汽电混合动力装置及具有其的火力发电系统的制作方法

本实用新型涉及火力发电设备技术领域，具体而言，涉及一种汽电混合动力装置及具有其的火力发电系统。

背景技术：

在火力发电厂，给水泵、风机等大功率辅机设备的轴功率达到单元发电机组发电功率的2.5～4％以上。由于其转速高、功率大、变转速运行，目前采用的驱动方式主要有两种：采用电动机配置液力耦合器驱动或者采用与主汽轮机并联的变转速小汽轮机驱动。采用电动机驱动的主要优点是负荷调节灵活、变工况性能好，但需要消耗大量的厂用电，并且液力耦合器滑差调节的机械能损失很大，总体经济性较差；而采用小汽轮机驱动的主要优点是设计工况性能好，但在偏离设计工况时，由于采用进汽节流实现小汽轮机功率与被驱动设备功率的匹配，损大、效率低。

针对现有技术中采用电动机驱动大功率辅机设备电能消耗大、机械能损失大以及采用小汽轮机驱动大功率辅机设备损大、效率低的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种汽电混合动力系统，以至少解决现有技术中采用电动机驱动大功率辅机设备电能消耗大、机械能损失大以及采用小汽轮机驱动大功率辅机设备损大、效率低的技术问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种汽电混合动力装置，包括：第一汽轮机，与被驱动设备可驱动地连接，用于在汽源的驱动下带动被驱动设备运转；电动机，与被驱动设备可驱动地连接，用于驱动被驱动设备 运转。

进一步地，第一汽轮机为变转速汽轮机，第一汽轮机与汽源之间设置有用于调节蒸汽流量的进气阀，电动机为变转速电动机。

进一步地，第一汽轮机包括以下其中之一：背压式汽轮机、单抽背压式汽轮机、双抽背压式汽轮机以及凝汽式汽轮机。

进一步地，电动机包括以下其中之一：带有变频器的变频电动机或者带有变速装置的定频电动机。

进一步地，变速装置包括以下其中之一：液力耦合器、行星齿轮变速器。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种火力发电系统，包括：被驱动设备；汽电混合动力装置，与被驱动设备连接，用于驱动被驱动设备运转，其中，汽电混合动力装置为上述内容的汽电混合动力装置；第二汽轮机，第二汽轮机的中间抽气口与汽电混合动力装置中的第一汽轮机连接，用于为第一汽轮机提供汽源驱动第一汽轮机运转；其中，第二汽轮机为火力发电系统的主汽轮机。

进一步地，第二汽轮机的第一汽缸的中间抽气口与第一汽轮机连接，用于为第一汽轮机提供汽源，其中，第二汽轮机还包括第二汽缸、第三汽缸和第四汽缸，第一汽缸、第二汽缸、第三汽缸和第四汽缸依次连接且内部蒸汽压力依次逐渐减小。

进一步地，火力发电系统还包括：冷凝装置，与第二汽轮机连接，用于将第二汽轮机做功后的乏汽冷凝成液态水；回热装置，与冷凝装置连接，用于将第二汽轮机做功后的乏汽冷凝成液态水重新加热；锅炉，与回热装置和第二汽轮机连接，用于将经过回热装置加热后的高温水继续加热形成高温高压蒸汽并输送至第二汽轮机驱动第二汽轮机运转。

进一步地，冷凝装置包括：凝汽器，与第二汽轮机连接，用于将第二汽轮机做功后的乏汽冷凝成液态水；冷凝水泵，与凝汽器和回热装置连接， 用于将凝汽器冷凝成的液态水加压输送至回热装置；回热装置包括：至少一个低压加热器，与第二汽轮机的第三汽缸和第四汽缸的中间抽汽口连接，第三汽缸和第四汽缸中间抽汽进入低压加热器对来自冷凝装置的冷凝水进行加热；至少一个高压加热器，与第一汽轮机的中间抽汽口以及第二汽轮机的第一汽缸和第二汽缸的中间抽汽口连接，第一汽轮机的中间抽汽和第二汽轮机的第一汽缸和第二汽缸的中间抽气进入高压加热器对经过低压加热器加热的水流继续加热后输送至锅炉中；除氧器，设置在低压加热器和高压加热器之间，并与第一汽轮机的排气口以及第二汽轮机的第三汽缸的中间抽汽口连接，第一汽轮机做功后的乏汽和第二汽轮机的第三汽缸的中间抽汽驱动除氧器对经过低压加热器加热的水流进行除氧。

进一步地，被驱动设备包括以下其中之一：给水泵、凝结水泵、循环水泵、引风机、送风机以及引增合一风机。

应用本实用新型技术方案的汽电混合动力装置，通过设置与被驱动设备可驱动地连接的第一汽轮机和电动机共同驱动被驱动设备，即火力发电厂的辅机设备，第一汽轮机的功率等于或略小于被驱动设备的耗功，不足部分由电动机进行补充，保证第一汽轮机与电动机的混合动力功率与被驱动设备耗功平衡。由于电动机负荷调节灵活，在偏离设计工况时效率变化较小，而第一汽轮机在进汽阀全开时可以保持较高的效率。因此，在本实用新型的汽电混合动力装置中，第一汽轮机承担基本负荷，在常用工况范围内其进汽阀保持全开状态，而电动机承担调峰负荷，从而实现火力发电厂各种辅机设备在宽工况范围内高效运行，降低机组煤耗率。解决了现有技术中采用电动机驱动大功率辅机设备电能消耗大、机械能损失大以及采用小汽轮机驱动大功率辅机设备损大、效率低的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型可选的一种汽电混合动力装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型可选的一种火力发电系统的结构示意图；

图3是根据本实用新型可选的另一种火力发电系统的结构示意图；

图4是根据本实用新型可选的另一种汽电混合动力装置的结构示意图；

图5是根据本实用新型可选的另一种汽电混合动力装置的结构示意图；

图6是根据本实用新型可选的另一种汽电混合动力装置的结构示意图；

图7是根据本实用新型可选的另一种汽电混合动力装置的结构示意图；

图8是根据本实用新型可选的另一种火力发电系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

根据本实用新型实施例汽电混合动力装置，如图1所示，包括：第一汽轮机1和电动机2，第一汽轮机1与被驱动设备3可驱动地连接，用于在汽源的驱动下带动被驱动设备3运转；电动机2与被驱动设备3可驱动地连接，用于驱动被驱动设备3运转。

应用本实用新型技术方案的汽电混合动力装置，通过设置与被驱动设备3可驱动地连接第一汽轮机1和电动机2共同驱动被驱动设备3，即火 力发电厂的辅机设备，第一汽轮机1的功率等于或略小于被驱动设备3的耗功，不足部分由电动机2进行补充，保证第一汽轮机1与电动机1的混合动力功率与被驱动设备3耗功平衡。由于电动机2负荷调节灵活，在偏离设计工况时效率变化较小，而第一汽轮机1在进汽阀4全开时可以保持较高的效率。因此，在本实用新型的汽电混合动力装置中，第一汽轮机1承担基本负荷，在常用工况范围内其进汽阀4保持全开状态，而电动机2承担调峰负荷，从而实现火力发电厂各种辅机设备在宽工况范围内高效运行，降低机组煤耗率。解决了现有技术中采用电动机驱动大功率辅机设备电能消耗大、机械能损失大以及采用小汽轮机驱动大功率辅机设备损大、效率低的技术问题。

具体实施时，第一汽轮机1和电动机2的运转需要随被驱动设备3的运行功耗而变化，因此，第一汽轮机1采用变转速汽轮机，在第一汽轮机1与汽源之间设置有用于调节蒸汽流量的进气阀4；可选地，第一汽轮机1可以采用以下汽轮机其中之一：背压式汽轮机、单抽背压式汽轮机、双抽背压式汽轮机以及凝汽式汽轮机。

电动机2为变转速电动机，可选地，电动机2可以采用以下电动机之一：带有变频器的变频电动机或者带有变速装置的定频电动机，采用变频电动机时他，通过设置匹配的变频器调节其工作频率从而实时控制其转速；采用定频电动机时，可以设置与之相匹配的变速装置实时控制其转速。可选地，变速装置包括以下其中之一：液力耦合器、行星齿轮变速器。

根据本实用新型的火力发电系统，如图2所示，包括：被驱动设备3、汽电混合动力装置和第二汽轮机5；汽电混合动力装置为上述实施例中的汽电混合动力装置，包括分别与被驱动设备3可驱动地连接的第一汽轮机1和电动机2，第一汽轮机1和电动机2共同驱动被驱动设备3运转。第二汽轮机5的中间抽气口与汽电混合动力装置中的第一汽轮机1连接，用于为第一汽轮机1提供汽源驱动第一汽轮机1运转；其中，第二汽轮机5为火力发电系统中的主汽轮机，第一汽轮机1驱动辅机设备运转的辅助汽 轮机，在本实施例中，被驱动设备3即为辅机设备，具体地，被驱动设备3包括以下辅机设备：给水泵、凝结水泵、循环水泵、引风机、送风机以及引增合一风机等。

具体实施时，如图3所示，本实施例的第二汽轮机5包括四个汽缸，第一汽缸51、第二汽缸52、第三汽缸53和第四汽缸54，四个汽缸依次连接并分别对应火力发电系统中超高压缸、高压缸、中压缸和低压缸，内部蒸汽压力依次逐渐减小。第一汽缸51的中间抽气口与第一汽轮机1连接，为第一汽轮机1提供汽源。

第二汽轮机5做功后的乏汽进入冷凝装置6，冷凝装置6包括：凝汽器61和冷凝水泵62，凝汽器61与第二汽轮机5的第四汽缸54的连接，第二汽轮机5做功后的乏汽由第四汽缸54引出输送至凝汽器61将乏汽冷凝成液态水；冷凝水泵62分别与凝汽器61和回热装置7连接，用于将凝汽器61冷凝成的液态水加压输送至回热装置7进行加热。

回热装置7包括：至少一个低压加热器71和至少一个高压加热器72，低压加热器71与第二汽轮机5的第三汽缸53和第四汽缸54的中间抽汽口连接，第三汽缸53和第四汽缸54的中间抽汽进入低压加热器71对来自冷凝装置的冷凝水进行加热；具体地，低压加热器71包括，依次串联的第一低压加热器711、第二低压加热器712、第三低压加热器713和第四低压加热器714，第一低压加热器711、第二低压加热器712和第三低压加热器713分别与第二汽轮机5的第四汽缸54的中间抽汽口连接，第四低压加热器714与第二汽轮机5的第三汽缸53连接，来自冷凝装置6的冷凝水首先在第二汽轮机5的第三汽缸53和第四汽缸54的中间抽汽的作用下进行加热，随后流入高压加热器72，高压加热器72与第一汽轮机1的中间抽汽口以及第二汽轮机5的第一汽缸51和第二汽缸52的中间抽汽口连接，具体地，高压加热器72包括：第一高压加热器721、第二高压加热器722、第三高压加热器723和第四高压加热器724，

第一高压加热器721和第三高压加热器723分别与第一汽轮机1的中 间抽汽口连接，第二高压加热器722与第二汽轮机5的第二汽缸52的中间抽汽口连接；第四高压加热器724与第二汽轮机5的第一汽缸51的中间抽汽口连接；经过低压加热器71加热后水流进入高压加热器72后继续加热后输送至锅炉8中。为了去除经过低压加热器71加热的后的水流中的氧气，在低压加热器71和高压加热器72之间还设置除氧器9，除氧器9与第一汽轮机1的排气口以及第二汽轮机5的第三汽缸53的中间抽汽口连接，经过低压加热器71加热的水流进行除氧。

锅炉8与回热装置7和第二汽轮机5连接，用于将经过回热装置7加热后的高温水继续加热形成高温高压蒸汽并输送至第二汽轮机5驱动第二汽轮机运转。

实施例1

一种汽电混合动力装置，如图4所示，本实施例的汽电混合动力装置在已有的汽轮发电机组的基础上，增加一台变转速运行的背压式汽轮机1和变频电动机2，共同驱动辅机设备3。系统的工作流程是：来自主汽轮机的抽汽P1经进汽阀4进入背压式汽轮机1，膨胀做功后的乏汽P2进入主汽轮机对应压力的回热器，用于加热锅炉给水。背压式汽轮机1直接驱动辅机设备3。

背压式汽轮机1的设计原则是：在主汽轮机负荷高于40～75％额定负荷时，进汽阀4始终保持全开状态，此时背压式汽轮机1的功率应等于或略小于辅机设备3的耗功，不足部分由变频电动机2补充，保证汽电混合动力功率与辅机设备3的耗功平衡。变频电动机2与辅机设备3直联，通过调整与变频电动机2连接的变频器21的频率使变频电动机2的转速与背压式汽轮机1和辅机设备3相同。需要说明的是，进汽阀4保持全开状态的工况范围与主机组的运行方式和具体参数有关，定压运行时的工况范围大于滑压运行。

主汽轮机抽汽P1优先选择主汽轮机的超高压缸或高压缸排汽，而背压式汽轮机1的乏汽P2可以代替或部分代替一级高压缸或中压缸回热抽 汽，避免了蒸汽再热引起的回热抽汽过热度高的问题，降低了回热抽汽损。另外，正常运行时背压式汽轮机1的进汽阀4在40～75％额定负荷以上始终处于全开状态，节流损失小；背压式汽轮机1转速随主汽轮机负荷同方向变化，高效工况范围宽。针对实际机组，应根据背压式汽轮机1的排汽压力选择对应的回热器。

实施例2

一种汽电混合动力装置，如图5所示，本实施例的汽电混合动力装置是在已有汽轮发电机组的基础上，增加一台变转速运行的背压式汽轮机1、定频电动机2和变速装置22，共同驱动辅机设备3。系统的工作流程是：来自主汽轮机的抽汽P1经进汽阀4进入背压式汽轮机1，膨胀做功后的乏汽P2进入主汽轮机对应压力的回热器，用于加热锅炉给水。背压式汽轮机1直接驱动辅机设备3。

背压式汽轮机1的设计原则是：在主汽轮机负荷高于40～75％额定负荷时，进汽阀4始终保持全开状态，此时背压式汽轮机1的功率应等于或略小于辅机设备3的耗功，不足部分由定频电动机2补充，保证汽电混合动力功率与辅机设备3的耗功平衡。定频电动机2与辅机设备3经变速装置22相联，变速装置22可以采用液力耦合器或行星齿轮变速器等，通过调整变速装置22的输出转速来实现与背压式汽轮机1和辅机设备3的转速匹配。需要说明的是，进汽阀4保持全开状态的工况范围与主机组的运行方式和具体参数有关，定压运行时的工况范围大于滑压运行。

主汽轮机抽汽P1优先选择主汽轮机的超高压缸或高压缸排汽，而背压式汽轮机1的乏汽P2可以代替或部分代替一级高压缸或中压缸回热抽汽，避免了蒸汽再热引起的回热抽汽过热度高的问题，降低了回热抽汽损。另外，正常运行时背压式汽轮机1的进汽阀4在40～75％额定负荷以上始终处于全开状态，节流损失小；背压式汽轮机1转速随主汽轮机负荷同方向变化，高效工况范围宽。针对实际机组，应根据背压式汽轮机1的排汽压力选择对应的回热器。

实施例3

一种汽电混合动力装置，如图6所示，本实施例的汽电混合动力装置是在已有汽轮发电机组的基础上，增加一台变转速运行的单抽背压式汽轮机1和变频电动机2，共同驱动辅机设备3。系统的工作流程是：来自主汽轮机的抽汽P1经进汽阀4进入单抽背压式汽轮机1，膨胀做功后的乏汽P2和单抽背压式汽轮机1的中间抽汽P3分别进入主汽轮机对应压力的回热器，用于加热锅炉给水。单抽背压式汽轮机1直接驱动辅机设备3。

单抽背压式汽轮机1的设计原则是：在主汽轮机负荷高于40～75％额定负荷时，进汽阀4始终保持全开状态，此时单抽背压式汽轮机1的功率应等于或略小于辅机设备3的耗功，不足部分由变频电动机2补充，保证汽电混合动力功率与辅机设备3的耗功平衡。变频电动机2与辅机设备3直联，通过调整变频器21的频率使电动机2转速与单抽背压式汽轮机1和辅机设备3相同。需要说明的是，进汽阀4保持全开状态的工况范围与主机组的运行方式和具体参数有关，定压运行时的工况范围大于滑压运行。

主汽轮机抽汽P1优先选择主汽轮机的超高压缸或高压缸排汽，而单抽背压式汽轮机1的乏汽P2和中间抽汽P3可以代替或部分代替两级高压缸或中压缸回热抽汽，避免了蒸汽再热引起的回热抽汽过热度高的问题，降低了回热抽汽损。另外，正常运行时单抽背压式汽轮机1的进汽阀4在40～75％额定负荷以上始终处于全开状态，节流损失小；单抽背压式汽轮机1转速随主汽轮机负荷同方向变化，高效工况范围宽。针对实际机组，应根据单抽背压式汽轮机1的中间抽汽和排汽压力选择对应的回热器。

实施例4

一种汽电混合动力装置，如图7所示，本实施例的汽电混合动力装置是在已有汽轮发电机组的基础上，增加一台变转速运行的双抽背压式汽轮机1和变频电动机2，共同驱动辅机设备3。系统的工作流程是：来自主汽轮机的抽汽P1经进汽阀4进入双抽背压式汽轮机1，膨胀做功后的乏 汽P2和双抽背压式汽轮机1的中间抽汽P3、P4分别进入主汽轮机对应压力的回热器，用于加热锅炉给水。双抽背压式汽轮机1直接驱动辅机设备3。

双抽背压式汽轮机1的设计原则是：在主汽轮机负荷高于40～75％额定负荷时，进汽阀4始终保持全开状态，此时双抽背压式汽轮机1的功率应等于或略小于辅机设备3的耗功，不足部分由变频电动机2补充，保证汽电混合动力功率与辅机设备3的耗功平衡。变频电动机2与辅机设备3直联，通过调整变频器21的频率使电动机2转速与双抽背压式汽轮机1和辅机设备3相同。需要说明的是，进汽阀4保持全开状态的工况范围与主机组的运行方式和具体参数有关，定压运行时的工况范围大于滑压运行。

主汽轮机抽汽P1优先选择主汽轮机的超高压缸或高压缸排汽，而双抽背压式汽轮机1的乏汽P2和中间抽汽P3、P4可以代替或部分代替三级高压缸或中压缸回热抽汽，避免了蒸汽再热引起的回热抽汽过热度高的问题，降低了回热抽汽损。另外，正常运行时双抽背压式汽轮机1的进汽阀4在40～75％额定负荷以上始终处于全开状态，节流损失小；双抽背压式汽轮机1转速随主汽轮机负荷同方向变化，高效工况范围宽。针对实际机组，应根据双抽背压式汽轮机1的中间抽汽和排汽压力选择对应的回热器。

实施例5

一种火力发电系统，如图8所示，该火力发电系统的汽电混合动力装置是在超超临界二次再热汽轮发电机组的基础上，增加一台变转速运行的双抽背压式汽轮机1和变频电动机2，共同驱动给水泵3。系统的工作流程是：主汽轮机5超高压缸51的排汽分为三路，第一路进入锅炉再热器，第二路用来加热第四高压加热器724，第三路经由进汽阀4进入小汽轮机1，膨胀做功后直接驱动给水泵3；小汽轮机1的两级中间抽汽分别用来加热第一高压加热器721和第三高压加热器723，膨胀做功后的乏汽与主汽 轮机5的中压缸53的中间抽汽共同进入除氧器9。主汽轮机高压缸52的排汽分为两路，第一路进入锅炉二次再热器，第二路用来加热第二高压加热器722。四个低压加热器71分别由主汽轮机5的中压缸53排汽和低压缸54的中间抽汽提供热源。主汽轮机5的低压缸54的乏汽经凝汽器61冷凝和凝结水泵62增压后进入回热系统加热升温，从第四高压加热器724出来的高温水回到锅炉8吸热后变成高温高压蒸汽，进入主汽轮机5的超高压缸51膨胀做功，完成一个循环。

小汽轮机1的设计原则是：在主汽轮机5的负荷高于40～75％额定负荷时，进汽阀4始终保持全开状态，此时小汽轮机1的功率应等于或略小于给水泵3的耗功，不足部分由变频电动机2补充，保证汽电混合动力功率与给水泵3的耗功平衡。变频电动机2与给水泵3直联，通过调整变频器21的频率使电动机2转速与小汽轮机1和给水泵3相同。需要说明的是，进汽阀4保持全开状态的工况范围与主机组的运行方式和具体参数有关，定压运行时的工况范围大于滑压运行。

本实施例的技术特点是：取消常规超超临界二次再热机组主汽轮机高压缸回热抽汽口，用小汽轮机1的两级中间抽汽代替原机组过热度最高的第一高压加热器721和第三高压加热器723回热抽汽，第二高压加热器722仍然采用过热度较低的主汽轮机5的高压缸52的排汽作为热源。当主汽轮机5负荷高于40～75％额定负荷时，进汽阀4全开，随着机组负荷的降低，小汽轮机1的进汽压力、排汽压力同步下降，但负荷的下降比给水泵3平缓，致使电动机2承担的负荷越来越小。当主汽轮机5负荷高于40～75％额定负荷时，需要逐渐关闭进汽阀4，此时高压加热器72的抽汽压力比同工况进汽阀4全开状态时要低，第一高压加热器721和第三高压加热器723的压力更接近与第三高压加热器723和除氧器9，抽汽量和小汽轮机1的负荷急剧减少，实现与给水泵3负荷的匹配。与常规的纯凝汽式给水泵汽轮机相比，节流损失小得多。由于回热抽汽过热度的降低和小汽轮机1节流的减少，可以使机组供电煤耗降低1.5～3g/kWh，具有显著的经济效益。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。