CN113863998A - 一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统及方法 - Google Patents

一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统及方法 Download PDF

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CN113863998A CN202111102039.0A CN202111102039A CN113863998A CN 113863998 A CN113863998 A CN 113863998A CN 202111102039 A CN202111102039 A CN 202111102039A CN 113863998 A CN113863998 A CN 113863998A
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荆涛
万超
王明勇
邹洋
李高潮
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Abstract

本发明公开了一种直接空冷机组干‑湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统及方法，该系统将高中压缸的排汽分别流入至低压缸和小汽轮机，使得当小汽轮机投入运行时，风机动力中心利用凝汽式小汽轮机发电用于驱动风机动力中心，多余的电通过四象限变频器进入厂用电，当小汽轮机所发电不足以驱动风机动力中心，则通过四象限变频器从厂用电系统获得电能来驱动风机动力中心。整个动力中心通过四象限变频器的逆变作用，可以实现任意工况变频运行。动力中心发生故障，则切回高厂变带三大风机。

Description

一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用 系统及方法
技术领域
本发明属于燃煤机组节能降耗领域，具体涉及一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统及方法。
背景技术
直接空冷机组采用湿冷来分担一部分低压缸来冷却，可有效降低机组背压，同时干湿联合冷却也比纯湿冷能节约大量的水资源。干-湿联合冷却就是把低压缸的少部分蒸汽排到小凝汽器通过机力塔来冷却，能有效降低排汽温度；低压缸的大部分蒸汽排到空冷岛来冷却。采用机力塔和小凝汽器来冷却部分低压缸蒸汽比尖峰冷却器更容易保持冷却元件的清洁且冷却效果更好。干-湿联合冷却系统能带来较大收益的时段主要在夏季和其它季节环境温度比较高的运行时段，尤其是空冷机组主要在黄河以北，所以大部分机组承担供热，到了供热季，进入空冷岛的排汽量会大幅减少，湿式冷却就需要停用，造成了设备闲置。
电厂的三大风机作为电厂耗电大户，对用电量始终要求很高。如能将闲置的设备利用和电厂的三大风机产生关联，则能够使得能源得到充分的利用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统及方法，以解决现有技术中，设备和能源难以得到充分利用的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统，包括锅炉，所述锅炉的蒸汽输出端连接至高中压缸，高中压缸的蒸汽输出端设置有两个支路，分别连接至低压缸和小汽轮机，所述低压缸的蒸汽输出端分为第一支路和第二支路，所述第一支路连接至空冷岛，所述空冷岛的凝结水管路连接至锅炉的省煤器，所述第二支路连接至小机凝汽器，所述小机凝汽器的冷却水排水管路连接至机力通风冷却塔；
所述小汽轮机的动力输出轴连接有变频电机，变频电机的电力输出端连接至风机动力中心的供电管路，所述电力输出端和所述供电管路的连接电路上设置有第一分支电路，所述第一分支电路上设置有四象限变频器，所述第一分支电路的终端连接至厂用电系统。
本发明的进一步改进在于：
优选的，所述第二支路上设置有低压缸排汽支管阀门。
优选的，所述小汽轮机的蒸汽输出管路和小机凝汽器连接，所述蒸汽输出管路上设置有小汽轮机排汽口阀门。
优选的，顺着水流的方向，所述凝结水管路上依次设置有凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器。
优选的，所述小汽轮机的动力输出轴上设置有齿轮减速箱。
优选的，所述变频电机和齿轮减速箱之间设置有超越离合器。
优选的，所述第一分支电路上设置有主开关。
优选的，所述第一分支电路并联有第二分支电路，所述第二分支电路上设置有旁路开关。
优选的，所述风机动力中心包括并联的引风机、一次风机和送风机。
一种基于上述的直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统的共用方法，
当机组上一年度日间平均温度高于20℃时，所述高中压缸的蒸汽全部进入低压缸，在低压缸做功后，低压缸中70％的排汽进入到空冷岛被冷凝后回到锅炉；低压缸中30％的排汽进入小机凝汽器冷凝后进入通风冷却塔；所述风机动力中心通过厂用电系统供电；
当机组上一年度日间平均温度低于20℃时，高中压缸的部分蒸汽进入小汽轮机做功，高中压缸的剩余蒸汽进入低压缸做功；低压缸的排汽进入空冷岛被冷凝后回到锅炉；所述小汽轮机做功带动动力动力输出轴转动，动力输出轴带动变频电机发电；当变频电机的发电量大于风机动力中心的用电量时，变频电机通过四象限变频器同时将电量输送至风机动力中心和厂用电系统；当变频电机的发电量小于风机动力中心的用电量时，通过四象限变频器，厂用电系统和变频电机共同驱动风机动力中心。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统，该系统将高中压缸的排汽分别流入至低压缸和小汽轮机，使得当小汽轮机投入运行时，风机动力中心利用凝汽式小汽轮机发电用于驱动风机动力中心，多余的电通过四象限变频器进入厂用电，当小汽轮机所发电不足以驱动风机动力中心，则通过四象限变频器从厂用电系统获得电能来驱动风机动力中心。整个动力中心通过四象限变频器的逆变作用，可以实现任意工况变频运行。动力中心发生故障，则切回高厂变带三大风机。而凝汽式汽轮机的冷源正好可以利用湿式冷却设备。湿式冷却设备停用的时段可以作为风机动力中心小汽轮机的冷源，充分利用闲置设备。当湿式却设备投用时，可把风机动力中心切回厂用电系统。
进一步的，第二支路上设置有低压缸排汽支管阀门，使得能够控制低压缸的排汽走向，充分利用低压缸的排汽。
进一步的，当小汽轮机运行时，小汽轮机的排汽同样通过小机凝汽器进行冷却，形成冷却水排出。
进一步的，凝结水管路上依次设置有多个装置，使得从空冷岛流出的凝结水能够满足锅炉使用的要求。
进一步的，小汽轮机的动力输出轴上设置有齿轮减速箱和超越离合器，齿轮减速箱能够使得小汽轮机动力输出轴的转速满足变频电机的需求。超越离合器能够及时起动变频电机空转，进而避免对变频电机的反拖造成损坏。
进一步的，第一分支电路上设置有主开关，通过该开关能够控制第一分支电路的通断。
进一步的，第二分支并联有第二分支，且第二分支上设置有旁路开关，使得当小汽轮机驱动系统或者四象限变频器出现问题，或者是小汽轮机不做功时，厂用电系统能够为风机动力中心供电。
本发明还公开了一种基于直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统的共用方法，该方法中风机动力中心主要是利用凝汽式小汽轮机发电用于驱动风机动力中心，多余的电通过四象限变频器进入厂用电，当小汽轮机所发电不足以驱动风机动力中心，则通过四象限变频器从厂用电系统获得电能来驱动风机动力中心。整个动力中心通过四象限变频器的逆变作用，可以实现任意工况变频运行。动力中心发生故障，则切回高厂变带三大风机。而凝汽式汽轮机的冷源正好可以利用湿式冷却设备。湿式冷却设备停用的时段可以作为风机动力中心小汽轮机的冷源，充分利用闲置设备。当湿式却设备投用时，可把风机动力中心切回厂用电系统。两者之间切换的时间需要通过环境温度来决定，但是由于整个系统比较复杂，难以实现频繁切换，主要切换的方法是统计上一年的每个月的日间平均温度，当整个月份的日间平均温度高于20℃，这时候采用干-湿联合冷却，投运湿式设备，风机动力中心切回厂用电系统。当整个月份的日间平均温度低于20℃时，湿式冷却设备停用，机力塔作为风机动力中心小汽轮机的冷源。该方法
不只降低了厂用电率，同时通过变速调节提高了引风机在低负荷下的效率，降低了机组能耗。
附图说明
图1为本发明的系统结构图；
其中：1-锅炉；2-高中压缸；3-四象限变频器；4-引风机；5-一次风机；6-送风机；7-主开关；8-小汽轮机排汽口阀门；9-低压缸排汽支管阀门；10-低压缸；11-空冷岛；12-机力通风冷却塔；13-凝结水泵；14-小机凝汽器；15-低压加热器；16-厂用电系统；17-除氧器；18-旁路开关；19-给水泵；20-变频电机；21-超越离合器；22-齿轮减速箱；23-小汽轮机；24-高压加热器；25-第一支路；26-第二支路；27-第一分支电路；28-第二分支电路；29-凝结水管路；30-蒸汽输出管路。
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。
本发明公开了一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统和方法，该系统的主要设备包括锅炉1、高中压缸2、低压缸10、小汽轮机23和风机动力中心冷源。
参见图1，具体的，包括锅炉1，锅炉1的蒸汽输出端和高中压缸2的蒸汽输入端连接，高中压缸2的蒸汽输出端设置有两个支路，分别连接至低压缸10和小汽轮机23；低压缸10的蒸汽输出端分为第一支路25和第二支路26。
所述第一支路25和空冷岛11的进汽端连接，蒸汽在空冷岛11被冷却后形成凝结水，空冷岛11的凝结水管路29和凝结水泵13的进水端连接，凝结水泵13的出水端和低压加热器15连接，低压加热器15的出水端和除氧器17的进水端连接，除氧器17的出水端和给水泵19连接，给水泵19的出水端和高压加热器24连接，高压加热器24的出水端和锅炉1的省煤器连接。
所述第二支路26和小机凝汽器14连接，小机凝汽器14的冷却水排水管路连接至机力通风冷却塔12，所述第二支路26上设置有低压缸排汽支管阀门9，通过低压缸排汽支管阀门9的开关，能够控制从低压缸10输出的蒸汽是否部分进入小机凝汽器14。
小汽轮机23的蒸汽输入端和高压缸2蒸汽输出端的一个分支连接，蒸汽在小汽轮机23做功后，通过蒸汽输出管路30输出，小汽轮机23的蒸汽输出管路30和第二分支26汇合后流入至小机凝汽器14，蒸汽输出管路30上设置有小汽轮机排汽口阀门8。
蒸汽在小汽轮机23中做功时，能够带动小汽轮机23的动力输出轴进行转动，动力输出轴的终端和变频电机20连接，沿着动力输出的方向，动力输出轴上依次连接有超越离合器21和齿轮减速箱22，齿轮减速箱22的动力输出端和变频电机20连接。变频电机20的电力输出端连接至风机动力中心的供电管路，所述风机动力中心包括并联的引风机4、一次风机5和送风机6。
变频电机20电力输出端和风机动力中心的供电管路的连接电路上设置有第一分支电路27，所述第一分支电路27上设置有四象限变频器3，第一分支电路27的终端连接至厂用电系统16，第一分支电路27上设置有主开关7，通过主开关7的开断能够控制第一分支电路27上是否通电，从变频电机20输出的电能是否输出至厂用电系统16。
第一分支电路27上并联有第二分支电路28，第一分支电路28的一端在四象限变频器3前，另一端在主开关7后，第二分支电路同时和四象限变频器3和主开关7并联，第二分支电路28上设置有旁路开关18，通过旁路开关18的设置能够控制第二分支电路28是否通断。
本发明的工作原理：
机组在上一年整月日间平均温度高于20℃时，蒸汽在低压缸10内做功完毕后，70％的低压缸排汽进入空冷岛11冷凝，并打开低压缸排汽支管阀门9，关闭小汽轮机排汽口阀门8，让30％的低压缸排汽进入到小机凝汽器14进行冷凝，冷凝完排汽的循环冷却水进入机力通风冷却塔12，有效降低机组背压。这时候采用厂用电系统16来驱动风机动力中心，维持锅炉1的正常运行。整个机组的运行流程为：给水在锅炉1内加热，进入汽轮机高中压缸2和汽轮机低压缸10内做功。乏汽在低压缸10内做功完之后，排汽大部分进入空冷岛11冷凝和小部分进入小机凝汽器14，成为凝结水来到凝结水泵13增压，进入低压加热器15，在低压加热器15进行抽汽加热后上水来到除氧器17，进入给水泵19加压来到高压加热器24，经过高压加热器24加热后给水重新回到锅炉1内加热。风机动力中心的运行，通过厂用电系统16提供电能，关闭主开关7，打开旁路18开关，从厂用电系统获得电能16，通过变频电机20驱动风机动力中心。
机组在上一年整月日间平均温度低于20℃时，从汽轮机高中压缸2抽出一部分蒸汽进入到小汽轮机23做功，这时候并关闭低压缸排汽支管阀门9，打开小汽轮机排汽口阀门8，小汽轮机23做功后的排汽进入到小机凝汽器14。小汽轮机23做功驱动变频电机20发电。如果有多余的电通过四象限变频器3进入厂用电，当小汽轮机23所发电不足以驱动风机动力中心，则通过四象限变频器3从厂用电系统获得电能来驱动风机动力中心。这时候整个的运行流程变为：给水在锅炉1内加热，进入汽轮机高中压缸2和汽轮机低压缸10内做功。乏汽在低压缸10内做功完之后，排汽全部进入空冷岛11冷凝，成为凝结水来到凝结水泵13增压，进入低压加热器15，在低压加热器15进行抽汽加热后上水来到17除氧器，进入给水泵19加压来到高压加热器24，经过高压加热器加热后给水重新回到锅炉1内加热。风机动力中心的运行，小汽轮机23做功，由于小汽轮机23的转速高于发电机的转速，所以需要通过齿轮减速箱22进行减速，然后经过超越离合器21，超越离合器21保证即使起动变频电机20空转，这样可以避免对电机的反拖造成损坏。然后带动变频电机20发电，如果有多余的电通过四象限变频器3，打开主开关7，并关闭旁路开关18，进入厂用电系统16，当小汽轮机23所发电不足以驱动风机动力中心，则通过四象限变频器3从厂用电系统16获得电能来驱动风机动力中心。如果整个小汽轮机23系统或者四象限变频器3出现问题，这时候关闭主开关7，打开旁路开关18，从厂用电系统16获得电能，通过变频电机20驱动风机动力中心。保证风机动力中心的稳定运行。
投运效果
直接空冷机组在上一年整月日间平均温度高于20℃时，投运干-湿联合冷却系统，有效降低机组背压。而在机组在上一年整月日间平均温度低于20℃时，把机力通风冷却塔作为风机动力中心小汽轮机的冷源，有效降低三大风机全年的能耗。
本发明公开了一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统及方法，包括汽轮机、空冷岛、凝结水泵、小汽轮机、机力塔、风机动力中心、阀门等。直接空冷机组采用湿冷来分担一部分低压缸排汽来冷却，可有效降低机组背压，同时干湿联合冷却也比纯湿冷能节约大量的水资源。干-湿联合冷却就是把低压缸的少部分蒸汽排到小凝汽器通过机力塔来冷却，能有效降低排汽温度；低压缸的大部分蒸汽排到空冷岛来冷却。采用机力塔和小凝汽器来冷却部分低压缸蒸汽比尖峰冷却器更容易保持冷却元件的清洁且冷却效果更好。干-湿联合冷却系统能带来较大收益的时段主要在夏季和其它季节环境温度比较高的运行时段，尤其是空冷机组主要在黄河以北，所以大部分机组承担供热，到了供热季，进入空冷岛的排汽量会大幅减少，湿式冷却就需要停用，造成了设备闲置。电厂的三大风机作为电厂耗电大户，可以考虑采用风机动力中心来实现驱动三大风机，不只降低了厂用电率，同时通过变速调节提高了引风机在低负荷下的效率，降低了机组能耗。风机动力中心主要是利用凝汽式小汽轮机发电用于驱动风机动力中心，多余的电通过四象限变频器进入厂用电，当小汽轮机所发电不足以驱动风机动力中心，则通过四象限变频器从厂用电系统获得电能来驱动风机动力中心。整个动力中心通过四象限变频器的逆变作用，可以实现任意工况变频运行。动力中心发生故障，则切回高厂变带三大风机。而凝汽式汽轮机的冷源正好可以利用湿式冷却设备。湿式冷却设备停用的时段可以作为风机动力中心小汽轮机的冷源，充分利用闲置设备。当湿式却设备投用时，可把风机动力中心切回厂用电系统。两者之间切换的时间需要通过环境温度来决定，但是由于整个系统比较复杂，难以实现频繁切换，主要切换的方法是统计上一年的每个月的日间平均温度，当整个月份的日间平均温度高于20℃，这时候采用干-湿联合冷却，投运湿式设备，风机动力中心切回厂用电系统。当整个月份的日间平均温度低于20℃时，湿式冷却设备停用，机力塔作为风机动力中心小汽轮机的冷源。
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)

1.一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统，其特征在于，包括锅炉(1)，所述锅炉(1)的蒸汽输出端连接至高中压缸(2)，高中压缸(2)的蒸汽输出端设置有两个支路，分别连接至低压缸(10)和小汽轮机(23)，所述低压缸(10)的蒸汽输出端分为第一支路(25)和第二支路(26)，所述第一支路(25)连接至空冷岛(11)，所述空冷岛(11)的凝结水管路(29)连接至锅炉(1)的省煤器，所述第二支路(26)连接至小机凝汽器(14)，所述小机凝汽器(14)的冷却水排水管路连接至机力通风冷却塔(12)；
所述小汽轮机(23)的动力输出轴连接有变频电机(20)，变频电机(20)的电力输出端连接至风机动力中心的供电管路，所述电力输出端和所述供电管路的连接电路上设置有第一分支电路(27)，所述第一分支电路(27)上设置有四象限变频器(3)，所述第一分支电路(27)的终端连接至厂用电系统(16)。
2.根据权利要求1所述的一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统，其特征在于，所述第二支路(26)上设置有低压缸排汽支管阀门(9)。
3.根据权利要求2所述的一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统，其特征在于，所述小汽轮机(23)的蒸汽输出管路(30)和小机凝汽器(14)连接，所述蒸汽输出管路(30)上设置有小汽轮机排汽口阀门(8)。
4.根据权利要求1所述的一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统，其特征在于，顺着水流的方向，所述凝结水管路(29)上依次设置有凝结水泵(13)、低压加热器(15)、除氧器(17)、给水泵(19)和高压加热器(24)。
5.根据权利要求1所述的一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统，其特征在于，所述小汽轮机(23)的动力输出轴上设置有齿轮减速箱(22)。
6.根据权利要求5所述的一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统，其特征在于，所述变频电机(20)和齿轮减速箱(22)之间设置有超越离合器(21)。
7.根据权利要求1所述的一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统，其特征在于，所述第一分支电路(27)上设置有主开关(7)。
8.根据权利要求7所述的一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统，其特征在于，所述第一分支电路(27)并联有第二分支电路(28)，所述第二分支电路(28)上设置有旁路开关(18)。
9.根据权利要求7所述的一种直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统，其特征在于，所述风机动力中心包括并联的引风机(4)、一次风机(5)和送风机(6)。
10.一种基于权利要求1所述的直接空冷机组干-湿联合冷却与风机动力中心冷源共用系统的共用方法，其特征在于，
当机组上一年度日间平均温度高于20℃时，所述高中压缸(2)的蒸汽全部进入低压缸(10)，在低压缸(10)做功后，低压缸(10)中70％的排汽进入到空冷岛(11)被冷凝后回到锅炉(1)；低压缸(10)中30％的排汽进入小机凝汽器(14)冷凝后进入通风冷却塔(12)；所述风机动力中心通过厂用电系统(16)供电；
当机组上一年度日间平均温度低于20℃时，高中压缸(2)的部分蒸汽进入小汽轮机(23)做功，高中压缸(2)的剩余蒸汽进入低压缸(10)做功；低压缸(10)的排汽进入空冷岛(11)被冷凝后回到锅炉(1)；所述小汽轮机(23)做功带动动力动力输出轴转动，动力输出轴带动变频电机(20)发电；当变频电机(20)的发电量大于风机动力中心的用电量时，变频电机(20)通过四象限变频器(3)同时将电量输送至风机动力中心和厂用电系统(16)；当变频电机(20)的发电量小于风机动力中心的用电量时，通过四象限变频器(3)，厂用电系统(16)和变频电机(20)共同驱动风机动力中心。
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