CN112814751A - 基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统及耦合方法 - Google Patents

基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统及耦合方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统，包括主汽轮机发电机组、回热式驱动汽轮发电机组、给水系统和凝结水系统；所述的主汽轮机发电机组锅炉、超高压缸、锅炉一次再热器、高压缸、锅炉二次再热器、中压缸和低压缸；所述的回热式驱动汽轮发电机组包括回热式驱动汽轮机；所述的给水系统包括除氧器、给水泵和若干个高压加热器，末级高压加热器与锅炉连通，除氧器、高压加热器分别与回热式驱动汽轮机连通，给水泵与回热式驱动汽轮机传动连接。本发明的有益效果是：本发明降低了常规系统中的较高的回热抽汽过热度，降低了回热系统换热的不可逆损失，提高了回热循环效率。

Description

基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统及耦合方法
技术领域
本发明涉及汽轮发电技术领域，具体的说，是基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统及耦合方法。
背景技术
中国“富煤缺油少气”的能源资源禀赋，就决定了以燃煤发电为主的电力工业格局在较长一段时间内不会发生根本性的改变。燃煤发电在社会经济发展中提供了强力支撑的同时，也产生大量的污染和温室气体的排放。为了保护环境、节约资源，如何提高燃煤发电效率以成为业内越来越重视的问题。
得益于材料高温性能的持续提升，燃煤发电机组的蒸汽参数不断提高，以获得更高的循环效率，从而进一步降低机组的煤耗，减少温室气体和其它污染物排放。
20世纪90年代末期和21世纪初，欧盟、美国和日本先后启动了700℃及以上参数的先进超超临界(USC)发电技术研究计划，为下一代火电装备的更新提供技术。欧盟于1998年1月启动的“AD700”先进超超临界发电计划，其目标是建立500MW、700℃/720℃/35MPa等级的示范电站，结合机炉深度耦合烟气余热利用、降低背压、降低管道阻力、提高给水温度等技术措施，使机组效率达到50％以上。2010年7月23日，国家能源局成立“国家超超临界燃煤发电技术创新联盟”，标志着我国正式启动相关技术研发。近年来，国内630℃、650℃以及700℃燃煤发电机组正在研发当中。
根据热力学基本原理，提高蒸汽压力、温度等初参数，能够提高朗肯循环的平均吸热温度，是提高燃煤发电系统循环效率的最直接途径之一。但是随着蒸汽初参数的持续提高，也带来了其他的问题：回热系统抽汽过热度不断增大，回热加热器内汽侧和水侧换热不可逆损失增加，削弱了蒸汽参数提升所带来的经济性收益。蒸汽参数越高，这一矛盾越突出；再热次数越多，这种削弱效应越显著。对于这一问题，目前传统的解决办法是，通过在再热后的部分回热抽汽增设外置式蒸汽冷却器，来降低回热抽汽的过热度。但是该方法仅能降低再热后个别矛盾突出的回热抽汽的过热度和换热损失，无法从根本上实现回热抽汽能量的梯级利用；仅能降低设置外置式蒸汽冷却器的回热抽汽管道材料的等级，也无法完全解决回热抽汽管道材料成本较高的问题。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统及耦合方法，用于大幅降低二次再热燃煤发电机组再热后回热抽汽的换热过热度，可以显著提高回热抽汽能级利用效率，同时能够减少高温材料的使用范围、降低电站投资成本。
本发明通过下述技术方案实现：基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统，包括主汽轮机发电机组、回热式驱动汽轮发电机组、给水系统和凝结水系统；
所述的主汽轮机发电机组包括按照蒸汽流通方向依次连通的锅炉、超高压缸、锅炉一次再热器、高压缸、锅炉二次再热器、中压缸和低压缸；
所述的回热式驱动汽轮发电机组包括入口端与超高压缸的出口端连通的回热式驱动汽轮机；
所述的给水系统包括按照水流顺序依次连通的除氧器、给水泵和若干个高压加热器，末级高压加热器与锅炉连通，除氧器、高压加热器分别与回热式驱动汽轮机连通，给水泵与回热式驱动汽轮机传动连接；
所述的凝结水系统包括按照水流顺序依次连通的凝汽器、凝结水泵和多级低压加热器，凝汽器和多级低压加热器分别与低压缸连通，末级低压加热器与除氧器连通。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的回热式驱动汽轮机与给水泵之间设置有调速装置。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的回热式驱动汽轮机连接有功率平衡发电机。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的回热式驱动汽轮机、给水泵、调速装置与功率平衡发电机同轴连接。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的回热式驱动汽轮机排汽端连通有一个低压加热器，回热式驱动汽轮机与低压加热器之间设置有调节阀。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的回热式驱动汽轮机排汽端与调节阀之间的管道连通于下一级低压加热器。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的超高压缸的出口端与回热式驱动汽轮机之间设置有调节阀。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的超高压缸、高压缸、中压缸与低压缸同轴连接并连接于主发电机。
进一步地，为了更好的实现本发明，所述的锅炉与超高压缸之间设置有调节阀，锅炉与高压缸之间设置有调节阀，高压缸与中压缸之间设置有调节阀。
基于二次再热煤电机组的双机耦合方法，其特征在于：使锅炉提供的蒸汽依次通过超高压缸做功、锅炉一次再热器吸热、高压缸做功、锅炉二次再热器吸热、中压缸做功和低压缸做功，利用超高压缸向回热式驱动汽轮机提供蒸汽，利用来自于回热式驱动汽轮机的回热抽汽。
本方案所取得的有益效果是：
本发明通过把部分未经过再热器的、已在回热式驱动汽轮发电机中膨胀做功的蒸汽，按照回热加热器焓升合理分配的原则，从回热抽汽式给水泵汽轮机相匹配的位置抽取出来，用于替代常规回热系统中主汽轮机承担的部分过热度较大的回热抽汽，从而最大限度降低了常规系统中的较高的回热抽汽过热度，降低了回热系统换热的不可逆损失，提高了回热循环效率，能够比现有技术更好的提高燃煤电站的发电效率；同时，回热抽汽温度大幅降低，能够降低回热抽汽管道和加热器等设备的材料等级，缩小高温材料的使用范围，进一步降低电站投资成本。
附图说明
图1为本方案的结构示意图；
其中1-锅炉，2-超高压缸，3-高压缸，4-中压缸，5-低压缸，6-主发电机，7-回热式驱动汽轮机，8-给水泵，9-调速装置，10-功率平衡发电机，11-给水系统，12-除氧器，13-凝结水系统，14-凝结水泵，15-凝汽器，16-调节阀，17-高压加热器，18-低压加热器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1所示，本实施例中，基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统，包括主汽轮机发电机组、回热式驱动汽轮发电机组、给水系统11和凝结水系统13；
所述的主汽轮机发电机组包括按照蒸汽流通方向依次连通的锅炉1、超高压缸2、锅炉一次再热器、高压缸3、锅炉二次再热器、中压缸4和低压缸5；
所述的回热式驱动汽轮发电机组包括入口端与超高压缸2的出口端连通的回热式驱动汽轮机7；
所述的给水系统包括按照水流顺序依次连通的除氧器12、给水泵8和若干个高压加热器17，末级高压加热器17与锅炉1连通，除氧器12、高压加热器17分别与回热式驱动汽轮机7连通，给水泵8与回热式驱动汽轮机7传动连接；
所述的凝结水系统13包括按照水流顺序依次连通的凝汽器15、凝结水泵14和多级低压加热器18，凝汽器15和多级低压加热器18分别与低压缸5连通，末级低压加热器18与除氧器12连通。
经过锅炉1过热器吸热的蒸汽，进入汽轮机超高压缸2中膨胀做功，然后大部分蒸汽进入锅炉一次再热器吸热。经过锅炉一次再热器吸热之后的蒸汽进入汽轮机高压缸3中膨胀做功，然后进入锅炉二次再热器吸热。经过锅炉二次再热器吸热之后的蒸汽依次进入汽轮机中压缸4和低压缸5膨胀做功。低压缸5排出的乏汽经过凝汽器15凝结成水之后，依次经过凝结水泵14加压、低压加热器18加热、给水泵8进一步加压、高压加热器17进一步加热之后进入锅炉1，完成整个循环过程。
通过使给水泵8与回热式驱动汽轮机7连接，能够直接利用蒸汽在回热式驱动汽轮机7内做的功驱动给水泵8加压泵水，省去额外的动力源，提高能源利用率。
并且本方案实现了利用来自于回热式驱动汽轮机7的回热抽汽，替代了常规热力系统中由高压缸3和中压缸4提供的回热抽汽。由于未经过锅炉再热器的再热过程，回热式驱动汽轮机7的回热抽汽蒸汽过热度小，大幅减小了相应回热加热器的换热不可逆损失，提高了回热循环效率。同时，由于回热抽汽温度大幅降低，能够降低回热抽汽管道和高压加热器17等设备的材料等级，缩小高温材料的使用范围，进一步降低电站投资成本。
实施例2：
在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的回热式驱动汽轮机7与给水泵8之间设置有调速装置9。回热式驱动汽轮机7输出的转矩根据调速装置9进行调速后再输出给给水泵8，使给水泵8的转速满足设计要求。
本实施例中，所述的回热式驱动汽轮机7连接有功率平衡发电机10。回热式驱动汽轮机7驱动给水泵8的剩余功率驱动功率平衡发电机10转换为电能，以此起到功率平衡的作用，并且提高蒸汽在回热式驱动汽轮机7的功率利用率。
本实施例中，所述的回热式驱动汽轮机7、给水泵8、调速装置9与功率平衡发电机10同轴连接。以此能够简化回热式驱动汽轮发电机组整体结构，减少中间连接件的使用数量，从而有利于提高能源转化、利用率。在安装时也有利于合理规划空间并提高空间利用率。
通过使给水泵8与功率平衡发电机10连接在回热式驱动汽轮机7转轴的两端，能够使回热式驱动汽轮机7的转轴两端受力平衡。
实施例3：
在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的回热式驱动汽轮机7排汽端连通有一个低压加热器18，回热式驱动汽轮机7与低压加热器18之间设置有调节阀16。以此使得回热式驱动汽轮机7的排汽能够进入高压加热器17与低压加热器18中，相较于回热式驱动汽轮机7的排汽全部进入高压加热器17，能够减小回热式驱动汽轮机7的排汽压力，起到流量平衡的效果。利用调节阀16能够调节从回热式驱动汽轮机7到低压加热器18中的排汽压力。
本实施例中，所述的回热式驱动汽轮机7排汽端与调节阀16之间的管道连通于下一级低压加热器18，以此能够使回热式驱动汽轮机7的部分排汽能够同时进入两级低压加热器18，从而进一步减小回热式驱动汽轮机7的排汽压力，并增强流量平衡的效果。利用调节阀16能够调节分别进入两级低压加热器18的排汽压力，从而使进入低压加热器18的排汽压力保持平衡。
所述的回热式驱动汽轮机7，提供除首级高压加热器17和末几级低压加热器18以外的回热抽汽；回热式驱动汽轮机7的抽汽级数根据具体设计确定，分别进入部分高压加热器17、除氧器12和相应的低压加热器18加热给水和凝结水。给水泵8的出口端连通于高压加热器17与除氧器12之间的管道。
实施例4：
在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的超高压缸2的出口端与回热式驱动汽轮机7之间设置有调节阀16。所述的回热式驱动汽轮机7所产生的功率，除满足给水泵8的需求外，留有一定富余功率，用于驱动功率平衡发电机10转换为电能，通过功率平衡发电机10调节、满足给水泵8的功率需求，从而使得回热式驱动汽轮机7的正常运行中，超高压缸2的出口端与回热式驱动汽轮机7之间的调节阀16能够保持阀门全开，避免了节流损失，使回热式驱动汽轮机7在最高效的工况下运行，以获得更高的发电效率。
通过调节超高压缸2的出口端与回热式驱动汽轮机7之间的调节阀16，减少从超高压缸2进入到回热式驱动汽轮机7的进汽量，能够增强主汽轮发电机组的变负荷相应能力和一次调频调节能力。
实施例5：
在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的超高压缸2、高压缸3、中压缸4与低压缸5同轴连接并连接于主发电机6。以此能够使超高压缸2、高压缸3、中压缸4、低压缸5与主发电机6同轴转动，从而有利于使转轴受力均匀，并且有利于减少中间连接件、传动件的使用，降低生产成本，提高能源转化效率。
本实施例中，所述的锅炉1与超高压缸2之间设置有调节阀16，锅炉1与高压缸3之间设置有调节阀16，高压缸3与中压缸4之间设置有调节阀16。以此便于控制排汽的流量。
本实施例中，其它未描述的内容与上述实施例相同，故不赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统，其特征在于：包括主汽轮机发电机组、回热式驱动汽轮发电机组、给水系统(11)和凝结水系统(13)；
所述的主汽轮机发电机组包括按照蒸汽流通方向依次连通的锅炉(1)、超高压缸(2)、锅炉一次再热器、高压缸(3)、锅炉二次再热器、中压缸(4)和低压缸(5)；
所述的回热式驱动汽轮发电机组包括入口端与超高压缸(2)的出口端连通的回热式驱动汽轮机(7)；
所述的给水系统包括按照水流顺序依次连通的除氧器(12)、给水泵(8)和若干个高压加热器(17)，末级高压加热器(17)与锅炉(1)连通，除氧器(12)、高压加热器(17)分别与回热式驱动汽轮机(7)连通，给水泵(8)与回热式驱动汽轮机(7)传动连接；
所述的凝结水系统(13)包括按照水流顺序依次连通的凝汽器(15)、凝结水泵(14)和多级低压加热器(18)，凝汽器(15)和多级低压加热器(18)分别与低压缸(5)连通，末级低压加热器(18)与除氧器(12)连通。
2.根据权利要求1所述的基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统，其特征在于：所述的回热式驱动汽轮机(7)与给水泵(8)之间设置有调速装置(9)。
3.根据权利要求2所述的基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统，其特征在于：所述的回热式驱动汽轮机(7)连接有功率平衡发电机(10)。
4.根据权利要求3所述的基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统，其特征在于：所述的回热式驱动汽轮机(7)、给水泵(8)、调速装置(9)与功率平衡发电机(10)同轴连接。
5.根据权利要求1所述的基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统，其特征在于：所述的回热式驱动汽轮机(7)排汽端连通有一个低压加热器(18)，回热式驱动汽轮机(7)与低压加热器(18)之间设置有调节阀(16)。
6.根据权利要求5所述的基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统，其特征在于：所述的回热式驱动汽轮机(7)排汽端与调节阀(16)之间的管道连通于下一级低压加热器(18)。
7.根据权利要求1所述的基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统，其特征在于：所述的超高压缸(2)的出口端与回热式驱动汽轮机(7)之间设置有调节阀(16)。
8.根据权利要求1所述的基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统，其特征在于：所述的超高压缸(2)、高压缸(3)、中压缸(4)与低压缸(5)同轴连接并连接于主发电机(6)。
9.根据权利要求8所述的基于二次再热煤电机组的双机耦合热力系统，其特征在于：所述的锅炉(1)与超高压缸(2)之间设置有调节阀(16)，锅炉(1)与高压缸(3)之间设置有调节阀(16)，高压缸(3)与中压缸(4)之间设置有调节阀(16)。
10.基于二次再热煤电机组的双机耦合方法，其特征在于：使锅炉(1)提供的蒸汽依次通过超高压缸(2)做功、锅炉一次再热器吸热、高压缸(3)做功、锅炉二次再热器吸热、中压缸(4)做功和低压缸(5)做功，利用超高压缸(2)向回热式驱动汽轮机(7)提供蒸汽，利用来自于回热式驱动汽轮机(7)的回热抽汽。
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