CN113898429B - 超临界再热回热朗肯循环系统 - Google Patents

超临界再热回热朗肯循环系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超临界再热回热朗肯循环系统;包括:朗肯循环系统、超临界回热系统、第二级抽汽回热系统、除氧系统和第一级抽汽回热系统,超临界回热系统中的回热系统低压高温蒸汽入口进入超临界回热系统后分为第一回热和第二回热两路,其中第一回热与第一高温回热器、第二高温回热器、第一压缩机的入口顺序相连,第二回热与第三高温回热器、第一压缩机的入口顺序相连,第三高温回热器的高温蒸汽出口和第二高温回热器的高温蒸汽出口的蒸汽汇合。本发明中朗肯循环系统进入到加热器的给水质量流量与给水温度较高,进入再热器的再热蒸汽温度也较高,这一特点使得平均吸热温度增加,循环热效率进一步提高。

Description

超临界再热回热朗肯循环系统
技术领域
本发明属于采用特殊蒸汽系统的装置技术领域,具体为一种超临界再热回热朗肯循环系统。
背景技术
卡诺循环是由法国工程师萨迪·卡诺在1824年提出的,是一种理想的热力学循环。循环的热效率仅取决于高温和低温热源的温度。对于多热源可逆循环,在热力学中引入了平均吸热温度和平均放热温度的概念,对可逆循环的热效率进行了定性分析和比较。每个热力循环主要通过提高和或降低平均温度来提高循环热效率,以接近卡诺循环。同时,卡诺循环不仅是循环构建的最终目标,卡诺效率的绝对性也为不同循环之间的热力学比较提供了准则。通过不同循环的热力学优化,以平均温度为标准,判断其接近卡诺效率的程度,可以实现循环之间的热力学比较。
超临界二氧化碳循环具有高效、紧凑的优点,被认为具有替代蒸汽朗肯循环的潜力。在核能发电、太阳能发电、燃煤发电等领域被广泛讨论。随着研究的深入,超临界二氧化碳布雷顿循环的构建理论不断完善,发展了多级压缩回热循环和分级膨胀循环等形式。超临界二氧化碳布雷顿循环效率高的核心原因之一是,其平均吸热温度明显高于超临界蒸汽朗肯循环,两个循环平均放热温度相对接近。因此,超临界二氧化碳布雷顿循环的热效率更高。但是,朗肯循环有没有可能突破目前的平均吸热温度水平从而提高热效率呢?从循环结构优化的角度来看,循环的平均吸热温度的增加主要受回热过程和再热过程两个过程的影响。朗肯循环的回热过程是利用汽轮机中的部分蒸汽加热给水,以降低热低温给水的吸热量,从而使得循环热效率提高。目前广泛使用的回热方式是抽汽回热。对于采用蒸汽朗肯循环的大型电站,抽汽级数可达6-8级,部分超超临界机组甚至可达十级。虽然抽汽回热过程越多,给水温度和热效率越高。但随着回热级数的增加,设备和管道系统变得更加复杂,每增加一级抽汽的收益越来越少。因此回热级数不应太多。所以很难通过提高抽汽级数来突破循环效率的限制。
目前对回热的研究是在亚临界区进行的,对超临界区还没有进行探索,所以仍有可能进一步提高平均吸热温度和循环热效率。再热是利用多级膨胀来提高热效率。其极限状况可视为等温膨胀。且再热过程的数量也不是无限制提升的;而对于朗肯循环,一方面,再热增加了平均吸热温度,另一方面,它也是为了保持汽轮机排出的蒸汽远离两相区。
在目前,蒸汽朗肯循环最多可以采用二次再热,一般认为二次再热可以在一级再热的基础上提高热效率1-2%。当再热和回热耦合时,如十级抽汽耦合二次再热的朗肯循环,其平均吸热温度约为445℃。这仍远低于超临界二氧化碳布雷顿循环的平均吸热温度,其值约为560℃。因此仍然需要提高朗肯循环的平均吸热温度,从而达到卡诺效率以进一步提高循环热效率。
发明内容
针对背景技术中存在的问题,本发明提供了一种超临界再热回热朗肯循环系统,其特征在于,包括:朗肯循环系统、超临界回热系统、第二级抽汽回热系统、除氧系统和第一级抽汽回热系统,其中超临界回热系统的回热系统高压低温蒸汽出口与朗肯循环系统的朗肯循环高压低温蒸汽入口相连,超临界回热系统的回热系统低压低温蒸汽出口与朗肯循环系统的朗肯循环低压低温蒸汽入口相连,超临界回热系统的回热系统低压高温蒸汽入口与朗肯循环系统的朗肯循环低压高温蒸汽出口相连,超临界回热系统的回热系统低压低温蒸汽入口与朗肯循环系统的朗肯循环低压低温蒸汽出口相连,朗肯循环系统的朗肯循环低温水出口顺序通过第一级抽汽回热系统、除氧系统和第二级抽汽回热系统,最终与超临界回热系统的回热系统低温水入口相连;
超临界回热系统包括:第一高温回热器、第一压缩机、第二高温回热器和第三高温回热器,其中,回热系统低温水入口、第二高温回热器低温蒸汽出口、第一高温回热器的低温蒸汽入口、第一高温回热器的低温蒸汽出口、回热系统高压低温蒸汽出口顺序相连;回热系统低压高温蒸汽入口进入超临界回热系统后分为第一回热和第二回热两路,其中第一回热与第一高温回热器的高温蒸汽入口、第一高温回热器的高温蒸汽出口、第二高温回热器的高温蒸汽入口、第二高温回热器的高温蒸汽出口、第一压缩机的入口顺序相连,第一压缩机的出口与第二高温回热器低温蒸汽出口汇合,也汇入第一高温回热器的低温蒸汽入口;第二回热与第三高温回热器的高温蒸汽入口、第三高温回热器的高温蒸汽出口、第一压缩机的入口顺序相连,第三高温回热器的高温蒸汽出口和第二高温回热器的高温蒸汽出口的蒸汽汇合,一同进入第一压缩机做功;回热系统低压低温蒸汽入口、第三高温回热器的低温入口、第三高温回热器的低温出口与回热系统低压低温蒸汽出口顺序相连;
朗肯循环系统包括:加热器、再热器、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、凝汽器和水泵凝结水泵,其中加热器的蒸汽入口为朗肯循环系统的朗肯循环高压低温蒸汽入口,加热器的蒸汽出口与汽轮机高压缸的蒸汽入口相连,汽轮机高压缸的蒸汽出口为朗肯循环系统的朗肯循环低压低温蒸汽出口,朗肯循环系统的朗肯循环低压低温蒸汽出口和回热系统低压低温蒸汽入口相连;汽轮机高压缸设有两个级别的抽汽口,汽轮机高压缸的第二级抽汽口为朗肯循环系统的朗肯循环低压高温蒸汽出口,再热器的蒸汽入口为朗肯循环系统的朗肯循环低压低温蒸汽入口,凝结水泵的出口为朗肯循环系统的朗肯循环低温水出口;再热器的蒸汽出口、汽轮机中压缸的蒸汽入口和出口、汽轮机低压缸的蒸汽入口和出口、凝汽器和凝结水泵依次相连。
所述第一级抽汽回热系统包括低温入出口顺序相连的八号低压加热器、七号低压加热器、六号低压加热器和五号低压加热器;第二级抽汽回热系统包括低温入出口顺序相连的三号高压加热器、二号高压加热器和一号高压加热器;除氧系统包括除氧器、小汽轮机和给水泵,除氧器的水出口与给水泵相连,除氧系统的高温进汽口分为两路,一路与除氧器的进汽口相连,另一路与小汽轮机的进汽口相连;小汽轮机的水出口与凝汽器的凝结水出口汇合;小汽轮机的主轴与给水泵的主轴相连;
所述朗肯循环系统的朗肯循环低压低温蒸汽出口和回热系统低压低温蒸汽入口之间的管路上,还分出一旁路与二号高压加热器的进汽口相连;汽轮机高压缸的第一级抽汽口与一号高压加热器的进汽口相连;汽轮机中压缸设有两个级别的抽汽口,汽轮机中压缸的第一级抽汽口与三号高压加热器的进汽口相连,汽轮机中压缸的第二级抽汽口与除氧系统的高温进汽口相连;一号高压加热器的疏水出口、二号高压加热器的疏水入口、二号高压加热器的疏水出口、三号高压加热器的疏水入口、三号高压加热器的疏水出口和除氧器的疏水入口依次顺序相连;
汽轮机低压缸设有四个级别的抽汽口,其中第一级抽汽口与五号低压加热器的进汽口相连、第二级抽汽口与六号低压加热器的进汽口相连、第三级抽汽口与七号低压加热器的进汽口相连和第四级抽汽口与八号低压加热器的进汽口相连,五号低压加热器的疏水出口、六号低压加热器的疏水入口、六号低压加热器的疏水出口、七号低压加热器的疏水入口、七号低压加热器的疏水出口、八号低压加热器的疏水入口、八号低压加热器的疏水出口和凝汽器的凝结水出口顺序相连。
所述朗肯循环低压低温蒸汽出口进入回热系统低压低温蒸汽入口和进入二号高压加热器的进汽口的流量比例为8.58:1。
在所述汽轮机高压缸之前增添至少一级超高压缸与再热器。
所述第一压缩机入口的温度为375-410℃,压力为22.2-26MPa,第一压缩机出口的温度为400℃以上,压力为26MPa以上。
所述回热系统低压高温蒸汽入口处的蒸汽温度为550℃以上,压力为22.2-26MPa。
所述第一回热和第二回热的流量比为5:1-7:1。
所述第三高温回热器的低温出口处的蒸汽温度为400℃以上,压力为4.7MPa以上。
所述回热系统高压低温蒸汽出口低温蒸汽出口处的蒸汽温度为427℃以上,压力为26MPa以上。
所述超临界回热系统还包括:第五高温回热器,第二回热与第五高温回热器的高温蒸汽入口、第五高温回热器的高温蒸汽出口、第三高温回热器的高温蒸汽入口、第三高温回热器的高温蒸汽出口和第一压缩机的入口顺序相连。
所述超临界回热系统还包括:第四高温回热器,第四高温回热器的低温蒸汽入口与第二高温回热器低温蒸汽出口相连,第四高温回热器的低温水出口与第一高温回热器的低温蒸汽入口相连;
此时,第一高温回热器的高温蒸汽出口与第四高温回热器的高温蒸汽入口相连,第四高温回热器的高温蒸汽出口分两路,其中一路与第二高温回热器的高温蒸汽入口相连,另一路经过第二压缩机做功后汇入第一高温回热器的低温蒸汽入口。
本发明的有益效果在于:
1.通过超临界回热系统、朗肯循环系统共同作用实现热量的高效利用。工质在朗肯循环系统中做功,做完功后的工质进入到超临界回热系统进行加热,加热至超临界态的水蒸汽进入到朗肯循环系统中进一步吸热并做功,形成循环过程。
2.该系统中朗肯循环系统进入到加热器的给水质量流量与给水温度较高,进入再热器的再热蒸汽温度也较高,这一特点使得平均吸热温度增加,循环热效率进一步提高。
3.超临界回热系统内工质为超临界状态,不发生相态的改变,产生的损较小。
4.此方案不仅适用于新建系统,同时可以适用于已有机组改造为具备超临界回热的系统,已有电厂可通过增加超临界机组的部件实现系统的升级改造。
附图说明
图1为本发明一种基于超临界再热回热朗肯循环实施例1的结构示意图;
图2为本发明实施例2的结构示意图;
图3为本发明实施例3的结构示意图;
图4为本发明实施例4的结构示意图;
图5为本发明实施例5的结构示意图。
其中:
1-加热器,2-第一透平,3-再热器,4-第二透平,5-凝汽器,6-水泵,100-朗肯循环系统,200-超临界回热系统,300-第二级抽汽回热系统,400-除氧系统,500-第一级抽汽回热系统,201-第一高温回热器,203-第一压缩机,202-第二高温回热器,206-第二压缩机,204-第三高温回热器,205-第四高温回热器,207-第五高温回热器,206-第二压缩机,114-汽轮机高压缸,115-汽轮机中压缸,116-汽轮机低压缸,117-凝结水泵,318-一号高压加热器,319-二号高压加热器,320-三号高压加热器,421-除氧器,422-小汽轮机,423-给水泵,524-五号低压加热器,525-六号低压加热器,526-七号低压加热器,527-八号低压加热器,2A-回热系统低温水入口,2B-回热系统高压低温蒸汽出口,2C-回热系统低压低温蒸汽出口,2D-回热系统低压低温蒸汽入口,2E-回热系统低压高温蒸汽入口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示的本发明实施例1,包括:朗肯循环系统100和超临界回热系统200,其中超临界回热系统200的回热系统高压低温蒸汽出口2B与朗肯循环系统100的朗肯循环高压低温蒸汽入口相连,超临界回热系统200的回热系统低压低温蒸汽出口2C与朗肯循环系统100的朗肯循环低压低温蒸汽入口相连,超临界回热系统200的回热系统低压高温蒸汽入口2E与朗肯循环系统100的朗肯循环低压高温蒸汽出口相连,超临界回热系统200的回热系统低压低温蒸汽入口2D与朗肯循环系统100的朗肯循环低压低温蒸汽出口相连,超临界回热系统200的回热系统低温水入口2A与朗肯循环系统100的朗肯循环低温水出口相连。
朗肯循环系统100包括:加热器1、第一透平2、再热器3、第二透平4、凝汽器5和水泵6,其中朗肯循环系统100的朗肯循环高压低温蒸汽入口与加热器1的蒸汽入口、加热器1的蒸汽出口、第一透平2的蒸汽入口、第一透平2的蒸汽出口与朗肯循环系统100的朗肯循环低压低温蒸汽出口顺序相连;第一透平2的第一抽气口与朗肯循环系统100的朗肯循环低压高温蒸汽出口相连;朗肯循环系统100的朗肯循环低压低温蒸汽入口、再热器3、第二透平4的蒸汽入口、第二透平4的蒸汽出口、凝汽器5、水泵6和朗肯循环系统100的朗肯循环低温水出口顺序相连;
超临界回热系统200包括:第一高温回热器201、第一压缩机203、第二高温回热器202和第三高温回热器204,其中,回热系统低温水入口2A、第二高温回热器202低温蒸汽出口、第一高温回热器201的低温蒸汽入口、第一高温回热器201的低温蒸汽出口、回热系统高压低温蒸汽出口2B顺序相连;回热系统低压高温蒸汽入口2E进入超临界回热系统200后分为第一回热和第二回热两路,其中第一回热与第一高温回热器201的高温蒸汽入口、第一高温回热器201的高温蒸汽出口、第二高温回热器202的高温蒸汽入口、第二高温回热器202的高温蒸汽出口、第一压缩机203的入口顺序相连,第一压缩机203的出口与第二高温回热器202低温蒸汽出口汇合,也汇入第一高温回热器201的低温蒸汽入口;第二回热与第三高温回热器204的高温蒸汽入口、第三高温回热器204的高温蒸汽出口、第一压缩机203的入口顺序相连,第三高温回热器204的高温蒸汽出口和第二高温回热器202的高温蒸汽出口的蒸汽汇合,一同进入第一压缩机203做功;回热系统低压低温蒸汽入口2D、第三高温回热器204的低温入口、第三高温回热器204的低温出口与回热系统低压低温蒸汽出口2C顺序相连。
实施例1工作时,
在超临界回热系统200中,由回热系统低压高温蒸汽入口2E进入的低压高温蒸汽按比例分为第一回热和第二回热两路,其中第二回热进入第三高温回热器204的高温蒸汽入口放热,第一回热进入第一高温回热器201的高温蒸汽入口放热后,再进入第二高温回热器202的高温蒸汽入口放热,然后与第三高温回热器204高温蒸汽出口的高温蒸汽汇合并进入第一压缩机203做功;
由超临界回热系统200的回热系统低温水入口2A(第二高温回热器202的低温水入口)进入的低温工质(低温水)经过第二高温回热器202与第一高温回热器201流出的高温蒸汽换热后与第一压缩机203做功后流出的低温蒸汽汇合,进入第一高温回热器201吸热并由回热系统高压低温蒸汽出口2B流至朗肯循环高压低温蒸汽入口;
由朗肯循环低压低温蒸汽出口进入回热系统低压低温蒸汽入口2D的低温蒸汽进入第三高温回热器204的低温入口后吸热,再由回热系统低压低温蒸汽出口2C返回朗肯循环低压低温蒸汽入口。
在朗肯循环系统100中,由朗肯循环系统100的朗肯循环高压低温蒸汽入口进入的低温工质(低温蒸汽),经过加热器1吸热之后,经过第一透平2做功放热后的低温工质由朗肯循环低压低温蒸汽出口排出,同时第一透平2的抽汽口的高温工质由朗肯循环低压高温蒸汽出口排出;由朗肯循环低压低温蒸汽入口进入的低温蒸汽经过再热器3吸热,最后经过第二透平4做功带动发电机(图中未示出)发电后的工质由凝汽器5变成水,再由水泵6加压并经朗肯循环系统100的朗肯循环低温水出口返回超临界回热系统200中。
如图2所示的本发明实施例2,未描述部分与实施例1相同,在实施例2的超临界回热系统200中,第二高温回热器202低温蒸汽出口和第一高温回热器201的低温蒸汽入口之间的管路上,还设有第四高温回热器205,进一步增加对抽汽热量的吸收,从而提高循环热效率。
第四高温回热器205的低温蒸汽入口与第二高温回热器202低温蒸汽出口相连,第四高温回热器205的低温水出口与第一高温回热器201的低温蒸汽入口相连,
此时,第一高温回热器201的高温蒸汽出口与第四高温回热器205的高温蒸汽入口相连,第四高温回热器205的高温蒸汽出口分两路,其中一路与第二高温回热器202的高温蒸汽入口相连,另一路经过第二压缩机206做功后汇入第一高温回热器201的低温蒸汽入口,即第二压缩机206的出口与第四高温回热器205低温蒸汽出口汇合;
此时,第一压缩机203出口汇入第四高温回热器205的低温蒸汽入口。
实施例2工作时,
在超临界回热系统200中:
由回热系统低压高温蒸汽入口2E进入的第一回热顺序进入第一高温回热器201的高温蒸汽入口、第四高温回热器205的高温蒸汽入口和第二高温回热器202的高温蒸汽入口放热后,与第三高温回热器204高温蒸汽出口的高温蒸汽汇合并进入第一压缩机203做功;
由超临界回热系统200的回热系统低温水入口2A(第二高温回热器202的低温水入口)进入的低温工质(低温水)经过第二高温回热器202与第四高温回热器205流出的高温蒸汽换热后,与第一压缩机203做功后流出的低温蒸汽汇合一并进入第四高温回热器205吸热,
由第四高温回热器205的低温蒸汽出口流出的低温工质(低温蒸汽)经过第二高温回热器202与第一高温回热器201流出的高温蒸汽换热后与第一压缩机203做功后流出的低温蒸汽汇合,再进入第一高温回热器201吸热,最终由回热系统高压低温蒸汽出口2B流至朗肯循环高压低温蒸汽入口,第四高温回热器205的高温蒸汽出口排出的高温蒸汽除进入第二高温回热器202的高温蒸汽入口之外,还分一路进入第二压缩机206做功,随后汇入第一高温回热器201的低温蒸汽入口一同吸热。
如图3所示的本发明实施例3,包括:朗肯循环系统100、超临界回热系统200、第二级抽汽回热系统300、除氧系统400和第一级抽汽回热系统500,其中超临界回热系统200的回热系统高压低温蒸汽出口2B与朗肯循环系统100的朗肯循环高压低温蒸汽入口相连,超临界回热系统200的回热系统低压低温蒸汽出口2C与朗肯循环系统100的朗肯循环低压低温蒸汽入口相连,超临界回热系统200的回热系统低压高温蒸汽入口2E与朗肯循环系统100的朗肯循环低压高温蒸汽出口相连,超临界回热系统200的回热系统低压低温蒸汽入口2D与朗肯循环系统100的朗肯循环低压低温蒸汽出口相连,
朗肯循环系统100的朗肯循环低温水出口顺序通过第一级抽汽回热系统500、除氧系统400和第二级抽汽回热系统300,最终与超临界回热系统200的回热系统低温水入口2A相连。
超临界回热系统200包括:第一高温回热器201、第一压缩机203、第二高温回热器202和第一压缩机204,其中,回热系统低温水入口2A、第二高温回热器202低温蒸汽出口、第一高温回热器201的低温蒸汽入口、第一高温回热器201的低温蒸汽出口、回热系统高压低温蒸汽出口2B顺序相连;回热系统低压高温蒸汽入口2E进入超临界回热系统200后分为第一回热和第二回热两路,其中第一回热与第一高温回热器201的高温蒸汽入口、第一高温回热器201的高温蒸汽出口、第二高温回热器202的高温蒸汽入口、第二高温回热器202的高温蒸汽出口、第一压缩机203的入口顺序相连,第一压缩机203的出口与第二高温回热器202低温蒸汽出口汇合,也汇入第一高温回热器201的低温蒸汽入口;第二回热与第三高温回热器204的高温蒸汽入口、第三高温回热器204的高温蒸汽出口、第一压缩机203的入口顺序相连,第三高温回热器204的高温蒸汽出口和第二高温回热器202的高温蒸汽出口的蒸汽汇合,一同进入第一压缩机203做功;回热系统低压低温蒸汽入口2D、第三高温回热器204的低温入口、第三高温回热器204的低温出口与回热系统低压低温蒸汽出口2C顺序相连。
第一压缩机203入口的温度为375-410℃,压力为22.2-26MPa,在本实施例中,具体为温度378℃,压力22.2MPa;第一压缩机203出口的温度为400℃以上,压力为26MPa以上,在本实施例中,具体为温度422℃,压力31.8MPa;
回热系统低压高温蒸汽入口2E处的蒸汽温度为550℃以上,压力为22.2-26MPa,第一回热和第二回热的流量比为5:1-7:1,在本实施例中,具体为蒸汽温度567℃,压力22.2MPa,流量比5.4:1;
第三高温回热器204的低温出口处的蒸汽温度为400℃以上,压力为4.7MPa以上,在本实施例中,具体为温度450℃,压力4.7MPa;
第一高温回热器201低温蒸汽出口处的蒸汽温度为427℃以上,压力为26MPa以上,在本实施例中,具体为温度452℃,压力31.8MPa。
第一级抽汽回热系统500包括低温入出口顺序相连的八号低压加热器527、七号低压加热器526、六号低压加热器525和五号低压加热器524;第二级抽汽回热系统300包括低温入出口顺序相连的三号高压加热器320、二号高压加热器319和一号高压加热器318;除氧系统400包括除氧器421、小汽轮机422和给水泵423,除氧器421的水出口与给水泵423相连,除氧系统400的高温进汽口分为两路,一路与除氧器421的进汽口相连,另一路与小汽轮机422的进汽口相连;小汽轮机422的水出口与朗肯循环系统100中凝汽器5的凝结水出口汇合;小汽轮机422的主轴与给水泵423的主轴相连,带动给水泵423做功。
朗肯循环系统100包括:加热器1、再热器3、汽轮机高压缸114、汽轮机中压缸115、汽轮机低压缸116、凝汽器5和水泵凝结水泵117,加热器1的蒸汽入口为朗肯循环系统100的朗肯循环高压低温蒸汽入口,加热器1的蒸汽出口与汽轮机高压缸114的蒸汽入口相连,汽轮机高压缸114的蒸汽出口为朗肯循环系统100的朗肯循环低压低温蒸汽出口,朗肯循环系统100的朗肯循环低压低温蒸汽出口和回热系统低压低温蒸汽入口2D之间的管路上,还分出一旁路与二号高压加热器319的进汽口相连;汽轮机高压缸114设有两个级别的抽汽口,汽轮机高压缸114的第一级抽汽口与一号高压加热器318的进汽口相连,汽轮机高压缸114的第二级抽汽口为朗肯循环系统100的朗肯循环低压高温蒸汽出口,再热器3的蒸汽入口为朗肯循环系统100的朗肯循环低压低温蒸汽入口,凝结水泵117的出口为朗肯循环系统100的朗肯循环低温水出口;再热器3的蒸汽出口、汽轮机中压缸115的蒸汽入口和出口、汽轮机低压缸116的蒸汽入口和出口、凝汽器5和凝结水泵117依次相连;
汽轮机中压缸115设有两个级别的抽汽口,汽轮机中压缸115的第一级抽汽口与三号高压加热器320的进汽口相连,汽轮机中压缸115的第二级抽汽口与除氧系统400的高温进汽口相连;一号高压加热器318的疏水出口、二号高压加热器319的疏水入口、二号高压加热器319的疏水出口、三号高压加热器320的疏水入口、三号高压加热器320的疏水出口和除氧器421的疏水入口依次顺序相连;
汽轮机低压缸116设有四个级别的抽汽口,其中第一级抽汽口与五号低压加热器524的进汽口相连、第二级抽汽口与六号低压加热器525的进汽口相连、第三级抽汽口与七号低压加热器526的进汽口相连和第四级抽汽口与八号低压加热器527的进汽口相连,五号低压加热器524的疏水出口、六号低压加热器525的疏水入口、六号低压加热器525的疏水出口、七号低压加热器526的疏水入口、七号低压加热器526的疏水出口、八号低压加热器527的疏水入口、八号低压加热器527的疏水出口和凝汽器5的凝结水出口顺序相连。
在本实施例中,一号高压加热器318的进汽口的温度为454℃,二号高压加热器319的进汽口的温度为323℃,三号高压加热器320的进汽口的温度为476℃,除氧器421的进汽口的温度为392℃,五号低压加热器524的进汽口的温度为268℃,六号低压加热器525的进汽口的温度为183℃,七号低压加热器526的进汽口的温度为101℃,八号低压加热器527的进汽口的温度为64℃。
在本实施例中,朗肯循环系统100的朗肯循环低压低温蒸汽出口进入回热系统低压低温蒸汽入口2D和进入二号高压加热器319的进汽口的流量比例分别为8.58:1。
在本实施例中,在汽轮机高压缸114之前可增添一级超高压缸与再热器构成二次再热过程,使适用的参数范围更广。
实施例3工作时,
在超临界回热系统200中:
由回热系统低压高温蒸汽入口2E进入的低压高温蒸汽按比例分为第一回热和第二回热两路,其中第二回热进入第三高温回热器204的高温蒸汽入口放热,第一回热进入第一高温回热器201的高温蒸汽入口放热后,再进入第二高温回热器202的高温蒸汽入口放热,然后与第三高温回热器204高温蒸汽出口的高温蒸汽汇合并进入第一压缩机203做功;
由超临界回热系统200的回热系统低温水入口2A(第二高温回热器202的低温水入口)进入的低温工质(低温水)经过第二高温回热器202与第一高温回热器201流出的高温蒸汽换热后与第一压缩机203做功后流出的低温蒸汽汇合,进入第一高温回热器201吸热,并被加热至427℃以上,本实施例中具体温度为452℃,由回热系统高压低温蒸汽出口2B流至朗肯循环高压低温蒸汽入口,由朗肯循环低压低温蒸汽出口进入回热系统低压低温蒸汽入口2D的低温蒸汽进入第三高温回热器204的低温入口后吸热,再由回热系统低压低温蒸汽出口2C返回朗肯循环低压低温蒸汽入口。
在朗肯循环系统100中:
由朗肯循环高压低温蒸汽入口进入的低温工质(低温蒸汽),经过加热器1吸热之后,由汽轮机高压缸114做功放热,随后经朗肯循环低压低温蒸汽出口分别流至回热系统低压低温蒸汽入口2D和二号高压加热器319的进汽口;汽轮机高压缸114的第二级抽汽口的由朗肯循环低压高温蒸汽出口流出至回热系统低压高温蒸汽入口2E中放热;由回热系统低压低温蒸汽出口2C经过朗肯循环低压低温蒸汽入口流回再热器3的工质回到再热器3内吸热,之后再顺序经过汽轮机中压缸115和汽轮机低压缸116做功工质由凝汽器5变成水,再由凝结水泵117加压并经朗肯循环系统100的低温水出口流至第一级抽汽回热系统500的八号低压加热器527中,汽轮机高压缸114、汽轮机中压缸115和汽轮机低压缸116带动主轴做功(带动发电机发电);
在第一级抽汽回热系统500中:
冷凝水的顺序流过八号低压加热器527、七号低压加热器526、六号低压加热器525和五号低压加热器524吸热后,流入除氧系统400的除氧器421中进行除氧;由五号低压加热器524、六号低压加热器525、七号低压加热器526和八号低压加热器527流出的疏水汇入后凝汽器5的凝结水出口;来自汽轮机低压缸116中第一级抽汽口、第二级抽汽口、第三级抽汽口和第四级抽汽口的蒸汽,分别进入五号低压加热器524、六号低压加热器525、七号低压加热器526和八号低压加热器527放热。
在除氧系统400中:
由除氧系统400流出的除氧水由给水泵423加压后流至第二级抽汽回热系统300的三号高压加热器320中继续吸热,由除氧系统400的高温进汽口进入的蒸汽分为两路,一路进入除氧器421的进汽口;另一路进入小汽轮机422的进汽口做功后,带动给水泵423工作;
在第二级抽汽回热系统300中:
经过除氧的水的顺序流过三号高压加热器320、二号高压加热器319和一号高压加热器318吸热后,流入超临界回热系统200的低温水入口进行汽化,由一号高压加热器318流出的疏水与二号高压加热器319和三号高压加热器320流出的疏水汇合后,进入除氧器421的水入口;来自汽轮机高压缸114的第一级抽汽口和第二级抽汽口的蒸汽分为进入一号高压加热器318和二号高压加热器319放热,来自汽轮机中压缸115的第一级抽汽口的蒸汽进入三号高压加热器320放热。
在本实施例工作时,由于增加了汽轮机高压缸114排气至超临界回热系统200中与汽轮机高压缸114第一级抽气口换热的过程,因此提高了再热蒸汽的温度,进而提升了循环热效率,较前方案分别提高了116℃与0.1%。其中,在汽轮机高压缸114之前可增添一级超高压缸与再热器构成二次再热过程,使适用的参数范围更广。
如图4所示的本发明实施例4,未描述部分与实施例3相同,
超临界回热系统200还包括:第五高温回热器207,第五高温回热器207安装于第二回热进入第三高温回热器204的高温蒸汽入口之间的管路上,即,第二回热与第五高温回热器207的高温蒸汽入口、第五高温回热器207的高温蒸汽出口、第三高温回热器204的高温蒸汽入口、第三高温回热器204的高温蒸汽出口和第一压缩机203的入口顺序相连。
在本实施例中,第一回热和第二回热的流量比为5:1-7:1;在本实施例中,具体为6:1。
实施例4工作时,
在超临界回热系统200中:
由回热系统低压高温蒸汽入口2E进入的低压高温蒸汽按比例分为第一回热和第二回热两路,其中第二回热依次进入第五高温回热器207和第三高温回热器204的高温蒸汽入口放热,第一回热进入第一高温回热器201的高温蒸汽入口放热后,再进入第二高温回热器202的高温蒸汽入口放热,然后与第三高温回热器204高温蒸汽出口的高温蒸汽汇合并进入第一压缩机203做功;
由超临界回热系统200的回热系统低温水入口2A(第二高温回热器202的低温水入口)进入的低温工质(低温水)经过第二高温回热器202与第一高温回热器201流出的高温蒸汽换热后与第一压缩机203做功后流出的低温蒸汽汇合,进入第一高温回热器201、第五高温回热器207吸热,2B点温度较实施例3提高5℃以上,本实施例中具体提高5℃。由回热系统高压低温蒸汽出口2B流至朗肯循环高压低温蒸汽入口,
由朗肯循环低压低温蒸汽出口进入回热系统低压低温蒸汽入口2D的低温蒸汽进入第三高温回热器204的低温入口后吸热,再由回热系统低压低温蒸汽出口2C返回朗肯循环低压低温蒸汽入口。其中回热系统低压低温蒸汽出口2C蒸汽温度为400℃以上,本实施例中,具体为452℃。效率比实施例3增加了0.13%。
如图5所示的本发明实施例5,未描述部分与实施例4相同,
超临界回热系统200还包括:第四高温回热器205,第四高温回热器205的低温蒸汽入口与第二高温回热器202低温蒸汽出口相连,第四高温回热器205的低温水出口与第一高温回热器201的低温蒸汽入口相连,
此时,第一高温回热器201的高温蒸汽出口与第四高温回热器205的高温蒸汽入口相连,第四高温回热器205的高温蒸汽出口分两路,其中一路与第二高温回热器202的高温蒸汽入口相连,另一路经过第二压缩机206做功后汇入第一高温回热器201的低温蒸汽入口,即第二压缩机206的出口与第四高温回热器205低温蒸汽出口汇合;此时,第一压缩机203出口汇入第四高温回热器205的低温蒸汽入口。
实施例5工作时,
在超临界回热系统200中:
由回热系统低压高温蒸汽入口2E进入的低压高温蒸汽按比例分为第一回热和第二回热两路,其中第二回热依次进入第五高温回热器207和第三高温回热器204的高温蒸汽入口放热,第一回热顺序进入第一高温回热器201的高温蒸汽入口、第四高温回热器205的高温蒸汽入口和第二高温回热器202的高温蒸汽入口放热后,与第三高温回热器204高温蒸汽出口的高温蒸汽汇合并进入第一压缩机203做功;
由超临界回热系统200的回热系统低温水入口2A(第二高温回热器202的低温水入口)进入的低温工质(低温水)经过第二高温回热器202与第四高温回热器205流出的高温蒸汽换热后,与第一压缩机203做功后流出的低温蒸汽汇合一并进入第四高温回热器205吸热;
由第四高温回热器205的低温蒸汽出口流出的低温工质(低温蒸汽)经过第二高温回热器202与第一高温回热器201流出的高温蒸汽换热后与第一压缩机203做功后流出的低温蒸汽汇合,依次进入第一高温回热器201和第五高温回热器207吸热,2B点温度较实施例4提升40℃以上,本实施例具体提升48℃,由回热系统高压低温蒸汽出口2B流至朗肯循环高压低温蒸汽入口。
第四高温回热器205的高温蒸汽出口排出的高温蒸汽除进入第二高温回热器202的高温蒸汽入口之外,还分一路进入第二压缩机206做功,随后汇入第一高温回热器201的低温蒸汽入口一同吸热;
由朗肯循环低压低温蒸汽出口进入回热系统低压低温蒸汽入口2D的低温蒸汽进入第三高温回热器204的低温入口后吸热,再由回热系统低压低温蒸汽出口2C返回朗肯循环低压低温蒸汽入口;其中回热系统低压低温蒸汽出口2C蒸汽温度为450℃以上,本实施例中,具体为503℃,效率比实施例4增加了0.07%。

Claims (11)

1.一种超临界再热回热朗肯循环系统,其特征在于,包括:朗肯循环系统(100)、超临界回热系统(200)和第二级抽汽回热系统(300)、除氧系统(400)和第一级抽汽回热系统(500),其中超临界回热系统(200)的回热系统高压低温蒸汽出口(2B)与朗肯循环系统(100)的朗肯循环高压低温蒸汽入口相连,超临界回热系统(200)的回热系统低压低温蒸汽出口(2C)与朗肯循环系统(100)的朗肯循环低压低温蒸汽入口相连,超临界回热系统(200)的回热系统低压高温蒸汽入口(2E)与朗肯循环系统(100)的朗肯循环低压高温蒸汽出口相连,超临界回热系统(200)的回热系统低压低温蒸汽入口(2D)与朗肯循环系统(100)的朗肯循环低压低温蒸汽出口相连,朗肯循环系统(100)的朗肯循环低温水出口顺序通过第一级抽汽回热系统(500)、除氧系统(400)和第二级抽汽回热系统(300),最终与超临界回热系统(200)的回热系统低温水入口(2A)相连;
超临界回热系统(200)包括:第一高温回热器(201)、第一压缩机(203)、第二高温回热器(202)和第三高温回热器(204),其中,回热系统低温水入口(2A)、第二高温回热器(202)低温蒸汽出口、第一高温回热器(201)的低温蒸汽入口、第一高温回热器(201)的低温蒸汽出口、回热系统高压低温蒸汽出口(2B)顺序相连;回热系统低压高温蒸汽入口(2E)进入超临界回热系统(200)后分为第一回热和第二回热两路,其中第一回热与第一高温回热器(201)的高温蒸汽入口、第一高温回热器(201)的高温蒸汽出口、第二高温回热器(202)的高温蒸汽入口、第二高温回热器(202)的高温蒸汽出口、第一压缩机(203)的入口顺序相连,第一压缩机(203)的出口与第二高温回热器(202)低温蒸汽出口汇合,也汇入第一高温回热器(201)的低温蒸汽入口;第二回热与第三高温回热器(204)的高温蒸汽入口、第三高温回热器(204)的高温蒸汽出口、第一压缩机(203)的入口顺序相连,第三高温回热器(204)的高温蒸汽出口和第二高温回热器(202)的高温蒸汽出口的蒸汽汇合,一同进入第一压缩机(203)做功;回热系统低压低温蒸汽入口(2D)、第三高温回热器(204)的低温入口、第三高温回热器(204)的低温出口与回热系统低压低温蒸汽出口(2C)顺序相连;
朗肯循环系统(100)包括:加热器(1)、再热器(3)、汽轮机高压缸(114)、汽轮机中压缸(115)、汽轮机低压缸(116)、凝汽器(5)和水泵凝结水泵(117),其中加热器(1)的蒸汽入口为朗肯循环系统(100)的朗肯循环高压低温蒸汽入口,加热器(1)的蒸汽出口与汽轮机高压缸(114)的蒸汽入口相连,汽轮机高压缸(114)的蒸汽出口为朗肯循环系统(100)的朗肯循环低压低温蒸汽出口,朗肯循环系统(100)的朗肯循环低压低温蒸汽出口和回热系统低压低温蒸汽入口(2D)相连;汽轮机高压缸(114)设有两个级别的抽汽口,汽轮机高压缸(114)的第二级抽汽口为朗肯循环系统(100)的朗肯循环低压高温蒸汽出口,再热器(3)的蒸汽入口为朗肯循环系统(100)的朗肯循环低压低温蒸汽入口,凝结水泵(117)的出口为朗肯循环系统(100)的朗肯循环低温水出口;再热器(3)的蒸汽出口、汽轮机中压缸(115)的蒸汽入口和出口、汽轮机低压缸(116)的蒸汽入口和出口、凝汽器(5)和凝结水泵(117)依次相连。
2.根据权利要求1所述的一种超临界再热回热朗肯循环系统,其特征在于,所述第一级抽汽回热系统(500)包括低温入出口顺序相连的八号低压加热器(527)、七号低压加热器(526)、六号低压加热器(525)和五号低压加热器(524);第二级抽汽回热系统(300)包括低温入出口顺序相连的三号高压加热器(320)、二号高压加热器(319)和一号高压加热器(318);除氧系统(400)包括除氧器(421)、小汽轮机(422)和给水泵(423),除氧器(421)的水出口与给水泵(423)相连,除氧系统(400)的高温进汽口分为两路,一路与除氧器(421)的进汽口相连,另一路与小汽轮机(422)的进汽口相连;小汽轮机(422)的水出口与凝汽器(5)的凝结水出口汇合;小汽轮机(422)的主轴与给水泵(423)的主轴相连;
所述朗肯循环系统(100)的朗肯循环低压低温蒸汽出口和回热系统低压低温蒸汽入口(2D)之间的管路上,还分出一旁路与二号高压加热器(319)的进汽口相连;汽轮机高压缸(114)的第一级抽汽口与一号高压加热器(318)的进汽口相连;汽轮机中压缸(115)设有两个级别的抽汽口,汽轮机中压缸(115)的第一级抽汽口与三号高压加热器(320)的进汽口相连,汽轮机中压缸(115)的第二级抽汽口与除氧系统(400)的高温进汽口相连;一号高压加热器(318)的疏水出口、二号高压加热器(319)的疏水入口、二号高压加热器(319)的疏水出口、三号高压加热器(320)的疏水入口、三号高压加热器(320)的疏水出口和除氧器(421)的疏水入口依次顺序相连;
汽轮机低压缸(116)设有四个级别的抽汽口,其中第一级抽汽口与五号低压加热器(524)的进汽口相连、第二级抽汽口与六号低压加热器(525)的进汽口相连、第三级抽汽口与七号低压加热器(526)的进汽口相连和第四级抽汽口与八号低压加热器(527)的进汽口相连,五号低压加热器(524)的疏水出口、六号低压加热器(525)的疏水入口、六号低压加热器(525)的疏水出口、七号低压加热器(526)的疏水入口、七号低压加热器(526)的疏水出口、八号低压加热器(527)的疏水入口、八号低压加热器(527)的疏水出口和凝汽器(5)的凝结水出口顺序相连。
3.根据权利要求2所述的一种超临界再热回热朗肯循环系统,其特征在于,所述朗肯循环低压低温蒸汽出口进入回热系统低压低温蒸汽入口(2D)和进入二号高压加热器(319)的进汽口的流量比例为8.58:1。
4.根据权利要求2所述的一种超临界再热回热朗肯循环系统,其特征在于,在所述汽轮机高压缸(114)之前增添至少一级超高压缸与再热器。
5.根据权利要求1或2之一所述的一种超临界再热回热朗肯循环系统,其特征在于,所述第一压缩机(203)入口的温度为375-410℃,压力为22.2-26MPa,第一压缩机(203)出口的温度为400℃以上,压力为26MPa以上。
6.根据权利要求1或2之一所述的一种超临界再热回热朗肯循环系统,其特征在于,所述回热系统低压高温蒸汽入口(2E)处的蒸汽温度为550℃以上,压力为22.2-26MPa。
7.根据权利要求1或2之一所述的一种超临界再热回热朗肯循环系统,其特征在于,所述第一回热和第二回热的流量比为5:1-7:1。
8.根据权利要求1所述的一种超临界再热回热朗肯循环系统,其特征在于,所述第三高温回热器(204)的低温出口处的蒸汽温度为400℃以上,压力为4.7MPa以上。
9.根据权利要求1所述的一种超临界再热回热朗肯循环系统,其特征在于,所述回热系统高压低温蒸汽出口(2B)低温蒸汽出口处的蒸汽温度为427℃以上,压力为26MPa以上。
10.根据权利要求1所述的一种超临界再热回热朗肯循环系统,其特征在于,所述超临界回热系统(200)还包括:第五高温回热器(207),第二回热与第五高温回热器(207)的高温蒸汽入口、第五高温回热器(207)的高温蒸汽出口、第三高温回热器(204)的高温蒸汽入口、第三高温回热器(204)的高温蒸汽出口和第一压缩机(203)的入口顺序相连。
11.根据权利要求1、2或10之一所述的一种超临界再热回热朗肯循环系统,其特征在于,所述超临界回热系统(200)还包括:第四高温回热器(205),第四高温回热器(205)的低温蒸汽入口与第二高温回热器(202)低温蒸汽出口相连,第四高温回热器(205)的低温水出口与第一高温回热器(201)的低温蒸汽入口相连;
此时,第一高温回热器(201)的高温蒸汽出口与第四高温回热器(205)的高温蒸汽入口相连,第四高温回热器(205)的高温蒸汽出口分两路,其中一路与第二高温回热器(202)的高温蒸汽入口相连,另一路经过第二压缩机(206)做功后汇入第一高温回热器(201)的低温蒸汽入口。
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