CN208310859U - 一种高效回热与优化抽汽的二次再热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了涉及火力发电领域的一种高效回热与优化抽汽的二次再热系统；主要包括：锅炉、回热汽轮机和余热回收系统，其中取代了传统低压加热器的余热回收系统设置于凝结水泵和第七级低压加热器的给水之间，余热回收系统利用锅炉的烟气和回热汽轮机管道漏汽的能量对凝结水进行初步加热并由烟气冷却器、低温省煤器和轴封加热器组成，本实用新型将烟气冷却器、低温省煤器和轴封加热器取代了传统的低压加热器来加热给水，在回收锅炉热量的同时减少了汽轮机的抽汽能量损失；整体上优化了机组的布置，增强了高效回热，降低了系统的复杂度；可在提高传统1000MW二次再热机组供电效率0.2％～0.3％的同时降低煤耗2g/kW·h～3g/kW·h。

Description

一种高效回热与优化抽汽的二次再热系统

技术领域

本实用新型涉及火力发电领域，具体为一种高效回热与优化抽汽的二次再热系统。

背景技术

目前，大容量、高参数的火电机组已经成为我国火电机组的主流，当前有十几台二次再热机组立项或在建中，其主蒸汽压力为28MPa～31MPa，主蒸汽温度为600℃～620℃，更高的蒸汽参数可以实现火力发电循环系统效率的提升，由于火电机组的高温材料问题还没有解决，目前世界上的700℃等级的火电机组开发项目均遇到了阻碍，短期内不会有商业化的应用，所以要从其他方向继续优化系统，实现节能减排的目标。

为了进一步地提高机组的循环效率，超超临界二次再热技术的发展提供了一个可行的方向，二次再热技术可以进一步地提高蒸汽吸热的平均温度，在相同参数水平下，相比一次再热技术可以提高效率2％～3％。但由于二次再热机组主蒸汽温度和再热蒸汽温度很高，出现了各级回热加热器抽汽过热度很大的问题，而这些回热加热器中过热的抽汽来自于汽轮机中压缸，增大了二次再热机组的能量损失，阻碍了二次再热机组效率的进一步提高；因此急需一种新系统解决回热加热器抽汽过热度过大的问题。

传统的二次再热系统增加了系统的复杂性，而且与一次再热系统相比，其低压缸的进汽压力较低，容积流量更大，导致其能量损失更大，低压缸的效率是汽轮机中最低的，其抽汽加热回热系统的给水，进一步加大了低压缸的能量损失，因此对传统二次再热系统的整体优化很有必要。

实用新型内容

鉴于上述现有技术存在的问题，现提出一种高效回热与优化抽汽的二次再热系统，其特征在于，主要包括：锅炉、回热汽轮机和余热回收系统，其中利用锅炉的烟气和回热汽轮机管道漏汽的能量对凝结水进行初步加热，余热回收系统的给水入口与凝结水泵的出口相连，余热回收系统的给水出口、第七级低压加热器的给水入出口和第六级低压加热器的给水入口依次连接，第六级低压加热器的给水出口接入除氧器的给水入口；第一级高压加热器、第二级高压加热器、第三级高压加热器和第四级高压加热器的给水出口和给水入口依次连接，除氧器的给水出口通过电力驱动的给水泵连接于第四级高压加热器的给水入口；

第一级高压加热器的给水出口、锅炉和汽轮机高压缸的进汽口顺序相连，汽轮机高压缸的排汽口分别与回热汽轮机的进汽口、汽轮机第一级中压缸的进汽口和第一级高压加热器的进汽口相连，汽轮机第一级中压缸的出汽口与汽轮机第二级中压缸的进汽口相连，第二级中压缸为对称分流布置，对称分流的每侧分别设有一个排汽口，两个排汽口在汇合之后，分流并分别与汽轮机第一级低压缸的进汽口和汽轮机第二级低压缸的进汽口相连，汽轮机第一级低压缸和汽轮机第二级低压缸均采用对称分流布置，汽轮机第一级低压缸和汽轮机第二级低压缸的两个排汽口汇合后与凝汽器的进汽口相连；

回热汽轮机的第一级抽汽口、第二级抽汽口、第三级抽汽口、第四级抽汽口和第五级抽汽口分别与第二级高压加热器的进汽口、第三级高压加热器的进汽口、第四级高压加热器的进汽口、除氧器的进汽口相连和第六级低压加热器的进汽口相连；回热汽轮机的排汽口与第七级低压加热器的进汽口相连；第一级高压加热器的疏水出口与第二级高压加热器的疏水入口连接，第二级高压加热器的疏水出口与第三级高压加热器的疏水入口连接，第三级高压加热器的疏水出口与第四级高压加热器的疏水入口连接，第四级高压加热器的疏水出口接入除氧器的疏水入口；第六级低压加热器的疏水出口与第七级低压加热器的疏水入口通过一号管道相连，第七级低压加热器的疏水出口与疏水泵的给水入口连接，疏水泵的给水出口汇入一号管道内。

所述余热回收系统由烟气冷却器、低温省煤器和轴封加热器顺序相连组成，其中烟气冷却器的给水出口为余热回收系统的给水出口，轴封加热器的给水入口为余热回收系统的给水入口。

所述烟气冷却器与空气预热器安装在同一竖直烟道内，且烟气冷却器将烟道中的烟气抽出20％～30％；所述烟气冷却器安装于锅炉内部的高温省煤器之后，烟气冷却器的烟气入口为高温省煤器的烟气出口。

所述烟气冷却器采用并联的ND钢的材质的H型管串，且烟气冷却器的烟气出口温度为120℃；

所述烟道高4.5米，宽4.5米，烟道中的烟气流速为11m/s，烟道进口的烟气温度为380℃。

所述低温省煤器利用从烟道排出的过热烟气来加热给水，实现低品位的烟气余热代替高品位的抽汽能量加热给水，采用工质逆流布置，低温省煤器内的平均烟气流速为10m/s；且低温省煤器烟气出口的温度为50℃。

所述回热汽轮机的转子与在其后方的发电机的转子相连，发电机通过电缆与给水泵相连。

本实用新型的有益效果为：

由于现有技术普遍采用给水回热的方式来提高机组的热经济性，利用汽轮机的抽汽来加热给水，但由于换热温差的存在阻碍了抽汽的高效利用，增大了回热系统的能量损失；因此在本实用新型中应用了广义回热循环的思想，将烟气冷却器、低温省煤器和轴封加热器取代了传统的低压加热器来加热给水，在回收锅炉热量的同时减少了汽轮机的抽汽能量损失；

该高效回热与优化抽汽二次再热系统，相比于传统的二次再热机组，解决了二次再热机组中回热加热器抽汽过热度过大的问题，回热汽轮机的排汽直接汇入回热加热器中，不需要冷凝器，可减少蒸汽的冷凝损失，减低机组的复杂度，节约成本；独立的回热汽轮机后连接着发电机，可以直接驱动电动给水泵的运行，电动给水泵相比传统的汽动给水泵效率更高，进一步地降低了厂用电率；汽轮机高压缸、中压缸、和低压缸全部取消了抽汽设备，同时部分低压加热器用烟气冷却器、低温省煤器和轴封加热器来代替，简化了汽轮机的结构，提高了通流效率与内效率，烟气冷却器、低温省煤器和轴封加热器充分利用了锅炉的烟气和汽轮机管道漏汽的能量，提高了锅炉的效率，从整体上优化了机组的布置，进一步地增强了高效回热，降低了系统的复杂度。实现了整个系统的集成优化；

本实用新型二次再热机组的供电效率可达到48.06％，供电煤耗仅有255.93 g/kW·h，可提高传统1000MW二次再热机组的供电效率0.2％～0.3％，可降低煤耗2g/kW·h～3g/kW·h，针对传统二次再热机组的技术缺陷与不足，本实用新型立足于热力循环的本质规律，精巧和合理地设计了整个发电循环系统，具有很充分的利用价值和很广阔的应用前景。

附图说明

图1为：本实用新型一种高效回热与优化抽汽的二次再热系统实施例的流程图；

图中：1-锅炉、2-汽轮机高压缸、3-汽轮机第一级中压缸、4-汽轮机第二级中压缸、5-汽轮机第一级低压缸、6-汽轮机第二级低压缸、7-回热汽轮机、8-发电机、9-凝汽器、10-第一级高压加热器、11-第二级高压加热器、12-第三级高压加热器、13-第四级高压加热器、14-除氧器、15-第六级低压加热器、16-第七级低压加热器、17-烟气冷却器、18-低温省煤器、19-轴封加热器、20-给水泵、21- 疏水泵、22-凝结水泵、23-空气预热器、24-高温省煤器、25-烟道、26-脱硫塔、 100-余热回收系统。

具体实施方式

本实用新型提供了一种高效回热与优化抽汽二次再热系统，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种高效回热与优化抽汽二次再热系统的实施例中包括：锅炉1、汽轮机高压缸2、汽轮机第一级中压缸3、汽轮机第二级中压缸4、汽轮机第一级低压缸5、汽轮机第二级低压缸6、回热汽轮机7、发电机8、凝汽器9、第一级高压加热器10、第二级高压加热器11、第三级高压加热器12、第四级高压加热器13、除氧器14、第六级低压加热器15、第七级低压加热器16、烟气冷却器17、低温省煤器18、轴封加热器19、给水泵20、疏水泵 21、凝结水泵22、和余热回收系统100；

其中第一级高压加热器10的给水出口、锅炉1和汽轮机高压缸2的进汽口顺序相连，汽轮机高压缸2的排汽口分别与回热汽轮机7的进汽口、汽轮机第一级中压缸3的进汽口和第一级高压加热器10的进汽口相连，汽轮机第一级中压缸3的出汽口与汽轮机第二级中压缸4的进汽口相连，第二级中压缸4为对称分流布置，对称分流的每侧分别设有一个排汽口，两个排汽口在汇合之后，分流并分别与汽轮机第一级低压缸5的进汽口和汽轮机第二级低压缸6的进汽口相连，汽轮机第一级低压缸5和汽轮机第二级低压缸6均采用对称分流布置，汽轮机第一级低压缸5和汽轮机第二级低压缸6的两个排汽口汇合后与凝汽器9的进汽口相连。

回热汽轮机7设有五个抽汽口和一个排汽口；五个抽汽口分别是第一级抽汽口、第二级抽汽口、第三级抽汽口、第四级抽汽口和第五级抽汽口，其中第一级抽汽口与第二级高压加热器11的进汽口相连，第二级抽汽口与第三级高压加热器12的进汽口相连，第三级抽汽口与第四级高压加热器13的进汽口相连，第四级抽汽口与除氧器14的进汽口相连，第五级抽汽口与第六级低压加热器15的进汽口相连；回热汽轮机7的排汽口与第七级低压加热器16的进汽口相连，回热汽轮机7的转子与在其后方的发电机8的转子相连，发电机8通过电缆与给水泵 20相连，在机组正常运行时，此发电机8的发电量可以直接驱动给水泵20的运行，替代了传统的汽动给水泵；

第一级高压加热器10的疏水出口与第二级高压加热器11的疏水入口连接，第二级高压加热器11的疏水出口与第三级高压加热器12的疏水入口连接，第三级高压加热器12的疏水出口与第四级高压加热器13的疏水入口连接，第四级高压加热器13的疏水出口接入除氧器14的疏水入口，第六级低压加热器15的给水出口接入除氧器14的给水入口；第六级低压加热器15的疏水出口与第七级低压加热器16的疏水入口通过一号管道相连，第七级低压加热器16的疏水出口与疏水泵21的给水入口连接，疏水泵21的给水出口汇入一号管道内。

第一级高压加热器10、第二级高压加热器11、第三级高压加热器12和第四级高压加热器13的给水出口和给水入口依次连接，除氧器14的给水出口通过电力驱动的给水泵20连接于第四级高压加热器13的给水入口；第六级低压加热器 15的给水入口、第七级低压加热器16的给水出入口、余热回收系统100的给水出口依次连接，凝结水泵22的出口与余热回收系统100的给水入口相连。

取代了传统低压加热器的余热回收系统100由烟气冷却器17、低温省煤器 18和轴封加热器19组成，其中烟气冷却器17的给水入口、低温省煤器18的给水出入口和轴封加热器19的给水出口顺序相连，烟气冷却器17的给水出口为余热回收系统100的给水出口，轴封加热器19的给水入口为余热回收系统100的给水入口；余热回收系统100利用锅炉的烟气和回热汽轮机管道漏汽的能量对凝结水进行初步加热；

本实施例中的烟道25高4.5米，宽4.5米，烟道25中烟气流速为11m/s，烟道25进口的烟气温度为380℃左右；其中烟气冷却器17位于与空气预热器23 同一竖直烟道25内，位于锅炉的再热器、高温省煤器24之后，其烟气入口为高温省煤器24的烟气出口，采用并联的ND钢的材质的H型管串，出口温度为120℃左右，设计寿命25年；烟气冷却器17利用烟气旁道技术，将进入空气预热器 23前的烟气抽出20％～30％，在充分加热给水后再与空气预热器23的出口烟气汇合，这是对锅炉烟气余热的利用，提高了锅炉效率，实现了不同等级能量的充分利用；

低温省煤器18利用锅炉1中过热的烟气(由烟道25排出的烟气)来加热给水，实现低品位的烟气余热代替高品位的抽汽能量加热给水，低温省煤器18位于空气预热器23之后，脱硫塔26入口前，从空气预热器23出来的烟气经过低温省煤器后，进入除尘器清除烟尘颗粒、再进入脱硫塔26除去二氧化硫气体后通过烟囱排出到大气中，采用工质逆流布置，顺列H型管排，采用耐腐蚀、耐磨损的材料；换热管为光管类型的氟塑料软管，壁厚不小于5mm，平均烟气流速为10m/s，设计寿命20年，在酸露点下也可稳定的运行，目前的技术可以确保给水温度低至20℃～30℃，冷却后的烟气可降低到50℃，更进一步地实现了烟气余热的回收利用，有力地提高了对后续给水的温升；

轴封加热器19回收轴封的漏汽来加热给水，将各机组管道中泄漏的一部分能量进行回收，减少了机组的能量损失，利用烟气冷却器17、低温省煤器18和轴封加热器19后，汽轮机低压缸取消了抽汽，大大提高了汽轮机低压缸的内效率，凝结水泵的轴功率也得到了降低，降低了系统的复杂度同时也减少了设备的成本。

本实施例的工作流程为：

当锅炉1的高温蒸汽进入汽轮机高压缸2后，其排汽分为三个部分，第一部分回到锅炉1再次加热后，进而进入到汽轮机第一级中压缸3中，第二部分进入第一级高压加热器10加热给水后，其冷却后的疏水进入第二级高压加热器13，第三部分进入回热汽轮机7，回热汽轮机7的第一级抽汽进入第二级高压加热器 11加热给水，其冷却后的疏水进入第三级高压加热器12，第二级抽汽进入第三级高压加热器12加热给水，其冷却后的疏水进入第四级高压加热器13，第三级抽汽进入第四级高压加热器13加热给水，其冷却后的疏水进入到除氧器后除去水中的氧气及其他气体，第四级抽汽进入除氧器14加热给水，第五级抽汽进入第六级低压加热器15加热给水，其冷却后的疏水进入第七级低压加热器16，回热汽轮机7的排汽进入第七级低压加热器16加热给水，其冷却后的疏水进入疏水泵21，然后汇入第六级低压加热器15的给水；第一部分蒸汽在汽轮机第一级中压缸3做功后的排汽回到锅炉1再次加热，然后依次通过汽轮机第二级中压缸 4、汽轮机第一级低压缸5、汽轮机第二级低压缸6做功，最后排出至凝汽器9 中凝结成水；凝汽器9中的凝结水流入凝结水泵22，随后顺序流过轴封加热器 19、低温省煤器18、烟气冷却器17、第七级低压加热器16、第六级低压加热器 15、除氧器14和给水泵20进行初步加热，除氧器14用于除去从第六级低压加热器15流出的水中的气体，初步加热后的水再顺序由第四级高压加热器13、第三级高压加热器12、第二级高压加热器11和第一级高压加热器10进行再次加热，最后流回锅炉1产生蒸汽，完整的工作流程结束；

本实施例中，汽轮机高压缸1、汽轮机第一级中压缸2、汽轮机第二级中压缸3、汽轮机第一级低压缸4和汽轮机第二级低压缸5均取消了抽汽，简化了汽缸的结构，因此在工作流程中，简化了汽轮机的结构，提高了各缸通流效率与内效率。

本实施例中，烟气冷却器17、低温省煤器18和轴封加热器19取代了部分低压加热器，回收了锅炉烟气和汽轮机管道漏汽的能量来加热给水，运用广义回热循环的理念，实现了能级的梯级利用，从整体上优化了机组的布置，进一步地增强了高效回热，降低了系统的复杂度。

本实施例中，第一级高压加热器10、第二级高压加热器11、第三级高压加热器12、第四级高压加热器13、除氧器14、第六级低压加热器15和第七级低压加热器16的抽汽均来自回热汽轮机7。回热汽轮机7第一级抽汽口的温度压力参数为360.48℃/6.65Mpa，第二级抽汽口的温度压力参数为302.25℃/4.21Mpa，第三级抽汽口的温度压力参数为244.59℃/2.54Mpa，第四级抽汽口的温度压力参数为188.71℃/1.22Mpa，第五级抽汽口的温度压力参数为168.3℃/0.76Mpa，排汽口的温度压力参数为137.85℃/0.34Mpa，由此可看出抽汽口的蒸汽参数较低，降低了回热加热器的过热度，减少了回热加热器的能量损失，从而提高了热力系统的循环效率。

本实施例中，回热汽轮机7的转子连接着发电机8的转子，在机组进行正常的工作流程时，此发电机8的发电量可以直接驱动给水泵20的运行，替代了传统的汽动给水泵，进一步降低了厂用电率。

本实施例经过上述的改进后，二次再热机组的供电效率可达到48.06％，供电煤耗仅有255.93g/kW·h，可提高传统1000MW二次再热机组的供电效率 0.2％～0.3％，降低煤耗2g/kW·h～3g/kW·h。

Claims (6)

1.一种高效回热与优化抽汽的二次再热系统，其特征在于，主要包括：锅炉(1)、回热汽轮机(7)和余热回收系统(100)，其中余热回收系统(100)利用锅炉的烟气和各汽轮机管道漏汽的能量对凝结水进行初步加热，余热回收系统(100)的给水入口与凝结水泵(22)的出口相连，余热回收系统(100)的给水出口、第七级低压加热器(16)的给水入出口和第六级低压加热器(15)的给水入口依次连接，第六级低压加热器(15)的给水出口接入除氧器(14)的给水入口；第一级高压加热器(10)、第二级高压加热器(11)、第三级高压加热器(12)和第四级高压加热器(13)的给水出口和给水入口依次连接，除氧器(14)的给水出口通过电力驱动的给水泵(20)连接于第四级高压加热器(13)的给水入口；

第一级高压加热器(10)的给水出口、锅炉(1)和汽轮机高压缸(2)的进汽口顺序相连，汽轮机高压缸(2)的排汽口分别与回热汽轮机(7)的进汽口、汽轮机第一级中压缸(3)的进汽口和第一级高压加热器(10)的进汽口相连，汽轮机第一级中压缸(3)的出汽口与汽轮机第二级中压缸(4)的进汽口相连，第二级中压缸(4)为对称分流布置，对称分流的每侧分别设有一个排汽口，两个排汽口在汇合之后，分流并分别与汽轮机第一级低压缸(5)的进汽口和汽轮机第二级低压缸(6)的进汽口相连，汽轮机第一级低压缸(5)和汽轮机第二级低压缸(6)均采用对称分流布置，汽轮机第一级低压缸(5)和汽轮机第二级低压缸(6)的两个排汽口汇合后与凝汽器(9)的进汽口相连；

回热汽轮机(7)的第一级抽汽口、第二级抽汽口、第三级抽汽口、第四级抽汽口和第五级抽汽口分别与第二级高压加热器(11)的进汽口、第三级高压加热器(12)的进汽口、第四级高压加热器(13)的进汽口、除氧器(14)的进汽口相连和第六级低压加热器(15)的进汽口相连；回热汽轮机(7)的排汽口与第七级低压加热器(16)的进汽口相连；第一级高压加热器(10)的疏水出口与第二级高压加热器(11)的疏水入口连接，第二级高压加热器(11)的疏水出口与第三级高压加热器(12)的疏水入口连接，第三级高压加热器(12)的疏水出口与第四级高压加热器(13)的疏水入口连接，第四级高压加热器(13)的疏水出口接入除氧器(14)的疏水入口；第六级低压加热器(15)的疏水出口与第七级低压加热器(16)的疏水入口相连，第七级低压加热器(16)的疏水出口与疏水泵(21)的给水入口连接，疏水泵(21)的给水出口与第七级低压加热器(16)的给水入口相连。

2.根据权利要求1所述的一种高效回热与优化抽汽的二次再热系统，其特征在于，所述余热回收系统(100)由烟气冷却器(17)、低温省煤器(18)和轴封加热器(19)顺序相连组成，其中烟气冷却器(17)的给水出口为余热回收系统(100)的给水出口，轴封加热器(19)的给水入口为余热回收系统(100)的给水入口。

3.根据权利要求2所述的一种高效回热与优化抽汽的二次再热系统，其特征在于，所述烟气冷却器(17)与空气预热器(23)安装在同一竖直烟道(25)内，且烟气冷却器(17)将烟道(25)中的烟气抽出20％～30％；所述烟气冷却器(17)安装于锅炉(1)内部的高温省煤器(24)之后，烟气冷却器(17)的烟气入口为高温省煤器(24)的烟气出口。

4.根据权利要求3所述的一种高效回热与优化抽汽的二次再热系统，其特征在于，所述烟气冷却器(17)采用并联的ND钢的材质的H型管串，且烟气冷却器(17)的烟气出口温度为120℃；

所述烟道(25)高4.5米，宽4.5米，烟道(25)中的烟气流速为11m/s，烟道(25)进口的烟气温度为380℃。

5.根据权利要求2所述的一种高效回热与优化抽汽的二次再热系统，其特征在于，所述低温省煤器(18)利用从烟道(25)排出的过热烟气来加热给水，实现低品位的烟气余热代替高品位的抽汽能量加热给水，采用工质逆流布置，低温省煤器(18)内的平均烟气流速为10m/s；且低温省煤器(18)烟气出口的温度为50℃。

6.根据权利要求1所述的一种高效回热与优化抽汽的二次再热系统，其特征在于，所述回热汽轮机(7)的转子与在其后方的发电机(8)的转子相连，发电机(8)通过电缆与给水泵(20)相连。