CN108119200A - 一种新型底置式背压供热汽轮机及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型底置式背压供热汽轮机及其运行方法，用于大型纯凝汽轮机机组抽汽供热热力循环系统中。热电厂热力循环系统包括锅炉、主汽轮机机组。底置式背压供热汽轮机单元包括：小汽轮机、进汽管系及阀门、高压缸真空泵、高压缸下游的排汽管系及三通阀、小工频发电机。所述热电厂热力循环系统在40%以上电网负荷指令运行，底置式背压供热汽轮机高压缸进汽，高压缸排汽低压缸继续膨胀做功。所述热电厂热力循环系统在40%以下电网负荷指令运行，停止底置式背压供热汽轮机高压缸进汽，由低压缸进汽，打开小汽轮机高压缸真空泵。本发明提高传统底置式背压供热汽轮机效率，尽可能最大限度地提高供热系统的能源利用率和综合经济性。

Description

一种新型底置式背压供热汽轮机及其运行方法

技术领域

本发明公开一种新型底置式背压供热汽轮机及其运行方法，用于大型纯凝汽轮机机组抽汽供热热力循环系统。

背景技术

我国集中供热从20世纪90年代开始并且得到了快速的发展。

利用大型纯凝汽轮机机组抽汽，替代周边小火电机组供热，既能提高大型火电机组的热能利用率，又可关停高能耗、大污染的小机组，降低区域煤炭用量，减少污染排放。这已成为当前全社会控制碳排放的重要措施，推进了资源节约型、环境友好型社会的建设。

对于早期已经实现集中供热的供热电厂，由于供热技术简单粗放，造成了严重的能量损失，造成这一现象的主要原因是供热抽汽存在一定的过热度，直接对外供热时，抽汽的压差能大量损失。现役大型凝汽式汽轮机抽汽供热大多采用非调整抽汽，用底置式背压供热汽轮机替代传统的减温减压器，将供热余压热能转变为机械功输出，驱动风机、水泵等机组辅助旋转设备或发电机，在保证满足采暖抽汽供热需求的同时，增发一定的电量，一定程度上利用了抽汽的过热度，提高了能源的利用率。

但在电厂运行中，电负荷与热负荷相互独立且波动幅度较大。底置式背压供热汽轮机的进汽参数随主机电负荷变化，但供热压力几乎保持不变，即小汽轮机背压维持定值，故其理想焓降随主机电负荷同向大幅变化，对底置式背压供热汽轮机的效率产生很大影响。主机高电负荷条件下运行，小汽轮机进汽压力高，进口容积流量小，所需通流面积小；反之则反。若抽汽全部由底置式背压供热汽轮机高压缸进入，主机变工况运行时，小汽机焓降分配不合理，效率很低，抽汽过热度利用度不高。

鉴于当下热电厂节能减排高指标背景以及底置式背压供热汽轮机运行现状，发明出一种既能满足供热要求，保障机组安全稳定运行，又能最大程度地利用抽汽压差能的新型底置式背压供热汽轮机，提高小汽轮机的综合效率，提高供热系统的能源利用率和综合经济性，对于热电厂的生产运行具有重要意义。

发明内容

为了弥补目前运行中存在的不足，解决传统底置式背压供热汽轮机焓降分配不合理、主机电负荷变工况运行下小汽轮机效率低的问题，最大程度利用抽汽的压差能，提高小汽轮机的效率。本发明公开一种新型底置式背压供热汽轮机及其运行方法，调整小汽轮机的进汽方式，根据进汽参数合理选择小汽轮机进汽管道，提高小汽轮机的效率，提高供热系统的能源利用率和综合经济性，其具体技术方案如下：

一种新型底置式背压供热汽轮机，用于大型纯凝汽轮机机组抽汽供热热力循环系统中，其系统包括热电厂热力循环系统和底置式背压供热汽轮机单元，

所述底置式背压供热汽轮机单元包括：

高压缸和低压缸反向布置的小汽轮机；

设在所述小汽轮机上游的小汽轮机进汽管系，所述小汽轮机进汽管系接受来自热电厂热力循环系统的蒸汽汽源，并分别连通小汽轮机高压缸和低压缸；

设在所述小汽轮机上游的小汽轮机进汽管系中的高压缸进汽阀和低压缸进汽阀，高压缸进汽阀位于所述小汽轮机高压缸进口前，低压缸进汽阀位于小汽轮机低压缸进口前，根据主机电负荷工况分别设置两阀门的开关；

设在所述小汽轮机低压缸下游的小汽轮机排汽管系，所述小汽轮机排汽管系与热网工业供热蒸汽管道连接；

小汽轮机高压缸真空泵；

设在小汽轮机高压缸出口的排汽管系及三通阀，所述小汽轮机高压缸出口的排汽管系通过所述三通阀分别与小汽轮机低压缸进口和小汽轮机高压缸真空泵连接；

以及由所述小汽轮机驱动的小工频发电机。

所述热电厂热力循环系统包括相互匹配的锅炉和主汽轮机组，锅炉与主汽轮机匹配运行，满足电负荷要求；

所述锅炉选用超超临界燃煤机组锅炉，锅炉再热器采用两级布置，包括低温再热器和高温再热器；

所述主汽轮机组选用大型纯凝汽轮机机组，包括主汽轮机、凝汽器、高压加热器、低压加热器、除氧器、给水泵和凝水泵，主汽轮机、凝汽器、高压加热器、低压加热器、除氧器、给水泵和凝水泵按蒸汽通流进程连接；

所述主汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸。

小汽轮机进汽管系接受来自热电厂热力循环系统的蒸汽汽源，选取锅炉低温再热蒸汽，由背压式汽轮机回收利用供热蒸汽中的可用能，利用再热器的再热功能，排汽温度与供热要求值偏差不是很大。在低温再热器抽汽故障时，可选取主汽轮机四抽蒸汽或其他可用抽汽作为备用汽源。

小汽轮机驱动小工频发电机，小汽轮机排汽进入热网为工业供热蒸汽。被小汽轮机驱动的设备也可以是下列设备中的一个或多个：锅炉引风机（也包含锅炉引风机与脱硫增压风机合并的引风机）；锅炉送风机；锅炉一次风机；脱硫增压风机；锅炉给水泵；凝结水泵；循环水泵；空气压缩机；其他需要驱动的设备。

根据热电厂热力循环系统主机电负荷要求调整底置式背压供热汽轮机进汽方式，热电厂热力循环系统的蒸汽汽源根据主机电负荷高、低分别进入底置式背压供热汽轮机的高压缸或低压缸。

一种新型底置式背压供热汽轮机的运行方法，热电厂热力循环系统在电负荷指令发生变化过程中，所述锅炉与汽轮机匹配运行，满足电负荷要求，底置式背压供热汽轮机单元进汽方式随电负荷调整，小汽轮机运行方式如下：

1)当主机电负荷指令由高位降至40%以下时，底置式背压供热汽轮机进汽方式由小汽轮机高压缸进汽切换为小汽轮机低压缸进汽，打开小汽轮机高压缸真空泵，防止小汽轮机高压缸转子空转带来的鼓风损失及缸体超温，控制步骤如下：

步骤一：背压式小汽轮机低压缸进汽阀开启；

步骤二：背压式小汽轮机高压缸进汽阀关闭；

步骤三：小汽轮机高压缸排汽三通阀开至小汽轮机高压缸真空泵侧；

步骤四：小汽轮机高压缸真空泵开启；

2)当主机电负荷指令由低位升至40%以上时，底置式背压汽轮机进汽方式由小汽轮机低压缸进汽切换为小汽轮机高压缸进汽，高压缸排汽进入低压缸进一步膨胀做功，控制步骤如下：

步骤一：小汽轮机高压缸真空泵关闭；

步骤二：小汽轮机高压缸排汽三通阀开至小汽轮机低压缸进汽侧；

步骤三：背压式小汽轮机高压缸进汽阀开启；

步骤四：背压式小汽轮机低压缸进汽阀关闭。

本发明的工作原理是：

本发明，锅炉与汽轮机匹配运行，满足电负荷要求，当所述热电厂热力循环系统在电网负荷指令以40%以上负荷运行时，供热抽汽参数较高，过热度大，做功能力强，所需通流面积小，底置式背压供热汽轮机由高压缸进汽，小汽轮机高压缸排汽进入小汽轮机低压缸继续膨胀做功，小汽轮机驱动小工频发电机，小汽轮机排汽进入热网为工业供热蒸汽。所述热电厂热力循环系统在电网负荷指令以40%以下负荷运行，停止小汽轮机高压缸进汽，由低压缸进汽，同时打开小汽轮机高压缸真空泵，防止小汽轮机高压缸转子空转带来的鼓风损失及缸体超温，小汽轮机驱动小工频发电机，小汽轮机排汽进入热网为工业供热蒸汽。由于主机低电负荷下，由热电厂热力循环系统来的抽汽参数低，过热度小，所需通流面积大，由小汽轮机低压缸进汽，合理分配蒸汽焓降，充分利用蒸汽汽源的压差能。根据主机电负荷运行工况，积极调整底置式背压供热汽轮机进汽方式，提高小汽轮机效率，提高供热系统的能源利用率和综合经济性。

本发明的有益效果是：

本发明能够提高供热系统的能源利用率和综合经济性。根据主机电负荷的变化，积极调整底置式背压供热汽轮机进汽方式，合理分配小汽轮机焓降分布，最大程度利用抽汽的压差能。相较于传统小汽轮机，新型底置式背压供热汽轮机能在高、低负荷时仍有较高的效率，提高供热系统的能源利用率和综合经济性。

本发明能够提高底置式背压供热汽轮机的轴向安全。新型底置式背压供热汽轮机结构设计中，小汽轮机高压缸与低压缸反向布置，能够平衡轴向推力，避免动静摩擦。相较于传统小汽轮机的轴向推力随负荷变化，新型底置式背压供热汽轮机的轴向稳定性更强。

本发明对热电厂现有机组改造难度低，易于推广普及。所述新型底置式背压供热汽轮机，结构简单，设备技术成熟度高，改造规模小，成本低，且结构清晰，便于推广和应用，具有开阔的市场前景。在国家进一步节能减排政策下，能够有效缓解热电厂的节能压力。

附图说明

图1 为本发明的底置式背压供热汽轮机的结构图，

图2为本发明的底置式背压供热汽轮机在主机高电负荷运行工况下原则性热力系统运行状态图，

图3为本发明的底置式背压供热汽轮机在主机低电负荷运行工况下原则性热力系统运行状态图，

附图标记列表：201—锅炉，211—主汽轮机高压缸，212—主汽轮机中压缸，213—主汽轮机低压缸，231—主汽轮机驱动发电机，221—主汽轮机进汽阀，301—主汽轮机凝汽器，302—凝结水泵，303—低压加热器，304—除氧器，305—给水泵，306—高压加热器，121—小汽轮机高压缸进汽阀，122—小汽轮机低压缸进汽阀，123—小汽轮机高压缸排汽三通阀，141—小汽轮机高压缸真空泵，111—小汽轮机高压缸，112—小汽轮机低压缸，131—小汽轮机驱动发电机，132—热网。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1 为本发明的底置式背压供热汽轮机的结构图，图2为本发明的底置式背压供热汽轮机在主机高电负荷运行工况下原则性热力系统运行状态图，图3为本发明的底置式背压供热汽轮机在主机低电负荷运行工况下原则性热力系统运行状态图，图中标记部件名称依次为：锅炉201，主汽轮机高压缸211，主汽轮机中压缸212，主汽轮机低压缸213，主汽轮机驱动发电机231，主汽轮机进汽阀221，主汽轮机凝汽器301，凝结水泵302，低压加热器303，除氧器304，给水泵305，高压加热器306，小汽轮机高压缸进汽阀121，小汽轮机低压缸进汽阀122，小汽轮机高压缸排汽三通阀123，小汽轮机高压缸真空泵141，小汽轮机高压缸111，小汽轮机低压缸112，小汽轮机驱动发电机131，热网132。

结合附图可见，本新型底置式背压供热汽轮机，用于大型纯凝汽轮机机组抽汽供热热力循环系统，包括热电厂热力循环系统和底置式背压供热汽轮机单元。

所述热电厂热力循环系统包括相互匹配的锅炉和主汽轮机组，锅炉与主汽轮机匹配运行，满足电负荷要求。

所述底置式背压供热汽轮机单元包括：高压缸和低压缸反向布置的小汽轮机；设在所述小汽轮机上游的小汽轮机进汽管系，所述小汽轮机进汽管系接受来自热电厂热力循环系统的蒸汽汽源，并分别连通小汽轮机高压缸和低压缸；设在所述小汽轮机上游的小汽轮机进汽管系中的高压缸进汽阀和低压缸进汽阀，高压缸进汽阀位于所述小汽轮机高压缸进口前，低压缸进汽阀位于小汽轮机低压缸进口前，根据主机电负荷工况分别设置两阀门的开关；设在所述小汽轮机低压缸下游的小汽轮机排汽管系，所述小汽轮机排汽管系与热网工业供热蒸汽管道连接；小汽轮机高压缸真空泵；设在小汽轮机高压缸出口的排汽管系及三通阀，所述小汽轮机高压缸出口的排汽管系通过所述三通阀分别与小汽轮机低压缸进口和小汽轮机高压缸真空泵连接；以及由所述小汽轮机驱动的小工频发电机。

底置式背压供热汽轮机，利用大型纯凝汽轮机机组工业供热抽汽的压差能，抽汽经过底置式背压供热汽轮机膨胀做功后再排汽进入热网供工业蒸汽供热，从而提高供热系统的能源利用率和综合经济性。

小汽轮机进汽管系接受来自热电厂热力循环系统的蒸汽汽源，选取锅炉低温再热蒸汽，由底置式背压供热汽轮机回收利用供热蒸汽中的可用能，利用再热器的再热功能，排汽温度与供热要求值偏差不是很大。在低温再热器抽汽故障时，可选取主汽轮机四抽蒸汽或其他可用抽汽作为备用汽源。

底置式背压供热汽轮机驱动小工频发电机，小汽轮机排汽进入热网为工业供热蒸汽。被小汽轮机驱动的设备也可以是下列设备中的一个或多个：锅炉引风机（也包含锅炉引风机与脱硫增压风机合并的引风机）；锅炉送风机；锅炉一次风机；脱硫增压风机；锅炉给水泵；凝结水泵；循环水泵；空气压缩机；其他需要驱动的设备。

所述主汽轮机组选用大型纯凝汽轮机机组，包括主汽轮机、凝汽器、高压加热器、低压加热器、除氧器、给水泵和凝水泵。

所述主汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸。

所述锅炉选用超超临界燃煤机组锅炉，锅炉再热器采用两级布置，包括低温再热器和高温再热器。

根据热电厂热力循环系统主机电负荷要求调整底置式背压供热汽轮机进汽方式，热电厂热力循环系统的蒸汽汽源根据主机电负荷高、低分别进入底置式背压供热汽轮机的高压缸或低压缸。

一种大型纯凝汽轮机机组抽汽供热热力循环系统的运行方法，热电厂热力循环系统在电负荷指令发生变化过程中，所述锅炉与汽轮机匹配运行，满足电负荷要求，底置式背压供热汽轮机单元进汽方式随电负荷调整，底置式背压供热汽轮机运行方式如下：

1）当主机电负荷指令由高位降至40%以下时，底置式背压供热汽轮机进汽方式由小汽轮机高压缸进汽切换为小汽轮机低压缸进汽，打开小汽轮机高压缸真空泵，防止小汽轮机高压缸转子空转带来的鼓风损失及缸体超温，控制步骤如下：

步骤一：背压式小汽轮机低压缸进汽阀开启；

步骤二：背压式小汽轮机高压缸进汽阀关闭；

步骤三：小汽轮机高压缸排汽三通阀开至小汽轮机高压缸真空泵侧；

步骤四：小汽轮机高压缸真空泵开启；

2）当主机电负荷指令由低位升至40%以上时，底置式背压汽轮机进汽方式由小汽轮机低压缸进汽切换为小汽轮机高压缸进汽，高压缸排汽进入低压缸进一步膨胀做功，控制步骤如下：

步骤一：小汽轮机高压缸真空泵关闭；

步骤二：小汽轮机高压缸排汽三通阀开至小汽轮机低压缸进汽侧；

步骤三：背压式小汽轮机高压缸进汽阀开启；

步骤四：背压式小汽轮机低压缸进汽阀关闭。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种新型底置式背压供热汽轮机，用于大型纯凝汽轮机机组抽汽供热热力循环系统中，其系统包括热电厂热力循环系统和底置式背压供热汽轮机单元，

所述底置式背压供热汽轮机单元包括：

高压缸和低压缸反向布置的小汽轮机；

设在所述小汽轮机上游的小汽轮机进汽管系，所述小汽轮机进汽管系接受来自热电厂热力循环系统的蒸汽汽源，并分别连通小汽轮机高压缸和低压缸；

设在所述小汽轮机上游的小汽轮机进汽管系中的高压缸进汽阀和低压缸进汽阀，高压缸进汽阀位于所述小汽轮机高压缸进口前，低压缸进汽阀位于小汽轮机低压缸进口前，根据主机电负荷工况分别设置两阀门的开关；

设在所述小汽轮机低压缸下游的小汽轮机排汽管系，所述小汽轮机排汽管系与热网工业供热蒸汽管道连接；

小汽轮机高压缸真空泵；

设在小汽轮机高压缸出口的排汽管系及三通阀，所述小汽轮机高压缸出口的排汽管系通过所述三通阀分别与小汽轮机低压缸进口和小汽轮机高压缸真空泵连接；

以及由所述小汽轮机驱动的小工频发电机；

所述热电厂热力循环系统包括相互匹配的锅炉和主汽轮机组，锅炉与主汽轮机匹配运行，满足电负荷要求；

所述锅炉选用超超临界燃煤机组锅炉，锅炉再热器采用两级布置，包括低温再热器和高温再热器；

所述主汽轮机组选用大型纯凝汽轮机机组，包括主汽轮机、凝汽器、高压加热器、低压加热器、除氧器、给水泵和凝水泵，主汽轮机、凝汽器、高压加热器、低压加热器、除氧器、给水泵和凝水泵按蒸汽通流进程连接；

所述主汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸。

2.根据权利要求1所述的一种新型底置式背压供热汽轮机，其特征在于，小汽轮机进汽管系接受来自热电厂热力循环系统的蒸汽汽源，选取锅炉低温再热蒸汽，由背压式汽轮机回收利用供热蒸汽中的可用能，利用再热器的再热功能；

在低温再热器抽汽故障时，选取主汽轮机四抽蒸汽或备用汽源。

3.根据权利要求1所述的一种新型底置式背压供热汽轮机，其特征在于，小汽轮机驱动小工频发电机，小汽轮机排汽进入热网为工业供热蒸汽；

被小汽轮机驱动的设备选用下列设备中的一个或多个：锅炉引风机、锅炉送风机、锅炉一次风机、脱硫增压风机、锅炉给水泵、凝结水泵、循环水泵、空气压缩机。

4.根据权利要求1所述的一种新型底置式背压供热汽轮机，其特征在于，根据热电厂热力循环系统主机电负荷要求调整底置式背压供热汽轮机进汽方式，热电厂热力循环系统的蒸汽汽源根据主机电负荷高、低分别进入底置式背压供热汽轮机的高压缸或低压缸。

5.一种新型底置式背压供热汽轮机的运行方法，其特征在于热电厂热力循环系统在电负荷指令发生变化过程中，所述锅炉与汽轮机匹配运行，满足电负荷要求，底置式背压供热汽轮机单元进汽方式随电负荷调整，小汽轮机运行方式如下：

当主机电负荷指令由高位降至40%以下时，底置式背压供热汽轮机进汽方式由小汽轮机高压缸进汽切换为小汽轮机低压缸进汽，打开小汽轮机高压缸真空泵，防止小汽轮机高压缸转子空转带来的鼓风损失及缸体超温，控制步骤如下：

步骤一：背压式小汽轮机低压缸进汽阀开启；

步骤二：背压式小汽轮机高压缸进汽阀关闭；

步骤三：小汽轮机高压缸排汽三通阀开至小汽轮机高压缸真空泵侧；

步骤四：小汽轮机高压缸真空泵开启；

当主机电负荷指令由低位升至40%以上时，底置式背压汽轮机进汽方式由小汽轮机低压缸进汽切换为小汽轮机高压缸进汽，高压缸排汽进入低压缸进一步膨胀做功，控制步骤如下：

步骤一：小汽轮机高压缸真空泵关闭；

步骤二：小汽轮机高压缸排汽三通阀开至小汽轮机低压缸进汽侧；

步骤三：背压式小汽轮机高压缸进汽阀开启；

步骤四：背压式小汽轮机低压缸进汽阀关闭。