一种基于蒸汽余压利用的循环水泵节能控制系统及方法与流程

本发明属于热能回收以及转动机械双驱动技术领域，尤其涉及一种基于蒸汽余压利用的循环水泵节能控制系统及方法。

背景技术：

在节能减排大趋势下，对工业供热富裕能量和火电厂供热富裕能量进行回收势在必行，目前一般工业供热和火电厂对外供热，由于供热热源与热用户存在不匹配问题，及供热的可靠性要求，普遍存在供热压力较热用户需求过高，从而导致供热热力系统存在较大的能量浪费。

就一般工业用户来说，所需蒸汽压力普遍在1.2-1.5mpa，温度约在200-300℃，蒸汽需要量多在100t/h以上，而现有火力发电厂常规厂用蒸汽等级多在0.8-1.0mpa，从而使得在工业用户需要现有发电厂提供蒸汽供热的时候，现有的发电厂热力系统不能够提供有效合适的蒸汽汽源。现在普遍的做法，一种是直接从锅炉高温高压蒸汽(一般情况下为12mpa,540℃以上)出口接减温减压器来供给热用户，另外一种做法是通过汽轮发电机组的高压缸排汽(约2.8-3.8mpa,330℃)或中压缸进汽(约2.8-3.8mpa,530℃)引出蒸汽，通过减温减压器来供给工业用户，无疑这两种情况都由于减温减压器的使用造成较大的供汽压损，从而造成的蒸汽能量的巨大浪费。

现在实际应用的循环水泵都是电驱动的，如果利用启动供热蒸汽富裕能量通过汽轮机驱动循环水泵的时候，无疑较好的利用了供热蒸汽的富裕能量，但是同时也会存在供热蒸汽富裕能量与循环水泵需求的能量不匹配的问题，以及由此双驱动系统的控制问题。

有鉴于上述的问题，本设计人通过研究创新，对于具有对外工业供热需要的发电厂，设计一种蒸汽余压利用的循环水泵双驱动系统及其控制方法，不但可以利用对外供热的富裕能量，同时又可满足发电厂的循环水系统驱动的要求，以及该双驱动控制方式的启动、在线互相切换及同时驱动运行和停止，从而能够使得供热的富裕能量在实际工程上能够得以利用，从而达到节能降耗的目的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于蒸汽余压利用的循环水泵节能控制系统及方法，以解决上述技术问题。

本发明提供了一种基于蒸汽余压利用的循环水泵节能控制系统，包括发电厂汽轮发电机组的循环水泵、背压式汽轮机、sss离合器、驱动电机、汽机驱动轴、电机驱动轴、汽机驱动轴转速探头、电机驱动轴转速探头、双驱动控制装置；

所述双驱动控制装置与所述汽机驱动轴转速探头、电机驱动轴转速探头，以及所述循环水泵、背压式汽轮机、驱动电机通过信号电缆和控制电缆连接；

所述循环水泵通过汽机驱动轴与所述背压式汽轮机连接；所述汽机驱动轴转速探头与所述汽机驱动轴连接，用于监测汽机驱动轴转速，并将转速信号发送至所述双驱动控制装置；

所述背压式汽轮机通过sss离合器、电机驱动轴与所述驱动电机连接；所述电机驱动轴转速探头与所述电机驱动轴连接，用于监测电机驱动轴转速，并将转速信号发送至所述双驱动控制装置；

所述循环水泵的进口连接有循环水进水管道，出口连接有循环水出水管道；

所述背压式汽轮机的进汽口连接有高压进汽管道，排气口连接有供热管道。

进一步地，所述高压进汽管道的蒸汽来自发电厂汽轮发电机组的主蒸汽汽源、再热蒸汽汽源，工业用汽或采暖用汽。

进一步地，所述供热管道用于工业供热，民用采暖供热，以及不同压力温度等级的供热。

进一步地，所述循环水进水管道的循环水来自发电厂的冷却水源，包括经过冷却塔冷却后的循环水，以及取自江河湖海的开式冷却循环水。

进一步地，所述循环水泵的出口通过所述循环水出水管道与发电厂汽轮发电机组的凝汽器连接，用于将循环水泵出口的循环水送入所述凝汽器，作为凝汽器的冷却水源，或用于工业用途的冷凝装置所用冷却水。

进一步地，所述汽机驱动轴转速探头、电机驱动轴转速探头采用键相脉冲式、反光脉冲式或多齿脉冲式转速探头。

进一步地，所述双驱动控制装置采用就地plc控制系统、远程scs顺序控制系统或dcs分散控制系统。

本发明还提供了一种应用上述循环水泵节能系统的节能方法，包括：

当供热蒸汽富裕能量大于等于循环水泵所需能量时，利用供热蒸汽富裕能量驱动背压式汽轮机转子转速达到循环水泵工作转速，当转速产生正偏差时，通过sss离合器使驱动电机与背压式汽轮机及循环水泵脱扣；

当供热蒸汽富裕能量小于循环水泵所需能量时，循环水泵处于负偏差工作转速，启动驱动电机，通过sss离合器使驱动电机与背压式汽轮机及循环水泵齿合，由背压式汽轮机及驱动电机共同驱动循环水泵；

双驱动控制装置启动时，若有汽轮机启动蒸汽，则首先启动汽轮机来驱动循环水泵，否则启动驱动电机来驱动循环水泵；在线切换控制时，通过转速探头测量的汽轮机转轴转速与电机驱动轴转速的正负偏差，来判断主动驱动轮，进而实现主动轮的驱动转换控制；停泵时，通过判断运行的设备，实现单独停止运行设备和顺序停止双驱动设备。

借由上述方案，通过基于蒸汽余压利用的循环水泵节能控制系统及方法，实现利用供热蒸汽的富余能量驱动循环水泵，当供热蒸汽的富余能量足以驱动循环水泵的时候，驱动电机通过sss离合器与汽轮机驱动轴脱扣，当供热蒸汽的富余能量不足以驱动循环水泵的时候，可启动驱动电机，驱动电机通过sss离合器自动与汽轮机驱动齿合，驱动电机与汽轮机共同驱动循环水泵运行，从而使得高压蒸汽富裕的能量得以有效的回收利用的同时，也满足的循环水泵驱动的需求。该双驱动控制方式启动时，如若有汽轮机启动蒸汽，则首先启动汽轮机来驱动循环水泵，否则启动驱动电机来驱动循环水泵；在线切换控制时，通过转速探头测量的汽轮机转轴转速与电机驱动轴转速的正负偏差，来判断主动驱动轮，进而实现主动轮的驱动转换控制。停泵时，通过判断运行的设备，实现单独停止运行设备和顺序停止双驱动设备。

附图说明

图1是本发明基于蒸汽余压利用的循环水泵节能控制系统的结构示意图；

图2是本发明的控制方式示意图。

图中标号：

1-循环水泵；2-背压式汽轮机；3-sss离合器；4-驱动电机；5-汽机驱动轴；6-电机驱动轴；7-汽轮机高压进汽管道；8-供热管道；9-循环水进水管道；10-循环水出水管道；11-汽机驱动轴转速探头；12-电机驱动轴转速探头；13-双驱动控制装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参图1、图2所示，本实施例提供了一种基于蒸汽余压利用的循环水泵节能控制系统，包括发电厂汽轮发电机组的循环水泵1、背压式汽轮机2、sss离合器3、驱动电机4、汽机驱动轴5、电机驱动轴6、汽机驱动轴转速探头11、电机驱动轴转速探头12、双驱动控制装置13；

双驱动控制装置13与汽机驱动轴转速探头11、电机驱动轴转速探头12，以及所述循环水泵1、背压式汽轮机2、驱动电机4通过信号电缆和控制电缆连接；

循环水泵1通过汽机驱动轴5与背压式汽轮机2连接；汽机驱动轴转速探头11与汽机驱动轴5连接，用于监测汽机驱动轴转速，并将转速信号发送至双驱动控制装置13；

背压式汽轮机2通过sss离合器3、电机驱动轴6与驱动电机4连接；电机驱动轴转速探头12与电机驱动轴6连接，用于监测电机驱动轴转速，并将转速信号发送至双驱动控制装置13；

循环水泵1的进口连接有循环水进水管道9，出口连接有循环水出水管道10；

背压式汽轮机2的进汽口连接有高压进汽管道7，排气口连接有供热管道8。

sss离合器3(synchro-self-shifting简称)是一个可以在全转速运行时脱开或者联接两条轴的联轴器。当离合器的主动、从动齿轮转速完全相等时两者相位同步、自动轴向移动而啮合，而一旦输入转速低于输出转速时离合器脱开。

sss离合器3也可以是任何其他型式的转动机械自动脱扣连接设备。背压式汽轮机2可以为任何形式的背压汽轮机。驱动电机4可以是任何型式的电动机。

当供热蒸汽富裕能量大于等于循环水泵所需能量时，利用供热蒸汽富裕能量驱动背压式汽轮机转子转速达到循环水泵工作转速，当转速产生正偏差时，通过sss离合器使驱动电机与背压式汽轮机及循环水泵脱扣；

当供热蒸汽富裕能量小于循环水泵所需能量时，循环水泵处于负偏差工作转速，启动驱动电机，通过sss离合器使驱动电机与背压式汽轮机及循环水泵齿合，由背压式汽轮机及驱动电机共同驱动循环水泵；

双驱动控制装置启动时，若有汽轮机启动蒸汽，则首先启动汽轮机来驱动循环水泵，否则启动驱动电机来驱动循环水泵；在线切换控制时，通过转速探头测量的汽轮机转轴转速与电机驱动轴转速的正负偏差，来判断主动驱动轮，进而实现主动轮的驱动转换控制；停泵时，通过判断运行的设备，实现单独停止运行设备和顺序停止双驱动设备。

通过该循环水泵节能系统，能够实现利用供热蒸汽的富余能量驱动循环水泵，当供热蒸汽的富余能量足以驱动循环水泵的时候，驱动电机通过sss离合器与汽轮机驱动轴脱离，当供热蒸汽的富余能量不足以驱动循环水泵的时候，驱动电机通过sss离合器自动与汽轮机驱动齿合，驱动电机与汽轮机共同驱动循环水泵运行，从而不但使得高压蒸汽富裕能量的得以有效的回收利用，从而也满足了循环水泵额定功率的驱动需求，该双驱动控制方式可以实现循环水泵双驱动方式的启动、双驱动方式的在线互相切换及同时运行，以及双驱动方式的停止，进而达到节能降耗的目的。

在本实施例中，高压进汽管道7的蒸汽来自发电厂汽轮发电机组的主蒸汽汽源、再热蒸汽汽源(包括再热蒸汽的冷段和再热蒸汽的热段)，任何用途的工业用汽或采暖用汽。

在本实施例中，供热管道8(背压式汽轮机排汽供热)用于任何用途形式的工业供热，民用采暖供热，以及不同压力温度等级的供热。

在本实施例中，循环水进水管道9的循环水来自发电厂的冷却水源，包括经过冷却塔冷却后的循环水，以及取自江河湖海的开式冷却循环水。

在本实施例中，循环水泵1的出口通过所述循环水出水管道10与发电厂汽轮发电机组的凝汽器连接，用于将循环水泵1出口的循环水送入所述凝汽器，作为凝汽器的冷却水源，或用于任何其他工业用途的冷凝装置所用冷却水。

在本实施例中，汽机驱动轴转速探头11和电机驱动轴转速探头12可以是任何型式的转速探头，包括键相脉冲式、反光脉冲式以及多齿脉冲式等各种型式；

在本实施例中，双驱动控制装置13(控制柜/系统)可以为各种方式的工业控制型式，包括就地plc控制型式，以及远程scs顺序控制系统及dcs分散控制系统等。

在本实施例中，循环水泵(1)可以为任何工业生产型式所用的循环水泵，同时也包括任何型式发电用的循环水泵，无论是空冷型式、湿冷型式，以及开式循环水系统所用循环水泵和闭式循环水系统所用循环水泵。

本实施例通过汽轮机驱动循环水泵，使得供热蒸汽富裕能量得以回收和利用，同时通过驱动汽轮机、sss离合器以及驱动电机的一种组合及其控制，使得这种回收和利用装置得以满足循环水泵能量的需求及实际工程控制需要。

循环水泵1启动时，当有供热富裕蒸汽驱动循环水泵的时候，sss离合器3齿合解锁，循环水泵1独立由汽轮机带动启动；当没有蒸汽供热富裕裕量的时候，sss离合器3齿合锁定，循环水泵1独立由电动机带动启动。

循环水泵1正常运行时，当供热蒸汽富裕能量大于等于循环水泵所需能量的时候，驱动汽轮机转子转速达到循环水泵1工作转速，这个时候循环水泵1由汽轮机驱动(正偏差工作转速)，sss离合器3齿合解锁，然后停止驱动电机4运行，驱动电机4通过sss离合器3与循环水泵1和背压式汽轮机2自动脱扣；当供热蒸汽富裕能量小于循环水泵1所需能量的时候，驱动汽轮机2调速汽门全开，循环水泵1转速低于工作转速(负偏差工作转速)，启动驱动电动4，驱动电机4通过sss离合器3与循环水泵1和背压式汽轮机2自动齿合，齿合锁定，循环水泵1由背压式汽轮机2及驱动电机4共同驱动，从而使得循环水泵1的双驱动得以实现。

同样的道理，循环水泵1停止时，当循环水泵1由背压式汽轮机2驱动时，sss离合器3处于齿合解锁状态，停止背压式汽轮机2即可实现停止循环水泵1；当循环水泵1由驱动电机4驱动时，sss离合器3处于齿合锁定，停止驱动电机4即可实现循环水泵1的停止。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。