CN201818423U - 汽轮机水轮机联合发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种汽轮机水轮机联合发电系统，包括汽轮机、汽轮发电机、凝汽器、循环泵、循环水压力回水管、节热管、高位蓄水池、低位蓄水池、管式换热器、主下水管、集水罐、集水竖井、1~2号水轮发电机组、循环水回水自流沟。高位蓄水池位于低位蓄水池的上方，其底部连接有主下水管和集水竖井，集水竖井再与节热管连接；主下水管、集水罐出水管的下端分别安装有1、2号水轮发电机组；集水罐的上端也与主下水管连接。本实用新型在实现汽、水轮机联合发电的同时，还实现了循环水供热、冲洗水和生活饮用水分管供水，因而将大量减少不可再生能源的消耗及其污染物的排放，更加合理地利用和节约水资源。
Description
1.所属技术领域
本实用新型涉及发电、供热、供水技术领域。
2.背景技术
现有技术的凝汽式发电厂凝汽器内布置有大量的冷凝管，当冷凝管内有低温水流过时，通过汽轮机做完功后的乏汽在这里受到冷却而凝结，体积急剧减小，凝汽器内形成高度真空，然而还必须用抽气设备把漏入的空气和乏汽中的其它未凝结气体抽走，凝汽器内才能维持真空，凝汽式汽轮机也才能正常工作。乏汽凝结放出的热量被循环水带走并通过冷却塔排向大气或直接排至自然水域，这部分热能损失称为冷源损失。一般，进入凝汽器的循环水温度越低，凝汽器内的真空就越高，汽轮机的工作效率也就越高。低真空运行—循环水供热技术的原理是：人为使汽轮机在较低的真空即较高的排气压力和温度下运行，进而使通过凝汽器的循环水温度升高，直接让较高温度的循环水进入供热系统，实现向低温热用户供热；这样循环水携带的热量没有直接排向外界产生冷源损失，而是供给了住户。它虽然牺牲了一部分发电效益，却获得了一部分供热效益，总的能量转换效率提高了。
现有技术存在的问题是：
1)单就依靠降低循环水温度来提高真空，进而来提高凝汽机组的循环热效率而言，人们采用的方法比较单一。
2)低真空运行偏离了汽轮机的设计运行工况，汽轮机的工作效率降低，凝汽机组的发电量减少；循环水供热只能用于冬季采暖，其节能效益只是季节性的。
3)对凝汽式汽轮发电机组而言，人们研究的重点在热能的梯级利用，而对伴随电能生产过程的大量水能的利用却研究较少。
3.实用新型内容
3.1目的
本实用新型要解决的技术问题是提供一种可以进一步提高凝汽器真空、利用伴随电能生产过程的循环水等的水能进行水力发电的汽轮机、水轮机联合发电系统，该系统还兼有向用户供暖、供水的功能。其目的在于降低发电煤耗、减少冷源损失；增加水力发电量，减少不可再生能源和水资源的消耗，减少环境污染。
3.2技术方案
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种汽轮机水轮机联合发电系统，包括汽轮机、汽轮发电机、凝汽器、循环泵、循环水压力回水管、节热管、高位蓄水池、低位蓄水池、管式换热器、主下水管、集水罐、集水竖井、1~2号水轮发电机组、循环水回水自流沟，其特征在于高位蓄水池位于低位蓄水池的上方，高位蓄水池底部两端分别连接有主下水管和集水竖井，节热管穿越低位蓄水池池壁与集水竖井下端连接；集水罐上端与主下水管连接，主下水管下端安装有1号水轮发电机组，集水罐出水管的下端安装2号水轮发电机组。
集水罐罐体上连接有开式冷却水回水母管、供热循环水回水管、射水抽气器排水管。
集水罐上端与主下水管的连接管上设有联络门，联络门靠集水罐侧设有调压管，调压管上设有调压阀和截止阀，在截止阀前还设有连续排气管，集水罐出水管位于2号水轮发电机组前设有2号水轮机进水阀；主下水管位于1号水轮发电机组前设有1号水轮机进水阀。
循环水压力回水管上设有一循环水回水电动总门，自该回水电动总门前引出节热管，节热管上设节热电动门，节热电动门设有节热旁路电动门；就凝汽器循环水开式循环系统而言，则无需设循环水压力回水电动总门、节热电动门和节热旁路电动门，循环水压力回水管直接连接至集水竖井。
高位蓄水池设有溢流咀，1、2号水轮机的排水及高位蓄水池的溢流全部进入低位蓄水池，再通过循环水回水自流沟进入冷却塔池或江河、海洋。
循环水压力回水管还引出了至住户的供热循环水管，供热循环水管上设有供热循环水泵，供热循环水回水管上设有供热循环水回水电动门。
冲洗水泵入口管道也自循环水压力回水管引出，其出口管道连接至供热循环水回水电动门前，住户冲洗水管自住户供热循环水回水门后引出。
在开式冷却水回水母管上有一支引出管，连接至供热循环水回水电动门前，该引出管设有开式冷却水回水至住户的冲洗水总阀。
低位蓄水池设有排污阀，排污管汇集于排水井，现有技术冷却塔池放水阀不再作排污之用，而仅作冷却塔池放水之用；循环水回水电动总门前、后分别设有放水阀。
进一步的，在高位蓄水池内布置有管式换热器，其进口端与生活饮用水泵出口第一路饮用水管连接，其出水管与住户饮用水系统连接。
又进一步，生活饮用水泵出口第二路饮用水管进入循环水压力回水管内呈套装布置，套装管内的生活饮用水吸收了循环水回水热量后，其管道又自循环水压力回水管引出，且与厂区生活饮用水系统连接。
闭式循环供水方式的射水抽气系统还可将各台射水抽气器排水管连接至气水分离水箱，再在气水分离水箱排水管下端安装3号水轮发电机组，排水进入射水池；射水抽气器排水管上设有换水阀，气水分离水箱顶部设有冷却水管、连续排气管及至射水池的溢流管；3号水轮发电机组的排水口处设计有曲面可调导流板；射水泵出水管增设了注水检查管。
3.3本实用新型的有益效果：
1)本实用新型技术的实施将为我国国民经济的发展注入强大的清洁电力，为节能减排作出应有的贡献。利用现有技术凝汽式发电厂凝汽器循环水回水、开式冷却水回水、供热循环水回水、射水抽气器排水直接发电，除了一次性投资、设备维护费用，这部分新增水力发电量一次能源费用可视为零；1号水轮发电机组水轮机最小有效工作水头按照10米计算，现有技术单台300MW机组的循环水若全部用于发电，1号水轮发电机组理论的发电功率约为P1＝9.8×0.9×9.83×10＝867.3KW，占汽轮发电机额定容量的2.891‰；年运行以300天计，累计发电量∑W1′＝867.3×24×300＝6244560KWh，按供电标准煤耗平均值333.64g/KWh计算，年可节约标准煤2083.43吨，则4×300MW机组的燃煤火力发电厂年可节约标准煤8333.74吨，相当于节约原煤11667吨；以上网电价0.45元/KWh计，该厂4台1号水轮发电机组发电的净收入为11240208元。
2009年底我国火电装机容量为6.5205亿千瓦，核电装机容量为2305万千瓦，按此两项粗略计算，本实用新型在全国范围内实施，其1号水轮发电机组水力发电总功率可达1957.79MW，其年发电量与2台1000MW火力发电机组满负荷连续运行的上网电量相当；按2009年国内300MW纯凝湿冷机组供电标准煤耗平均值333.64g/KWh计算，用1957.79MW的水力发电功率替代燃煤发电，则每天可节约标准煤15676.73吨，约相当于原煤21947.42吨，为1098辆载重量为20吨的汽车一次的运输总量，全年以300天计节约原煤量约为658.4万吨；与此同时，每天可减排碳粉尘12468吨、二氧化碳45701吨、二氧化硫1375吨、氮氧化物687.6吨。
上网电价以0.45元/KWh计，本实用新型1号水轮发电机组全国总计增加的1957.79MW的水力供电功率对应的日平均净收入为21144132元，以运行300天计，全年净收入可达6343239600元。
2)较之常规的水电项目，此项目可在现有技术火力、核能发电厂内直接设计建设，建设成本极低，开发容易，无生态不良影响；与同样是清洁能源的风力发电比较，电能输出稳定，容量系数为1；其发电过程伴随于火力、核能发电的始终，且不受自然水量的影响，利用小时数远远超过常规水力发电机组。
刘家峡水电厂2009年对应装机135万千瓦的全年发电量为57亿千瓦时，创建厂历史最高记录，全年日均发电量为1561.64万千瓦，本实用新型按照300MW机组凝汽器设计循环水量计算的全国1号水轮发电机组总的理论日均发电量可达4698.70万千瓦时，相当于3个刘家峡水电厂的全年日均发电量；我国居民每户日平均用电量按照110千瓦时计算，本实用新型全国1号水轮发电机组总的理论日均发电量可满足427154个家庭的日常用电。
3)本实用新型2号水轮发电机组设计为开式冷却水回水、供热循环水回水、射水抽气器排水多水源发电系统，其压力均高于凝汽器循环水回水压力，因此可以获得较高的发电量。不计射水抽气器排水及供热循环水回水的发电量，2号水轮机的工作水头按照20米计，现有技术单台300MW机组设计的开式冷却水回水的发电功率大致为P2′＝9.8×0.9×0.5×30＝132.3KW；年运行以300天计，累计发电量∑W2′＝132.3×24×300＝952560KWh，按供电标准煤耗平均值333.64g/KWh计算，年可节约标准煤317.81吨，则4×300MW机组的燃煤火力发电厂年可节约标准煤1271.23吨，相当于节约原煤1779.69吨；上网电价以0.45元/KWh计，该厂4台2号水轮发电机组发电的净收入为1714608元。
4)本实用新型包含的可独立实施技术方案的3号水轮发电机组，水轮机有效工作水头以20米计，对应于现有技术单台200MW机组的射水抽气器排水的发电功率P3＝9.8×0.9×0.27×20＝47.628KW，日发电量可达1143KWh，年运行按300天计，累计发电量为342921.6KWh；上网电价按0.45元/KWh计，可得净收入154315元，一个4×200MW的凝汽式发电厂因此可获得617259元的净收入。
5)较之现有的循环水供热技术而言，本实用新型在实现循环水供热的同时，还用供热循环水的回水发电，实现了热电联产，使整个循环水余热利用系统的运行更加高效。
另外，还可以提高供给住户生活饮用水的温度。生活饮用水经过管式换热器吸收了凝汽器循环水回水的热量而温度升高，供给住户使用，这不但有利于降低发电厂夏季的循环水温度、提高凝汽器真空、提高汽轮机工作效率，最终反映为机组发、供电煤耗的降低；同时生活水温度的适当提高，可以让人们使用起来更加舒适，人们在进一步提高水温满足生活需要的时候消耗的能源将会减少；较之单纯的循环水供热，利用循环水作热源的生活饮用水管式表面换热系统不受季节时令的限制，可以节约更大量的能源，具有更加明显的优势。
对于濒临江河、海洋的开式循环的凝汽式发电厂而言，凝汽器出口循环水温度的降低，可以降低注入江河、海洋的水流温度，有利于恢复发电厂循环水排水区域正常的生态环境。
6)供暖季节，利用发电厂循环水供热系统的供热循环水回水向住户供给冲洗水，非供暖季节则利用开式冷却水回水或将部分凝汽器循环水回水升压作为住户的冲洗水，可以大量减少生活饮用水的耗量，有利于缓解城镇生活饮用水供水不足的矛盾。生活饮用水耗量的降低意味着水处理费用及生活饮用水供水泵电耗的大幅降低；部分循环水作为冲洗水后，发电厂循环水系统可以减少排污量，因而可以节约水资源。
7)本实用新型中的水力发电系统可推广应用于具有较大循环冷却水量或排水量的各类工况企业，构成独立的水力发电系统，产生更加巨大的社会经济、节能、环保效益。
4.附图说明
图1是本实用新型闭式循环的汽轮机水轮机联合发电系统的结构示意图。
图2是本实用新型开式循环的汽轮机水轮机联合发电系统的结构示意图。
图3是本实用新型射水抽气器闭式循环水力发电系统的结构示意图。
图中：1-汽轮机，2-汽轮发电机，3-凝汽器，4-冷却塔，5-循环水压力回水管，6-循环水压力回水电动总门，7-节热管，8-节热电动门，9-节热旁路电动门，10-高位蓄水池，11-管式换热器，12-主下水管，13-集水罐，14-集水竖井，15-1号水轮机进水阀，16-1号水轮发电机组，17-2号水轮机进水阀，18-2号水轮发电机组，19-低位蓄水池，20-循环水回水自流沟，21-排污阀，22-循环水压力回水管放水阀，23-循环泵，24-汽轮发电机组开式冷却器，25-开式冷却水回水母管，26-供热循环水回水管，27-射水抽气器排水管，28-冲洗水总阀，29-供热循环水回水电动门，30-冲洗水泵，31-开式循环泵，32-供热循环泵，33-住户，34-联络门，35-截止阀，36-调压阀，37-连续排气管，38-调压管，39-生活饮用水泵，40-第一路饮用水管，41-第二路饮用水管，42-住户供热循环水回水门，43-住户冲洗水门，44-冷却塔池，45-冷却塔池放水阀，46-排水井，47-厂区生活冲洗水管，48-溢流咀，49-气水分离水箱，50-气水分离水箱排水管，51-3号水轮机进水阀，52-3号水轮发电机组，53-射水池，54-换水阀，55-冷却水管，56-循环水补水管，57-溢流管，58-射水泵，59-凝汽器空气母管，60-曲面可调导流板，61-泄流阀，62-射水抽气器。
5.具体实施方式
如图1所示：一种汽轮机水轮机联合发电系统，包括汽轮机1、汽轮发电机2、凝汽器3、循环泵23、循环水压力回水管5、节热管7、高位蓄水池10、低位蓄水池19、管式换热器11、主下水管12、集水罐13、集水竖井14、1号水轮发电机组16、2号水轮发电机组18、循环水回水自流沟20。高位蓄水池10位于低位蓄水池19的上方，高位蓄水池10底部两端分别连接有主下水管12和集水竖井14，节热管7穿越低位蓄水池19池壁与集水竖井14下端连接；集水罐13上端与主下水管12连接；主下水管12下端安装有1号水轮发电机组16，集水罐出水管的下端安装2号水轮发电机组18。
参见图1：集水罐13罐体上连接有开式冷却水回水母管25、供热循环水回水管26、射水抽气器排水管27。
集水罐13上端与主下水管12的连接管上设有联络门34，联络门34靠集水罐13侧设有调压管38，调压管38上设有调压阀36和截止阀35，在截止阀35前还设有连续排气管37，集水罐13出水管位于2号水轮发电机组18前设有2号水轮机进水阀17。
主下水管12位于1号水轮发电机组16前设有1号水轮机进水阀15。
参见图1：闭式循环的循环水压力回水管5上设有一循环水压力回水电动总门6，自该回水电动总门前引出节热管7，节热管7上设节热电动门8，节热电动门8设有节热旁路电动门9；夏季当需要降低循环水温度提高机组真空多发电而节热电动门8关闭时，可开启节热旁路电动门9向高位蓄水池10供水，此时高位蓄水池10可进入溢流运行方式。参见图2：就凝汽器循环水开式循环系统而言，无需设循环水压力回水电动总门6、节热电动门8和节热旁路电动门9，循环水压力回水管5直接连接至集水竖井14；循环水压力回水管5积水管段应设置放水阀(图中未示出)。
参见图1、图2：高位蓄水池10设有溢流咀48，1、2号水轮机的排水及高位蓄水池10的溢流全部进入低位蓄水池19，再通过循环水回水自流沟20进入冷却塔池44或江河、海洋。
参见图1：循环水压力回水管5还引出有至住户33的供热循环水管，供热循环水管上设有供热循环泵32；为了防止空气进入供热循环泵32，造成水泵不打水，供热循环泵32入口管应自循环水压力回水管5水平段中下部引出，供热循环水回水管26上设有供热循环水回水电动门29，在供热循环水回水电动门29前还接有厂区生活冲洗水管47。
冲洗水泵30入口管道也自循环水压力回水管引出，其出口管道连接至供热循环水回水电动门29前，住户冲洗水管自住户供热循环水回水门42后引出，上设住户冲洗水门43。
在开式冷却水回水母管25上有一支引出管，连接至供热循环水回水电动门29前，该引出管设有开式冷却水回水至住户的冲洗水总阀28；在非采暖期，优先采用开式冷却水回水向住户供给冲洗水，只有当压力不足时，再采用冲洗水泵30供水，此时住户供热循环水回水门42应关闭。
低位蓄水池19设有排污阀21，排污管汇集于排水井46，现有技术的闭式循环的冷却塔池放水阀45不再作排污之用，而仅作冷却塔池44放水之用；循环水压力回水电动总门6前、后分别设有循环水压力回水管放水阀22。
进一步的，在高位蓄水池10内布置有管式换热器11，管式换热器11进口端与生活饮用水泵39出口第一路饮用水管40连接，管式换热器11出水管与住户33饮用水系统连接。
又进一步，生活饮用水泵39出口第二路饮用水管41进入循环水压力回水管5内呈套装布置，套装管内的生活饮用水吸收了循环水回水热量后，其管道又自循环水压力回水管(5)引出，且与厂区生活饮用水系统连接(图中未示出)。
参见图3：闭式循环供水方式的射水抽气系统，还可将各射水抽气器排水管27与气水分离水箱49连接，在气水分离水箱排水管50的下端安装3号水轮发电机组52，3号水轮发电机组52的排水进入射水池53；气水分离水箱排水管50位于3号水轮发电机组52前设有3号水轮机进水阀51。射水抽气器排水管27上还引出了设有换水阀54的换水管，各换水管汇集为一根母管，接至循环水压力回水管5(图中未示出)，同时在气水分离水箱49顶部接有冷却水管55，射水池53还接有循环水补水管56。气水分离水箱49顶部还设有连续排气管37和至射水池53的溢流管57，溢流管57应具有较大的管径，以满足两台射水泵58并列运行及3号水轮发电机组52的正常运行，为此，换水阀54同时也作为气水分离水箱49压力、水位的辅助调节阀。
参见图3：为了尽量减少射水泵58出水管的流体流动阻力损失和达到较高的3号水力发电机组有效工作水头，本实用新型取消了现有技术射水泵58的出水阀、减少了管道弯头，射水抽气器排水管27与气水分离水箱49连接处采用了向上倾斜的连接方式(图中未具体示出)，同时还取消了凝汽器空气母管59上的空气总门。
参见图3：3号水轮发电机组52的排水口处设计有曲面可调导流板60；射水泵58出水管增设了设有泄流阀61的注水检查管；射水泵58在备用期间，应定期注水，并开启泄流阀61检查注水情况。
本实用新型中涉及到的汽轮机1、汽轮发电机2、凝汽器3、冷却塔4、循环泵23、汽轮发电机组开式冷却器24、开式循环泵31、射水泵58、射水抽气器62与现有技术是一致的。
Claims (9)
1.一种汽轮机水轮机联合发电系统，包括汽轮机、汽轮发电机、凝汽器、循环泵、循环水压力回水管、节热管、高位蓄水池、低位蓄水池、管式换热器、主下水管、集水罐、集水竖井、1号水轮机、2号水轮机、循环水回水自流沟，其特征在于高位蓄水池(10)位于低位蓄水池(19)的上方，高位蓄水池(10)底部两端分别连接有主下水管(12)和集水竖井(14)，节热管(7)穿越低位蓄水池(19)池壁与集水竖井(14)下端连接；集水罐(13)上端与主下水管(12)连接，主下水管(12)下端安装有1号水轮机(16)，集水罐(13)出水管的下端安装2号水轮机(18)。
2.如权利要求1所述的一种汽轮机水轮机联合发电系统，其特征在于：集水罐(13)罐体上连接有开式冷却水回水母管(25)、供热循环水回水管(26)、射水抽气器排水管(27)；集水罐(13)上端与主下水管(12)的连接管上设有联络门(34)，联络门(34)靠集水罐(13)侧设有调压管(38)，调压管(38)上设有调压阀(36)和截止阀(35)，在截止阀(35)前还设有连续排气管(37)。
3.如权利要求1所述的一种汽轮机水轮机联合发电系统，其特征在于：循环水压力回水管(5)上设有一循环水压力回水电动总门(6)，自该回水电动总门前引出节热管(7)，节热管(7)上设节热电动门(8)，节热电动门(8)设有节热旁路电动门(9)；就凝汽器循环水开式循环系统而言，则无需设循环水压力回水电动总门(6)、节热电动门(8)和节热旁路电动门(9)，凝汽器循环水压力回水管(5)直接连接至集水竖井(14)。
4.如权利要求1所述的一种汽轮机水轮机联合发电系统，其特征在于：高位蓄水池(10)设有溢流咀(48)，1、2号水轮发电机组(16、18)的排水及高位蓄水池(10)的溢流全部进入低位蓄水池(19)，再通过循环水回水自流沟(20)进入冷却塔池(44)或江河、海洋。
5.如权利要求1所述的一种汽轮机水轮机联合发电系统，其特征在于：供热循环水回水管(26)上设有供热循环水回水电动门(29)，冲洗水泵(30)入口管道自循环水压力回水管(5)引出，其出口管道连接至供热循环水回水电动门(29)前，住户冲洗水管自住户供热循环水回水门(42)后引出。
6.如权利要求1所述的一种汽轮机水轮机联合发电系统，其特征在于：在开式冷却水回水母管(25)上有一引出管，连接至供热循环水回水电动门(29)前，该引出管设有开式冷却水回水至住户的冲洗水总阀(28)。
7.如权利要求1所述的一种汽轮机水轮机联合发电系统，其特征在于：低位蓄水池(19)设有排污阀(21)，排污管汇集于排水井(46)，现有技术冷却塔池放水阀(45)不再作排污之用，而仅作冷却塔池放水之用。
8.如权利要求1所述的一种汽轮机水轮机联合发电系统，其特征在于：在高位蓄水池(10)内布置有管式换热器(11)，其进口端与生活饮用水泵(39)出口第一路饮用水管(40)连接，其出水管与住户(33)的饮用水系统连接；生活饮用水泵(39)出口第二路饮用水管(41)进入循环水压力回水管(5)内呈套装布置，套装管内的生活饮用水吸收了循环水回水热量后，其管道又自循环水压力回水管(5)引出，且与厂区生活饮用水系统连接。
9.如权利要求1所述的一种汽轮机水轮机联合发电系统，其特征在于：闭式循环供水方式的射水抽气系统，还可将各射水抽气器排水管(27)与气水分离水箱(49)连接，在气水分离水箱排水管(50)的下端安装3号水轮发电机组(52)，排水进入射水池(53)；射水抽气器排水管(27)上还引出了设有换水阀(54)的换水管，各换水管汇集为一根母管，接至循环水压力回水管(5)，同时在气水分离水箱(49)顶部设有冷却水管(55)、连续排气管(37)及至射水池(53)的溢流管(57)，3号水轮发电机组(52)的排水口处设计有曲面可调导流板(60)，射水泵(58)出水管增设了设有泄流阀(61)的注水检查管。
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