专利名称：双机回热抽汽蒸汽热力系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双机回热抽汽蒸汽热力系统。
背景技术：
节能减排已成为电力工业技术和产品发展的主要目标，所涉及的关键技术有如下几个方面:更高蒸汽参数的应用、高温高压结构的气动和强度优化技术、热力循环及辅助系统的性能优化、热电联供等。其中提高蒸汽参数是实现节能减排、提高效率最为有效的技术措施。当前洁净燃煤超超临界汽轮机机组的最高进汽蒸汽参数已达到28MPa、600°C /620°C。与先前24.2MPa、566°C /566°C的超临界参数相比，该超超临界汽轮机机组的热耗得益超过2.5%左右。需要注意的是，在目前汽轮机领域，效率1%量级的提高已被认为是技术的重大发展。为了进一步更大幅度地提高效率，用于700°C _800°C温度汽轮机的镍基材料的研究工作正在进行之中，已公布的欧洲AD700，以及日本的AUSC计划均在开展转子、阀门、汽缸等高温部件镍基材料及铸锻件制造工艺的研究。要实现700°C参数汽轮机在电厂中推广应用必须解决两大问题:第一是该700°C汽轮机必须具有足够高的性价比，即效率提高，降低发电热耗的得益要大于镍基材料价格昂贵导致的成本增加，为此，一方面要尽量减少高温材料的应用，例如采用焊接转子、冷却结构、高低位布置等技术，另一方面在热力循环系统的各个环节尽可能采用一切可行的提高效率的技术，例如二次再热循环、冷端优化、采取更多的回热级数等；第二是，必须解决高温高压参数导致的安全可靠性风险，例如超高压高温汽轮机的强度、超大容量二次再热模块、超长轴系、超高温的高压加热器等都是必须攻克的技术难题。上述提高性价比、保证可靠性的技术难题正在研究之中，例如降低高温管道成本的“一种高低位分轴布置的汽轮机发电机组”(中国专利CN200710040128.0)、提高性价比的“二次再热的热力系统”(中国专利CN201120073892.X)以及“单缸式汽轮机焊接转子及其焊接方法”(中国专利CN201010585886.2)等。然而该领域仍然存在一些技术难题，尚没有良好的解决方法。例如，由于现有技术中所有的抽汽管道均直接和大汽轮机的主蒸汽通道相连接，因而对高参数的汽轮机形成了一系列不利因素:高压加热器的一系列管路系统面临高温高压的考验；高压加热器回热抽汽来自再热后的高能级蒸汽，能级损失大；蒸汽通道中的抽汽结构对汽轮机效率造成较大损失。针对这些问题，中国专利申请文件“发电厂小汽轮机系统及其含该系统的发电厂热力循环系统”(中国专利CN200910052230.1)公开了一种用于将排汽热量回收至发电厂热力循环系统中的回热式小汽轮机。该小汽轮机采用背压式，除了驱动锅炉风机、水泵等设备以外，小汽轮机的排汽还进入某个回热系统以便对小汽轮机的排汽热量进行回收利用，该回热单元可以选择除氧器、低压加热器或者高压加热器。然而该发明的小汽轮机不具备回热抽汽功能，蒸汽全部由其排汽端直接进入回热系统，方案单一，小汽轮机的流量受制于除氧器的需求，流量太小不能满足驱动耗功的要求，不具备提高循环效率以及降低高压加热器系统温度的功能，小汽轮机按驱动设备功率配置时，负荷变化时，热力系统无相应的背压控制功能，会影响小汽轮机的安全性，从而对电厂运行的稳定可靠造成不利的影响。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双机回热抽汽蒸汽热力系统，用于解决现有技术中所有的抽汽管道均直接和大汽轮机的主蒸汽通道相连接，因而对高参数的汽轮机形成了高温高压、能级损失大等不利影响的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种双机回热抽汽蒸汽热力系统，包括大汽轮机、小汽轮机和回热循环单元，大汽轮机高压缸排汽口与小汽轮机的进汽口连通，小汽轮机中间级设有多个回热抽汽口，小汽轮机的转子与功率输出设备相连，回热循环单元包括一个或多个高压加热器、一个或多个中压加热器、一个或多个低压加热器和两个除氧器；进汽参数最高的高压加热器的进汽口与大汽轮机高压缸排汽口连通，其余高压加热器的进汽口与小汽轮机的回热抽汽口连通，高压加热器的出汽口与下一级的高压加热器连通；多个中压加热器的进汽口与小汽轮机的回热抽汽口连通，中压加热器的出汽口与下一级的中压加热器连通；多个低压加热器的进汽口与大汽轮机的低压抽汽口连通，低压加热器的出汽口与下一级的低压加热器连通；两个除氧器分别为低压除氧器和高压除氧器，低压除氧器的进汽口与小汽轮机的排汽口连通，高压除氧器的进汽口与小汽轮机的回热抽汽口连通；水循环管路依次通过低压加热器、低压除氧器、中压加热器、高压除氧器和高压加热器，与锅炉连通。
·
优选的，功率输出设备包括用于给锅炉给水的给水泵，给水泵与小汽轮机的转子相连接。更进一步的优选，功率输出设备还包括变频发电机，变频发电机与给水泵相连接。更进一步的优选，给水泵与小汽轮机的转子通过联轴器连接。优选的，大汽轮机的高压缸排汽口与小汽轮机的进汽口之间的管路上设有抽汽调节阀。如上所述，本发明双机回热抽汽蒸汽热力系统，具有以下有益效果:该双机回热抽汽蒸汽热力系统，采用双除氧器结构，使大汽轮机的中压缸完全不需要为了提供回热抽汽而设置抽汽口，大大简化了大汽轮机的中压缸结构，缩短整个机组的轴向尺寸，同时提高了大汽轮机的通流效率；保证小汽轮机能够获得足够的流量和功率，省略了复杂的小汽轮机的功率逻辑平衡系统，因而使整个系统更加简洁可靠。
图1显示为本发明双机回热抽汽蒸汽热力系统的结构示意图。元件标号说明I大汽轮机2小汽轮机31#1高压加热器32#2高压加热器33#3高压加热器
34#5中压加热器35#6中压加热器36#8低压加热器37#9低压加热器38#10低压加热器41低压除氧器42高压除氧器5锅炉6给水泵7变频发电机8联轴器9抽汽调节阀
具体实施例方式以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明 的其他优点及功效。请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。如图1所示,本发明提供一种双机回热抽汽蒸汽热力系统,包括大汽轮机1、小汽轮机2和回热循环单元，大汽轮机I的高压缸排汽口与小汽轮机2的进汽口连通，大汽轮机I的高压缸排汽口与小汽轮机2的进汽口之间的管路上设有抽汽调节阀9。小汽轮机2中间级设有多个回热抽汽口，小汽轮机2的转子与功率输出设备相连，回热循环单元包括一个或多个高压加热器、一个或多个中压加热器、一个或多个低压加热器和两个除氧器。进汽参数最高的#1高压加热器31的进汽口与大汽轮机I的高压缸排汽口连通，其余高压加热器(即#2高压加热器32、#3高压加热器33)的进汽口与小汽轮机2的回热抽汽口连通；高压加热器的出汽口与下一级的高压加热器连通，即#1高压加热器31的出汽口与#2高压加热器32连通，#2高压加热器32的出汽口与#3高压加热器33连通。多个中压加热器(即#5中压加热器34、#6中压加热器35)的进汽口与小汽轮机2的回热抽汽口连通；中压加热器的出汽口与下一级的中压加热器连通，即#5中压加热器34的出汽口与#6中压加热器35连通。多个低压加热器(即#8低压加热器36、#9低压加热器37、#10低压加热器38)的进汽口与大汽轮机I的低压抽汽口连通；低压加热器的出汽口与下一级的低压加热器连通，即#8低压加热器36的出汽口与#9低压加热器37连通，#9低压加热器37的出汽口与#10低压加热器38连通。两个除氧器分别为低压除氧器41和高压除氧器42，低压除氧器41的进汽口与小汽轮机2的排汽口连通，高压除氧器42的进汽口与小汽轮机2的回热抽汽口连通；水循环管路依次通过#10低压加热器38、#9低压加热器37、#8低压加热器36、低压除氧器41、#6中压加热器35、#5中压加热器34、高压除氧器42、#3高压加热器33、#2高压加热器32和#1高压加热器31，与锅炉5连通；锅炉5还与大汽轮机I的进汽口连通。与小汽轮机2的转子连接的功率输出设备包括用于给锅炉5给水的给水泵6和变频发电机7，给水泵6与小汽轮机2的转子相连接，变频发电机7与给水泵6相连接，给水泵6与小汽轮机2的转子通过联轴器8连接。一个或多个高压加热器、一个或多个中压加热器、一个或多个低压加热器和两个除氧器组成回热循环单元，由大汽轮机I以及小汽轮机2这两台机组分别提供蒸汽循环各级回热的用汽，本发明中的大汽轮机I的高中压缸不需提供除#1高压加热器31之外各个高压加热器的回热抽汽，而是由一台以大汽轮机I的高压缸排汽作为汽源的抽汽式小汽轮机2承担回热系统中除#1高压加热器之外所有高压加热器、中压加热器的回热用汽，回热循环单元的低压加热器的回热用汽仍由大汽轮机I提供。小汽轮机2是抽汽背压式汽轮机，该小汽轮机2在系统运行时同时驱动给水泵6和变频发电机7，并且向回热循环单元提供汽源。小汽轮机2的中间级还设置有抽汽口，向高压除氧器42供汽。该双机回热抽汽蒸汽热力系统拥有两个除氧器，两个除氧器将整个系统的加热器分成高压加热器、中压加热器、低压加热器。其中高压加热器、中压加热器，除了#1高压加热器31以外，均由小汽轮机2抽汽供汽，低压加热器由大汽轮机I的低压缸抽汽供汽。由于使用两个除氧器，高压除氧器42的压力、温度参数比低压除氧器41高，使在满足系统要求的前提下，低压除氧器41可设置更低的压力、温度参数，使小汽轮机2输入低压除氧器41的蒸汽量变大，从而单一使用小汽轮机2供气，就可满足低压除氧器41的需求。大汽轮机I不再需要供汽给低压除氧器41，从而大汽轮机I的中压缸不需要为了提高回热抽汽而设置抽汽口，大大简化了大汽轮机I的中压缸结构，缩短了整个机组的轴向尺寸，同时提高了大汽轮机I的通流效率。小汽轮机2同轴通过一个3S联轴器8驱动一台变频发电机7。在机组启动阶段，联轴器8解列，由变频发电机7作为电动机驱动给水泵6。额定运行阶段，由小汽轮机2驱动给水泵6，由于低压除氧器41通常压力较低，因而小汽轮机2出力一般超过给水泵6的耗功要求，此时小汽轮机2带动变频发电机7，可输出多余功率。本系统的小汽轮机2的进汽口与大汽轮机I的高压缸排汽口连接，小汽轮机2的进汽参数等于大汽轮机I的高压排汽参数。应用于35MPa、700°C的高超超临界汽轮机，本发明系统的小汽轮机2的进口压力一般不超过12MPa，温度不超过540°C。小汽轮机2的进汽口设有抽汽调节阀9，调节小汽轮机2的进汽流量。小汽轮机2的排汽口与低压除氧器41相连，小汽轮机2的背压等于低压除氧器41的压力。该小汽轮机2的回热抽汽口分别与除#1高压加热器31之外的其他高压加热器相连，提供相应的回热抽汽，同时还提供高压除氧器42的回热抽汽。在小汽轮机2与高压加热器之间的抽汽管道上设有抽汽调节阀和抽汽逆止阀，自动调整高压加热器所需的抽汽量，按高压加热器的要求调节小汽轮机2的中间抽汽量。而小汽轮机2可按给水泵6的转速信号控制小汽轮机2的调节阀的开度和进汽流量。由于低压除氧器41的进汽参数(压力、温度)通常较低，因而小汽轮机2的排汽流量总是足够大，总是可以满足低压除氧器41的进汽要求，同时总可以满足给水泵6的功率要求，因而不需要再从大汽轮机I进汽到低压除氧器41，此时小汽轮机2多余的功率只需要传输给变频发电机7即可。至于变频发电机7所发电量，则由电厂按需处理。本系统在各种工况运行过程中，能自动实现小汽轮机2的出力(等于给水泵6的耗功，或者等于给水泵6的耗功和变频发电机7的发电量之和)要求的进汽量与回热系统热平衡要求的流量平衡。在当前的电力市场，为实现更高的节能减排目标，必须进一步提高汽轮机的蒸汽参数。下一个高参数等级的材料是镍基合金。考虑到镍基材料的巨大成本差异，必须采取更有效地提高性价比的技术，使产品获得足够竞争力的性价比。为此，镍基合金材料高超超临界汽轮发电机组开发的3个基本要求是:①机组的蒸汽参数起步参数应尽量高；②同时在整个电厂的各个环节尽可能采取一切可行的提高效率，降低设备和系统成本的先进技术；③必须最大可能地消除高温带来的可靠性风险。本发明双机回热抽汽蒸汽热力系统，小汽轮机2和高压加热器的抽汽，是配合双除氧器进行的设计，由于低压除氧器41的参数低，因此低压加热器的汽源可完全来自大汽轮机I的低压缸，从而大汽轮机I的中压缸完全不需要为了提供回热抽汽而设置抽汽口，这样就大大简化了大汽轮机I的中压缸结构，缩短整个机组的轴向尺寸，同时提高了大汽轮机I的通流效率；又由于低压除氧器41的低参数特点，保证小汽轮机能够获得足够的流量和功率，本发明可省略复杂的小汽轮机2的功率逻辑平衡系统，因而使整个系统更加简洁可靠。综上所述，本发明双机回热抽汽蒸汽热力系统，采用双除氧器结构，使大汽轮机的中压缸完全不需要为了提供回热抽汽而设置抽汽口，大大简化了大汽轮机的中压缸结构，缩短整个机组的轴向尺寸，同时提高了大汽轮机的通流效率；保证小汽轮机能够获得足够的流量和功率，省略了复杂的小汽轮机的功率逻辑平衡系统，因而使整个系统更加简洁可靠。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种双机回热抽汽蒸汽热力系统，包括大汽轮机、小汽轮机和回热循环单元，所述大汽轮机高压缸排汽口与所述小汽轮机的进汽口连通，所述小汽轮机中间级设有多个回热抽汽口，所述小汽轮机的转子与功率输出设备相连，其特征在于:所述回热循环单元包括一个或多个高压加热器、一个或多个中压加热器、一个或多个低压加热器，以及两个除氧器；所述进汽参数最高的高压加热器的进汽口与所述大汽轮机高压缸排汽口连通，其余高压加热器的进汽口与所述小汽轮机的回热抽汽口连通，所述高压加热器的出汽口与下一级的高压加热器连通； 所述多个中压加热器的进汽口与所述小汽轮机的回热抽汽口连通，所述中压加热器的出汽口与下一级的中压加热器连通； 所述多个低压加热器的进汽口与所述大汽轮机的低压抽汽口连通，所述低压加热器的出汽口与下一级的低压加热器连通； 所述两个除氧器分别为低压除氧器和高压除氧器，所述低压除氧器的进汽口与所述小汽轮机的排汽口连通，所述高压除氧器的进汽口与所述小汽轮机的回热抽汽口连通； 所述水循环管路依次通过所述低压加热器、低压除氧器、中压加热器、高压除氧器和高压加热器，与锅炉连通。
2.根据权利要求1所述的双机回热抽汽蒸汽热力系统，其特征在于:所述功率输出设备包括用于给锅炉给水的给水泵，所述给水泵与所述小汽轮机的转子相连接。
3.根据权利要求2所述的双机回热抽汽蒸汽热力系统，其特征在于:所述功率输出设备还包括变频发电机，所述变频发电机与所述给水泵相连接。
4.根据权利要求2所述的双机回热抽汽蒸汽热力系统，其特征在于:所述给水泵与所述小汽轮机的转子通过联轴器连接。
5.根据权利要求1所述的双机回热抽汽蒸汽热力系统，其特征在于:所述大汽轮机的高压缸排汽口与所述小汽轮机的进汽口之间的管路上设有抽汽调节阀。
全文摘要
本发明提供一种双机回热抽汽蒸汽热力系统，包括大汽轮机、小汽轮机和回热循环单元，回热循环单元包括一个或多个高压加热器、一个或多个中压加热器、一个或多个低压加热器和两个除氧器；水循环管路依次通过低压加热器、低压除氧器、中压加热器、高压除氧器和高压加热器，与锅炉连通。该双机回热抽汽蒸汽热力系统，采用双除氧器结构，使大汽轮机的中压缸完全不需要为了提供回热抽汽而设置抽汽口，大大简化了大汽轮机的中压缸结构，缩短整个机组的轴向尺寸，同时提高了大汽轮机的通流效率；保证小汽轮机能够获得足够的流量和功率，省略了复杂的小汽轮机的功率逻辑平衡系统，因而使整个系统更加简洁可靠。
文档编号F01K7/38GK103195521SQ20131014409
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月23日 优先权日2013年4月23日
发明者彭泽瑛, 阳虹, 程凯, 杨建道 申请人:上海汽轮机厂有限公司