CN103790642A - 燃气－蒸汽联合循环热电联产汽轮机及联合循环机组 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了燃气－蒸汽联合循环热电联产汽轮机及燃气－蒸汽联合循环热电联产联合循环机组。热电联产汽轮机包括：高中压缸、低压缸及同步自换档SSS离合器，高中压缸的高中压转子与SSS离合器的输出端相连接，低压缸的低压转子与SSS离合器的输入端相连接。联合循环机组包括本发明提供的燃气－蒸汽联合循环热电联产汽轮机。本发明提供的热电联产汽轮机可以在热电联产联合循环机组处于运行状态时，令热电联产汽轮机的低压缸独立与高中压缸停止运行或启动运行，使热电联产汽轮机可以在不同工况下采用不同模式运行；本发明提供的燃气－蒸汽联合循环热电联产汽轮机可以按照需要采用不同的模式运行，从而提高整个联合循环机组的热效率。

Description

燃气-蒸汽联合循环热电联产汽轮机及联合循环机组

技术领域

本发明涉及机电领域，尤其涉及燃气－蒸汽联合循环热电联产汽轮机及燃气－蒸汽联合循环热电联产联合循环机组。

背景技术

燃气－蒸汽联合循环热电联产联合循环机组，是指由燃气轮机、余热锅炉和汽轮联合循环机组成的，既利用燃气轮机和热电联产汽轮机生产电能，又利用热电联产汽轮机作过功的蒸汽对外供热的动力装置。由于热电联产联合循环机组能够同时进行发电和提供热能，较之分别生产电、热能方式，能节约燃料提高能源资源的利用效率，是一种有显著优点的、有较大发展潜力的动力装置。

由于热电联产联合循环机组对外供热主要通过蒸热电联产汽轮机抽汽实现，热电比通常较小，为了保证热电联产联合循环机组供热达到最大，最常用的方式是采用背压抽汽式热电联产汽轮机作为热电联产联合循环机组的热电联产汽轮机。

采用调整抽汽式热电联产汽轮机作为热电联产联合循环机组的热电联产汽轮机，在最大热负荷时为了保证热电联产汽轮机低压缸不因末级叶片鼓风而造成排汽温度升高，就需要有一定量的冷却蒸汽流量对其进行降温，这部分冷却蒸汽在低压缸内做功很少，其所携带的热量被循环冷却水吸收经冷却塔消耗，这就会造成热量浪费，整个联合循环机组的热效率低。

发明内容

本发明实施例提供了燃气－蒸汽联合循环热电联产汽轮机及燃气－蒸汽联合循环热电联产联合循环机组，以解决现有燃气－蒸汽联合循环供热联合循环机组热效率低的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种热电联产汽轮机，该热电联产汽轮机包括：

高中压缸、低压缸及同步自换档（SSS，SYNCHRO SELF SHIFTING)离合器，所述高中压缸的高中压转子与SSS离合器的输出端相连接，所述低压缸的低压转子与SSS离合器的输入端相连接。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述热电联产汽轮机的高中压缸与低压缸通过中低压导汽管道连接，所述中低压导汽管道上设置有蒸汽截止阀MESV及蒸汽调节阀MECV，所述MESV靠近所述高中压缸设置，所述MECV靠近低压缸设置，热网抽气管道连接在所述中低压导汽管道所述MESV与所述高中压缸之间的部分上。

第二方面，本发明实施例还提供了一种燃气－蒸汽联合循环热电联产汽轮联合循环机组，所述联合循环机组包括前述第一方面及第一方面的第一种可能的实现方式所述的热电联产汽轮机。

与现有技术相比，本发明提供的燃气－蒸汽联合循环热电联产机可以在热电联产联合循环机组处于运行状态时，令热电联产汽轮机的低压缸独立与高中压缸停止运行或启动运行，使热电联产汽轮机可以在不同工况下采用不同模式运行，为提高整个热电联产联合循环机组的热效率低创造了条件；本发明提供的燃气－蒸汽联合循环热电联产汽轮机由于可以按照需要在不同的工况下采用不同的模式运行，可以提高整个热电联产联合循环机组的热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明燃气－蒸汽联合循环热电联产汽轮机的一个实施例框图；

图2为本发明燃气－蒸汽联合循环热电联产汽轮机的另一个实施例框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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做出创造性劳动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。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

如图1所示，为本发明热电联产汽轮机的一个实施框图。本发明提供的热电联产汽轮机包括高中压缸101、低压缸102及SSS离合器103。

SSS离合器，是指具有同步自换档（SYNCHRO SELF SHIFTING）功能的离合器，同步自换档功能是指当SSS离合器输入端的转速倾向超过输出端时，离合器啮合，输出端被驱动；当SSS离合器输入端转速倾向相对于输出端减少时，产生反向力矩，离合器脱开。

如图1所示，SSS离合器103布置在热电联产汽轮机高压缸101与低压缸102之间，热电联产汽轮机高中压缸101的高中压转子1011与低压缸102的低压转子1021通过SSS离合器103相连接。具体来说，SSS离合器103的输出端1031与热电联产汽轮机的高中压转子1011相连接，SSS离合器103的输入端1032与热电联产汽轮机的低压转子1021向连接。发电机104布置在高压缸侧，可以单独由高中压转子1011带动，也可以由通过SSS离合器103啮合在一起由低压转子1021和高中压转子1011共同带动。

当热电联产汽轮机的高中压缸101和低压缸102处于共同运行状态时，热电联产汽轮机的高中压转子1011和低压转子1021通过SSS离合器103自动啮合，共同带动发电机104。

当热电联产汽轮机低压缸102退出运行时，在低压转子1021惰走低于高中压转子1011的转速后，SSS离合器103就会自动将低压转子1021脱开解列，使热电联产汽轮机的低压缸102能独立于热电联产汽轮机的高压缸101单独停止运行，由高压转子101单独带动发电机104。

当低压缸102从不运行状态投入运行时，低压转子1021会随着低压缸102的运行逐渐增速，当低压转子1021的转速略高于高中压转子1011的转速后，SSS离合器103就会自动将低压转子1021与高中压转子1011进行啮合，共同带动发电机104，从而将热电联产汽轮机的运行状态保持在高中压缸和低压缸102共同运行状态。

本发明提供的热电联产汽轮机还可以包括闭锁装置，闭锁装置用于锁定SSS离合器103。在低压缸102退出运行时，只有在将SSS离合器103闭锁装置切至解锁状态时，SSS离合器103才能将高中压转子1011和低压转子1021脱开解列，将低压缸102退出运行，为SSS离合器103加装闭锁装置可以防止在运行过程中由于外界条件影响或低压缸102运行出现波动而造成SSS离合器103在不该脱开解列时，将高中压转子1011和低压转子1021脱开解列。

从上述实施例可以看出，本发明提供的汽轮联合循环机组可以在热电联产联合循环机组处于运行状态时，令热电联产汽轮机的低压缸独立与高中压缸停止运行或启动运行，使热电联产汽轮机可以在不同工况下采用不同模式运行，为提高整个联合循环机组的热效率低创造了条件。

一般地，燃气－蒸汽联合循环机组可以为单轴或多轴布置，单轴布置是指燃气轮机轴系和热电联产汽轮机的轴系串联成一个轴系，共同驱动同一台发电机；多轴布置既燃气轮机和热电联产汽轮机各自驱动单独的发电机。根据需要燃气－蒸汽联合循环机组还可以使用2台或多台燃气轮机，通过相对应的余热锅炉共同驱动一台热电联产汽轮机。目前燃气－蒸汽联合循环机组大多数采用的是2GTG&HRSG+1STG的联合循环机组配置形式，使用两台燃气轮机通过所对应的2台余热锅炉共同驱动一台热电联产汽轮机，即“二拖一”形式的联合循环机组。

如图2所示，燃气－蒸汽联合循环热电联产汽轮机的高中压缸201与热网211通过热网抽汽管道204连接，热网抽汽管道204用于高中压缸201向热网排汽，所述热网抽汽管道204上设置有ELCV 206及热网抽汽逆止门207；高中压缸201与低压缸202通过中低压导汽管道205连接，中低压导汽管道205用于高中压缸201向低压缸202排汽，中低压导汽管道205上设置有MESV 208及MECV 209，MESV 208靠近所述高中压缸设置，MECV 209靠近低压缸设置，热网抽气管道204连接在中低压导汽管道205在MESV 208与高中压缸201之的部分上。

基于前述热电联产汽轮机，本发明提供了一种燃气－蒸汽联合循环热电联产汽轮联合循环机组，联合循环机组包含的热电联产汽轮机为本发明前述实施例所述的燃气－蒸汽联合循环热电联产汽轮机。除有特殊说明的部分外，本发明热电联产汽轮联合循环机组中本发明热电联产汽轮机与热电联产联合循环机组中其他设备的连接方式与现有技术中热电联产汽轮机与热电联产联合循环机组中其他设备的连接方式一致。

当联合循环机组处于非供热工况时，热电联产汽轮机的高、中压转子与低压转子通过SSS离合器203连成一个轴，由闭锁装置将SSS离合器203锁定，高中压缸201排汽至热网211的热网抽汽管道204上的ELCV 206关闭，MESV 208打开，MECV 209开度调为最大，蒸汽进低压缸202做功，做功后的乏汽排到凝汽器210，此时热电联产汽轮机为纯凝运行模式。

当供热初、末期及供热需求量在逐渐增减过程，联合循环机组处于部分热负荷工况时，热电联产汽轮机可采用抽凝方式运行，以实现热负荷和电负荷的比例达到目标值，抽凝方式最大供热工况运行时，MESV 208打开，MECV 209要保证有一个最小开度，该开度根据联合循环机组及运行状况的不同进行设定，防止低压缸202温度升高，此时热电联产汽轮机为抽凝运行模式，也是目前一般供热电厂常采用的供热模式。

当冬季供热需求量大，要求联合循环机组带最大供热量时，将联合循环机组切换到背压方式，即，将热电联产汽轮机的SSS离合器203闭锁装置切至解锁状态，关闭MESV208及MECV 209，停止向低压缸202进汽，低压缸202就会停止做功，当低压转子惰走低于高、中压转子的转速后，SSS离合器203就会自动将低压转子脱开解列，此时热电联产汽轮机为背压运行模式，至热网211的热网抽汽管道204上的ELCV 206控制高中压缸的排汽压力，高中压缸201的排汽及低压主汽全部用于加热热网加热器，以取得更大的供热能力以及更高的热效率。

当需要将联合循环机组切换到抽凝运行模式时，只要打开高中压缸201排汽至低压缸202的中低压导汽管道205上的MESV208及MECV 209，低压缸202投入工作，低压转子就会逐渐增速，当转速略高于高中转子的转速后，SSS离合、器203就会自动将低压转子并列开始做功。此时可以使用锁定装置将SSS离合器203进行锁定。

以“二拖一”燃气-蒸汽联合循环汽轮联合循环机组为例，联合循环机组的2台燃气轮机，通过相对应的余热锅炉共同驱动一台热电联产汽轮机，热电联产汽轮机为前述实施例所提供的三压、再热、双缸下排汽燃气-蒸汽联合循环热电联产汽轮机。联合循环汽轮联合循环机组在非采暖期按照凝汽或抽凝方式运行，冬季联合循环机组背压供热运行。根据联合循环机组特点，可以将热网疏水全部回到凝汽器，凝结水泵可以采用通常所用的3×50％的配置方案，定压运行，联合循环机组正常运行时2台运行凝结水泵能在高效率区运行。此种凝泵配置方案简化整个热电联产热力系统，一方面可以减少凝结水泵及其变频器的初始投资，节省了4台热网疏水泵及其变频器；另一方面也能降低凝泵运行成本，同时节省热网疏水泵的运行成本。

采用本发明提供的安装SSS离合器的热电联产汽轮机，可以最大程度提高燃气-蒸汽联合循环机组供热能力，比已投运的“二拖一”燃气-蒸汽联合循环供热联合循环机组在发电出力相当的条件下，供热出力提高15～20%左右，联合循环机组热效率提高5%左右。所述联合循环机组还可以包括用闭式水冷却的热网二级疏水冷却器，解决联合循环机组抽凝工况热网疏水温度高，排至凝汽器将出现热网疏水汽化现象，也便于联合循环机组抽凝工况切换到背压工况，凝汽器由高真空过渡到低真空状态运行。

从上述实施例可以看出，联合循环热电联产汽轮机的高中压缸和低压缸之间通过加装SSS离合器连接，可使热电联产汽轮机在纯凝、抽凝、背压3种模式下切换，使得联合循环机组在冬季可切换按照背压机运行方式，通过SSS离合器将低压缸解列，中压缸的全部排汽及低压主汽全部用于加热热网加热器，向热力外网管线供热，提高联合循环机组的供热能力；在热负荷较低或非供热工况时，高中压缸和低压缸通过离合器连成一个轴，热电联产汽轮机改为抽凝或纯凝运行方式，使联合循环机组有很好的发电量和发电效率。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种燃气－蒸汽联合循环热电联产汽轮机，其特征在于，所述热电联产汽轮机包括：

高中压缸、低压缸及同步自换档SSS离合器，所述高中压缸的高中压转子与SSS离合器的输出端相连接，所述低压缸的低压转子与SSS离合器的输入端相连接。

2.如权利要求1所述的热电联产汽轮机，其特征在于，

所述热电联产汽轮机的高中压缸与低压缸通过中低压导汽管道连接，所述中低压导汽管道上设置有蒸汽截止阀MESV及蒸汽调节阀MECV，所述MESV靠近所述高中压缸设置，所述MECV靠近低压缸设置，热网抽气管道连接在所述中低压导汽管道所述MESV与所述高中压缸之间的部分上。

3.一种燃气－蒸汽联合循环热电联产联合循环机组，其特征在于，所述联合循环机组包括如权利要求1或2所述的热电联产汽轮机。

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