本发明属于火力发电设备
技术领域：
，尤其涉及一种大型纯凝汽式汽轮发电机组供热系统及供热方法。
背景技术：
节能减排要求集中供热以关闭分散燃煤小锅炉，通过对大型纯凝汽式汽轮发电机组进行供热改造是实现集中供热的主要措施，一台大型发电机组可满足多个热用户企业的生产用汽需求。国内逐浙开展了纯凝汽式发电机组进行供热技术改造与应用。传统的大型纯凝汽式汽轮发电机组，高压缸、中压缸以及低压缸通过各自其中的转子依次连接在同一轴线上；锅炉过热器42通过主蒸汽管道与高压缸连接；主蒸汽管道和锅炉再热器冷段通过高压旁路阀41连接，锅炉再热器热段与中压缸连接，锅炉再热器冷段通过排汽逆止阀40与高压缸连接，在排汽逆止阀40与凝汽器之间设有抽真空阀39，如图1所示，高压旁路阀41通过其开度大小的变化调节锅炉再热器冷段和热段内蒸汽压力；在汽轮机高压缸排汽逆止阀40无法打开造成高压缸转子未级叶片温度过高时，高压缸抽真空阀39立即打开以保护汽轮机安全。但是，这种传统的大型纯凝汽式汽轮发电机组只能发电，无法对外供热，无法实现热电联厂。王汝武提出的大型凝汽机组改造成供热机组的新途径、尹金亮等提出的大型凝汽机组改造成供热机组的新方法介绍了关于使用压力匹配器进行供改造系统结构、应用经济性分析；廖述新等提出的鄂州发电公司330mw机组供热改造工程分析介绍了330mw机组采用减温器对再热蒸汽减温后供热改造应用；刘兵等提出的火力发电厂纯凝机组供热改造中控制系统设计分析介绍了的中、低压缸连通管抽汽的技造应用；李小龙提出的压力匹配器在某百万供热机组中的运用介绍了压力匹配器在某百万供热机组中的配汽方案；孟娜提出的660mw机组供热蒸汽压力自动控制策略研究介绍了实现压力匹配器出口压力稳定的自动控制策略；许锐锋等提出的600mw机组供热改造系统的设计与控制介绍了600mw机组供热改造可能出现的安全问题及其应对措施。然而这些文献所提及的改造后的供热系统不全面，侧重于单一设备装置的应用介绍，供热蒸汽压力、温度调节不够灵活，供热量受机组运行方式限制、机组负荷要求较高。本发明通过对原有系统的升级改造，将纯发电机组转型成热电联产机组，提高能源利用效率，消灭低效率小型锅炉及其对环境的污染。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明提供一种大型纯凝汽式汽轮发电机组供热系统及供热方法，通过两路高压抽汽管路，采用蒸汽混合器、压力匹配器、供汽联箱、联通管碟阀、相应管道、阀门及相应的温度、压力和流量等测量装置，达到灵活调节供热蒸汽压力、温度和流量的目的。本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种大型纯凝汽式汽轮发电机组供热系统，包括两路高压抽汽管路、蒸汽混合器、压力匹配器两路低压抽汽管路、供汽联箱、高压缸、中压缸以及低压缸；所述蒸汽混合器的第一进汽口通过一路高压抽汽管路与锅炉再热器冷段相连接，蒸汽混合器的第二进汽口通过另一路高压抽汽管路与锅炉再热器热段相连接，且在两路高压抽汽管路上均设置有相应的截止阀、调节阀、流量测量装置、电动阀和逆止阀；所述蒸汽混合器的出汽口通过减温器与所述压力匹配器的高压进汽口相连接，在减温器与压力匹配器高压进汽口之间的管路上设置有第三调节阀和第五截止阀；所述减温器还通过第四调节阀、第三流量测量装置和第三电动阀与给水泵中间抽头相连接；所述压力匹配器的低压进汽口通过一路低压抽汽管路与中压缸相连接，所述低压进汽口还通过另一路低压抽汽管路与中压缸和低压缸之间的联通管相连接；且在两路低压抽汽管路上设置有相应的逆止阀组、截止阀组、流量测量装置、调节阀、逆止阀和截止阀；所述压力匹配器的出汽口与所述供汽联箱相连接，所述供汽联箱与用户供汽管路相连接；所述高压缸、中压缸以及低压缸通过各自的转子依次连接在同一轴线上；锅炉过热器通过主蒸汽管道与高压缸连接，所述主蒸汽管道通过高压旁路阀与锅炉再热器冷段连接，锅炉再热器热段与中压缸连接，锅炉再热器冷段还通过排汽逆止阀与高压缸连接，在排汽逆止阀与凝汽器之间设有抽真空阀；通过减温器实现锅炉再热器冷段和锅炉再热器热段抽汽温度高时的降温调节，以满足对用户供汽温度要求。进一步的，在蒸汽混合器第一进汽口至锅炉再热器冷段的高压抽汽管路上依次设有第一截止阀、第一调节阀、第一流量测量装置、第一电动阀、第一逆止阀和第二截止阀；在蒸汽混合器第二进汽口至锅炉再热器热段的高压抽汽管路上依次设有第三截止阀、第二调节阀、第二流量测量装置、第二电动阀、第二逆止阀和第四截止阀。进一步的，在所述减温器与第三调节阀之间设置有温度计；根据温度计测量的温度值是否稳定在设定值通过第四调节阀自动调节供汽温度，使供汽联箱内蒸汽温度满足供汽的温度要求。进一步的，在压力匹配器低压进汽口至中压缸的低压抽汽管路上依次设置有逆止阀组、截止阀组、第四流量测量装置、第五调节阀、第三逆止阀和第六截止阀；在压力匹配器低压进汽口至中压缸和低压缸之间联通管的低压抽汽管路上依次设置有逆止阀组、截止阀组、第四流量测量装置、第六调节阀、第四逆止阀和第七截止阀；压力匹配器低压进汽口至中压缸的低压抽汽管路为一路低压抽汽汽源，压力匹配器低压进汽口至中压缸和低压缸之间联通管的低压抽汽管路为另一路低压抽汽汽源。进一步的，在供汽联箱与用户供汽管路之间的管路上依次设置有第八截止阀、第七调节阀和第五流量测量装置。进一步的，在所述压力匹配器上设置有第八调节阀，在所述供汽联箱上设置有安全阀和压力计；根据压力计测量的压力是否稳定在设定值通过第八调节阀自动调节供汽联箱内的压力；安全阀用于供汽联箱的超压保护。进一步的，在所述中压缸和低压缸之间的联通管上设置有联通管蝶阀，用以调节中压缸和低压缸之间联通管的低压抽汽汽源压力。进一步的，一种大型纯凝汽式汽轮发电机组供热系统的供热方法，基于上述一种大型纯凝汽式汽轮发电机组供热系统，包括以下几个步骤：步骤（1）：供热前检查；机组停机状态，检查并确认蒸汽混合器、减温器、压力匹配器以及供汽联箱之间相连管道上各阀门动作正常，并确认各阀门处于关闭状态，联通管蝶阀全开；步骤（2）：初启动；机组启动并运行正常后，逐渐微开管道上各阀门对供热管道进行疏水暖管，排尽系统管道腔室内积水后，保持所有调节阀全关外、全开管道上其他各阀门，开启第五调节阀和第六调节阀，在保证低压缸最低冷却流量的情况下逐浙关小联通管蝶阀以提高低压汽源供汽量；微开是指各阀门总行程的2～5%；（3）检查确认锅炉再热器冷段蒸汽压力、温度稳定，逐步开启锅炉再热器冷段第一调节阀，通过蒸汽混合器、压力匹配器、供汽联箱向用户供汽；（4）当机组带负荷，锅炉再热器冷段压力无法满足供汽压力要求时，开启高压旁路阀提高锅炉再热器冷段和锅炉再热器热段的压力，使供汽压力满足要求；当蒸汽混合器蒸汽温度达不到供汽温度要求时，开启第二调节阀向蒸汽混合器供汽以提高向用户供汽的供汽温度；（5）当蒸汽混合器蒸汽温度高于供汽温度要求时，开启减温器，使供汽联箱蒸汽温度符合供汽温度要求；（6）当热用户需求量增加且仅通过锅炉再热器冷段供汽无法满足要求时，通过开启第二调节阀提高锅炉再热器热段向蒸汽混合器的供汽量，当蒸汽混合器蒸汽温度高于供汽温度要求时，启动减温器，使供汽联箱蒸汽温度符合供汽温度要求；（7）供热系统停运：逐渐关小第八调节阀，直至全关；逐渐关小第四调节阀，退出后关闭第八截止阀；当供汽联箱蒸汽流量接近于零时，关闭两路高压抽汽管路和两路低压抽汽管路上的电动阀、逆止阀和调节阀。与现有技术相比，本发明所提供的一种大型纯凝汽式汽轮发电机组供热系统，包括两路高压抽汽管路、蒸汽混合器、压力匹配器、两路低压抽汽管路、供汽联箱、高压缸、中压缸以及低压缸，锅炉再热器冷段和热段分别通过一路高压抽汽管路连接至蒸汽混合器，避免了仅从锅炉再热器冷段或热段单一抽汽导致锅炉再热器超温、或温度过低现象，同时还避免了由于仅从锅炉再热器冷段或热段单一抽汽造成汽轮机因进排汽量不平衡，使得汽轮机转子轴向力变化大危及汽轮机安全的问题；通过两路高压抽汽管路共同抽汽，在锅炉再热器冷段抽汽导致供汽温度不满足供汽温度要求时，可通过增加锅炉再热器热段的供汽比例达到提高供汽温度的效果；本发明还在蒸汽混合器与压力匹配器之间的管道上设置有减温器，以调节流经管道的混合蒸汽的温度，实现锅炉再热器冷段和热段抽汽温度高时进行降温调节，以满足对外供汽温度要求；采用了压力匹配器，可实现高压蒸汽带动汽轮机缸内压力低抽汽口的蒸汽，提高相同负荷工况下机组向外供汽量；本发明的供汽联箱安装了安全阀，当供汽联箱压力高过设定值时安全阀动作，实现保护供汽联箱的作用，防止因供汽联箱蒸汽压力超过其许可强度而损坏；本发明在供汽管道上设置有逆止阀（包括抽汽逆止阀），可防止蒸汽倒流发生汽水冲击损坏设备的现象；本发明还采用了抽真空阀，当锅炉再热器冷段压力过高导致高压缸排汽逆止阀关闭时，该抽真空阀立即开启，防止高压缸转子鼓风超温导致叶片损坏。附图说明为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是传统的大型纯凝汽式汽轮发电机组无供热系统的结构示意图；图2是本发明一种大型纯凝汽式汽轮发电机组供热系统的结构示意图；图3是本发明实施例1供热系统的结构示意图；图4是本发明实施例2供热系统的结构示意图；其中：1-第二截止阀，2-第一逆止阀，3-第一电动阀，4-第一流量测量装置，5-第一调节阀，6-第一截止阀，7-蒸汽混合器，8-第四截止阀，9-第二逆止阀，10-第二电动阀，11-第二流量测量装置，12-第二调节阀，13-第三截止阀，14-减温器，15-第四调节阀，16-第三流量测量装置，17-第三电动阀，18-温度计，19-第三调节阀，20-第五截止阀，21-第八调节阀，22-压力匹配器，23-安全阀，24-压力计，25-供汽联箱，26-第八截止阀，27-第七调节阀，28-第五流量测量装置，29-第六截止阀，30-第三逆止阀，31-第五调节阀，32-第四流量测量装置，33-截止阀组，34-逆止阀组，35-第七截止阀，36-第四逆止阀，37-第六调节阀，38-联通管蝶阀，39-抽真空阀，40-排汽逆止阀，41-高压旁路阀，42-锅炉过热器，43-锅炉再热器。具体实施方式下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图2所示，本发明所提供的一种大型纯凝汽式汽轮发电机组供热系统，包括两路高压抽汽管路、蒸汽混合器7、压力匹配器22、两路低压抽汽管路、供汽联箱25、高压缸、中压缸以及低压缸；蒸汽混合器7的第一进汽口通过一路高压抽汽管路与锅炉再热器冷段相连接，蒸汽混合器7的第二进汽口通过另一路高压抽汽管路与锅炉再热器热段相连接，且在两路高压抽汽管路上均设置有相应的截止阀、调节阀、流量测量装置、电动阀和逆止阀；蒸汽混合器7的出汽口通过减温器14与压力匹配器22的高压进汽口相连接，在减温器14与压力匹配器22高压进汽口之间的管路上设置有第三调节阀19和第五截止阀20；减温器14还通过第四调节阀15、第三流量测量装置16和第三电动阀17与给水泵中间抽头相连接；压力匹配器22的低压进汽口通过一路低压抽汽管路与中压缸相连接，低压进汽口还通过另一路低压抽汽管路与中压缸和低压缸之间的联通管相连接；且在两路低压抽汽管路上设置有相应的逆止阀组34、截止阀组33、流量测量装置、调节阀、逆止阀和截止阀；压力匹配器22的出汽口与供汽联箱25相连接，供汽联箱25与用户供汽管路相连接；高压缸、中压缸以及低压缸通过各自的转子依次连接在同一轴线上；锅炉过热器42通过主蒸汽管道与高压缸连接，主蒸汽管道通过高压旁路阀41与锅炉再热器冷段连接，锅炉再热器热段与中压缸连接，锅炉再热器冷段还通过排汽逆止阀40与高压缸连接，在排汽逆止阀40与凝汽器之间设有抽真空阀39。在蒸汽混合器7第一进汽口至锅炉再热器冷段的高压抽汽管路上依次设有第一截止阀6、第一调节阀5、第一流量测量装置4、第一电动阀3、第一逆止阀2和第二截止阀1；在蒸汽混合器7第二进汽口至锅炉再热器热段的高压抽汽管路上依次设有第三截止阀13、第二调节阀12、第二流量测量装置11、第二电动阀10、第二逆止阀9和第四截止阀8。在减温器14与第三调节阀19之间设置有温度计18，根据温度计18测量的温度值是否稳定在设定值通过第四调节阀15自动调节供汽温度，使供汽联箱25内蒸汽温度满足供汽的温度要求。在压力匹配器22低压进汽口至中压缸的低压抽汽管路上依次设置有逆止阀组34、截止阀组33、第四流量测量装置32、第五调节阀31、第三逆止阀30和第六截止阀29；在压力匹配器22低压进汽口至中压缸和低压缸之间联通管的低压抽汽管路上依次设置有逆止阀组34、截止阀组33、第四流量测量装置32、第六调节阀37、第四逆止阀36和第七截止阀35。压力匹配器22低压进汽口至中压缸的低压抽汽管路为一路低压抽汽汽源，压力匹配器22低压进汽口至中压缸和低压缸之间联通管的低压抽汽管路为另一路低压抽汽汽源。在供汽联箱25与用户供汽管路之间的管路上依次设置有第八截止阀26、第七调节阀27和第五流量测量装置28在压力匹配器22上设置有第八调节阀21，在供汽联箱25上设置有安全阀23和压力计24；根据压力计24测量的压力是否稳定在设定值通过第八调节阀21自动调节供汽联箱25内的压力；安全阀23用于供汽联箱25的超压保护。在中压缸和低压缸之间的联通管上设置有联通管蝶阀38，用以调节中压缸和低压缸之间联通管的低压抽汽汽源压力。一种大型纯凝汽式汽轮发电机组供热系统的供热方法，基于上述一种大型纯凝汽式汽轮发电机组供热系统，包括以下几个步骤：步骤（1）：供热前检查；机组停机状态，检查并确认蒸汽混合器7、减温器14、压力匹配器22以及供汽联箱25之间相连管道上各阀门动作正常，并确认各阀门处于关闭状态，联通管蝶阀38全开；步骤（2）：初启动；机组启动并运行正常后，逐渐微开管道上各阀门对供热管道进行疏水暖管，排尽系统管道腔室内积水后，保持所有调节阀全关外、全开管道上其他各阀门，开启第五调节阀31和第六调节阀37，在保证低压缸最低冷却流量的情况下逐浙关小联通管蝶阀38以提高低压汽源供汽量；微开是指各阀门总行程的2～5%；（3）检查确认锅炉再热器冷段蒸汽压力、温度稳定，逐步开启锅炉再热器冷段第一调节阀，通过蒸汽混合器7、压力匹配器22、供汽联箱25向用户供汽；（4）当机组带负荷，锅炉再热器冷段压力无法满足供汽压力要求时，开启高压旁路阀41提高锅炉再热器冷段和锅炉再热器热段的压力，使供汽压力满足要求；当蒸汽混合器7蒸汽温度达不到供汽温度要求时，开启第二调节阀12向蒸汽混合器7供汽以提高向用户供汽的供汽温度；（5）当蒸汽混合器7蒸汽温度高于供汽温度要求时，开启减温器14，使供汽联箱25蒸汽温度符合供汽温度要求；（6）当热用户需求量增加且仅通过锅炉再热器冷段供汽无法满足要求时，通过开启第二调节阀12提高锅炉再热器热段向蒸汽混合器7的供汽量，当蒸汽混合器7蒸汽温度高于供汽温度要求时，启动减温器14，使供汽联箱25蒸汽温度符合供汽温度要求；（7）供热系统停运：逐渐关小第八调节阀21，直至全关；逐渐关小第四调节阀15，退出后关闭第八截止阀26；当供汽联箱25蒸汽流量接近于零时，关闭两路高压抽汽管路和两路低压抽汽管路上的电动阀、逆止阀和调节阀。实施例1以汽轮机型号为n300-16.7/538/538-9的亚临界、一次中间再热、两缸两排气、纯凝气式机组进行供热改造工程应用为例。供热蒸汽的要求为：供汽联箱25的压力0.75mpa(表压，全文压力单位均为表压)；供汽温度要求大于280℃；设计供汽蒸汽流量150t/h。由于供汽压力要求不高，可从中低压缸联通管抽汽供热，该工程采用了供汽联箱25、联通管碟阀38，相应管道、阀门及流量、压力、温度测量装置构成，如图3所示。试验过程中供汽压力、温度都满足供热蒸汽参数要求的前提下，将联通管碟阀38关闭至机械限位25%。该联通管碟阀38机械限位25%是为了保证通过低压缸的蒸汽流量大于低压缸最小冷却流量，防范低压缸转子未级叶片超温而导致低压缸转子受损，保证低压缸转子未级叶片不超温所对应的通过低压缸的极限蒸汽流量为低压缸最小冷却流量，相同负荷工况下此限位对应中压缸排汽压力最大值。联通管碟阀38开度大于机械限位25%，则通过低压缸的蒸汽流量大于低压缸最小冷却流量，相同负荷工况下大于25%的联通管碟阀38开度时中压缸排汽压力值也会小于机械限位25%对应压力值。联通管碟阀38稳定在25%的开度后，逐渐提高机组负荷，试验负荷与抽汽量的对应关系试验数据如表1所示。表1试验负荷与抽汽量的对应关系试验数据实施例2以汽轮机型号为n320—16.7/537/537-2的亚临界、一次中间再热、两缸两排气、纯凝气式机组进行供热改造工程应用为例。供热蒸汽的要求为：供汽联箱25压力1.50mpa，供汽温度要求355℃；设计供热流量150t/h；未端供汽参数：1.00mpa，240℃。机组最大出力330mw运行时，中压缸排汽压力最大值为0.84mpa，因而从中低压缸联通管抽汽无法达到供汽联箱25压力要求的1.50mpa压力，需从压力等级更高的锅炉再热器冷段或热段抽汽，为此该工程采用了压力配器22、供汽联箱25，相应管道、阀门及流量、压力、温度测量装置构成，如图4所示。试验过程逐渐提高机组负荷，负荷与抽汽量的对应关系试验数据如表2所示。机组供热运行过程中汽轮机轴向推力瓦温度、轴承温度和轴系振动与非供热工况基本一致，锅炉过热器和再热器无超温或温度偏低现象。表2试验负荷与抽汽量的对应关系试验数据负荷(mw)再热器压力(mpa)供汽流量(t/h)1351.413181411.444201491.471241531.519301641.619401771.739501941.876602072.025702212.185802362.353902582.5281002692.7081102822.8921202963.081303153.27140通过实施例1和实施例2的比较分析可以发现，同样是160mw工况，在中低压缸联通管处设置有联通管蝶阀38的实施例1抽汽量（161mw，80t/h）明显大于实施例2抽汽量（164mw，40t/h）。对于实施例1的应用是基于热用用户对供汽压力需求不高(不高于0.75mpa)的情况、且通过调节联通管蝶阀38的开度提高供汽压力后能满足热用户要求的情况。对于实施例2要求供汽联箱25压力1.50mpa，是不能通过调节联通管蝶阀38的开度来实现的。通过实施例发现，纯凝汽式汽轮发电机组进行供热改造，可根据热用户对蒸汽参数的要求，根据图2的结构功能进行相应改造，或根据图2进行供热改造后根据热用户的需求采用不同的供汽运行方式以满足其要求。通过工程实践应用，在原锅炉和汽轮机主机不作任何变动的情况下，对纯凝汽式汽轮发电机组进行供热系统完全可以实现向外供热，实现热电联产的目标。本发明提出的大型纯凝汽式汽轮发电机组供热系统，通过工程实践应用，对于供汽压力不高的热用户采用联通管蝶阀38开度的调节可提高供热蒸汽流量；对于供汽压力较高的热用户可采用压力匹配器22通过高压汽源带动低压汽源提高对外供汽能力。该大型纯凝汽式汽轮发电机组供热系统的结构改造是对锅炉和汽轮机不需作任何改造，供热运行过程对汽轮机轴向推力不会造成影响，对锅炉过热器和再热器不会造成超温或温度过低现象。以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页12