CN114000928A - 一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组，包括汽轮机、发电机和冷却管路系统，冷却管路系统包括乏汽冷却管路、循环水管路和阀门组件，乏汽冷却管路包括带有热井的凝汽器、空冷器、排汽管道和凝结水管道，凝汽器与排汽接管相连接，空冷器进口通过排汽管道与凝汽器相连接，空冷器出口通过凝结水管道与热井相连接；循环水管路包括循环水管道及设置在循环水管道上的循环水冷却塔；该循环水管路上还并联有带有供暖设备的循环水支管。本发明能够有效的降低了夏天发电机组的排汽压力，同时防止了机组在冬天运行时空冷器的换热管冻裂问题，保证了机组的安全运行简化了凝结水系统，在冬季时可以利用汽轮机乏汽的余热为用户提供供暖水。

Description

一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组
技术领域
本发明涉及一种发电冷却领域，尤其是一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组。
背景技术
通常，汽轮发电机组采用蒸汽和水用作工质，水在锅炉内被加热成高温过热蒸汽，过热蒸汽从锅炉出来后进入汽轮机，在汽轮机内过热蒸汽推动汽轮机叶片做功，蒸汽携带的热能转化成机械能和电能，高温过热蒸汽失去热能后变成低温乏汽，从汽轮机排出的低温乏汽经过冷凝后变成水，冷凝水又被送回锅炉加热，如此循环往复组成汽轮机发电的热力循环，汽轮机排出的乏汽被冷凝成水的方式有两种，一种是湿式循环水冷却系统，这种冷却系统主要由凝汽器、凉水塔和开式循环水系统组成，在凝汽器中循环水吸收汽轮机排出的乏汽余热，然后循环水被泵送到凉水塔里面蒸发冷却，部分循环水蒸发到空气中，水蒸发从循环水吸热并将热量以水蒸汽形式排入大气中，这个过程会消耗大量的循环水，在干旱缺水的地区，从自然界取水用于补充大量循环水给汽轮机发电厂，会加剧水资源缺乏的问题，破坏自然环境，甚至威胁人类和动植物生存，为了节约水资源，另一种将乏汽冷凝成水的方式，即干式冷却系统，也被称作空冷系统的冷却方式，广泛应用于缺水地区的汽轮机发电厂，空冷方式又可以分为两种方式，一种是直接空冷方式，这种方式是在汽轮机的排汽口直接安装一个空冷凝汽器，一般是用汽-气换热器充当凝汽器，汽轮机排出的乏汽废热通过空冷凝汽器直接散热到空气中。另一种是间接空冷方式，这种方式是在汽轮机的排汽口安装一套由闭式循环水、凝汽器和间接空冷散热塔组成的间接空冷系统，凝汽器一般采用汽-水换热器，汽轮机排出的乏汽废热通过闭式循环水为中介，闭式循环水在凝汽器和间接空冷散热塔之间循环，将乏汽废热通过间接空冷塔散热到空气中。其中例如专利号为“201720221799.6”，专利名称为“一种直接空冷式汽轮发电机组的冷却系统”的中国实用新型专利，专利号为“201820585912.3”，专利名称为“一种间接空冷式汽轮发电机组的冷却系统”的中国实用新型专利中均给出上述冷却方式。
上述两种空冷方式都可以达到冷却过程基本不耗水的节水效果，但是，空冷方式也存在明显的缺点。
目前国内西北缺水地区很多的发电机组都是采用单一直接空冷，直接空冷由于采用的冷却介质是空气，存在导热系数差，温度容易受到环境的影响。随着使用年限的增加，空冷器的翅片上容易覆盖灰尘，导致空冷器的热阻增加。特别是在夏天，容易导致机组排汽压力升高，从而引起发电机组的汽耗增加，发电效率降低。而在西北地区寒冷的冬天，气温较低，空气温度下降，容易引起换热管里面结冰，导致换热管冻坏。
常规的空冷发电机组的凝结水系统采取排汽管道疏水和空冷器凝结水疏水分开的疏水系统，具有系统复杂，成本较高，容易发生故障的缺点。
夏天的时候排汽压力高，汽耗低，为了满负荷运行，势必需要更多的蒸汽，更大流量的蒸汽通过排汽管道，会导致排汽管道压损增加，引起排汽压力的进一步升高。
而在西北地区寒冷的冬天，气温较低，普遍需要提供供暖，而常规的空冷机组，不具备供暖能力。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组，能够解决上述问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组，包括汽轮机，与汽轮机通过联轴器相连接的发电机、及与汽轮机排汽接管相连接的冷却管路系统，其特征在于：所述冷却管路系统包括乏汽冷却管路，及与凝汽器内冷却管束相连接并形成回路的循环水管路；所述乏汽冷却管路包括带有热井的凝汽器、空冷器、排汽管道和凝结水管道，所述凝汽器与排汽接管相连接，空冷器进口通过排汽管道与凝汽器相连接，空冷器出口通过凝结水管道与热井相连接；所述循环水管路包括循环水管道及设置在循环水管道上的循环水冷却塔；该循环水管路上还并联有循环水支管，该循环水支管上设置有供暖设备；所述冷却管路系统还包括有阀门组件，该阀门组件用于控制各管路内管道的开启或关闭。
进一步设置为：所述热井处还连接有外接管路，该外接管路上设置有凝结水泵；所述热井内的凝结水可通过外接管路向外输送。
进一步设置为：所述阀门组件包括阀门6、阀门9、阀门12、阀门14、阀门16、阀门22、阀门23和阀门24，所述阀门6设置在排汽管道处；所述阀门9设置在循环水管道上且位于循环水冷却塔进口处，所述阀门12设置在循环水管道上且位于循环水冷却塔出口处；所述阀门14设置在循环水支管上且位于供暖设备出口处，所述阀门16设置在循环水支管上且位于供暖设备进口处；所述阀门22设置在凝结水管道处；所述阀门23设置在循环水管道上且位于凝汽器内冷却管束的出口处，所述阀门24设置在循环水管道上且位于凝汽器内冷却管束的进口处。
进一步设置为：所述阀门6、阀门9和阀门16为电动阀门。
进一步设置为：所述循环水管道上设有循环水泵。
进一步设置为：凝汽器为表面式凝汽器。
进一步设置为：本发明还公开一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组的控制方法，包括：开启乏汽冷却管路和循环水管路上的循环水管道，关闭循环水管路上的循环水支管；
汽轮机做工以后的乏汽通过排汽接管进入乏汽冷却管路并依次通过乏汽冷却管路上的凝汽器和空冷器；乏汽经过凝汽器时，循环水管路处于开启状态，冷凝了部分乏汽，未被冷却的乏汽通过排汽管道进入空冷器进一步冷却；乏汽通过凝汽器时，被冷却的凝结水通过凝汽器的内部通道进入热井，同时空冷器的凝结水也通过凝结水管道进入凝汽器的热井。
进一步设置为：本发明还公开另一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组的控制方法，包括：开启乏汽冷却管路，关闭循环水管路上的循环水管道和循环水管路上的循环水支管，
汽轮机做工以后的乏汽通过排汽接管进入乏汽冷却管路并依次通过乏汽冷却管路上的凝汽器和空冷器，乏汽经过凝汽器时，循环水管路处于关闭状态凝汽器不运行，经过凝汽器以后进入空冷器冷却后冷凝成凝结水，凝结水通过凝结水管道流入热井；
或开启乏汽冷却管路和循环水管路上的循环水支管，关闭循环水管路上的循环水管道，汽轮机做工以后的乏汽通过排汽接管进入乏汽冷却管路并依次通过乏汽冷却管路上的凝汽器和空冷器，在经过空冷器冷却后冷凝成凝结水，凝结水通过凝结水管道流入热井，乏汽经过凝汽器时，循环水管路上的循环水支管处于开启状态，循环水进入凝汽器，利用汽轮机的乏汽余热来加热供暖设备。
本发明的有益效果是：
能够解决原有的空冷机组在夏天运行时由于环境温度较高导致汽轮机排汽压力过高机组不能达到额定功率的问题。通过空冷器和表面式凝汽器的合理布置面积的合计配比有效的降低了夏天发电机组的排汽压力，避免了汽轮机在高背压运行的不安全因素。
在夏季时，可以打开表面式冷凝器循环水进出口的阀门23和阀门24，使得经过汽轮机做工以后的乏汽通过排汽接管以后，部分乏汽在表面式凝汽器冷却成凝结水，未被冷却的乏汽经过阀门6、排汽管道进入空冷器。表面式凝汽器的运行冷凝了部分乏汽从而降低了空冷器的负荷，降低了汽轮机的排汽压力。通过串联的表面式凝汽器的冷却，使得在排汽管道的流量减少，降低了乏汽在排汽管道上的压损，可以提高约2％的发电效率，增加了发电机组的经济效益。本发明发电机组在夏季运行时，通过分流约22％乏汽去表面式凝汽器，有效的保证了发电机组的满负荷运行，提高约22％发电效率，增加了发电机组的经济效益。
发电机组在冬季的时候，可以关闭表面式凝汽器循环水进出口的阀门23和阀门24，从而乏汽经过表面式凝汽器的时候不会被循环水冷却，乏汽全部进入空冷器从而避免了在换热管中的凝结水温度过低从而结冰，同时避免了换热管由于凝结水结冰导致损坏，保护了设备的安全。同时在冬季时，可以关闭空冷器前面的阀门6，让全部的汽轮机乏汽进入表面式凝汽器，然后关闭循环水冷却塔前面的阀门9，打开供暖设备前面的阀门16和阀门14，循环水经过表面式凝汽器，利用汽轮机的乏汽余热来加热供暖设备，为用户供暖。本发明发电机组在冬季运行时，通过关闭表面式凝汽器运行，提高凝结水的温度，避免换热管因为凝结水的结冰而出现的热管冻裂问题，保证了机组的安全运行。
本发明通过凝结水系统的改进，简化了凝结水系统，使得的现有的机组避免的复杂的凝结水系统导致的成本高，故障多的问题。本发明通过在排汽管道上布置带热井的表面式凝汽器，把原先管道疏水和凝结水疏水合二为一，降低了系统的复杂性，减少了机组的故障率，保证了机组的安全运行。
本发明利用汽轮机的乏汽的余热，通过表面式凝汽器来加热冬季供暖水，为用户供暖，大大增加了发电机组的收益。
附图说明
图1为本发明一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组的系统示意图。
图中，汽轮机1、发电机2、排汽接管3、凝汽器4、热井4-1、排汽管道5、阀门(6，9，12，14，16，22，23，24)、空冷器7、一号循环水管道8，二号循环水管道11，三号循环水管道19、循环水冷却塔10、一号循环水支管13，二号循环水支管15、供暖设备17、循环水泵18、凝结水泵20、凝结水管道21。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
实施例一：
本实施例提供了一种可以解决本发明技术问题的汽轮发电机组结构，本实施例包括汽轮机1，与汽轮机1通过联轴器相连接的发电机2、及与汽轮机1排汽接管3相连接的冷却管路系统。其中冷却管路系统包括乏汽冷却管路、循环水管路和阀门组件。
乏汽冷却管路包括带有热井4-1的凝汽器、空冷器7、排汽管道5和凝结水管道21，凝汽器与排汽接管3相连接，空冷器7进口通过排汽管道5与凝汽器相连接，空冷器7出口通过凝结水管道21与热井4-1相连接；循环水管路与凝汽器内冷却管束相连接并形成回路，该循环水管路包括循环水管道及设置在循环水管道上的循环水冷却塔10；该循环水管路上还并联有循环水支管，该循环水支管上设置有供暖设备17；阀门组件，该阀门组件用于控制乏汽冷却管路的开启或关闭，循环水管路上的循环水管道的开启或关闭，循环水管路上的循环水支管开启或关闭。
其中凝汽器4为表面凝汽器。
其中循环水管道由一号循环水管道8、二号循环水管道11和三号循环水管道19组成，其中一号循环水管道8设置于凝汽器4冷却管束出口和循环水冷却塔10之间，二号循环水管道11设置于循环水冷却塔10出口处，三号循环水管道19一端连接二号循环水管道11，另一端与连接凝汽器4冷却管束进口处；其中循环水支管由一号循环水支管15和二号循环水支管13组成，其中一号循环水支管15一端连接在一号循环水管道8上，另一端连接与供暖设备17进口连接，二号循环水支管13一端与供暖设备17出口连接，另一端连接于二号循环水管道11或三号循环水管道19上。
其中热井4-1处还连接有外接管路，该外接管路上设置有凝结水泵20；所述热井4-1内的凝结水可通过外接管路向外输送。其中外接管路可以和外部用于产生推动汽轮机1叶片做功的过热蒸汽的加热系统连接，用于为该加热系统提供凝结水。
其中循环水管道上设有循环水泵18，通过循环水泵18把循环水打入凝汽器4循环水进口，进入凝汽器4参加换热。其中排汽接管3上带有膨胀节。
汽轮机1后面设置凝汽器4，凝汽器4带有热井4-1；汽轮机1与凝汽器4中间设置有带有膨胀节的排汽接管3；凝汽器4后面分别串联阀门6和空冷器7；进入空冷器7的蒸汽经过空冷器7的冷却以后，凝结水通过凝结水管道21回流到凝汽器4的热井4-1中；进入凝汽器4的蒸汽经过冷却后，凝结水通过其内部结构回流到热井4-1中；热井4-1中的凝结水通过凝结水泵20打到外接管路中；凝汽器4出口的循环水，分成两路，一路经过阀门9进入循环水冷却塔10进行冷却，另外一路经过阀门16进入供暖设备17，经过换热以后汇总一起，通过循环水泵18把循环水打入凝汽器4循环水进口，进入凝汽器4参加换热。
实施例二：
本实施例与实施例一的区别在于阀门组件：
本实施例中阀门组件包括阀门6、阀门9、阀门12、阀门14、阀门16、阀门22、阀门23和阀门24，阀门6设置在排汽管道5处；阀门9设置在循环水管道上且位于循环水冷却塔10进口处，阀门12设置在循环水管道上且位于循环水冷却塔10出口处；阀门14设置在循环水支管上且位于供暖设备17出口处，阀门16设置在循环水支管上且位于供暖设备17进口处；阀门22设置在凝结水管道21处；阀门23设置在循环水管道上且位于凝汽器内冷却管束的出口处，所述阀门24设置在循环水管道上且位于凝汽器内冷却管束的进口处。
其中阀门6、阀门9和阀门16可以为电动阀门，或者阀门6、阀门9、阀门12、阀门14、阀门16、阀门22、阀门23和阀门24均为电动阀门。其中电动阀门为电动蝶阀。
实施例三：
本实施例提供一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组的控制方法：在夏季时(其温度达到30度或30度以上时)开启乏汽冷却管路和循环水管路上的循环水管道，关闭循环水管路上的循环水支管；汽轮机做工以后的乏汽通过排汽接管进入乏汽冷却管路并依次通过乏汽冷却管路上的凝汽器和空冷器；乏汽经过凝汽器时，循环水管路处于开启状态，冷凝了部分乏汽，未被冷却的乏汽通过排汽管道进入空冷器进一步冷却；乏汽通过凝汽器时，被冷却的凝结水通过表面式凝汽器的内部通道进入热井4-1，同时空冷器的凝结水也通过凝结水管道进入表面式凝汽器的热井。
具体的夏季的时候，打开表面式冷凝器4循环水进出口阀门23、24，使得经过汽轮机1做工以后的乏汽通过排汽接管3以后，部分乏汽在凝汽器4冷却成凝结水，未被冷却的乏汽经过阀门6、排汽管道5进入空冷器7。凝汽器4的运行，冷凝了部分乏汽，从而降低了空冷器7的负荷，降低了汽轮机1的排汽压力。
进入发电机组的蒸汽，经过汽轮机1做功以后变成乏汽，乏汽在排汽管道5中的疏水进入了凝汽器4的热井4-1。在夏天运行时，乏汽通过凝汽器4时，被冷却的凝结水通过凝汽器4的内部通道进入热井4-1，同时空冷器7的凝结水也通过凝结水管道21进入凝汽器4的热井4-1。
实施例四：
本实施例提供一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组的控制方法，在冬季时(其温度在0度或0度以下时)开启乏汽冷却管路，关闭循环水管路上的循环水管道和循环水管路上的循环水支管，汽轮机做工以后的乏汽通过排汽接管进入乏汽冷却管路并依次通过乏汽冷却管路上的凝汽器和空冷器，乏汽经过凝汽器时，循环水管路处于关闭状态凝汽器不运行，经过凝汽器以后进入空冷器冷却后冷凝成凝结水，凝结水通过凝结水管道流入热井4-1；或开启乏汽冷却管路和循环水管路上的循环水支管，关闭循环水管路上的循环水管道，汽轮机做工以后的乏汽通过排汽接管进入乏汽冷却管路并依次通过乏汽冷却管路上的凝汽器和空冷器，在经过空冷器冷却后冷凝成凝结水，凝结水通过凝结水管道流入热井4-1，乏汽经过凝汽器时，循环水管路上的循环水支管处于开启状态，循环水进入凝汽器，利用汽轮机的乏汽余热来加热供暖设备。
具体的发电机组在冬季的时候，关闭凝汽器4循环水进出口的阀门23、24，从而乏汽经过凝汽器4的时候，不会被循环水冷却，乏汽全部进入空冷器7，从而避免了在换热管中的凝结水温度过低从而结冰，同时避免了换热管由于凝结水结冰导致损坏，保护了设备的安全。
发电机组在冬季时，凝汽器4的循环水管路阀门23、24关闭，凝汽器4不运行，乏汽经过凝汽器4以后，经过空冷器7的冷却后，冷凝成凝结水，经过管路21流入热井4-1；当有供暖需求时，凝汽器4的循环水管路阀门23、24打开，空冷器7前面的电动阀门6关闭，汽轮机1排出的乏汽全部在凝汽器4中被冷却器成凝结水，通过内部通道进入热井4-1，再通过凝结水泵20打到机组的凝结水管路中。
在冬季时，可以关闭空冷器7前面的阀门6，让全部的汽轮机1乏汽进入凝汽器4，打开循环水管路阀门23、24，然后关闭循环水冷却塔10前面的阀门9以及阀门12，打开供暖设备1717前面的阀门16以及阀门14，循环水经过循环水泵18进入凝汽器4，利用汽轮机1的乏汽余热，来加热供暖设备17，为用户供暖。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组，包括汽轮机(1)，与汽轮机(1)通过联轴器相连接的发电机(2)、及与汽轮机排汽接管(3)相连接的冷却管路系统，其特征在于：所述冷却管路系统包括：
乏汽冷却管路，该乏汽冷却管路包括带有热井(4-1)的凝汽器(4)、空冷器(7)、排汽管道(5)和凝结水管道(21)，所述凝汽器(4)与排汽接管(5)相连接，空冷器(7)进口通过排汽管道(5)与凝汽器(4)相连接，空冷器(7)出口通过凝结水管道(21)与热井(4-1)相连接；
与凝汽器(4)内冷却管束相连接并形成回路的循环水管路，该循环水管路包括循环水管道及设置在循环水管道上的循环水冷却塔(10)；该循环水管路上还并联有循环水支管，该循环水支管上设置有供暖设备(17)；
阀门组件，该阀门组件用于控制乏汽冷却管路和循环水管路中各管道的开启或关闭。
2.根据权利要求1所述的一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组，其特征在于：所述热井(4-1)处还连接有外接管路，该外接管路上设置有凝结水泵(20)；所述热井(4-1)内的凝结水可通过外接管路向外输送。
3.根据权利要求1所述的一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组，其特征在于：所述阀门组件包括阀门(6)、阀门(9)、阀门(12)、阀门(14)、阀门(16)、阀门(22)、阀门(23)和阀门(24)，
所述阀门(6)设置在排汽管道(5)处；
所述阀门(9)设置在循环水管道上且位于循环水冷却塔(10)进口处，所述阀门(12)设置在循环水管道上且位于循环水冷却塔(10)出口处；
所述阀门(14)设置在循环水支管上且位于供暖设备(17)出口处，所述阀门(16)设置在循环水支管上且位于供暖设备(17)进口处；
所述阀门(22)设置在凝结水管道(21)处；
所述阀门(23)设置在循环水管道上且位于凝汽器(4)内冷却管束的出口处，所述阀门(24)设置在循环水管道上且位于凝汽器(4)内冷却管束的进口处。
4.根据权利要求3所述的一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组，其特征在于：所述阀门(6)、阀门(9)和阀门(16)为电动阀门。
5.根据权利要求1所述的一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组，其特征在于：所述循环水管道上设有循环水泵(18)。
6.根据权利要求1所述的一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组，其特征在于：所述排汽接管(3)上带有膨胀节。
7.一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组的控制方法，应用如权利要求1-6任一项所述的汽轮发电机组，其特征在于，包括：
开启乏汽冷却管路和循环水管路上的循环水管道，关闭循环水管路上的循环水支管；
汽轮机(1)做工以后的乏汽通过排汽接管(3)进入乏汽冷却管路并依次通过乏汽冷却管路上的凝汽器(4)和空冷器(7)；
乏汽经过凝汽器(4)时，循环水管路处于开启状态，冷凝了部分乏汽，未被冷却的乏汽通过排汽管道(5)进入空冷器(7)进一步冷却；
乏汽通过凝汽器(4)时，被冷却的凝结水通过凝汽器(4)的内部通道进入热井(4-1)，同时空冷器(7)的凝结水也通过凝结水管道(21)进入凝汽器(4)的热井(4-1)。
8.一种串联式尖峰冷却及余热回收汽轮发电机组的控制方法，应用如权利要求1-6任一项所述的汽轮发电机组，其特征在于，包括：
开启乏汽冷却管路，关闭循环水管路上的循环水管道和循环水管路上的循环水支管，
汽轮机(1)做工以后的乏汽通过排汽接管(3)进入乏汽冷却管路并依次通过乏汽冷却管路上的凝汽器(4)和空冷器(7)，
乏汽经过凝汽器(4)时，循环水管路处于关闭状态凝汽器(4)不运行，经过凝汽器(4)以后进入空冷器(7)冷却后冷凝成凝结水，凝结水通过凝结水管道(21)流入热井(4-1)；
或开启乏汽冷却管路和循环水管路上的循环水支管，关闭循环水管路上的循环水管道，
汽轮机(1)做工以后的乏汽通过排汽接管(3)进入乏汽冷却管路并依次通过乏汽冷却管路上的凝汽器(4)和空冷器(7)，在经过空冷器(7)冷却后冷凝成凝结水，凝结水通过凝结水管道(21)流入热井(4-1)，
乏汽经过凝汽器(4)时，循环水管路上的循环水支管处于开启状态，循环水进入凝汽器(4)，利用汽轮机(1)的乏汽余热来加热供暖设备(17)。
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