一种超超临界机组二次再热双机回热无除氧器热力系统的制作方法

本发明涉及一种超超临界汽轮发电机组热力系统，具体涉及一种无除氧器的、配置EC-BEST(Echelon Cycle-Backpressure Extraction Steam Turbine)双机回热系统的超超临界二次再热机组的热力系统。

背景技术：

在超超临界发电机组的热力循环系统中，锅炉产生的蒸汽推动汽轮机做功，带动发电机发电，然后成为乏汽，乏汽经过汽轮机低压缸出口的凝汽器冷却变为凝结水，凝结水经过升温再次被送入锅炉，又在锅炉中变为蒸汽，如此循环往复。常规机组均采用蒸汽一次中间再热，是将汽轮机高压缸排汽送入锅炉再热器中再次加热，然后送回汽轮机中压缸和低压缸继续做功。采用二次再热的系统，蒸汽在超高压缸、高压缸做功后分别返回锅炉的一次再热器、二次再热器中再次加热，相比一次再热系统，汽轮机增加一个超高压缸。该热力系统中存在的主要问题是一次再热和二次再热后，抽汽的温度较高，过热度大，过热部分的能量也随汽化潜热被用来加热锅炉给水，影响机组热力循环效率。

为防止热力循环系统的氧气在高温条件下对锅炉给水管道、锅炉受热面以及热交换器的氧化腐蚀，消除氧气等不凝结气体对热交换效率的影响，在热力循环系统中设计有除氧器，来保证了热力循环系统的汽水品质。除氧器布置于低压凝结水系统和高压给水系统之间。除氧器利用汽轮机抽汽把锅炉给水加热到相应压力下的饱和温度，并且回收加热器疏水和锅炉排污扩容器产生的蒸汽等，以减少电厂的汽水损失。但是随着热力发电技术向大容量、高参数等方面发展，研究发现原来给水的特定处理工艺存在流动加速腐蚀，在给水除氧的还原性环境下，金属腐蚀生成的Fe₃O₄结构疏松，无法使金属进入钝化区。通过给水加氧处理的方式，使锅炉给水的还原性环境转化为氧化性环境，将原有的Fe₃O₄膜变成致密的Fe₂O₃保护膜，能够抑制管路和设备流动加速腐蚀的发生。给水加氧技术的采用对现有热力系统标准配置的除氧器提出了挑战，其除氧功能弱化甚至成为多余。除氧器还存在以下弊端：(1)导致锅炉给水流程复杂，且降低机组运行经济性。以除氧器运行压力为基准将回热系统分为低压回热系统和高压回热系统。高压回热系统中，给水泵为防止气蚀需要设置前置泵，而为了保证前置泵安全运行，除氧器必须高位布置。低压回热系统中，凝结水泵要选择高扬程，以克服高位布置的除氧器沿程阻力。整个给水系统存在一个“升压(凝泵)-降压(除氧器)-升压(前置泵)-升压(给水泵)”过程，流程复杂且能量损失巨大。(2)增加工程基础投资。除氧器高位布置增加了热力发电厂土建工程量,并增加了凝结水管道和给水管路的长度。主厂房中，安置除氧器的除氧间增大了锅炉房和汽机房之间的距离,并增加了四大管道投资和管路压损。(3)高温高压容器，存在安全隐患，增加安全管理和运行监督工作量。热力发电厂中，除氧器属于一类压力容器，其体积庞大，造价较高，储存了巨大的介质能量，一旦爆破或泄漏，危害极大。国内外均发生过除氧水箱破裂导致人员伤亡的事故。

目前，越来越多的超超临界机组在正常运行中，采用给水加氧处理方式。取消原有除氧器设备，降低回热抽汽过热度，对热力循环系统进行优化设计，降低热力火电厂工程造价和提高机组经济性能，是超超临界二次再热机组热力系统发展趋势。

技术实现要素：

针对现有技术的超超临界二次再热热力系统的上述不足，本发明提供一种无除氧器的、配置EC-BEST双机回热系统的，能够降低BEST汽轮机排汽背压，增加机组发电量；能够取消除氧器和前置泵，简化锅炉给水流程；能够减少大容量高温高压容器，提高机组安全性；能够降低高压抽汽过热度，提高机组经济性；能够“零端差”利用BEST汽轮机排汽，提高回热效率；能够回收低压加热器疏水，减少凝汽器冷端损失的超超临界二次再热机组热力系统。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种超超临界机组二次再热双机回热无除氧器热力系统，包括锅炉，所述的锅炉包括连通的进汽口I、出汽口I和连通的进汽口II和出汽口II；出汽口I和大汽轮机超高压缸进汽口连通；所述的大汽轮机超高压缸的排汽口又分别与锅炉的进汽口II、BEST汽轮机的进汽口和高压加热器的进汽口连通；所述锅炉的出汽口II与依次串联的大汽轮机的高压缸、中压缸、低压缸连通，带动大汽轮发电机组发电；所述的大汽轮机的乏汽出口与依次串联的凝汽器、一级凝结水泵、轴封加热器、低压混合式加热器、二级凝结水泵、多级低压加热器、锅炉给水泵和多级高压加热器连通；且沿着锅炉给水方向，位于末级的高压加热器的蒸汽出口与进汽口I连通。大汽轮机中、低压缸抽汽回热凝结水；BEST汽轮机抽汽回热锅炉给水；系统不设除氧器。

进一步的，所述的多级低压加热器、多级高压加热器各自包括多个依次串联的低压加热器或者多个依次串联的高压加热器，且低压加热器和高压加热器均为表面式加热器。

具体的工艺过程如下：

蒸汽由锅炉中流出，进入大汽轮机超高压缸中做功，排汽分为三路，第一路返回锅炉再次加热，第二路进入BEST汽轮机中做功并提供各级高压抽汽，第三路进入高压加热器中加热锅炉给水。

返回锅炉的蒸汽再次流出，依次进入大汽轮机高压缸、中压缸、低压缸中做功，带动发电机发电，最后成为乏汽，进入凝汽器中冷凝为凝结水，流入一级凝结水泵中升压，流经轴封加热器，进入低压混合式加热器中，经加热除氧，进入二级凝结水泵，升压后逐级流经各级表面式低压加热器，进入锅炉给水泵，升压后成为高压给水，逐级流经各级表面式高压加热器，最后进入锅炉完成循环。

进一步的，所述的BEST汽轮机的排汽口与低压混合式加热器的进汽口连通，加热除氧低温低压凝结水。

进一步的，所述的混合式低压加热器可以独立设置于任意一级低压加热器前或后，也可以替代任意一级表面式低压加热器，接收大汽轮机中、低压缸抽汽。

进一步的，沿锅炉给水流动方向，第一级表面式低压加热器的疏水排入混合式低压加热器中，不再排入凝汽器，减少在凝汽器中产生的冷端损失。

进一步的，本发明中采用的低压混合式加热器利用小机排汽将低温低压凝结水加热至饱和水状态，将凝结水中溶解的氧及其他不凝结气体脱除。

进一步的，本发明中采用的低压混合式加热器可以在汽侧接入辅助蒸汽来加热凝结水。

进一步的，本发明中采用的凝汽器具有除氧功能。

进一步的，本发明中锅炉给水采用加氧处理，可以在任一低压凝结水管道上设置加药点，机组正常运行中，给水中的含氧量通过加药量调节。

进一步的，本发明中凝汽器出口设置一级凝结水泵，其扬程只需满足低压混合式加热器给水入口压力；低压混合式加热器出口设置二级凝结水泵，其扬程只需满足锅炉给水至给水泵前的低压加热器与管道的沿程阻力。

进一步的，本发明中除混合式低压加热器外，如其他低压加热器全部采用表面式，可以取消传统锅炉给水系统中锅炉给水泵入口的前置泵，给水泵入口压力直接由二级凝结水泵提供。

进一步的，本发明中锅炉给水泵入口前一级(沿锅炉给水流动方向)的低压加热器可以选用汽水混合器，以减少加热器的换热端差。

进一步的，本发明中任意一个表面式高压或低压加热器都可以选用汽水混合器。

进一步的，本发明中大汽轮机为超超临界机组。

进一步的，本发明中汽轮发电机组采用二次再热的热力系统。

进一步的，本发明中采用EC-BEST双机回热系统的BEST汽轮机来驱动锅炉给水泵。

进一步的，本发明中BEST汽轮机配备小发电机。

进一步的，所述的汽轮机设置有多路抽汽管道与表面式加热器相连通。

进一步的，所述的多级低压加热器之间以及与凝结水泵之间通过凝结水管道相连接，所述的多级高压加热器之间以及高压加热器和给水泵之间、以及高压加热器和锅炉之间通过给水管道相连接。

进一步的，任意一级的低压加热器或者高压加热器均设置疏水泵。

进一步的，任意一级的低压加热器或者高压加热器都设置外置蒸汽冷却器。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)取消除氧器，减少大容量高温高压设备，提高了机组安全性。本发明中采用BEST汽轮机排汽进入低压混合式加热器中热力除氧低温低压凝结水；采用具有除氧功能的凝汽器设备；采用锅炉给水加氧工艺，在低压凝结水管道上设置化学加药点，三项措施协同控制锅炉给水含氧量，保证机组运行过程中，给水含氧量满足要求。与现有技术相比，本发明不再需要设置除氧器。除氧器属于一类压力容器，高温高压，体积庞大，高位布置，储存巨大介质能量，一旦爆破或泄漏，危害极大，对机组无事故运行构成极大安全隐患。本发明提高了机组安全性。

(2)降低BEST汽轮机排汽背压，增加了BEST汽轮机发电量。根据厂用电需求，BEST汽轮机可配备一台小发电机，对外供电。现有技术中，BEST汽轮机的排汽进入除氧器，受除氧器工作压力限制，BEST汽轮机排汽背压高且温度高，排汽的能量品位较高，仍然具有推动汽轮机做功发电的能力，却被直接用于加热除氧器中的锅炉给水。本发明中，BEST汽轮机的排汽进入低压混合式加热器中，用于加热低温低压凝结水，其排汽背压和温度远远小于除氧器的工作参数，排汽的能量品位极低，极大限度利用排汽中的能量增加了BEST汽轮机发电量。

(3)减少凝汽器冷端损失，提高机组经济性。现有技术中，主汽轮机低压缸末级抽汽对应的低压加热器的疏水直接排入凝汽器中，增加了凝汽器的冷端损失。本发明中，沿着锅炉给水方向，第一级抽汽对应的低压加热器的疏水排入低压混合式加热器中，用于加热低温低压凝结水，减少了进入凝汽器中的疏水量，降低了冷端损失，提高了系统经济性。

(4)简化锅炉给水流程工艺。现有技术中，高压回热系统的给水泵为防止气蚀需要设置前置泵，而为了保证前置泵安全运行，除氧器必须高位布置；低压回热系统的凝结水泵要选择高扬程，以克服高位布置的除氧器沿程阻力。整个给水系统存在一个“升压(凝泵)-降压(除氧器)-升压(前置泵)-升压(给水泵)”过程，流程复杂且能量损失巨大。本发明中，将除氧器改为表面式加热器，并取消给水泵的前置泵，给水泵的进水压力由二级凝结水泵经过各级低压加热器后提供，整个给水系统简化为“升压(一级凝泵)-升压(二级凝泵)-升压(给水泵)”过程。

(5)降低机组运行控制难度。由于除氧器改为表面式加热器，原来的除氧器水箱水位不需要控制，可以取消凝结水系统的除氧器水位调节站，凝结水泵采用变频调节，使凝结水量满足负荷变化的需要。

(6)降低了凝结水泵扬程。现有技术中，为防止给水泵及前置泵汽蚀，除氧器都采用高位布置，导致凝结水泵扬程较大，需要克服各级表面式低压加热器的阻力，管道阀门沿程阻力，以及除氧器的布置高度。本发明中，低压混合式加热器不需要高位布置，一级凝结水泵扬程只需满足低压混合式加热器中的凝结水饱和压力及沿程阻力。二级凝结水泵扬程只需满足凝结水到给水泵入口前流经的各级低压加热器阻力和管道阀门沿程阻力。两级凝结水泵的扬程总和小于现有技术所需扬程。

(7)节省厂用电量，提高机组效益。本发明中，低压混合式加热器不需要高位布置，两级凝结水泵的扬程总和小于现有技术中除氧器高位布置所需的凝泵扬程，需要配备的凝结水泵功率减小，运行过程中的电厂自用电量减少，机组对外供电量增加，经济性提高。

(8)节省工程基础投资。本发明中采用表面式加热器取代了除氧器，取消了高位布置，减少了土建基础工程量，并缩减了凝结水管道和给水管路的长度。本发明中在电厂主厂房中取消了除氧间，减小了锅炉房和汽机房之间的距离,并减少了四大管道投资和管路压损，节省了工程投资，并提高了系统效率。

(9)降低系统成本。本发明中从BEST汽轮机中抽汽,抽汽温度低，降低了相关抽汽管道、阀门、加热器的材料等级，节约了管道、阀门及设备的制造成本；BEST汽轮机汽源为主汽轮机的高压缸排汽，这部分蒸汽将不再进入再热系统，可显著减少进入再热器的蒸汽流量，减少再热器的换热面积，从而降低再热系统的造价。

(10)降低汽轮机抽汽的过热度，提高了机组经济性。现有技术中，一次再热、二次再热汽轮发电机组的抽汽来源于大汽轮机，抽汽温度高，过热度大。本发明中利用大汽轮机超高压缸的部分排汽驱动BEST汽轮机，从BEST汽轮机中抽汽，利用过热度较低的抽汽和排汽，进入加热器来加热凝结水和给水，可提高热力循环效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的超超临界机组二次再热双机回热无除氧器热力系统的系统图。

图2是本发明的超超临界机组二次再热双机回热无除氧器热力系统中低压混合式加热器同时接收BEST汽轮机排汽和大汽轮机末级抽汽的系统图。

图3是本发明的超超临界机组二次再热双机回热无除氧器热力系统中低压混合式加热器同时接收BEST汽轮机排汽和大汽轮倒数第二级低压抽汽的系统图。其中，连接的大汽轮机的低压抽汽可以为任意一级。

图4是本发明的超超临界机组二次再热双机回热无除氧器热力系统中给水泵入口前一级低压加热器采用汽水混合器的系统图。其中，任意一级给水(凝结水)加热器都可以采用汽水混合器。

图5是本发明的超超临界机组二次再热双机回热无除氧器热力系统中大汽轮机倒数第三级抽汽对应的加热器设置疏水泵的系统图。其中，任意一级给水(凝结水)加热器都可以设置疏水泵。

图6是本发明的超超临界机组二次再热双机回热无除氧器热力系统中末级给水加热器(给水流动方向)设置外置蒸汽冷却器的系统图。其中，任意一级给水(凝结水)加热器都可以设置外置蒸汽冷却器。

图中：1.锅炉；2.大汽轮机超高压缸；3.大汽轮机高压缸；4.大汽轮机中压缸；5.大汽轮机低压缸；6.发电机；7.BEST汽轮机；8.凝汽器；9.一级凝结水泵；10.轴封加热器；11.低压混合式加热器；12.二级凝结水泵；13.表面式低压加热器；14.锅炉给水泵；15.表面式高压加热器；16.汽水混合器；17.疏水泵；18.外置蒸汽冷却器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

本发明的技术方案为一种无除氧器的、配置EC-BEST双机回热系统的，能够取消除氧器，减少大容量高温高压设备，提高了机组安全性；能够降低BEST汽轮机排汽背压，增加了BEST汽轮机发电量；能够取消前置泵，简化锅炉给水流程工艺；能够降低机组运行控制难度；能够降低了凝结水泵扬程；能够节省厂用电量，提高机组效益；能够节省工程基础投资；能够降低系统成本；能够减少凝汽器冷端损失，提高机组经济性；能够降低汽轮机抽汽的过热度，提高了机组经济性的超超临界二次再热机组热力系统。

针对现有技术的超超临界二次再热热力系统的不足，为了解决以上技术问题，本发明的提供一种超超临界机组二次再热双机回热无除氧器热力系统，主要解决的现有热力系统存在的以下技术问题：

(1)现有系统中设置除氧器，是大容量的高温高压设备，存在安全隐患，降低了机组安全性。如果不采用除氧器，锅炉给水的含氧量无法调节，机组运行安全性难以保证。

(2)现有系统中BEST汽轮机排汽背压高。BEST汽轮机的排汽进入除氧器，受除氧器工作压力限制，BEST汽轮机排汽背压高且温度高，排汽的能量品位较高，仍然具有推动汽轮机做功发电的能力未被利用。

(3)现有系统中凝汽器冷端损失大。主汽轮机低压缸末级抽汽对应的低压加热器的疏水直接排入凝汽器中，增加了凝汽器的冷端损失，降低了系统经济性。

(4)现有系统中锅炉给水流程工艺复杂，高压回热系统的给水泵为防止气蚀需要设置前置泵，而为了保证前置泵安全运行，除氧器必须高位布置；低压回热系统的凝结水泵要选择高扬程，以克服高位布置的除氧器沿程阻力。整个给水系统存在一个“升压(凝泵)-降压(除氧器)-升压(前置泵)-升压(给水泵)”过程，流程复杂且能量损失巨大。

(5)现有系统中机组运行控制难度较大。除氧器配备有除氧水箱，其水位需要控制，需设置凝结水系统的除氧器水位调节站，且凝结水泵需采用变频调节，以满足负荷变化的需要。

(6)现有系统中需要配置的凝结水泵扬程较大。为防止给水泵及前置泵汽蚀，除氧器都采用高位布置，凝结水泵需要较大扬程，以克服各级表面式低压加热器的阻力、管道阀门沿程阻力以及除氧器的布置高度。

(7)现有系统中厂用电量较大。系统配备的凝泵扬程较大，配置电机功率大，消耗的厂用电量也较大。

(8)现有系统中工程基础投资高。除氧器高位布置，增加了土建基础工程量，并增加了凝结水管道和给水管路的长度。如设置除氧间，锅炉房和汽机房之间的距离将更大,会进一步增加四大管道投资和管路压损，增加工程投资。

(9)现有系统中系统成本高。从大汽轮机中抽汽,抽汽温度高，导致相关抽汽管道、阀门、设备的材料等级要求高，制造成本高。

(10)现有系统中汽轮机抽汽的过热度大，降低了机组经济性。一次再热、二次再热汽轮发电机组的抽汽来源于大汽轮机，抽汽温度高，过热度大，直接用于加热锅炉给水，热损失大。

具体的结构如下：

如图1所示，本发明的超超临界机组二次再热双机回热无除氧器热力系统的系统，主要包括：图中：1.锅炉；2.大汽轮机超高压缸；3.大汽轮机高压缸；4.大汽轮机中压缸；5.大汽轮机低压缸；6.发电机；7.BEST汽轮机；8.凝汽器；9.一级凝结水泵；10.轴封加热器；11.低压混合式加热器；12.二级凝结水泵；13.表面式低压加热器；14.锅炉给水泵；15.表面式高压加热器。

所述的锅炉包括连通的进汽口I、出汽口I和连通的进汽口II和出汽口II；出汽口I和大汽轮机超高压缸进汽口连通；所述的大汽轮机超高压缸的排汽口又分别与锅炉的进汽口II、BEST汽轮机的进汽口和高压加热器的进汽口连通；所述锅炉的出汽口II与依次串联的大汽轮机高压缸、中压缸、低压缸连通，带动汽轮发电机组发电；所述的大汽轮机的乏汽出口与依次串联的凝汽器、一级凝结水泵、轴封加热器、低压混合式加热器、二级凝结水泵、多级低压加热器、锅炉给水泵和多级高压加热器连通；且沿着锅炉给水方向，位于末级的高压加热器的蒸汽出口与进汽口I连通。

进一步的，所述的多级低压加热器、多级高压加热器各自包括多个依次串联的低压加热器或者多个依次串联的高压加热器，且低压加热器和高压加热器均为表面式加热器。

具体工作方式为：

蒸汽由锅炉1中流出，进入大汽轮机超高压缸2中做功，排汽分为三路，第一路返回锅炉再次加热，第二路进入BEST汽轮机7中做功并提供各级高压抽汽，第三路进入高压加热器15中加热锅炉给水。

返回锅炉1的蒸汽再次流出，依次进入大汽轮机高压缸3、中压缸4、低压缸5中做功，带动发电机6发电，最后成为乏汽，进入凝汽器8中冷凝为凝结水，流入一级凝结水泵9中升压，流经轴封加热器10，进入低压混合式加热器11中，经加热除氧，进入二级凝结水泵12，升压后逐级流经各级表面式低压加热器13，进入锅炉给水泵14，升压后成为高压给水，逐级流经各级表面式高压加热器15，最后进入锅炉完成循环。

本发明中将BEST汽轮机排汽引入低压混合式加热器，加热除氧低温低压凝结水。

本发明中采用表面式低压加热器取代现有技术中的除氧器，且不再进行高位布置。

本发明中采用的低压混合式加热器利用小机排汽将低温低压凝结水加热至饱和水状态，将凝结水中溶解的氧及其他不凝结气体脱除。

本发明中混合式低压加热器可以独立设置于任意一级低压加热器前或后，也可以替代任意一级表面式低压加热器，接收大汽轮机中、低压缸抽汽。

本发明中混合式低压加热器可以为锅炉给水第一级抽汽回热加热器(沿锅炉给水流动方向，不计轴封加热器)，第二级表面式低压加热器的疏水排入低压混合式加热器中，不再排入凝汽器，减少在凝汽器中产生的冷端损失。

本发明中采用的低压混合式加热器可以在汽侧接入辅助蒸汽来加热凝结水。

本发明中采用的凝汽器具有除氧功能。

本发明中锅炉给水采用加氧处理，可以在任一低压凝结水管道上设置加药点，机组正常运行中，给水中的含氧量通过加药量调节。

本发明中凝汽器出口设置一级凝结水泵，其扬程只需满足低压混合式加热器给水入口压力；低压混合式加热器出口设置二级凝结水泵，其扬程只需满足锅炉给水至给水泵前的低压加热器与管道的沿程阻力。

本发明中除混合式低压加热器外，如其他低压加热器全部采用表面式，可以取消锅炉给水泵入口的前置泵，给水泵入口压力直接由二级凝结水泵提供。

本发明中锅炉给水泵入口前一级(沿锅炉给水流动方向)的低压加热器可以选用汽水混合器，以减少加热器的换热端差。

本发明中任意一个表面式高压或低压加热器都可以选用汽水混合器。

本发明中汽轮发电机组为超超临界机组。

本发明中汽轮发电机组采用二次再热的热力系统。

本发明中采用EC-BEST双机回热系统的BEST汽轮机来驱动锅炉给水泵。

本发明中BEST汽轮机配备小发电机。

在图2中，低压混合式加热器11同时接收BEST汽轮机排汽和大汽轮机的末级抽汽，图2中没标注的部件含义与图1中完全相同。

在图3中，低压混合式加热器11同时接收BEST汽轮机排汽和大汽轮的倒数第二级低压抽汽。其中，连接的大汽轮机的低压抽汽可以为任意一级；图3中没标注的部件含义与图1中完全相同。

在图4中，给水泵入口前一级低压加热器采用汽水混合器。其中，任意一级高压或低压加热器(给水或者凝结水加热器)都可以采用汽水混合器；图4中没标注的部件含义与图1中完全相同。

在图5中，大汽轮机倒数第三级抽汽对应的加热器设置疏水泵。其中，任意一级高压或低压加热器(给水或者凝结水加热器)都可以设置疏水泵；图5中没标注的部件含义与图1中完全相同。

在图6中，末级给水加热器(给水流动方向)设置外置蒸汽冷却器。其中，任意一级高压或低压加热器(给水或者凝结水加热器)都可以设置外置蒸汽冷却器；图6中没标注的部件含义与图1中完全相同。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。