CN223577998U - 热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，其中系统包括有至少一个压力匹配器，压力匹配器的抽汽汽源输入端与低压缸排汽侧或排汽凝汽装置相连接，压力匹配器的驱动汽源输入端与高压缸排汽侧或中压缸回热抽汽相连接，压力匹配器的蒸汽输出端与高品位回热抽汽管路相应的低压加热器的蒸汽输入侧通过回热抽汽替代管路相连接，压力匹配器的驱动汽源输入端连接有驱动汽源关断门，高品位回热抽汽管路上设置有正常抽汽关断门，回热抽汽替代管路上设置有替代抽汽关断门。本实用新型充分利用低压缸排汽、降低冷源损失，旨在提高机组中低负荷机组热经济性，不仅适用于新建机组，也适用于现役机组，技术经济可行性强。

Description

热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统

技术领域

本实用新型属于燃煤发电技术领域，具体地涉及一种热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统。

背景技术

传统煤电主要考虑额定工况下的高效性，在中低负荷工况下机组煤耗显著升高。以某百万千瓦湿冷机组为例，额定工况的供电煤耗275g/kWh，30%额定工况的供电煤耗326g/kWh，20%额定工况的供电煤耗达到了375g/kWh。

机组效率主要取决于锅炉效率和汽轮机绝对内效率。随着负荷降低，一般锅炉效率降低不大，而汽轮机绝对内效率会呈现显著降低趋势。以某百万千瓦湿冷机组为例，锅炉效率从额定工况的95.4%，下降到30%额定工况的94.63%；汽轮机绝对内效率从额定工况的51.4%，下降到30%额定工况的46.6%、20%额定工况的44.5%。从上可以看出，提高机组中低负荷效率的着力点，在于提高汽轮机中低负荷的绝对内效率。

汽轮机的绝对内效率，反应的是汽轮机组热力循环的实际热效率。锅炉输入汽轮机的热量，除去做功发电部分，即为冷源损失。冷源损失，即汽轮机低压缸排汽通过冷凝装置释放到环境中的热量。机组中低负荷热效率低，意味着冷源损失大。决定汽轮发电机组热效率的因素主要包括机组初参数、排汽背压、热力系统（回热系统级数、再热次数）等。随着机组负荷降低，初参数降低，机组效率不断降低、冷源损失不断增大。

提升机组中低负荷经济性、实现全工况高效率是新一代煤电关键技术之一。因此需要设计一种新型的煤电机组热力系统，提升机组中低负荷经济性、实现全工况高效率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于：提供一种热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，解决中低负荷工况下燃煤发电机组机效率低、冷源损失大的问题，通过创新、重构热力系统，充分利用汽轮机排汽热量、降低冷源损失，提升机组中低负荷经济性、实现全工况高效率。

依据本实用新型的技术方案，本实用新型提供了一种热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，包括有依次相连接的锅炉、高压缸、中压缸、低压缸、排汽凝汽装置、低压加热器组、除氧器和高压加热器组，低压加热器组包括有相串联设置的多个低压加热器，其中至少有一个低压加热器的蒸汽输入侧为通过高品位回热抽汽管路与中压缸相连接；还包括有至少一个压力匹配器，压力匹配器的抽汽汽源输入端与低压缸排汽侧或排汽凝汽装置相连接，压力匹配器的驱动汽源输入端与高压缸排汽侧或中压缸回热抽汽相连接，压力匹配器的蒸汽输出端与高品位回热抽汽管路相应的低压加热器的蒸汽输入侧通过回热抽汽替代管路相连接，压力匹配器的驱动汽源输入端连接有驱动汽源关断门，高品位回热抽汽管路上设置有正常抽汽关断门，回热抽汽替代管路上设置有替代抽汽关断门。

进一步地，压力匹配器包括有一级压力匹配器和二级压力匹配器；一级压力匹配器的抽汽汽源输入端与低压缸排汽侧或排汽凝汽装置相连接，一级压力匹配器的驱动汽源输入端与高压缸排汽侧或中压缸回热抽汽相连接，一级压力匹配器的蒸汽输出端与高品位回热抽汽管路相应的低压加热器的蒸汽输入侧通过回热抽汽替代管路相连接；二级压力匹配器的抽汽汽源输入端与一级压力匹配器的蒸汽输出端相连接，二级压力匹配器的驱动汽源输入端与高压缸排汽侧或中压缸回热抽汽相连接，二级压力匹配器的蒸汽输出端与回热抽汽替代管路相连接。

进一步地，高品位回热抽汽管路相应的低压加热器为五号低压加热器。

进一步地，压力匹配器的驱动汽源输入端与高压缸排汽侧相连接。

进一步地，高压缸排汽侧通过蒸汽再热管路与锅炉相连接，蒸汽再热管路上引出有驱动汽源管路，驱动汽源管路与压力匹配器的驱动汽源输入端相连接，驱动汽源关断门设置在驱动汽源管路上。

进一步地，高压加热器组包括有相串联设置的一号高压加热器、二号高压加热器和三号高压加热器；一号高压加热器的蒸汽输入侧与高压缸相连接，二号高压加热器的蒸汽输入侧与蒸汽再热管路相连接，三号高压加热器的蒸汽输入侧与中压缸相连接；低压加热器组包括有相串联设置的五号低压加热器、六号低压加热器和七号低压加热器；五号低压加热器的蒸汽输入侧与中压缸排汽侧相连接，六号低压加热器的蒸汽输入侧与低压缸相连接，七号低压加热器的蒸汽输入侧与低压缸相连接；高品位回热抽汽管路相应的低压加热器为五号低压加热器。

进一步地，除氧器的蒸汽输入侧与中压缸相连接，除氧器的水输出侧通过给水泵前置泵以及给水泵与三号高压加热器的水输入端相连接。

进一步地，在排汽凝汽装置与低压加热器组之间还依次设置有凝结水泵、凝结水精处理装置和汽封冷却器。

依据本实用新型的技术方案，本实用新型还提供一种热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的方法，其采用本实用新型所述的热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，其包括如下内容：

负荷高于设定阈值时，以正常模式运行，驱动汽源关断门、替代抽汽关断门的状态为关，正常抽汽关断门的状态为开，一级压力匹配器不工作，高品位回热抽汽管路相应的低压加热器的蒸汽输入侧接收相应的中压缸的正常抽汽；

负荷等于或低于设定阈值时，以中低负荷模式运行，驱动汽源关断门、替代抽汽关断门的状态为开，正常抽汽关断门的状态为关，压力匹配器工作，抽取低压缸的排汽并进行升压得到产汽，高品位回热抽汽管路相应的低压加热器的蒸汽输入侧接收产汽，以产汽替代正常模式下的正常抽汽，被替代的正常抽汽所对应的部分蒸汽将继续在汽轮机做功发电。

进一步地，设定阈值为50%。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果如下：

本实用新型拟合理设置压力匹配器，利用参数合适的高压汽抽取低压缸排汽，制取参数合适的中压汽，代替参数合适的机组回热系统抽汽；回热系统利用机组抽汽的显热和潜热加热凝结水或给水，降低冷源损失；本实用新型利用压力匹配器抽取低压缸排汽制取的产汽加热凝结水或给水，利用低压缸排汽热量（主要是潜热）的同时，被替代的机组级间抽汽继续在汽轮机做功发电，提高了机组热效率；设计时，回热系统正常抽汽与压力匹配器并列，考虑到压力匹配器容量按照中低负荷设计，因此在中低负荷下投入压力匹配器的产汽替代机组级间抽汽。本实用新型充分利用低压缸排汽、降低冷源损失，旨在提高机组中低负荷机组热经济性，不仅适用于新建机组，也适用于现役机组，对机组参数、容量、冷端型式等都不限制，是对热力系统的创新和重构，技术经济可行性强，具有开发价值和示范意义，对电力行业进步具有里程碑意义，值得开发和推广。经初步测算，50%负荷下，投入压力匹配器系统、切除5段抽汽，机组煤耗降低1.5g/kWh。

附图说明

图1是本实用新型提供的系统结构示意图。

图2是本实用新型提供的另一实施例的系统结构示意图。

附图中的附图标记说明：

1、锅炉；2、高压缸；3、中压缸；4、低压缸；5、排汽凝汽装置；6、除氧器；7、高品位回热抽汽管路；8、压力匹配器；81、一级压力匹配器；82、二级压力匹配器；9、回热抽汽替代管路；10、驱动汽源关断门；11、正常抽汽关断门；12、替代抽汽关断门；13、蒸汽再热管路；14、驱动汽源管路；15、一号高压加热器；16、二号高压加热器；17、三号高压加热器；18、五号低压加热器；19、六号低压加热器；20、七号低压加热器；21、给水泵前置泵；22、给水泵；23、凝结水泵；24、凝结水精处理装置；25、汽封冷却器；26、抽汽汽源关断门。

具体实施方式

本实用新型提供一种热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，解决中低负荷工况下燃煤发电机组机效率低、冷源损失大的问题，通过创新、重构热力系统，充分利用汽轮机排汽热量、降低冷源损失，提升机组中低负荷经济性、实现全工况高效率。

请参阅图1、图2，本实用新型的一种热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，包括有依次相连接的锅炉1、高压缸2、中压缸3、低压缸4、排汽凝汽装置5、低压加热器组、除氧器6和高压加热器组。高压缸2、中压缸3、低压缸4以及发电机为汽轮机的组成部分。低压加热器组包括有相串联设置的多个低压加热器，其中至少有一个低压加热器的蒸汽输入侧为通过高品位回热抽汽管路7与中压缸3相连接。换言之，每一个低压加热器的蒸汽输入侧均连接有回热抽汽管路，其中至少有一条回热抽汽管路为与高压缸2或中压缸3相连接（一般是与中压缸3相连接），进而是利用了高品位的抽汽进行回热，将其称为高品位回热抽汽管路7。

上述结构为现有燃煤发电机组中的常见结构（的一部分），本实用新型的主要改进点在于图1、图2中加粗显示的部分管路，即，还包括有至少一个压力匹配器8，压力匹配器8的抽汽汽源输入端与低压缸4排汽侧或排汽凝汽装置5相连接，压力匹配器8的驱动汽源输入端与高压缸2排汽侧或中压缸3回热抽汽相连接（与中压缸3回热抽汽相连接即是指，与中压缸上的回热抽汽管路相连接，例如为中压缸4段抽汽或5段抽汽），压力匹配器8的蒸汽输出端与高品位回热抽汽管路7相应的低压加热器的蒸汽输入侧通过回热抽汽替代管路9相连接。管路中还具有与压力匹配器8相应的阀组（例如电动关断门），包括，压力匹配器8的驱动汽源输入端连接有驱动汽源关断门10，高品位回热抽汽管路7上设置有正常抽汽关断门11，回热抽汽替代管路9上设置有替代抽汽关断门12，以及，压力匹配器8的抽汽汽源输入端连接有抽汽汽源关断门26。

压力匹配器是电站中成熟的工业设备，用于机组抽真空的射水抽气器是压力匹配器的一个应用场景，其工作原理是用较高压力的驱动蒸汽作为动力源，通过喷嘴形成高速喷射流喷射，在其喉部产生低压区与被抽低压力蒸汽形成压力差，将低压力蒸汽抽入；经过高、低压蒸汽的混合、扩压，输出压力高于被抽低压蒸汽的压力，从而达到低压蒸汽升压的目的。本实用新型中，利用压力匹配器，以高压缸或中压缸的高品位蒸汽作为驱动汽源，抽取低压缸排汽（乏汽），制取合适参数的产品汽，用以作为低压加热器汽源，替代原本的高品位的抽汽，从而实现了降低冷源损失、提高机组中低负荷热效率。

压力匹配器需要根据驱动汽源参数、抽汽汽源参数和需求的产品汽参数（压力、流量等），进行针对化匹配和设计。在具体工程中，需根据中低负荷节煤要求、机组回热系统特点和投资经济性，设置合理的压力匹配器系统，包括压力匹配器替换的回热抽汽品位（具体回热级数、可以是1级，也可是多级）、压力匹配器驱动汽源选择、压力匹配器级数等。

例如图1所示实施例中，压力匹配器8包括有一级压力匹配器81和二级压力匹配器82。又如图2所示实施例中，压力匹配器8只有一级。以及在图1、图2中均仅示出了一处压力匹配器、对应一个低压加热器，在另一些可行的实施例中，设置有多组的压力匹配器，分别对多个低压加热器的汽源进行优化替代，其中每一组的压力匹配器根据需要可选为一级、两级或者更多级；以及还可选地，一组压力匹配器的产品汽输出至两个以上的低压加热器。基本原则为，若一级压力匹配器产品参数不能满足要求，则可以设置二级压力匹配器；二级压力匹配器以一级压力匹配器产品汽作为被抽吸汽源，驱动汽源可不变。以下以图1所示实施例为例进行更具体的说明。

图1所示实施例中，压力匹配器8包括有一级压力匹配器81和二级压力匹配器82。一级压力匹配器81的抽汽汽源输入端与低压缸4排汽侧或排汽凝汽装置5相连接（图示实施例中具体为与排汽凝汽装置5相连接），一级压力匹配器81的驱动汽源输入端与高压缸2排汽侧或中压缸3回热抽汽相连接，一级压力匹配器81的蒸汽输出端与高品位回热抽汽管路7相应的低压加热器的蒸汽输入侧通过回热抽汽替代管路9相连接。二级压力匹配器82的抽汽汽源输入端与一级压力匹配器81的蒸汽输出端相连接，二级压力匹配器82的驱动汽源输入端与高压缸2排汽侧或中压缸3回热抽汽相连接，二级压力匹配器82的蒸汽输出端与回热抽汽替代管路9相连接。对于常见的回热系统方案，可选为，高品位回热抽汽管路7相应的低压加热器为五号低压加热器18；在另一些实施例中，还可选为五号低压加热器下级的低压加热器如六号低压加热器或七号低压加热器等。

更具体地，高品位回热抽汽管路7为与中压缸3相连接，相应的低压加热器的原本采用的加热蒸汽为源自中压缸排汽，中压缸排汽仍具有较多可利用的能量，将其替代为利用低压缸排汽形成的产品汽，则原本的那部分中压缸排汽就可以继续进入低压缸进行发电而非用于回热，如此提高了热效率；压力匹配器8的驱动汽源输入端与高压缸2排汽侧相连接，即将高压缸排汽作为压力匹配器的驱动汽源。对于二级的压力匹配器，一级压力匹配器81和二级压力匹配器82均可选为将高压缸排汽作为压力匹配器的驱动汽源。高压缸排汽的抽取方式具体例如为，高压缸2排汽侧通过蒸汽再热管路13与锅炉1相连接，蒸汽再热管路为现有设置，本方案在蒸汽再热管路13上引出有驱动汽源管路14，驱动汽源管路14与压力匹配器8的驱动汽源输入端相连接，驱动汽源关断门10设置在驱动汽源管路14上。

高压加热器组包括有相串联设置的一号高压加热器15、二号高压加热器16和三号高压加热器17。一号高压加热器15的蒸汽输入侧与高压缸2相连接（通过图中标有数字1的管路），二号高压加热器16的蒸汽输入侧与蒸汽再热管路13相连接（通过图中标有数字2的管路），三号高压加热器17的蒸汽输入侧与中压缸3相连接（通过图中标有数字3的管路）。低压加热器组包括有相串联设置的五号低压加热器18、六号低压加热器19和七号低压加热器20。五号低压加热器18的蒸汽输入侧与中压缸3排汽侧相连接（通过图中标有数字5的管路），六号低压加热器19的蒸汽输入侧与低压缸4相连接（通过图中标有数字6的管路），七号低压加热器20的蒸汽输入侧与低压缸4相连接（通过图中标有数字7的管路）。图示实施例中，高品位回热抽汽管路7相应的低压加热器为五号低压加热器18，图中标有数字5的管路为增加改进设计的高品位回热抽汽管路7。

进一步地，除氧器6的蒸汽输入侧与中压缸3相连接（通过图中标有数字4的管路），除氧器6的水输出侧通过给水泵前置泵21以及给水泵22与三号高压加热器17的水输入端相连接。在排汽凝汽装置5与低压加热器组之间还依次设置有凝结水泵23、凝结水精处理装置24和汽封冷却器25。低压缸4的排汽经过排汽凝汽装置5后由气态转换为液态，进入回热系统的管路，依次通过凝结水泵23、凝结水精处理装置24、汽封冷却器25、七号低压加热器20、六号低压加热器19、五号低压加热器18、除氧器6、给水泵前置泵21、给水泵22、三号高压加热器17、二号高压加热器16、一号高压加热器15，然后返回到锅炉1，形成水的循环。

基于本实用新型的上述系统结构，本实用新型提供一种热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的方法，其采用本实用新型所述的热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，其包括如下内容：

负荷高于设定阈值时，以正常模式运行，驱动汽源关断门10、替代抽汽关断门12（以及抽汽汽源关断门26）的状态为关，正常抽汽关断门11的状态为开，一级压力匹配器81不工作，高品位回热抽汽管路7相应的低压加热器的蒸汽输入侧接收相应的中压缸3的正常抽汽；

负荷等于或低于设定阈值时，以中低负荷模式运行，驱动汽源关断门10、替代抽汽关断门12（以及抽汽汽源关断门26）的状态为开，正常抽汽关断门11的状态为关，压力匹配器8工作，抽取低压缸4的排汽并进行升压得到产汽，高品位回热抽汽管路7相应的低压加热器的蒸汽输入侧接收产汽，以产汽替代正常模式下的正常抽汽，被替代的正常抽汽所对应的部分蒸汽将继续在汽轮机做功发电。

优选地例如，设定阈值为50%。

典型的一种实施方式中，以某机组回热系统为例，假定在机组50%及以下负荷投入压力匹配器系统。以高压缸排汽作为驱动汽源，抽取低压缸排汽（乏汽），制取合适参数的产品汽，用以作为五号低压加热器汽源，替代5号抽汽。压力匹配器设计时，要求的产品汽压力和质量流量以满足50%负荷五号低压加热器的用汽参数为设计条件。压力匹配器系统与5段抽汽系统并列设置，并设置阀组进行隔离。50%以上负荷时，回热系统正常运行；50%及以下负荷时，切除5段抽汽，压力匹配器系统投入。经初步测算，50%负荷下，投入压力匹配器系统、切除5段抽汽，机组煤耗降低1.5g/kWh。

综上所述，本实用新型充分利用低压缸排汽、降低冷源损失，旨在利用低压缸排汽（乏汽）替代回热抽汽，降低冷源损失，提高机组中低负荷经济性；其适用范围广，不仅适用于新建机组，也适用于现役机组，不仅适用于供热机组，也适用于纯凝机组，对机组参数、容量、冷端型式等都不限制，是对热力系统的创新和重构，技术经济可行性强，具有开发价值和示范意义，对电力行业进步具有里程碑意义，值得开发和推广。

最后应说明的是：以上仅对本实用新型的主要改进点进行了详细的解释，其余未详细说明的部分为常识性内容或者可沿用现有技术或者采用类似的技术方案、从而实现所需的功能，因此无需赘述；以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其的限制；显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围；为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合；对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，包括有依次相连接的锅炉（1）、高压缸（2）、中压缸（3）、低压缸（4）、排汽凝汽装置（5）、低压加热器组、除氧器（6）和高压加热器组，低压加热器组包括有相串联设置的多个低压加热器，其中至少有一个低压加热器的蒸汽输入侧为通过高品位回热抽汽管路（7）与中压缸（3）相连接；其特征在于，还包括有至少一个压力匹配器（8），压力匹配器（8）的抽汽汽源输入端与低压缸（4）排汽侧或排汽凝汽装置（5）相连接，压力匹配器（8）的驱动汽源输入端与高压缸（2）排汽侧或中压缸（3）回热抽汽相连接，压力匹配器（8）的蒸汽输出端与高品位回热抽汽管路（7）相应的低压加热器的蒸汽输入侧通过回热抽汽替代管路（9）相连接，压力匹配器（8）的驱动汽源输入端连接有驱动汽源关断门（10），高品位回热抽汽管路（7）上设置有正常抽汽关断门（11），回热抽汽替代管路（9）上设置有替代抽汽关断门（12）。

2.根据权利要求1所述的热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，其特征在于，压力匹配器（8）包括有一级压力匹配器（81）和二级压力匹配器（82）；

一级压力匹配器（81）的抽汽汽源输入端与低压缸（4）排汽侧或排汽凝汽装置（5）相连接，一级压力匹配器（81）的驱动汽源输入端与高压缸（2）排汽侧或中压缸（3）回热抽汽相连接，一级压力匹配器（81）的蒸汽输出端与高品位回热抽汽管路（7）相应的低压加热器的蒸汽输入侧通过回热抽汽替代管路（9）相连接；

二级压力匹配器（82）的抽汽汽源输入端与一级压力匹配器（81）的蒸汽输出端相连接，二级压力匹配器（82）的驱动汽源输入端与高压缸（2）排汽侧或中压缸（3）回热抽汽相连接，二级压力匹配器（82）的蒸汽输出端与回热抽汽替代管路（9）相连接。

3.根据权利要求1所述的热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，其特征在于，高品位回热抽汽管路（7）相应的低压加热器为五号低压加热器（18）。

4.根据权利要求1或2所述的热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，其特征在于，压力匹配器（8）的驱动汽源输入端与高压缸（2）排汽侧相连接。

5.根据权利要求4所述的热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，其特征在于，高压缸（2）排汽侧通过蒸汽再热管路（13）与锅炉（1）相连接，蒸汽再热管路（13）上引出有驱动汽源管路（14），驱动汽源管路（14）与压力匹配器（8）的驱动汽源输入端相连接，驱动汽源关断门（10）设置在驱动汽源管路（14）上。

6.根据权利要求5所述的热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，其特征在于，高压加热器组包括有相串联设置的一号高压加热器（15）、二号高压加热器（16）和三号高压加热器（17）；一号高压加热器（15）的蒸汽输入侧与高压缸（2）相连接，二号高压加热器（16）的蒸汽输入侧与蒸汽再热管路（13）相连接，三号高压加热器（17）的蒸汽输入侧与中压缸（3）相连接；

低压加热器组包括有相串联设置的五号低压加热器（18）、六号低压加热器（19）和七号低压加热器（20）；五号低压加热器（18）的蒸汽输入侧与中压缸（3）排汽侧相连接，六号低压加热器（19）的蒸汽输入侧与低压缸（4）相连接，七号低压加热器（20）的蒸汽输入侧与低压缸（4）相连接；高品位回热抽汽管路（7）相应的低压加热器为五号低压加热器（18）。

7.根据权利要求6所述的热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，其特征在于，除氧器（6）的蒸汽输入侧与中压缸（3）相连接，除氧器（6）的水输出侧通过给水泵前置泵（21）以及给水泵（22）与三号高压加热器（17）的水输入端相连接。

8.根据权利要求6所述的热力系统重构以提升机组中低负荷热效率的系统，其特征在于，在排汽凝汽装置（5）与低压加热器组之间还依次设置有凝结水泵（23）、凝结水精处理装置（24）和汽封冷却器（25）。