集成外置式蒸汽冷却器和回热式汽轮机的二次再热系统的制作方法

本实用新型属于超超临界二次再热发电系统能量高效利用领域，具体涉及一种集成外置式蒸汽冷却器和回热式汽轮机的二次再热系统。

背景技术：

煤炭占我国能源结构和消费的主体地位，且在未来几十年不会有较大改变。其中火电机组是耗煤大户，约占我国煤炭消费的50％。然而火电机组一直是我国电力供应的主要支柱，尽管近年来新能源发电方式急剧发展，但仍无法撼动火力发电的重要地位。随着节能减排和提倡清洁煤发电等政策的不断推行，火力发电技术不断进行整改和创新。二次再热技术则是目前较为高效、低耗、低污染的火力发电技术之一。然而，二次再热超超临界机组由于蒸汽参数高，且又有两级再热，使得进行给水回热的抽汽过热度过高，导致给水回热加热器存在较大的不可逆损失，从而降低了二次再热机组的节能优势。而常规抽汽过热度利用的方式只关注紧邻再热后抽汽的过热度，忽略了其余级抽汽过热度高的问题，特别是进入1号高压加热器的抽汽，过热度和温度都较高，存在抽汽过热度能量不能充分利用和高品质蒸汽可用能浪费的问题，并导致回热加热器有较大的不可逆损失，从而影响了二次再热机组的经济性。

为了解决上述问题，本实用新型提出一种同时集成外置式蒸汽冷却器和回热式汽轮机的二次再热系统方案，不仅可以有效降低和充分利用多级抽汽的过热度，而且还能进一步提高进入锅炉前给水的温度，一方面回热加热器的不可逆损失大大降低，另一方面使得锅炉的换热温差有所降低，不可逆损失相应减小，从而进一步提高二次再热机组的经济性。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种集成外置式蒸汽冷却器和回热式汽轮机的二次再热系统，在第一高压加热器的抽汽管路上增加设置外置式蒸汽冷却器，有效降低进入该级加热器的抽汽的过热度。

一种集成外置式蒸汽冷却器和回热式汽轮机的二次再热系统，包括锅炉、凝汽器、轴封冷却器、汽轮机超高压缸、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、回热式汽轮机、外置式蒸汽冷却器、四个高压给水加热器、除氧器、五个低压加热器、给水泵、凝结水泵、疏水泵、两个发电机，其特征在于：外置式蒸汽冷却器布置于第一高压加热器的抽汽管路上，具有较高温度和过热度的其中一股超高压缸排汽先进入所述外置式蒸汽冷却器中，与所述第一高压加热器出口温度较高的主给水进行换热后，然后再进入所述第一高压加热器中与温度较低的主给水进行换热。

进一步，给水在所述锅炉中吸热成为高温、高压的蒸汽，进入所述汽轮机超高压缸中膨胀做功后，部分排汽进入所述锅炉进行一次再热；进行一次再热后的蒸汽进入所述汽轮机高压缸中继续做功，然后膨胀后的蒸汽进入所述锅炉吸热，进行二次再热后的蒸汽进入所述汽轮机中压缸中做功，接着分别进入所述汽轮机两个低压缸中膨胀做功，然后乏汽进入所述凝汽器中冷却凝结，凝结水进入所述凝结水泵加压后依次经过所述五个低压加热器、除氧器、给水泵和四个高压加热器成为高压高温的给水，再在所述第一高压加热器抽汽管路上增设的所述外置式蒸汽冷却器中进一步提高温度后再次送入所述锅炉进行热力循环。

进一步，所述汽轮机超高压缸的排汽分成三股，其中一股蒸汽进入所述锅炉中进行一次再热；第二股作为所述第一高压加热器给水回热的汽源，该股蒸汽先进入所述外置式蒸汽冷却器中释放部分热量加热较高温度的给水，然后再进入所述第一高压加热器中加热较低温度的给水；第三股进入所述回热式汽轮机中膨胀做功，回热式汽轮机的4级抽汽分别作为第二至第四高压加热器和所述除氧器的给水回热的汽源，排汽进入第一低压加热器中进行给水回热，第二至第五低压加热器进口抽汽分别来自所述汽轮机中压缸部分排汽和所述汽轮机低压缸的三段抽汽。

进一步，为了解决所述回热式汽轮机所发功率和所述给水泵所需功率不能同步匹配的问题，所述给水泵采用电驱动的方式。

进一步，所述回热式汽轮机的进汽来自不经过再热的所述超高压缸排汽，其抽汽和排汽作为第二至第四高压加热器、除氧器和第一低压加热器的汽源；回热式汽轮机连接第一发电机，所发功率用于并网和驱动给水泵。

进一步，所述汽轮机高压缸不设置抽汽口，其排汽全部进入所述锅炉进行一次再热。

进一步，所述汽轮机中压缸不设置抽汽口，其排汽分两股，一股作为第二低压加热器的汽源，另一股进入所述汽轮机低压缸继续做功。

本实用新型公开的集成外置式蒸汽冷却器和回热式汽轮机的二次再热系统，针对传统二次再热系统热力学优势和经济性优势不足的现状，提出了集成外置式蒸汽冷却器和回热式汽轮机的二次再热系统，通过同时集成外置式蒸汽冷却器和回热式汽轮机来降低过热度偏高的抽汽，使新集成系统可以有效降低和充分利用多级抽汽的过热度，进而回热加热器不可逆损失得以降低，同时可以进一步提高给水的温度，减小了锅炉的传热温差，从而机组的能耗也明显降低，相对传统集成回热式汽轮机的系统，有更高的热力学优势和经济性优势。

附图说明

图1为传统单独集成回热式汽轮机的二次再热系统的示意图；

图2为本实用新型的集成外置式蒸汽冷却器和回热式汽轮机的二次再热系统的示意图。

附图各标记为：1为锅炉；2为凝汽器；3为轴封冷却器；SHP为汽轮机超高压缸；HP为汽轮机高压缸；IP为汽轮机低压缸；LP1,LP2为汽轮机低压缸； RT为回热式汽轮机；OSC为外置式蒸汽冷却器；H1为1号高压给水加热器；H2 为2号高压给水加热器；H3为3号高压给水加热器；H4为4号高压给水加热器； DEA为除氧器；H6为6号低压加热器；H7为7号低压加热器；H8为8号低压加热器；H9为9号低压加热器；H10为10号低压加热器；FP为给水泵；CP为凝结水泵；DP为疏水泵；a1、a2为发电机。

具体实施方式

本实用新型基于参比集成回热式汽轮机的二次再热系统，通过增加集成一个外置式蒸汽冷却器，提出了一种性能更优的系统集成方案，下面通过附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

传统单独集成回热式汽轮机的二次再热系统如图1所示，该系统包括锅炉1、凝汽器2、轴封冷却器3、汽轮机超高压缸SHP、汽轮机高压缸HP、汽轮机低压缸IP、汽轮机低压缸LP1和LP2、回热式汽轮机RT、1-4号高压给水加热器H1-H4、除氧器DEA、6-10号低压加热器H6-H10、给水泵FP、凝结水泵CP、疏水泵DP、发电机a1和a2。工作时，给水在锅炉1中吸热成为高温、高压的蒸汽，进入汽轮机超高压缸SHP中膨胀做功后，排汽分成三股，其中一股进入锅炉1进行一次再热，第二股直接进入1号高压加热器H1加热给水，第三股作为回热式汽轮机RT的进汽。再热后的蒸汽进入高压缸HP中继续做功，排汽进入锅炉1进行二次再热后接着送入中压缸IP中做功，然后其排汽进入汽轮机低压缸LP1，和 LP2中膨胀做功，最后乏汽在凝汽器2中冷却凝结。

凝结水在各级给水加热器(H1—H10)中与来自汽缸的各级抽汽换热成为高压高温的给水。1号高压加热器H1进口的抽汽来自高压缸的部分排汽，该级抽汽直接进入1号高压加热器H1中加热较低温度的给水；2号高压加热器H2、3 号高压加热器H3、4号高压加热器H4和除氧器DEA进口抽汽来自回热式汽轮机 RT汽缸的抽汽，6号低压加热器H6进口抽汽来自回热式汽轮机RT的排汽，7号到10号低压加热器H7—H10进口抽汽分别来自汽轮机中压缸IP部分排汽和低压缸LP的三段抽汽。

本实用新型基于单独集成回热式汽轮机的二次再热系统，增加集成一个外置式蒸汽冷却器，如图2所示。在1号高压加热器H1的抽汽管路上增加设置一个外置式蒸汽冷却器OSC，使得来自高压缸的部分排汽先进入该外置式蒸汽冷却器OSC中释放部分热量加热较高温度的给水，然后再进入1号高压加热器H1中加热较低温度的给水。

该系统工作时，给水在锅炉中吸热成为高温、高压的蒸汽，进入汽轮机超高压缸中膨胀做功后，部分排汽进入锅炉进行一次再热；进行一次再热后的蒸汽进入高压缸中继续做功，然后膨胀后的蒸汽进入锅炉吸热，进行二次再热后的蒸汽进入中压缸中做功，接着分别进入汽轮机两个低压缸LP1和LP2中膨胀做功，然后乏汽进入凝汽器中冷却凝结，凝结水进入凝结水泵加压后依次经过6-10号五个低压加热器H6-H10、除氧器DEA、给水泵FP和1-4号四个高压加热器成H1-H4为高压高温的给水，再在1号高压加热器的抽汽管路上增设的外置式蒸汽冷却器(OSC)中进一步提高温度后再次送入锅炉(1)进行热力循环。

超高压缸的排汽分成三股，其中一股蒸汽进入锅炉1中进行一次再热；第二股作为1号高压加热器给水回热的汽源，该股蒸汽先进入在1号高压加热器抽汽管路上增设的外置式蒸汽冷却器OSC中释放部分热量加热较高温度的主给水，然后再进入1号高压加热器中加热较低温度的给水；第三股进入回热式汽轮机中膨胀做功，回热式汽轮机RT的4级抽汽分别作为2-4号高压加热器和除氧器的给水回热的汽源，排汽进入6号低压加热器中进行给水回热，7-10号低压加热器进口抽汽分别来自汽轮机中压缸部分排汽和低压缸的三段抽汽。

为了解决回热式汽轮机RT所发功率和给水泵FP所需功率不能同步匹配的问题，给水泵FP采用电驱动的方式。回热式汽轮机的进汽来自不经过再热的超高压缸排汽，其抽汽和排汽作为2-4号高压加热器、除氧器和6号低压加热器的汽源；回热式汽轮机连接一个发电机，所发功率用于并网和驱动给水泵。

该系统高压缸不设置抽汽口，其排汽全部进入锅炉进行一次再热。中压缸也不设置抽汽口，其排汽分两股，一股作为7号低压加热器的汽源，另一股进入低压缸继续做功。

本实用新型的上述系统的设计，不仅可以有效利用该级抽汽的过热度，降低对应给水加热器的不可逆损失，而且可以进一步提高进入锅炉前给水的温度，减小锅炉的换热温差，提高机组经济性。

下面结合具体的一个实施例，对本实用新型系统的效果进行说明。

边界条件：传统系统汽轮机参数为31MPa/600℃/620℃/620℃，背压为 4.65kPa，发电功率为660MW，发电机效率为0.9898。本实用新型的系统与传统系统相同的主蒸汽压力和温度、各汽缸进口参数以及给水加热器端差，各级抽汽压力也相同，增设的外置式蒸汽冷却器的端差为10K。

发电效率和热耗率是普遍用来评价火电机组热力性能的重要指标；分析能进一步定位能量损失的部位、数量并揭示产生不可逆损失的原因。

发电效率为：

η＝W/E (1)

式中：η表示机组的发电效率；W表示系统中汽轮机发出的功率，kW；E指的是单位时间内输入系统的总能量。发电效率能直接和有效地反映了电厂的热力性能。

损的计算模型为：

Ii＝Ein-Eout (2)

式中：Ii指的是某系统的不可逆损失，kW；Ein指的是进入该系统的可用能，kW；Eout指的是离开该系统的可用能，kW。损是反映系统换热中可用能损失的一个参数，其值越大，则可用能损失越大。

表1为各级回热加热器的不可逆损值；由表1可以看出本实用新型的系统 1号高压加热器H1的损比传统系统的小，降低了700MW左右。

表1：各级回热加热器的不可逆损

表2为汽水参数和回热加热器总损；根据表2可以得到，本实用新型系统中给水温度比传统系统提高了9℃，回热加热器总损减小了631.07KW，在于增加集成的外置式蒸汽冷却器利用进入1号高压加热器H1进口的抽汽部分热量加热给水，使得抽汽过热度降低且给水温度提高，因此1号高压加热器的损减小。

表2：汽水参数和回热加热器总损

表3为系统中各个部件的损情况，由表3中数据可以发现，本实用新型系统中锅炉的损明显小于传统系统的，分析可知本实用新型系统相比传统系统进入锅炉给水温度提高，减小了炉内传热温差，使得锅炉不可逆损减小。

表3：系统中各个部件的损情况

表4为系统的能耗情况。表4中可以发现对比传统系统，本实用新型系统的总损减小，发电效率提高了0.095％，热耗率降低了13.841kJ/kWh，发电煤耗降低了0.503g/kWh。

表4：系统的能耗情况

由此可以看出，本实用新型的系统相比于传统系统在各项性能方面都有明显的改善。本实用新型在传统回热式汽轮机的二次再热系统增加集成一个外置式蒸汽冷却器用来冷却作为给水回热汽源的超高压缸部分排汽，解决了传统二次再热系统中该级抽汽过热度偏高且无法利用的问题，降低了相应给水回热加热器的不可逆损失，并使得给水温度进一步提高，从而提高了整个系统的热力性能和经济性。