CN113090540B - 一种基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统，包括空冷岛、给水泵、凝结水泵、双频双馈发电机、协同驱动汽轮机等。本发明是增设协同驱动汽轮机及双频双馈发电机，双频双馈发电机可以同时输出两种频率的电流，在满足给水泵和凝结水泵驱动功耗后，多余的电能以50Hz输送至厂用电网。机组变工况下，给水泵和凝结水泵转速同升同降，双频双馈发电机输出的变频电流可以根据给水泵和凝结水泵的运行需求进行协同驱动调节，改变泵的转速从而改变泵的运行工况点。通过基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统实施，可以满足给水和凝结水系统运行需求，提高直接空冷机组在未来高频次宽负荷应用场景下的调节效率和调节安全性，节能潜力巨大。
Description
技术领域
本发明属于电站锅炉及汽轮机系统领域，具体涉及一种基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统。
背景技术
近年来，我国风电、光伏、水电等新能源电力装机容量持续快速增长，在役及在建装机容量均已位居世界第一。风电和光伏等新能源为我们提供了大量清洁电力，但另一方面，其发电出力的随机性和不稳定性也给电力系统的安全运行和电力供应保障带来了巨大挑战。从目前的情况来看，我国电力系统调节能力难以完全适应新能源大规模发展和消纳的要求，部分地区出现了较为严重的弃风、弃光和弃水问题。为挖掘火电机组调峰潜力、提升我国火电运行灵活性、提高新能源消纳能力，火电机组需要在宽负荷高频次的负荷变化的工况运行，电厂主要辅机设备例如水泵、风机等设备耗电率大幅提升，根据现场试验数据，当机组调峰至30％负荷时，厂用电率增加至10％左右，供电效率下降明显。
直接空冷系统以节水性能优良和系统调节灵活等优势，近年来已成为我国北方火电机组汽轮机排汽冷却的主流技术之一。锅炉给水泵和凝结水泵的驱动功率较高，是发电厂内的重要电能消费者。目前在变工况下，电动给水泵和凝结水泵的调速方式主要有变频器变频调速和液力偶合器调速。变频器变频调速技术成熟，但是存在设备造价较高，运行环境要求苛刻，且运维工作量大等缺点。液力偶合器性能稳定，但是转差越大，滑差热损失越大，调节效率越低。这两种调速方式均难以满足直接空冷机组在未来高频次宽负荷运行调节的安全性和经济性需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统，可以满足给水泵和凝结水泵所有工况的运行需求，降低厂用电率，提高直接空冷机组给水泵和凝结水泵在未来高频次宽负荷应用场景下的调节效率和调节的安全性，具有巨大节能潜力。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统，包括汽轮机、发电机、空冷岛、表面式冷却器、小凝结水泵、凝结水泵、凝泵电动机、除氧器、协同驱动汽轮机、给泵电动机、给水泵和双频双馈发电机；
汽轮机和发电机同轴连接，凝泵电动机和凝结水泵同轴连接，给泵电动机和给水泵同轴连接，双频双馈发电机和协同驱动汽轮机同轴连接；
汽轮机的第一抽汽出口连接至协同驱动汽轮机的蒸汽进口和除氧器的蒸汽进口，汽轮机的排汽出口连接至空冷岛的蒸汽进口，协同驱动汽轮机的排汽出口连接至表面式冷却器的蒸汽进口，表面式冷却器的凝结水出口连接至小凝结水泵的进口，小凝结水泵的出口和空冷岛的凝结水出口通过凝结水泵连接至除氧器的凝结水进口，除氧器的给水出口通过给水泵连接至锅炉。
本发明进一步的改进在于，协同驱动汽轮机的蒸汽进口处设置有协同驱动汽轮机进汽门，排汽出口处设置有协同驱动汽轮机排汽门。
本发明进一步的改进在于，除氧器的凝结水进口处设置有除氧器上水调门。
本发明进一步的改进在于，汽轮机组最大出力工况运行时，协同驱动汽轮机进汽门全开，协同驱动汽轮机能够同时满足给水泵和凝结水泵的驱动功耗；汽轮机组变工况运行时，协同驱动汽轮机进汽门全开，协同驱动汽轮机在满足给水泵和凝结水泵的驱动功耗后，多余的能量输送至厂用电网用来驱动厂用电其他用户。
本发明进一步的改进在于，当机组负荷升高时，给水泵的转速和凝结水泵的转速同时升高；当机组负荷降低时，给水泵的转速和凝结水泵的转速同时降低。
本发明进一步的改进在于，双频双馈发电机是由两台小双馈发电机串联组成，能够输出两种频率的电流，一种为给水泵和凝结水泵变工况运行需要的频率，另一种为50Hz，能够直接送至厂用电网用来驱动其他厂用电用户。
本发明进一步的改进在于，双频双馈发电机输出的电能，在满足给水泵和凝结水泵的功耗需求以后，多余部分以50Hz直接输送至厂用电网。
本发明进一步的改进在于，双频双馈发电机输出的变频电能能够根据机组的工况变化协同变化，当机组负荷升高时，给水泵和凝结水泵的转速升高，双频双馈发电机输出的变频电能的频率增大来协同调节给水泵和凝结水泵的转速增大，在给水系统和凝结水系统管路特性不变的情况下，给水泵和凝结水泵的运行工况点发生改变，以满足机组运行需求。
本发明进一步的改进在于，双频双馈发电机输出的变频电能可以根据机组的工况变频协同变化，当机组负荷降低时，给水泵和凝结水泵的转速降低，双频双馈发电机输出的变频电能的频率减小来协同调节给水泵和凝结水泵的转速降低，在给水系统和凝结水系统管路特性不变的情况下，给水泵和凝结水泵的运行工况点发生改变，以满足机组运行需求。
本发明进一步的改进在于，协同驱动汽轮机的排汽至表面式冷却器冷却凝结后，经小凝结水泵输送，与空冷岛的凝结水汇合，然后经凝结水泵输送至除氧器加热除氧，最终经给水泵升压后输送至锅炉加热。
与现有技术相比，本发明是增设协同驱动汽轮机及双频双馈发电机，双频双馈发电机可以同时输出两种频率的电流，在满足给水泵和凝结水泵驱动功耗后，多余的电能以50Hz输送至厂用电网。机组变工况下，给水泵和凝结水泵转速同升同降，双频双馈发电机输出的变频电流可以根据给水泵和凝结水泵的运行需求进行协同驱动调节，改变泵的转速从而改变泵的运行工况点。本发明的有益效果在于：
(1)可以简化现有直接空冷机组电动给水泵和凝结水泵的调速系统，可以实现直接空冷机组给水泵和凝结水泵的非变频简易精细化协同连续调速，省去了液力偶合器或者变频调节系统，调节效率高。
(2)双频双馈发电机所发电能，变频部分可以根据直接空冷机组给水系统和凝结水系统的运行特点，协同调节电动给水泵和凝结水泵；工频部分可以直接上厂用电网，无需变压或者整流。
(3)该双馈协同调速系统的占地面积很小，运行灵活，造价低，可靠性高，操作简单，可用性强。
附图说明
图1是本发明一种基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统示意图。
附图标记说明：
1、汽轮机，2、发电机，3、空冷岛，4、表面式冷却器，5、小凝结水泵，6、协同驱动汽轮机排汽门，7、凝结水泵，8、凝泵电动机，9、除氧器上水调门，10、除氧器，11、协同驱动汽轮机进汽门，12、协同驱动汽轮机，13、给泵电动机，14、给水泵，15、双频双馈发电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施示例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供的一种基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统，包括汽轮机1、发电机2、空冷岛3、表面式冷却器4、小凝结水泵5、凝结水泵7、凝泵电动机8、除氧器10、协同驱动汽轮机12、给泵电动机13、给水泵14和双频双馈发电机15；汽轮机1和发电机2同轴连接，凝泵电动机8和凝结水泵7同轴连接，给泵电动机13和给水泵14同轴连接，双频双馈发电机15和协同驱动汽轮机12同轴连接；汽轮机1的第一抽汽出口连接至协同驱动汽轮机12的蒸汽进口和除氧器10的蒸汽进口，汽轮机1的排汽出口连接至空冷岛3的蒸汽进口，协同驱动汽轮机12的排汽出口连接至表面式冷却器4的蒸汽进口，表面式冷却器4的凝结水出口连接至小凝结水泵5的进口，小凝结水泵5的出口和空冷岛3的凝结水出口通过凝结水泵7连接至除氧器10的凝结水进口，除氧器10的给水出口通过给水泵14连接至锅炉。
其中，协同驱动汽轮机12的蒸汽进口处设置有协同驱动汽轮机进汽门11，排汽出口处设置有协同驱动汽轮机排汽门6。除氧器10的凝结水进口处设置有除氧器上水调门9。
实施示例1
某配置有电动给水泵和电动凝结水泵的直接空冷机组，汽轮机组变工况下运行时，电动给水泵采用液力偶合器调速，该调速装置性能稳定，但是转差越大，滑差热损失越大，调节效率越低。电动凝结水泵采用变频器调速，该调速技术成熟，但是存在造价较高，运行环境要求苛刻，且运行维护工作量大等缺点。电动给水泵和电动凝结水泵的调速方式均难以满足直接空冷机组在未来高频次宽负荷运行调节的安全性和经济性需求。
现增设协同驱动汽轮机及双频双馈发电机，双频双馈发电机可以同时输出两种频率的电流，在满足给水泵和凝结水泵驱动功耗后，多余的电能以50Hz输送至厂用电网。机组变工况下，给水泵和凝结水泵转速同升同降，双频双馈发电机输出的变频电流可以根据给水泵和凝结水泵的运行需求进行协同驱动调节，改变泵的转速从而改变泵的运行工况点。基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统可以简化现有直接空冷机组电动给水泵和凝结水泵的调速系统，可以实现直接空冷机组给水泵的非变频简易精细化连续调速，省去了液力偶合器或者变频调节系统，调节效率高。双频双馈发电机所发电能，变频部分可以根据直接空冷机组给水系统和凝结水系统的运行特点，协同调节电动给水泵和凝结水泵；工频部分可以直接上厂用电网，无需变压或者整流。该双馈系统的占地面积很小，运行灵活，造价低，可靠性高，操作简单，可用性强。
基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统的运行方式。
1、协同驱动汽轮机12有可靠汽源时，协同驱动汽轮机12驱动双频双馈发电机15发电，变频部分输送至给泵电动机13和凝泵电动机8驱动给水泵14和凝结水泵7旋转，工频部分直接输送至厂用电网驱动其他厂用电用户。
2、协同驱动汽轮机12无可靠汽源或者故障时，暂时由厂用电网供电直接输送至给泵电动机13和凝泵电动机8驱动给水泵14和凝结水泵7旋转，通过节流调节改变给水系统和凝结水系统的管路特性，从而改变给水泵14和凝结水泵7的运行工况点。
通过基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统实施，可以满足直接空冷机组给水和凝结水系统所有运行需求，提高直接空冷机组给水泵和凝结水泵在未来高频次宽负荷应用场景下的调节效率和调节安全性，节能潜力巨大。
Claims (6)
1.一种基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统，其特征在于，包括汽轮机(1)、发电机(2)、空冷岛(3)、表面式冷却器(4)、小凝结水泵(5)、凝结水泵(7)、凝泵电动机(8)、除氧器(10)、协同驱动汽轮机(12)、给泵电动机(13)、给水泵(14)和双频双馈发电机(15)；
汽轮机(1)和发电机(2)同轴连接，凝泵电动机(8)和凝结水泵(7)同轴连接，给泵电动机(13)和给水泵(14)同轴连接，双频双馈发电机(15)和协同驱动汽轮机(12)同轴连接；
汽轮机(1)的第一抽汽出口连接至协同驱动汽轮机(12)的蒸汽进口和除氧器(10)的蒸汽进口，第一排汽出口连接至空冷岛(3)的蒸汽进口，协同驱动汽轮机(12)的排汽出口连接至表面式冷却器(4)的蒸汽进口，表面式冷却器(4)的凝结水出口连接至小凝结水泵(5)的进口，小凝结水泵(5)的出口和空冷岛(3)的凝结水出口通过凝结水泵(7)连接至除氧器(10)的凝结水进口，除氧器(10)的给水出口通过给水泵(14)连接至锅炉；
双频双馈发电机(15)是由两台小双馈发电机串联组成，能够输出两种频率的电流，一种为给水泵(14)和凝结水泵(7 )变工况运行需要的频率，另一种为50Hz，能够直接送至厂用电网用来驱动其他厂用电用户；
双频双馈发电机(15)输出的电能，在满足给水泵(14)和凝结水泵(7)的功耗需求以后，多余部分以50Hz直接输送至厂用电网；
双频双馈发电机(15)输出的变频电能能够根据机组的工况变化协同变化，当机组负荷升高时，给水泵(14)和凝结水泵(7)的转速升高，双频双馈发电机(15)输出的变频电能的频率增大来协同调节给水泵(14)和凝结水泵(7)的转速增大，在给水系统和凝结水系统管路特性不变的情况下，给水泵(14)和凝结水泵(7)的运行工况点发生改变，以满足机组运行需求；
双频双馈发电机(15)输出的变频电能可以根据机组的工况变化协同变化，当机组负荷降低时，给水泵(14)和凝结水泵(7)的转速降低，双频双馈发电机(15)输出的变频电能的频率减小来协同调节给水泵(14)和凝结水泵(7)的转速降低，在给水系统和凝结水系统管路特性不变的情况下，给水泵(14)和凝结水泵(7)的运行工况点发生改变，以满足机组运行需求。
2.根据权利要求1所述的一种基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统，其特征在于，协同驱动汽轮机(12)的蒸汽进口处设置有协同驱动汽轮机进汽门(11)，排汽出口处设置有协同驱动汽轮机排汽门(6)。
3.根据权利要求1所述的一种基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统，其特征在于，除氧器(10)的凝结水进口处设置有除氧器上水调门(9)。
4.根据权利要求1所述的一种基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统，其特征在于，汽轮机组最大出力工况运行时，协同驱动汽轮机进汽门(11)全开，协同驱动汽轮机(12)能够同时满足给水泵(14)和凝结水泵(7)的驱动功耗；汽轮机组变工况运行时，协同驱动汽轮机进汽门(11)全开，协同驱动汽轮机(12)在满足给水泵(14)和凝结水泵(7)的驱动功耗后，多余的能量输送至厂用电网用来驱动厂用电其他用户。
5.根据权利要求1所述的一种基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统，其特征在于，当机组负荷升高时，给水泵(14)的转速和凝结水泵(7)的转速同时升高；当机组负荷降低时，给水泵(14)的转速和凝结水泵(7)的转速同时降低。
6.根据权利要求1所述的一种基于双馈系统的直接空冷机组给水和凝结水协同系统，其特征在于，协同驱动汽轮机(12)的排汽至表面式冷却器(4)冷却凝结后，经小凝结水泵(5)输送，与空冷岛(3)的凝结水汇合，然后经凝结水泵(7)输送至除氧器(10)加热除氧，最终经给水泵(14)升压后输送至锅炉加热。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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