(5)调节压力进入压缩空气分配罐(6)供用气设备使用；
暂停模式：当压缩空气供应充足无需再补充时，所述蒸汽闭合支路(B)断开，所述压缩空气换热及供应系统停止运行。
2.根据权利要求1所述的火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统，其特征在于，所述汽水循环回路(A)中设置有第一汽轮机组，第一汽轮机组与第二汽轮机组(1)通过管道连接成所述的蒸汽闭合支路(B)。
3.根据权利要求2所述的火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统，其特征在于，所述的第一汽轮机组包括依次连接的第一汽轮机高压缸(19)、第一汽轮机中压缸(20)和第一汽轮机低压缸(21)；
所述蒸汽闭合支路(B)中，第一汽轮机中压缸(20)出口的蒸汽通过管道连通第二汽轮机组(1)入口，第二汽轮机组(1)出口通过管道与第一汽轮机低压缸(21)出口的蒸汽汇合。
4.根据权利要求3所述的火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统，其特征在于，所述蒸汽闭合支路(B)中，连通第二汽轮机组(1)入口和出口的管道上分别设有第一阀门(9)和第二阀门(10)。
5.根据权利要求1所述的火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统，其特征在于，所述燃煤机组发电系统包括依次连接形成汽水循环回路的凝汽器(11)、凝结水泵(12)、凝结水换热器(13)、低压加热器(14)、除氧器(15)、给水泵(16)、高压加热器(17)、锅炉(18)和所述的第一蒸汽机组。
6.根据权利要求5所述的火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统，其特征在于，所述压缩机(2)和换热器(3)均为一级或者多级，压缩机(2)和换热器(3)数量一一对应，每级压缩机后串联对应的换热器。
7.根据权利要求6所述的火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统，其特征在于，所述压缩空气换热及供应系统还包括连接换热器(3)的储热系统冷罐(7)和储热系统热罐(8)，内部通入回收所述高压高温空气产生的压缩热的储热介质。
8.根据权利要求7所述的火电厂汽驱供应压缩空气的节能系统，其特征在于，所述储热系统热罐(8)出口连接凝结水换热器(13)储热介质的高温侧入口，凝结水换热器(13)储热介质的低温侧出口与储热系统冷罐(7)入口连通，储存的热量用于凝结水换热器(13)中加热凝结水。
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