CN113309586B - 一种耦合功率平衡发电驱动的背压机系统及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耦合功率平衡发电驱动的背压机系统及设备。其中该背压机系统包括锅炉、高压缸、中压缸和主发电机，所述锅炉与高压缸和中压缸分别连接，高、中压缸与主发电机同轴连接，锅炉还与高压工业蒸汽端连接，中压缸还与中压工业蒸汽端和采暖蒸汽端分别连接；中压缸排汽口与后置汽轮机进汽口连接，后置汽轮机与给水泵同轴连接，给水泵安装在与锅炉进水口连接的给水管路上，后置汽轮机还与功率平衡发电机同轴连接，所述功率平衡发电机与厂用电系统相连，以用于当后置汽轮机输出的功率大于给水泵所需功率时，将多余功率输入至厂用电系统，或当后置汽轮机输出的功率小于给水泵所需功率时，将不足功率由厂用电系统输入至给水泵。

Description

一种耦合功率平衡发电驱动的背压机系统及设备
技术领域
本发明涉及火力发电厂热力循环系统技术领域，具体涉及一种耦合功率平衡发电驱动的背压机系统及设备。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
“热电联产、集中供热”属于典型的能源消费和供给的项目，具有节约能源、改善环境、增加电力供应、提高供热质量等综合效益。燃煤热电联产项目优先采用背压机。
热电联产的发展，经常出现工业蒸汽、采暖蒸汽兼有的需求，但采暖蒸汽只在采暖期才有，非采暖期导致背压机汽量大幅减少，运行工况变化剧烈，甚至有的时候背压机机型设计无法兼顾采暖期和非采暖期运行。
传统要解决工业蒸汽和采暖蒸汽不同期变化的矛盾，往往设置两种背压汽轮机组，若干台用于工业蒸汽常年运行；若干台用于采暖蒸汽，只在采暖期运行，非采暖期停运。造成非采暖期采暖背压机停运，投资闲置过多。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种耦合功率平衡发电驱动的背压机系统及设备，能够兼顾工业蒸汽和采暖蒸汽，解决了投资闲置过多的缺陷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供了一种耦合功率平衡发电驱动的背压机系统，包括锅炉、高压缸、中压缸和主发电机，所述锅炉通过管道与高压缸和中压缸分别连接，高压缸和中压缸均与主发电机同轴连接，锅炉还通过管道与高压工业蒸汽端连接，中压缸通过管道与中压工业蒸汽端和采暖蒸汽端分别连接；中压缸排汽口与后置汽轮机进汽口连接，后置汽轮机与给水泵同轴连接，给水泵安装在与锅炉进水口连接的给水管路上，后置汽轮机还与功率平衡发电机同轴连接。
所述功率平衡发电机与厂用电系统相连，以用于：
当后置汽轮机输出的功率大于给水泵所需功率时，将多余功率输入至厂用电系统；当后置汽轮机输出的功率小于给水泵所需功率时，将不足功率由厂用电系统输入给水泵。
进一步地，所述后置汽轮机与给水泵和功率平衡发电机同轴连接，所述功率平衡发电机可以选择通过变频整流系统接入厂用电系统，所述变频整流系统用于通过改变频率来改变后置汽轮机的转速，进而改变给水泵转速。此时给水泵、后置汽轮机、功率平衡发电机均变速运行。
进一步地，当功率平衡发电机不设置变频整流系统时，所述后置汽轮机与给水泵之间需要设置调速装置。此时后置汽轮机和功率平衡发电机为定速运行，给水泵变速运行。
进一步地，所述耦合功率平衡发电驱动的背压机系统还包括设置在给水泵和锅炉之间的高压加热器，高压加热器为常规表面式加热器，分为水侧和汽侧，汽侧加热蒸汽与水侧通过换热管束表面换热。高压加热器的汽侧加热蒸汽进口与高压缸和低压缸的排汽口或回热抽汽口端连接。
进一步地，高压加热器的水侧进口与给水泵的出口连接，水侧出口与锅炉的补水进口连接。
进一步地，所述补水管路上安装有除氧器，所述除氧器为混合式除氧器，除氧器加热蒸汽与中压缸的回热抽汽口连接。
进一步地，所述后置汽轮机的排汽口与混合式加热器的加热蒸汽进口连接，混合式加热器通过补水管路接入补水源。
进一步地，混合式加热器和给水泵之间还接入有凝结水泵，凝结水泵用于将混合式加热器中经过加热的补水送入除氧器。
进一步地，所述凝结水泵与除氧器之间的管路上安装有低压加热器，低压加热器为常规表面式加热器，分为水侧和汽侧，汽侧加热蒸汽与水侧通过换热管束表面换热。凝结水泵的出水口与低压加热器的水侧进口连接，低压加热器的汽侧加热蒸汽介质进口与中压缸的排汽口连接。
本发明的第二个方面提供了一种集成工业蒸汽及采暖蒸汽的设备，其包括如上述所述的耦合功率平衡发电驱动的背压机系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明的耦合功率平衡发电驱动的背压机系统中的高、中压缸与主发电机同轴连接，锅炉还与高压工业蒸汽端连接，中压缸还与中压工业蒸汽端和采暖蒸汽端分别连接，非采暖期，原用于采暖蒸汽的部分蒸汽用于加热回热系统的补水，兼顾了工业蒸汽和采暖蒸汽，使得非采暖季不会造成采暖机的闲置，节省了投资。
(2)本发明的后置汽轮机还与功率平衡发电机连接，功率平衡发电机与厂用电系统连接，这样当后置汽轮机输出的功率大于给水泵所需功率时，能够将多余功率输入至厂用电系统。当后置汽轮机输出的功率小于给水泵所需功率时，能够将不足功率由厂用电系统输入至给水泵。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明实施例1整体结构示意图。
其中，1.高压缸，2.中压缸，3.锅炉，4.主发电机，5.后置汽轮机，6.给水泵，7.功率平衡发电机，8.除氧器，9.混合式加热器，10.凝结水泵，11.低压加热器，12.第一高压加热器，13.第三高压加热器，14.第二高压加热器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
本实施例提供了一种耦合功率平衡发电驱动的背压机系统，包括锅炉3、高压缸1、中压缸2和主发电机4，所述锅炉3与高压缸1和中压缸2分别连接，高压缸1和中压缸2与主发电机4同轴连接，锅炉3还与高压工业蒸汽端连接，中压缸2还与中压工业蒸汽端和采暖蒸汽端分别连接；中压缸2与后置汽轮机5连接，后置汽轮机5与给水泵6连接，给水泵6安装在与锅炉3进水口连接的给水管路上，后置汽轮机5还与功率平衡发电机7连接，所述功率平衡发电机7与厂用电系统相连，以用于当后置汽轮机输出的功率大于给水泵所需功率时，将多余功率输入至厂用电系统，或当后置汽轮机输出的功率小于给水泵所需功率时，将不足功率由厂用电系统输入至给水泵。
在具体实施中，高压缸1、中压缸2和主发电机4采用同轴连接，连接方式采用现有汽轮机高、中压缸、发电机的连接方式即可。锅炉产生的高温蒸汽进入高压缸和中压缸，使得装有动叶的转子旋转，对外做功，带动主发电机进行发电。
为了同时满足工业蒸汽和采暖蒸汽的需求，所述中压缸具有多个蒸汽出口，锅炉与中压缸蒸汽进口之间的蒸汽管道具有外接管路，能够通过外接管路与电厂的高压工业蒸汽用户端连接，能够为高压工业蒸汽用户端输出高压蒸汽，本实施例中，可为高压工业蒸汽用户端提供4.3MPa左右的高压工业蒸汽。所述中压缸的一个蒸汽出口连接有外接管路，能够通过外接管路与电厂的中压工业蒸汽用户端连接，能够为电厂的中压工业蒸汽用户端提供设定压力的中压工业蒸汽，本实施例中，可为中压工业蒸汽用户端提供2.0MPa左右的中压工业蒸汽，所述中压缸的排汽口设有排汽管路，能够通过排汽管路与采暖用户端连接，能够为采暖用户端提供采暖蒸汽，本实施例中，所述中压缸的排汽口排出的蒸汽压力为0.4MPa左右，适用于采暖蒸汽参数。
所述中压缸的排汽口通过管路与后置汽轮机5的蒸汽进口连通，所述后置汽轮机采用背压式汽轮机，中压缸排出的蒸汽能够通过管路进入后置汽轮机，驱动后置汽轮机工作。
在本实施例中，后置汽轮机采用中压缸最末一级背压排汽，进一步做功，进一步利用了中压缸乏汽，能够提升热力系统效率。后置汽轮机采用功率平衡原理，其进汽阀全开，进汽不节流，转速不通过进汽阀调节，而是通过同轴的功率平衡发电机稳定速度，这样减少了传统后置汽轮机进汽节流损失。
后置汽轮机与给水泵的连接方式包括两种，分别为：
(a)所述后置汽轮机与给水泵直接连接，所述功率平衡发电机通过变频整流系统接入厂用电系统，所述变频整流系统用于通过改变频率来改变后置汽轮机的转速，进而改变给水泵转速。
(b)所述后置汽轮机与给水泵之间设置有调速装置。此时功率平衡发电机频率恒定，稳定转速。给水泵的变速通过调速装置实现。调速装置可以采用液力、行星齿轮、变频等单一或组合原理的调速装置，不做限定。
所述给水泵位于除氧器与锅炉进水口之间的给水管路上。
所述除氧器用于对锅炉的补水进行除氧，为了充分利用系统产生的高温蒸汽的热量，所述除氧器采用热力式除氧器。
所述补水源与除氧器之间的补水管路上依次安装有混合式加热器9、凝结水泵10和低压加热器11。
所述低压加热器的加热蒸汽进口通过管路与中压缸的排汽口连接，利用中压缸的背压排汽作为加热热源，所述低压加热器的加热蒸汽疏水出口与混合加热器的一个疏水进口连接，所述混合式加热器的加热蒸汽进口与后置汽轮机的排汽口连接，后置汽轮机排出的蒸汽作为混合式加热器的加热热源。
所述混合式加热器的进水口通过补水管路与补水源连接，混合式加热器是加热蒸汽和被加热的水直接混合的加热设备，因此补水源流入的补水和低压加热器流入的疏水、后置汽轮机通入的加热蒸汽能够混合对补水进行加热。
本实施例中，所述混合式加热器的工作压力可以大于、等于或低于大气压，根据系统设计、补水量和水温情况进行确定，例如，所述混合式加热器的工作压力可以为4kPa。
所述混合式加热器的出水口与凝结水泵的进水口连接，凝结水泵的出水口与低压加热器的水侧进口连接，低压加热器的水侧出口与除氧器连接。
凝结水泵能够驱动混合式加热器内排出的加热后的水进入低压加热器内部的水侧流道，低压加热器利用通入的中压缸排出的蒸汽对补水进一步加热后，补水进入除氧器进行除氧，给水泵将除氧器除氧后的补水驱动进入锅炉进行锅炉的补水。
所述给水泵与锅炉进水口之间的给水管路上安装有若干高压加热器，本实施例中，设置三个高压加热器，用于对给水进行进一步加热，其中靠近给水泵的为第一高压加热器12，靠近锅炉的为第三高压加热器13，中间的为第二高压加热器14，所述高压加热器的水侧流通通道接入给水泵与锅炉进水口之间的补水管路上，具体的：
第一高压加热器的水侧进口与给水泵的出水口连接，其水侧出口与第二高压加热器的水侧进口连接，第二高压加热器的水侧出口与第三高压加热器的水侧进口连接，第三高压加热器的水侧出口与锅炉的进水口连接。
本实施例中，所述第二高压加热器和第三高压加热器的汽侧进口均通过管路与高压缸的蒸汽出口连接，高压缸的回热抽汽和背压排汽分别作为第二高压加热器和第三高压加热器的加热源。
本实施例中，为了充分实现高压缸和中压缸排出的高温蒸汽的热量利用，相邻高压加热器中，位于后方的高压加热器的加热蒸汽疏水排出口通过管路与位于前方的高压加热器的疏水进口连通，其中，第三高压加热器加热蒸汽疏水出口通过管路与第二高压加热器的疏水进口连通，第三高压加热器流出的加热蒸汽疏水能够流入第二高压加热器的疏水进口，同理，第二高压加热器的加热蒸汽疏水出口通过管路与第一高压加热器的疏水进口连通，第一高压加热器的加热蒸汽疏水出口通过管路与除氧器连接。
本实施例中，为了使得高压缸的排汽能够进行再热后再继续在中压缸做功，所述高压缸的蒸汽出口通过管路与锅炉连接，能够通过锅炉内部的再热器系统对高压缸排出的蒸汽进行再热。高压缸排汽经再热后继续在中压缸做功，相比传统非再热背压机，热力循环效率能够大大提高。
本实施例的耦合功率平衡发电驱动的背压机系统的工作原理为：
在采暖期：高压工业蒸汽端和中压工业蒸汽端中至少一者与工业用户端连通，采暖蒸汽端与采暖用户端连通，耦合功率平衡发电驱动的背压机系统同时产生工业蒸汽和采暖蒸汽，为工业用户端及采暖用户端同时提供蒸汽。
在非采暖期：高压工业蒸汽端和中压工业蒸汽端中至少一者与工业用户端连通，采暖蒸汽端与采暖用户端不连通，耦合功率平衡发电驱动的背压机系统仅产生工业蒸汽，仅为工业用户端提供蒸汽。
实施例二
本实施例提供了一种集成工业蒸汽及采暖蒸汽的设备，其包括如上述实施例一所述的耦合功率平衡发电驱动的背压机系统。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种耦合功率平衡发电驱动的背压机系统，包括锅炉、高压缸、中压缸和主发电机，所述锅炉与高压缸和中压缸分别连接，高压缸和中压缸均与主发电机同轴连接，其特征在于：
锅炉还与高压工业蒸汽端连接，中压缸还与中压工业蒸汽端和采暖蒸汽端分别连接；中压缸排汽口与后置汽轮机进汽口连接，后置汽轮机与给水泵同轴连接，给水泵安装在与锅炉进水口连接的给水管路上，后置汽轮机还与功率平衡发电机同轴连接；
所述后置汽轮机的蒸汽出口与混合式加热器的进汽口连接，混合式加热器接入补水源与给水泵之间的补水管路中；
混合式加热器和给水泵之间还接入有凝结水泵，凝结水泵用于将混合式加热器中经过加热的补水送入补水管路；
所述凝结水泵与给水泵之间的管路上安装有低压加热器，凝结水泵的出水口与低压加热器水侧进口连接，低压加热器的加热蒸汽进口与中压缸的排汽端连接；
所述低压加热器的加热蒸汽疏水出口与混合加热器的一个疏水进口连接；
所述功率平衡发电机与厂用电系统相连，以用于：
当后置汽轮机输出的功率大于给水泵所需功率时，将多余功率输入至厂用电系统；当后置汽轮机输出的功率小于给水泵所需功率时，将不足功率由厂用电系统输入至给水泵。
2.如权利要求1所述的耦合功率平衡发电驱动的背压机系统，其特征在于，所述后置汽轮机与给水泵和功率平衡发电机同轴连接，所述功率平衡发电机通过变频整流系统接入厂用电系统，所述变频整流系统用于通过改变频率来改变后置汽轮机的转速，进而改变给水泵转速。
3.如权利要求1所述的耦合功率平衡发电驱动的背压机系统，其特征在于，所述后置汽轮机与给水泵之间设置有调速装置， 此时后置汽轮机和功率平衡发电机均为定速，给水泵的调速通过调速装置实现。
4.如权利要求1所述的耦合功率平衡发电驱动的背压机系统，其特征在于，所述耦合功率平衡发电驱动的背压机系统还包括设置在给水泵和锅炉之间的高压加热器，高压加热器的加热蒸汽进口与高压缸和低压缸的蒸汽排出端或回热蒸汽抽汽口连接。
5.如权利要求4所述的耦合功率平衡发电驱动的背压机系统，其特征在于，高压加热器的水侧进口与给水泵的出口连接，水侧出口与锅炉的给水进口连接。
6.如权利要求1所述的耦合功率平衡发电驱动的背压机系统，其特征在于，所述补水管路上安装有除氧器，所述除氧器与中压缸的蒸汽出口连接。
7.一种集成工业蒸汽及采暖蒸汽的设备，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的耦合功率平衡发电驱动的背压机系统。
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