TWM600794U - 可提高熱電廠汽輪機發電效率的凝汽器前置增壓系統 - Google Patents

Abstract

一種可提高熱電廠汽輪機發電效率的凝汽器前置增壓系統，係使用在熱電廠之汽輪機，該汽輪機係以蒸汽為動力，並將蒸氣的熱能轉化為機械功，以用於驅動熱電廠之發電機。有壓力的蒸汽經過該汽輪機並驅動該汽輪機後，該蒸汽將形成乏汽並經由該汽輪機的排氣端向外排出；該凝汽器前置增壓系統包含一增壓泵系統，包含一入口端、一出口端、及至少一增壓泵；該入口端連接該汽輪機的排氣端；由該汽輪機的排氣端所排出的乏汽係從該入口端輸入到該至少一增壓泵中進行增壓後再從該出口端輸出；該增壓泵系統的出口端連接到一凝汽器；該凝汽器用於將來自該增壓泵系統中經增壓後的乏汽冷凝成水。

Description

可提高熱電廠汽輪機發電效率的凝汽器前置增壓系統

本創作係有關於使用在熱電廠汽輪機的增壓系統，尤其是一種可提高熱電廠汽輪機發電效率的凝汽器前置增壓系統。

在熱力發電廠中，發電的主要核心設備為汽輪機，利用汽輪機能將蒸氣的熱能轉化為機械功的特性來進行發電。通常汽輪機排氣側會配備凝汽器，凝汽器除將汽輪機的排汽冷凝成水供鍋爐重新使用外，還能在汽輪機排汽處形成真空和維持真空。汽輪機跟凝汽器之間係通過管道連接。其中凝汽器的真空會直接影響發電機的效率，其原因在於有壓力的蒸汽經過汽輪機並且推動汽輪機旋轉後將會失去動力而形成乏汽，此時凝汽器產生的背壓(真空)將直接影響該乏汽的排除速度和汽輪機的做功效率，而直接影響汽輪機的發電效率。

目前熱電廠的汽輪機的乏汽通常是以壓差自然遷移的方式輸入到凝汽器，為了提高汽輪機的發電效率，常用的方式為設法降低凝汽器的背壓值，令汽輪機跟凝汽器之間的壓差達到最大化，以加速蒸汽的遷移，而提高汽輪機的發電效率。對於一些大型發電機組而言，在一定範圍內，每提高1KPa的真空度，每度電的燃煤消耗可能減少3克。

然而由於熱電廠凝汽器基本上都是採用水作為冷凝介質，而這些介質 需要依賴自然中獲取的冷源(江、河、湖、海的水或空氣)進行冷卻，由於季節的變化，凝汽器中的水溫會受到自然氣溫和水溫的影響，眾所周知，水的飽和蒸氣壓與溫度有關，因此熱電廠並無法常年將凝汽器真空度始終保持在發電機設計所需的最佳真空度附近。意即發電機在一年當中，大部分時間的工作真空度並不處於最有利於提高燃煤效率的最佳真空度附近。

在熱電廠常見的凝汽器後端通常有抽真空系統，且大多為大水環泵或其它形式的系統，少數還保留蒸汽抽氣器系統或水射泵抽氣系統。上述抽真空系統將凝汽器形成真空狀態後(時間較短，通常不超過2小時)，便僅用於維持凝汽器的真空度，也就是在持續運行當中不斷抽走凝汽器中的不凝性氣體，加大這些真空泵的抽氣量，以避免因不凝性氣體進水而導致真空度下降。但是對於提高真空和降低背壓值，由於超大量水及其低壓加速蒸發特點的因素影響，加大真空泵組的抽氣能力，對於凝汽器真空度的提高效果往往較小。

故本案希望提出一種嶄新的可提高熱電廠汽輪機發電效率的凝汽器前置增壓系統，以解決上述先前技術上的缺陷。

所以本創作的目的係為解決上述習知技術上的問題，本創作中提出一種可提高熱電廠汽輪機發電效率的凝汽器前置增壓系統，係在汽輪機與後端的凝汽器之間加入增壓泵系統，應用增壓泵系統的機械式抽氣機制，可將原有汽輪機中乏汽的自然排氣方式改為強制排氣，而可提高汽輪機乏汽排出的速度，相當於降低凝汽器背壓，進而提高汽輪機的發電效率，從而節約汽輪機發電所需的單位煤耗，達到提高電廠汽輪機發電效率的目的， 並且使得電廠的發電效率不再受到環境溫度、真空洩露以及真空泵大小的影響，使得發電機處於最佳化且不受自然環境溫度影響的狀態。本案的增壓泵系統中的各個增壓泵，可以按照需求組成串聯、並聯、或多組串聯再予以並聯的結構，可令乏汽的遷移速度最大化。本案與習知技術中的電廠系統及現有的改造技術所組成的真空系統最大的區別，係在於直接在汽輪機跟凝汽器之間加裝增壓泵系統，而非市面上應用提升凝汽器真空以間接提高汽輪機發電效率的方式，因此應用本案的結構可以有效避免凝汽器受冷卻水溫度及漏率影響的特性，可以更為直接且高效率的使得系統真空度不受季節影響，始終穩定在汽輪機發電效率最高的區間。

為達到上述目的本創作中提出一種可提高熱電廠汽輪機發電效率的凝汽器前置增壓系統，係使用在熱電廠之汽輪機，該汽輪機係以蒸汽為動力，並將蒸氣的熱能轉化為機械功，以用於驅動熱電廠之發電機；該汽輪機具有一排氣端，有壓力的蒸汽經過該汽輪機並驅動該汽輪機後，該蒸汽將會失去動力而形成乏汽，該乏汽經由該排氣端向外排出；該凝汽器前置增壓系統包含一增壓泵系統，包含一入口端、一出口端、及至少一增壓泵；該增壓泵系統的入口端經由輸入管路連接該汽輪機的排氣端；各該增壓泵包含一進氣端及一排氣端；由該汽輪機的排氣端所排出的乏汽係從該入口端輸入到該至少一增壓泵中進行增壓後再從該出口端輸出；以及一凝汽器包含一輸入端，該增壓泵系統的出口端經由輸出管路連接到該凝汽器的輸入端；該凝汽器用於接收來自該增壓泵系統中經增壓後的乏汽，並將該增壓後的乏汽冷凝成水。

由下文的說明可更進一步瞭解本創作的特徵及其優點，閱讀時並請參 考附圖。

1:汽輪機

2:輸送管路

3:增壓泵

4:凝汽器

5:增壓泵系統

6:抽真空系統

7:汽水分離器

11:排氣端

21:輸入管路

22:輸出管路

31:進氣端

32:排氣端

33:閥門

41:輸入端

42:輸出端

51:入口端

52:出口端

71:迴圈液換熱器

81:驅動電機

82:控制機構

91:冷卻機構

92:壓力傳感器

93:溫度傳感器

94:溫度變送器

圖1顯示本案之元件組合示意圖。

圖2之元件組合示意圖顯示本案之多個增壓泵形成串聯的型態。

圖3之元件組合示意圖顯示本案之多個增壓泵形成串聯，其中抽真空系統連接一汽水分離器。

圖4之元件組合示意圖顯示本案之多個增壓泵形成串聯，其中凝汽器連接一汽水分離器。

圖5之元件組合示意圖顯示本案之多個增壓泵形成並聯的型態。

圖6之元件組合示意圖顯示本案之多個增壓泵形成並聯，其中抽真空系統連接一汽水分離器。

圖7之元件組合示意圖顯示本案之多個增壓泵形成並聯，其中凝汽器連接一汽水分離器。

圖8之元件組合示意圖顯示本案之多個增壓泵形成並聯之多組增壓泵的型態。

圖9顯示本案之增壓泵與相關電氣元件以及偵測控制電路的方塊示意圖。

茲謹就本案的結構組成，及所能產生的功效與優點，配合圖式，舉本案之一較佳實施例詳細說明如下。

請參考圖1至圖9所示，顯示本創作之可提高熱電廠汽輪機發電效率的凝汽器前置增壓系統，包含下列元件：

一汽輪機1具有一排氣端11，有壓力的蒸汽經過該汽輪機1並驅動該汽輪機1後，該蒸汽將會失去動力而形成乏汽，該乏汽經由該排氣端11向外排出。一般該汽輪機1為熱電廠發電用之汽輪機。該汽輪機1係以蒸汽為動力，並將蒸氣的熱能轉化為機械功，以用於驅動熱電廠之發電機。

一增壓泵系統5，包含一入口端51、一出口端52、及至少一增壓泵3。該增壓泵系統5的入口端51經由輸入管路21連接該汽輪機1的排氣端11。其中各該增壓泵3包含一進氣端31及一排氣端32。由該汽輪機1的排氣端11所排出的乏汽係從該入口端51輸入到該至少一增壓泵3中進行增壓後再從該出口端52輸出。其中該增壓泵3為羅茨真空泵、離心泵、透平機、噴射泵、或具有大抽氣量的氣體移動動力設備等可以促進氣體遷移速度的氣體泵。因此藉由該至少一增壓泵3的機械方式抽取該汽輪機1所輸出的乏汽，可以達到強制排氣的目的。

如圖1所示，該至少一增壓泵3可為單一個增壓泵3。

其中該至少一增壓泵3也可以為多個增壓泵3，其中該多個增壓泵3可形成串聯或並聯的型態。如圖2所示，該多個增壓泵3形成串聯的型態，以增加壓差。其中相鄰兩增壓泵3的對應之進氣端31及排氣端32之間經由輸送管路2互相連接，以將該增壓泵系統5中的總增壓或壓降分擔到各級的增壓泵3，從而分擔因需要壓縮空氣而產生的熱量，維持各該增壓泵3的穩定運行，避免因過熱而卡死。

如圖5所示，該多個增壓泵3形成並聯的型態，其中所有增壓泵3的進氣端31並聯到該輸入管路21，所有增壓泵3的排氣端32並聯到該輸出管路22，以增加該增壓泵系統5的整體抽氣總量。

如圖8所示，該多個增壓泵3也可以形成並聯之多組的增壓泵3，各組中的相鄰兩增壓泵3的對應之進氣端31及排氣端32之間經由輸送管路2串接，而該輸入管路21並聯到該多組的增壓泵3中對應的進氣端31，該輸出管路22則並聯到該多組的增壓泵3中對應的排氣端32，以令乏汽遷移速度可達到最大化。

一凝汽器4包含一輸入端41，該增壓泵系統5的出口端52經由輸出管路22連接到該凝汽器4的輸入端41。該凝汽器4用於接收來自該增壓泵系統5中經增壓後的乏汽，並將該增壓後的乏汽冷凝成水。該凝汽器4可為水冷凝汽器、空冷凝汽器、或其他種類的凝汽器等等。

本案尚可包含一抽真空系統6，其中該凝汽器4尚包含一輸出端42其連接該抽真空系統6，該抽真空系統6用於抽取該凝汽器4中的不凝性氣體，使得該凝汽器4內部形成真空。

如圖3及圖6所示，本案尚可包含一汽水分離器7，其可連接到該抽真空系統6，該汽水分離器7用於將該抽真空系統6所輸出的汽水混合物分離為空氣和液態水，而該液態水則輸入該汽水分離器7，並藉由迴圈液換熱器71形成水溫合適的工作水並輸回到該抽真空系統6，以作為該抽真空系統6運作所需的工作迴圈液。

如圖4及圖7所示，本案也可以不配置該抽真空系統6，而直接將該汽水分離器7連接到該凝汽器4的輸出端42，由該汽水分離器7將該凝汽器4所輸出的汽水混合物分離為空氣和液態水。

其中各該增壓泵3的進氣端31處安裝有閥門33，用以在需要時關閉對應的增壓泵3，使其脫離整個增壓泵系統5的運行，以提高該增壓泵系統5的可 靠性和可操控性。

其中各該增壓泵3即形成通道(圖中未顯示)，因此即使停止某一增壓泵3，乏汽仍然可以通過未使用的該某一增壓泵3，因此不會造成該汽輪機1無法使用，而不會對原有系統造成安全隱患。

圖9顯示各該增壓泵3的機電元件的方塊圖，主要是用於顯示相關的電氣元件以及偵測控制電路。

其中該增壓泵3連接一驅動電機81，該驅動電機81連接一控制機構82，經由該控制機構82控制該驅動電機81以驅動該增壓泵3。該控制機構82可應用變頻方式控制該驅動電機81，根據變頻特性調控該增壓泵3的性能。變頻啟動可以維持該增壓泵3運行安全穩定。低頻運行可以深度節能，高頻運行可以充分發揮該增壓泵3的增壓性能。應用變頻調整該增壓泵系統5的運行速度，可以令增壓度提高或降低，而在較大範圍調整系統的真空度，使系統全年的真空度均處於發電機所需最佳真空條件之下，從而避免發電機受氣候、季節和天氣的影響，提高發電機全年的工作效率。

其中各該增壓泵3尚連接一冷卻機構91，該冷卻機構91用於將冷卻水輸入到該增壓泵3以進行冷卻。

其中各該增壓泵3尚配置有壓力傳感器92及溫度傳感器93，該壓力傳感器92用於偵測該增壓泵3的管路壓力，該溫度傳感器93用於偵測該增壓泵3的溫度。該壓力傳感器92及該溫度傳感器93連接到該控制機構82。該壓力變送器93及該溫度變送器94所偵測的壓力值及溫度值係傳送到該控制機構82，以控制該驅動電機81及該冷卻機構91，以保護該增壓泵3穩定運行。

本案的該增壓泵系統5可應用固定支架(圖中未顯示)支撐，此種結構為 習知技術所熟知者，不再贅述其細節。

本案的優點在於在汽輪機與後端的凝汽器之間加入增壓泵系統，應用增壓泵系統的機械式抽氣機制，可將原有汽輪機中乏汽的自然排氣方式改為強制排氣，而可提高汽輪機乏汽排出的速度，相當於降低凝汽器背壓，進而提高汽輪機的發電效率，從而節約汽輪機發電所需的單位煤耗，達到提高電廠汽輪機發電效率的目的，並且使得電廠的發電效率不再受到環境溫度、真空洩露以及真空泵大小的影響，使得發電機處於最佳化且不受自然環境溫度影響的狀態。本案的增壓泵系統中的各個增壓泵，可以按照需求組成串聯、並聯、或多組串聯再予以並聯的結構，可令乏汽的遷移速度最大化。

本案與習知技術中的電廠系統及現有的改造技術所組成的真空系統最大的區別，係在於直接在汽輪機跟凝汽器之間加裝增壓泵系統，而非市面上(包括本發明人以往發明的凝汽器真空節能系統)應用凝汽器後置的機械泵或蒸汽泵等真空獲得設備提升凝汽器真空以間接提高汽輪機發電效率的方式，因此應用本案的結構可以有效避免凝汽器受冷卻水溫度及漏率影響的特性，可以更為直接、更大幅度且更高效率地使得系統真空度不受季節影響，始終穩定在汽輪機發電效率最高的區間。

綜上所述，本案人性化之體貼設計，相當符合實際需求。其具體改進現有缺失，相較於習知技術明顯具有突破性之進步優點，確實具有功效之增進，且非易於達成。本案未曾公開或揭露於國內與國外之文獻與市場上，已符合專利法規定。

上列詳細說明係針對本創作之一可行實施例之具體說明，惟該實施例 並非用以限制本創作之專利範圍，凡未脫離本創作技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

1:汽輪機

3:增壓泵

4:凝汽器

5:增壓泵系統

6:抽真空系統

31:進氣端

32:排氣端

33:閥門

41:輸入端

42:輸出端

7:汽水分離器

11:排氣端

21:輸入管路

22:輸出管路

51:入口端

52:出口端

71:迴圈液換熱器

Claims (14)

1. 一種可提高熱電廠汽輪機發電效率的凝汽器前置增壓系統，係使用在熱電廠之汽輪機，該汽輪機係以蒸汽為動力，並將蒸氣的熱能轉化為機械功，以用於驅動熱電廠之發電機；該汽輪機具有一排氣端，有壓力的蒸汽經過該汽輪機並驅動該汽輪機後，該蒸汽將會失去動力而形成乏汽，該乏汽經由該排氣端向外排出；該凝汽器前置增壓系統包含：一增壓泵系統，包含一入口端、一出口端、及至少一增壓泵；該增壓泵系統的入口端經由輸入管路連接該汽輪機的排氣端；各該增壓泵包含一進氣端及一排氣端；由該汽輪機的排氣端所排出的乏汽係從該入口端輸入到該至少一增壓泵中進行增壓後再從該出口端輸出；以及一凝汽器包含一輸入端，該增壓泵系統的出口端經由輸出管路連接到該凝汽器的輸入端；該凝汽器用於接收來自該增壓泵系統中經增壓後的乏汽，並將該增壓後的乏汽冷凝成水。
2. 如申請專利範圍第1項所述之凝汽器前置增壓系統，其中該至少一增壓泵為單一個增壓泵。
3. 如申請專利範圍第1項所述之凝汽器前置增壓系統，其中該至少一增壓泵為多個增壓泵，該多個增壓泵形成並聯的型態。
4. 如申請專利範圍第1項所述之凝汽器前置增壓系統，其中該至少一增壓泵為多個增壓泵，該多個增壓泵形成串聯的型態，以增加壓差；其中相鄰兩增壓泵的對應之進氣端及排氣端之間經由輸送管路互相連接。
5. 如申請專利範圍第1項所述之凝汽器前置增壓系統，其中該增壓泵為 可促進氣體遷移速度的氣體泵。
6. 如申請專利範圍第1項所述之凝汽器前置增壓系統，其中該增壓泵選自羅茨真空泵、離心泵、或透平機、噴射泵、或具有大抽氣量的氣體移動動力設備。
7. 如申請專利範圍第1項所述之凝汽器前置增壓系統，其中各該增壓泵的進氣端處安裝有閥門，用以在需要時關閉對應的增壓泵，使其脫離整個增壓泵系統的運行。
8. 如申請專利範圍第1項所述之凝汽器前置增壓系統，其中該凝汽器為水冷凝汽器或空冷凝汽器。
9. 如申請專利範圍第1項所述之凝汽器前置增壓系統，尚包含一抽真空系統，其中該凝汽器尚包含一輸出端其連接該抽真空系統，該抽真空系統用於抽取該凝汽器中的不凝性氣體，使得該凝汽器內部形成真空。
10. 如申請專利範圍第9項所述之凝汽器前置增壓系統，尚包含一汽水分離器，其中該抽真空系統連接該汽水分離器，該汽水分離器用於將該抽真空系統所輸出的汽水混合物分離為空氣和液態水。
11. 如申請專利範圍第1項所述之凝汽器前置增壓系統，尚包含一汽水分離器，其中該凝汽器尚包含一輸出端其連接該汽水分離器，該汽水分離器用於將該凝汽器所輸出的汽水混合物分離為空氣和液態水。
12. 如申請專利範圍第1項所述之凝汽器前置增壓系統，其中該增壓泵連接一驅動電機，該驅動電機連接一控制機構，經由該控制機構控制該驅動電機以驅動該增壓泵；各該增壓泵尚連接一冷卻機構，該冷卻機構用於將冷卻水輸入到該增壓泵以進行冷卻。
13. 如申請專利範圍第12項所述之凝汽器前置增壓系統，其中該控制機構應用變頻方式控制該驅動電機，根據變頻特性調控該增壓泵的性能。
14. 如申請專利範圍第12項所述之凝汽器前置增壓系統，其中各該增壓泵尚配置有壓力傳感器及溫度傳感器；該壓力傳感器及該溫度傳感器連接到該控制機構；該壓力變送器及該溫度變送器所偵測的壓力值及溫度值係傳送到該控制機構，以控制該驅動電機及該冷卻機構，以保護該增壓泵穩定運行。

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