一种汽轮机高背压供热系统及其辅助系统的制作方法

本发明属于汽轮机高背压供热技术领域，特别涉及一种汽轮机高背压供热系统及其辅助系统。

背景技术：

随着高背压供热改造技术的成熟与发展，国内越来越多的电厂对机组进行高背压供热改造，以扩大机组供热面积，提高热经济性。当机组处于采暖季时，通过提高运行背压至40～50kpa，提高低压缸排汽温度至80～90℃对热网回水进行一次加热，被加热的热网回水通过热网加热器二次加热后进行生活工业供热。

改造后的汽轮机高背压供热系统中，由于机组运行背压和低压缸排汽温度的升高，会导致汽轮机机组各辅助系统原设计工作温度均低于改造后的实际工作温度，使得辅助系统与主机系统不匹配，这不仅将难以将高背压供热的热经济性发挥到最大，同时也将大大增加机组运行的安全风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种汽轮机高背压供热系统及其辅助系统，以解决目前汽轮机组辅助系统与主机系统不匹配的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种汽轮机高背压供热系统的辅助系统，包括：凝汽器辅助系统、轴封冷却器辅助系统、给水泵汽轮机辅助系统和主机凝结水减温水辅助系统中的一种或多种；凝汽器辅助系统包括：前水室、管板、后水室、换热管、凝汽器喉部、低压缸排汽蒸汽管道和伸缩节；凝汽器的前水室和后水室为厚度15mm～20mm的钢板，钢板的屈服强度的范围为235mpa～345mpa；管板为不锈钢复合板；凝汽器喉部与低压缸排汽蒸汽管道连接处设置有伸缩节；轴封冷却器辅助系统包括：采暖季轴封冷却器和非采暖季轴封冷却器；采暖季时，汽轮机门杆和转子漏汽通过蒸汽管道与采暖季轴封冷却器相连通；非采暖季，汽轮机门杆和转子漏汽通过蒸汽管道与非采暖季轴封冷却器相连通；其中，蒸汽管道上设有阀门；给水泵汽轮机辅助系统包括：给水泵汽轮机、原抽汽管道、补充抽汽管道和排汽管道；非采暖季节时，汽轮机抽汽通过原抽汽管道进入给水泵汽轮机，通过排汽管道进入凝汽器；采暖季节时，汽轮机抽汽通过原抽汽管道进入给水泵汽轮机，通过排汽管道进入凝汽器，给水泵汽轮机增设的补充抽汽管道与高压补充汽源相连通；主机凝结水减温水辅助系统中，减温水为38℃～42℃的低温凝结水。

进一步地，凝汽器辅助系统的换热管为tp317l焊接不锈钢直管。

进一步地，换热管与管板的连接方式为胀接加密封焊。

进一步地，主机凝结水减温水辅助系统包括凝结水精处理装置；凝结水精处理中采用耐85℃～90℃高温的强碱性阴离子交换树脂作为除盐材料。

进一步地，采暖季，给水泵汽轮机辅助系统中给水泵汽轮机进汽口通过蒸汽管道与再热前高压缸排汽管道相连通。

进一步地，补充抽汽管道上设置有调节阀。

进一步地，主机凝结水减温水辅助系统中，本机减温水母管与临机凝汽器凝结水箱相连通，本机凝汽器凝结水箱通过管道与临机热网加热器疏水箱相连通。

进一步地，管板的外层纯不锈钢的厚度为3.5mm，内层碳钢的厚度为28.5mm。

一种汽轮机高背压供热系统，包括：高背压主机系统和本发明的辅助系统；

非采暖季时，主机系统汽轮机低压缸排汽口通过排汽管道与凝汽器辅助系统伸缩节、凝汽器喉部依次相连通；凝汽器凝结水集水箱出口通过凝结水管道与凝结水精处理装置的凝结水入口相连通，凝结水精处理装置的凝结水出口通过凝结水管道与非采暖季用轴封冷却器辅助系统的凝结水入口相连通，轴封冷却器辅助系统的凝结水出口通过蒸汽管道与主机系统的n0.8加热器的凝结水入口相连通；给水泵汽轮机辅助系统的进汽口通过原抽汽管道与主机系统除氧器所在抽汽管道相连通，给水泵汽轮机辅助系统的排汽口通过排汽管道与凝汽器喉部相连通。

进一步地，采暖季时，主机系统汽轮机低压缸排汽口通过排汽管道与凝汽器辅助系统伸缩节、凝汽器喉部依次相连通，凝汽器凝结水集水箱出口通过凝结水管道与凝结水精处理装置的凝结水入口相连通，凝结水精处理装置的凝结水出口通过凝结水管道与采暖季用轴封冷却器辅助系统的凝结水入口相连，轴封冷却器辅助系统的凝结水出口通过蒸汽管道与主机系统的n0.8加热器的凝结水入口相连；给水泵汽轮机辅助系统的进汽口通过补充抽汽管道与主机系统再热前高压缸排汽管道相连，给水泵汽轮机辅助系统的排汽口通过排汽管道与凝汽器喉部相连通。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明凝汽器辅助系统通过采用高强度钢板以及增加凝汽器水室和管板厚度，可强化凝汽器结构；同时凝汽器喉部与汽轮机低压缸连接处增加伸缩节，可降低管束应力。本发明可解决由于低压缸排汽温度、压力升高带来的水室及管板压力承压提高、胀管应力增加等安全问题。本发明新增一套采暖季用轴封冷却器，可解决现有轴封冷却器冷却能力无法满足采暖季汽轮机组高背压运行工况下的要求，可保证机组真空系统安全运行。本发明通过增设一路高压汽源，可解决小汽轮机由于进汽压力降低而排汽压力升高，给水泵无法满足锅炉给水需求的问题。

进一步地，通过使用临机低温凝结水作为减温水，可解决采暖季高背压机组凝结水水温升高无法满足喷水减温的问题，能够有效防止机组变工况条件下，排汽温度不稳定性升高带来的安全问题。

进一步地，采用耐高温强碱性阴离子交换树脂解决了传统高速混床精除盐树脂难以在85～90℃条件下稳定工作的问题。

进一步地，补充蒸汽通过调节阀调至合适的压力，增加机组的灵活性。

进一步地，将本机凝结水引一路管道至临机热网加热器疏水箱，保证本机凝结水平衡。

附图说明

图1是本发明的一种汽轮机高背压供热系统的辅助系统中凝汽器辅助系统的结构示意图；

图2是本发明的一种汽轮机高背压供热系统的辅助系统中高压轴封冷却器辅助系统的结构示意图；

图3是本发明的一种汽轮机高背压供热系统的辅助系统中给水泵汽轮机辅助系统结构示意图；

图4为本发明的一种汽轮机高背压供热系统的结构示意图；

图1至图4中：前水室11；管板12；后水室13；凝结水集水箱14；换热管15；凝汽器喉部16；低压缸排汽蒸汽管道17；伸缩节18；壳体19；采暖季轴封冷却器21；非采暖季轴封冷却器22；蒸汽管道23；阀门24；给水泵汽轮机31；原抽汽管道32；补充抽汽管道33；排汽管道34；汽轮机高中压缸1；热网加热器2；低压缸3；凝汽器4；冷却塔5；冷却水循环水泵6；热网循环水泵7。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1，本发明的一种汽轮机高背压供热系统的辅助系统，包括：凝汽器辅助系统、高压轴封冷却器辅助系统、给水泵汽轮机辅助系统和主机凝结水减温水辅助系统。

凝汽器辅助系统包括：前水室11、管板12、后水室13、凝结水集水箱14、换热管15、凝汽器喉部16和低压缸排汽蒸汽管道17。前水室11设置有冷却水入口和冷却水出口；冷却水入口经部分换热管15与后水室13相连通，后水室13通过另外一部分换热管15与冷却水出口相连通；换热管15通过管板12固定设置于壳体19内，壳体19设置有蒸汽入口和出口，蒸汽入口处设置有凝汽器喉部16和低压缸排汽蒸汽管道17。

凝汽器前水室11、管板12和后水室13所用材料为高强度钢板，其屈服强度为235mpa～345mpa，前水室11和后水室13的厚度为15mm～20mm，管板12采用不锈钢复合板其中外层纯不锈钢的厚度为3.5mm，内层碳钢的厚度为28.5mm。。换热管15选用tp317l焊接不锈钢直管，其与管板12的连接方式为胀接加密封焊。凝汽器喉部16与低压缸排汽蒸汽管道17连接处增加有伸缩节18。

请参阅图2，高压轴封冷却器辅助系统包括：采暖季轴封冷却器21、非采暖季轴封冷却器22、蒸汽管道23和阀门24。汽轮机门杆和转子漏汽通过蒸汽管道23在采暖季和非采暖季分别通向采暖季轴封冷却器21和非采暖季轴封冷却器22，其中蒸汽管道23设有阀门24，数量为4个。

请参阅图3，给水泵汽轮机辅助系统包括：给水泵汽轮机31、原抽汽管道32、补充抽汽管道33和排汽管道34。非采暖季节汽轮机抽汽经原抽汽管道32进入给水泵汽轮机31，推动转子做功后，经排汽管道34进入凝汽器。采暖季节给水泵汽轮机31增设一路高压补充汽源，其中所用高压补充汽源由再热冷段提供。补充抽汽管道33设有控制高压抽汽压力的调节阀35，数量为1个。同时系统配有喷水减温装置，减温水为来自于临机40℃的低温凝结水，临机为纯凝机组；供热季控制低压缸排汽温度不大于110℃，同时将本机凝结水引一路管道至临机热网加热器疏水箱，保证本机凝结水平衡。

凝结水精处理采用耐90℃高温的强碱性阴离子交换树脂作为除盐材料。

请参阅图4本发明的一种汽轮机高背压供热系统，包括：高背压主机系统和本发明上述的辅助系统。

高背压主机系统包括汽轮机高中压缸1、热网加热器2、低压缸3、凝汽器4、冷却塔5、冷却水循环水泵6和热网循环水泵7。汽轮机高中压缸1抽汽装置连接热网加热器2壳侧进汽口，低压缸3抽气装置连接凝汽器4壳侧进汽口，凝汽器4管侧冷却水进水口以及出水口分别通过凝汽器冷却水循环水管与冷却塔5给水管道和回水管道连接；热网回水通过热网回水管道与凝汽器4管侧冷却水进水口连接，凝汽器4管侧冷却水出水口通过热网循环水管与热网加热器2管侧进水口连接，热网加热器2管侧出水口与热网供水管道连接。凝汽器冷却水循环水管上设有冷却水循环水泵6，热网循环水管上设有热网循环水泵7。汽轮机在非采暖季采用纯凝运行工况低压转子，在采暖季采用适应高背压运行工况低压转子。其中，纯凝转子级数为2×6级，高背压转子级数为2×4级，整锻无中心孔，高背压转子比纯凝转子减少两级叶轮，同时用热网循环水替代原主机循环水，凝汽器3变成表面式加热器。

凝汽器3水室、原换热管束及管板所用材料为高强度钢板，凝汽器3的换热管选用tp317l焊接不锈钢直管，并增加凝汽器3水室和管板厚度。此外，在管束和管板之间、凝汽器喉部与汽轮机低压缸连接处增加伸缩节。系统配有喷水减温装置，减温水为来自于临机(纯凝机组)40℃的低温凝结水，供热季控制低压缸排汽温度不大于110℃，同时将本机凝结水引一路管道至临机热网加热器疏水箱，保证本机凝结水平衡。凝结水精处理系统采用耐高温强碱性阴离子交换树脂作为除盐材料。系统增加一套高背压轴封冷却器，由采暖季轴封冷却器8和非采暖季轴封冷却器9构成。小汽机系统增设一路高压补充汽源，汽源由再热冷段提供，高压汽源经管道调节阀降压后，作为小汽轮机高背压工况下抽汽的补充汽源。系统采用整体铸造式高中压内缸结构、整体铸造360°切向蜗壳进汽低压内缸采用预扭装配式隔板(静叶栅)，转子与静叶结构空间设计成导流结构。

非采暖季时；主机系统汽轮机低压缸排汽口通过排汽管道17与凝汽器辅助系统伸缩节18、凝汽器喉部16依次相连通；凝汽器凝结水集水箱出口通过凝结水管道与凝结水精处理装置的凝结水入口相连通，凝结水精处理装置的凝结水出口通过凝结水管道与非采暖季用轴封冷却器辅助系统的凝结水入口相连通，轴封冷却器辅助系统的凝结水出口通过蒸汽管道与主机系统的n0.8加热器的凝结水入口相连通；给水泵汽轮机辅助系统的进汽口通过原抽汽管道32与主机系统除氧器所在抽汽管道相连通，给水泵汽轮机辅助系统的排汽口通过排汽管道34与凝汽器喉部16相连通。

采暖季时，主机系统汽轮机低压缸排汽口通过排汽管道17与凝汽器辅助系统伸缩节18、凝汽器喉部16依次相连通，凝汽器凝结水集水箱出口通过凝结水管道与凝结水精处理装置的凝结水入口相连通，凝结水精处理装置的凝结水出口通过凝结水管道与采暖季用轴封冷却器辅助系统的凝结水入口相连，轴封冷却器辅助系统的凝结水出口通过蒸汽管道与主机系统的n0.8加热器的凝结水入口相连；给水泵汽轮机辅助系统的进汽口通过补充抽汽管道32与主机系统再热前高压缸排汽管道相连，给水泵汽轮机辅助系统的排汽口通过排汽管道34与凝汽器喉部16相连通。

实施例1

根据本发明的实施例进行测试，以某4×300mw亚临界凝机机组为例，该机组进行汽轮机双转子互换高背压供热改造前，约有300吨/时蒸汽排入凝汽器，导致供热能力不足，300mw机组供热能力只有200mw左右；改造后，供热期间采用高背压低压转子，汽轮机背压提高到54kpa，排汽温度最高为83.3℃。为解决高背压排汽参数变化导致辅助系统不匹配的问题，对凝汽器应力变化采取更换高强度材料的措施；给水泵汽轮机由再热冷段增设一路高压汽源(3.462mpa，312.9℃)，高压汽源经管道调节阀降压后，作为小汽轮机高背压工况下4段抽汽的补充汽源；为确保真空系统正常运行，增加一套高背压轴封冷却器；为解决凝结水温度升高的问题，主机凝结水系统使用临机(纯凝机组)低温凝结水(40℃)做减温水，同时将本机凝结水引一路管道至临机热网加热器疏水箱；最后凝结水精处理采用耐高温强碱性阴离子交换树脂作为除盐材料。经过对以上辅助系统进行匹配设计，以55℃热网回水作为凝汽器的循环水，在凝汽器中被低压缸排汽加热至80℃，再到热网加热器加热至110℃，完成循环水供热。最终实现了300mw机组供热能力507.5mw，高背压考核工况下热耗率小于3700kj/kwh，发电煤耗小于140g/kwh，供热面积从400万平米提高到1100万平米。由此可见采用高背压供热后该系统大大提高了机组的供热能力，而辅助系统与主机系统的匹配保证了机组热经济性达到最大以及安全运行。

综上，本发明提供了一种匹配汽轮机高背压供热的辅助系统，系统包括凝汽器辅助系统、轴封冷却器辅助系统、给水泵汽轮机辅助系统和主机凝结水减温水辅助系统。本发明的辅助系统可与高背压供热系统的主机系统相匹配，可确保汽轮机组在采暖季的安全稳定运行，同时可使得热经济性达到最大。