CN113624027A - 一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统及运行方法，该系统中压缸排汽为驱动汽源，增设制冷热泵，利用低品质蒸汽驱动热泵制取冷能，以低温水为冷能载体，在空冷塔散热器空气入口前设置冷水盘管束，热泵出口低温水经循环水升压进入冷水盘管束，释放冷能后汇集母管后再回至热泵，完成水侧循环。经空冷塔吸拔力驱动的环境空气，先经冷水盘管束降温后，再掠过原空冷散热器冷凝电站凝汽器出口高温循环水。本发明的系统以消耗部分中排蒸汽为代价，实现运行背压和机组能耗的下降，与现有耗水型尖峰冷却技术相比，本发明以较小的改造投资取得较大的节能效果，且实现全生命周期零水耗。

Description

一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统及运行方法
技术领域
本发明属于燃煤机组节能降耗技术领域，涉及一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统及运行方法。
背景技术
电站空冷技术以优异的节水性能，在三北地区得到了快速发展和广泛应用，目前总装机超1亿千瓦。按照冷却空气和电站乏汽的换热形式，空冷系统可分为直接空冷和间接空冷两种。直接空冷机组，冷却空气经风机驱动掠过空冷凝汽器，冷凝空冷凝汽器管束内部的电站乏汽；间接空冷机组，以循环水为冷却介质，在自然通风冷却塔外围增设散热器，环境空气经空冷塔吸拔力驱动，掠过散热器冷却电站凝汽器出口至空冷塔的高温循环水，空冷塔出口的低温循环水经循环水泵驱动，进入电站凝汽器冷凝汽轮机排汽。
尽管设置了循环冷却水作为电站乏汽和环境空气的热传递载体，但间接空冷机组仍以环境空气为冷却介质，在夏季高温时段处于高背压运行，加之散热器脏污引起换热恶化、大风突至、建筑物遮挡、热风回流卷吸等因素影响，进一步抬升了机组运行背压，增加能耗。研究表明，运行背压每增加1kPa，机组发电煤耗升高1.3-1.5g/kWh。
为降低间接空冷机组运行背压和能耗，相关学者和机构进行了深入研究，提出了几种解决方案并实现工程应用。方案1：空冷塔散热器表面喷淋冷水。用泵抽取低温地下水或者夜间自然冷却低温水，通过各支管及喷嘴以雾化形式喷淋在空冷散热器外表面，达到降低掠过散热器入口风温的目的。该方案技术原理简单，投资较少，缺点在于耗费大量水资源，且易加剧空冷塔散热器表面脏污程度，反过来削弱降背压效果。方案2：增设尖峰冷却系统。增设管束式或板片式换热器，管/板内通入电站凝汽器出水，外部流经空气，同时喷淋冷却水。分流部分凝汽器出水至尖峰冷却系统，降低原空冷系统热负荷，达到提升运行真空和降低能耗的目的。但存在水耗大、投资大的缺点，限制了其应用。
发明内容
本发明提供了一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统及运行方法，以解决现有技术中，间接空冷机组夏季运行背压和能耗高的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统，包括中压缸和空冷塔，中压缸的蒸汽输出管道分别连接至低压缸和制冷热泵；低压缸的蒸汽输出管道连接至凝汽器；
凝汽器内设置有第一冷却水管路和凝结水管路，所述第一冷却水管路和空冷塔内的第三冷却水管路连接且形成循环；所述凝结水管路的进口和低压缸的蒸汽输出管路连接，凝结水管路的出口连接至凝结水泵；
所述制冷热泵内设置有疏水管路和第二冷却管路，所述第二冷却管路连接至冷水盘管束且形成循环，所述冷水盘管束围绕空冷塔的周向设置；所述疏水管路的进口和中压缸蒸汽输出管道连接，疏水管路的出口和凝结水泵连接。
本发明的进一步改进在于：
优选的，所述第一冷却管路的出口和第三冷却管路的进口连接，所述第一冷却管路的进口和第三冷却管路的出口连接。
优选的，所述第一冷却管路的进口和第三冷却管路的出口通过连接管路连接，所述连接管路上设置有循环水泵。
优选的，所述第三冷却管路通过环境空气冷却。
优选的，所述冷水盘管束的进口通过冷水管道和第二冷却管路的出口连接，所述冷水盘管束的出口通过热水母管和第二冷却管路的进口连接。
优选的，所述冷水盘管束由若干个冷水支管并联组成，若干个冷水支管围绕空冷塔的周向等距离设置，冷水支管竖向布置；所有的冷水支管的进口共同连接至冷水管道，出口共同连接至热水母管。
优选的，所述冷水盘管束围绕空冷塔的散热器设置。
优选的，所述凝结水泵的输出端连接至锅炉，凝结水泵至锅炉的连接管路上依次设置有低压加热器组、给水泵组和高压加热器组。
优选的，所述锅炉的蒸汽输出端连接至高压缸，高压缸的蒸汽输出端连接至锅炉再热蒸汽输入端，锅炉的再热蒸汽输出端连接至中压缸。
一种基于上述的降低间接空冷机组夏季运行背压的系统的运行方法，所述中压缸的排汽进入制冷热泵放热，放热后形成疏水流回至凝结水泵；制冷热泵的出口低温水进入冷水盘管束释放冷能后，再经过热水母管回到制冷热泵中。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统，该系统中压缸排汽为驱动汽源，增设制冷热泵，利用低品质蒸汽驱动热泵制取冷能，以低温水为冷能载体，在空冷塔散热器空气入口前设置冷水盘管束，热泵出口低温水经循环水升压进入冷水盘管束，释放冷能后汇集母管后再回至热泵，完成水侧循环。经空冷塔吸拔力驱动的环境空气，先经冷水盘管束降温后，再掠过原空冷散热器冷凝电站凝汽器出口高温循环水。本发明的系统以消耗部分中排蒸汽为代价，实现运行背压和机组能耗的下降，与现有耗水型尖峰冷却技术相比，本发明以较小的改造投资取得较大的节能效果，且实现全生命周期零水耗。
本发明还公开了一种基于降低间接空冷机组夏季运行背压的系统的运行方法，该方法通过在制冷热泵制取冷能，，以中压缸排汽为驱动汽源，以低温水为冷能载体；在空冷塔散热器空气入口前设置冷水盘管束，热泵出口低温水经循环水升压进入冷水盘管束，释放冷能后汇集在母管后再回至热泵，完成水侧循环；环境空气经空冷塔吸拔力驱动，先横向穿过冷水盘管束吸收冷能降温后，再掠过原空冷散热器冷却电站凝汽器出口高温循环水。该方法可大幅降低占地、改造工程量及投资，以消耗部分中排蒸汽为代价，实现运行背压和机组能耗的下降，并可保持全生命周期零水耗，节能效果显著，应用前景深远。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图；
图2为本发明的冷水盘管束的结构示意图。
其中：1-锅炉；2-高压缸；3-中压缸；4-低压缸；5-发电机；6-凝汽器；7-循环水泵；8-空冷塔；9-凝结水泵；10-低压加热器组；11-给水泵组；12-高压加热器组；13-制冷热泵；14-循环泵；15-冷水盘管束；16-动力蒸汽管道；17冷水管道；18-热水母管；19-疏水母管；20-冷水支管；21-连接管路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明公开了一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统及运行方法，整个系统包括锅炉1、高压缸2、中压缸3、低压缸4、发电机5、凝汽器6、循环水泵7、空冷塔9、凝结水泵9、低压加热器组10、给水泵组11、高压加热器组12、制冷热泵13、循环泵14和冷水盘管束15。
进一步的，锅炉1的蒸汽输出端连接连接至高压缸2，高压缸2的排汽和锅炉1的再热蒸汽管道连接，锅炉1中的蒸汽进行二次提温后，通过再热蒸汽管道的输出端和中压缸3连接，中压缸3的蒸汽输出管路连接至低压缸4。高压缸2、中压缸3和低压缸4同时带动的动力输出轴和发电机5连接，带动发电机5做功。
本发明还包括空冷塔8，空冷塔8在其底部散热器外围设置有一圈冷水盘管束15。参见图1和图2，冷水盘管束15由若干个冷水支管20并列组成，所有的冷水支管20的设置方向为竖向方向，所有的冷水支管20围绕散热器的周向等分设置。所有的冷水支管20均由冷水管道17提供进水，考虑到空冷塔8的直径较大，冷水管道17至冷水盘管束15的进口可以设置若干个，冷水通过冷水盘管束15后成为热水，所有的冷水支管20的出口均共同连接至热水母管18的进口。
从中压缸3至低压缸4的蒸汽管路上，设置有分支为动力蒸汽管道16，动力蒸汽管道16的输出端和制冷热泵13连接。制冷热泵13内设置有双循环水管路，一个为第二冷却水管路，一个为疏水管路；第二冷却水管路的进口和热水母管18的出口连接，第二冷却水管路的出口和冷水管道17连接，冷水管道17上设置有循环泵14；疏水管路的进口和动力蒸汽管道16连接，疏水管路的出口和疏水母管19连接，疏水母管19和凝结水泵9的进水端连接。
低压缸4的蒸汽输出端和凝汽器6连接，凝汽器6冷源由空冷塔8和循环水泵7组成的闭式冷却系统组成。具体的，凝汽器6内设置有第一冷却水管路和凝结水管路，凝汽器6的第一冷却水出水管路的出口和空冷塔8的第三冷却水管路连接，第三冷却水管路被环境空气冷却，空冷塔8的第三冷却水管路的出口和凝汽器6的第一冷却水管路进口连接，空冷塔8的第三冷却水管路出口和凝汽器6的第一冷却水管路进口通过连接管路21连接，连接管路21上设置有循环水泵7。该过程使得凝汽器6出口高温水进入空冷塔8由环境空气冷却降温后，再经过循环水泵7加压，进入凝汽器6，完成热力循环。凝汽器6中还设置有凝结水管路，凝结水管路的进口和低压缸4的蒸汽出口连接，蒸汽被第一冷却水管路中的冷却水冷却后成为凝结水，通过凝结水管路的出口排入至凝结水泵9。凝汽器6的凝结水管路出口和疏水母管19汇合后成为进入凝结水泵9，凝结水泵9的出水管路和低压加热器组10连接，低压加热器组10的出水管路和给水泵组11连接，给水泵组11的出水端和高压加热器12连接，高压加热器12的出水端和锅炉1的省煤器连接。
本发明装置的工作方法：
锅炉1过热器出口蒸汽进入高压缸2做功，高压缸2排汽进入锅炉1再热器二次提温后再进入中压缸3做功，中压缸3的排汽分为两路，一路进入低压缸4做功，低压缸4的排汽进入凝汽器6冷凝，低压缸4的排汽另一路进入制冷热泵13。高压缸2、中压缸3和低压缸4同轴连接，共同驱动发电机5发电。凝汽器6出口凝结水经凝结水泵9升压后，依次经过低压加热器组10、给水泵组11和高压加热器组12升温升压后，进入锅炉1，完成热力循环。
增设制冷热泵13，引中压缸3部分排汽作为驱动汽源进入制冷热泵13，放热后疏水回至凝结水泵9入口。制冷热泵13通过冷却后的蒸汽制取冷能，冷却第二冷却管路中的水，出口低温水经循环泵14加压后进入冷水盘管束15释放冷能后，再经热水母管18回至制冷热泵13，完成水侧循环。环境空气经空冷塔8吸拔力驱动，先横向穿过冷水盘管束15吸收冷能降温后，再掠过原空冷塔8散热器，冷凝电站凝汽器6的出口高温循环水。
在夏季高温、机组高电负荷区间段，可投运制冷热泵系统，以消耗部分中排蒸汽为代价，实现运行背压和机组能耗的下降。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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 (10)

1.一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统，其特征在于，包括中压缸(3)和空冷塔(8)，中压缸(3)的蒸汽输出管道分别连接至低压缸(4)和制冷热泵(13)；低压缸(4)的蒸汽输出管道连接至凝汽器(6)；
凝汽器(6)内设置有第一冷却水管路和凝结水管路，所述第一冷却水管路和空冷塔(8)内的第三冷却水管路连接且形成循环；所述凝结水管路的进口和低压缸(4)的蒸汽输出管路连接，凝结水管路的出口连接至凝结水泵(9)；
所述制冷热泵(13)内设置有疏水管路和第二冷却管路，所述第二冷却管路连接至冷水盘管束(15)且形成循环，所述冷水盘管束(15)围绕空冷塔(8)的周向设置；所述疏水管路的进口和中压缸(3)蒸汽输出管道连接，疏水管路的出口和凝结水泵(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统，其特征在于，所述第一冷却管路的出口和第三冷却管路的进口连接，所述第一冷却管路的进口和第三冷却管路的出口连接。
3.根据权利要求2所述的一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统，其特征在于，所述第一冷却管路的进口和第三冷却管路的出口通过连接管路(21)连接，所述连接管路(21)上设置有循环水泵(7)。
4.根据权利要求1所述的一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统，其特征在于，所述第三冷却管路通过环境空气冷却。
5.根据权利要求1所述的一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统，其特征在于，所述冷水盘管束(15)的进口通过冷水管道(17)和第二冷却管路的出口连接，所述冷水盘管束(15)的出口通过热水母管(18)和第二冷却管路的进口连接。
6.根据权利要求5所述的一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统，其特征在于，所述冷水盘管束(15)由若干个冷水支管(20)并联组成，若干个冷水支管(20)围绕空冷塔(8)的周向等距离设置，冷水支管(20)竖向布置；所有的冷水支管(20)的进口共同连接至冷水管道(17)，出口共同连接至热水母管(18)。
7.根据权利要求1所述的一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统，其特征在于，所述冷水盘管束(15)围绕空冷塔(8)的散热器设置。
8.根据权利要求1所述的一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统，其特征在于，所述凝结水泵(9)的输出端连接至锅炉(1)，凝结水泵(9)至锅炉(1)的连接管路上依次设置有低压加热器组(10)、给水泵组(11)和高压加热器组(12)。
9.根据权利要求8所述的一种降低间接空冷机组夏季运行背压的系统，其特征在于，所述锅炉(1)的蒸汽输出端连接至高压缸(2)，高压缸(2)的蒸汽输出端连接至锅炉(1)再热蒸汽输入端，锅炉(1)的再热蒸汽输出端连接至中压缸(3)。
10.一种基于权利要求1所述的降低间接空冷机组夏季运行背压的系统的运行方法，其特征在于，所述中压缸(3)的排汽进入制冷热泵(13)放热，放热后形成疏水流回至凝结水泵(9)；制冷热泵(13)的出口低温水进入冷水盘管束(15)释放冷能后，再经过热水母管(18)回到制冷热泵(13)中。
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