CN108468575A - 基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统及其运行方法，结构设计合理、节能、高效。本发明包括高压缸、低压缸、锅炉、除氧器、给水泵、高压加热器、锅炉给水管道、主蒸汽进汽管道、喷射热泵、补水加热器、冷却装置、控制系统、一号阀门、二号阀门、三号阀门、高压供热蒸汽管道、低压供热蒸汽管道、高压驱动蒸汽管道、补水加热器进水管道和补水加热器出水管道；高压力蒸汽参数需求的热用户，通过喷射热泵以高压驱动蒸汽引射低压供热蒸汽，通过高压供热蒸汽管道供应高压供热蒸汽；当热用户需要的高压供热蒸汽对温度要求不高时，在高压驱动蒸汽管路中增设补水加热器，通过锅炉给水冷却驱动喷射热泵的高压驱动蒸汽。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统及其运行方法。
背景技术
近年来，电力工业是节能降耗和污染减排的重点领域。中小型抽凝机组，发电煤耗高，与国家目前提倡的节能减排要求不相适应，生产成本较高，发电亏损，影响企业效益。在供热负荷条件许可的条件下，对抽凝机组实施背压改造，把抽凝式汽轮机的凝汽部分蒸汽通过冷水塔排放到大气中的热量消除，避免冷源损失，可以充分实现能源的阶梯利用，以达到降低发电煤耗，减少污染排放的目的，在取得良好经济效益的同时，有效兼顾周边环境效益。
抽凝机组改造背压机组主要是针对汽轮机进行改造，机组的发电机、开关间隔、电气保护等原有设备仍可使用。目前，改造方案主要有两种情况：（1）用新机更换旧机，其中涉及到汽轮机组基础的改造问题；（2）主要针对汽轮机本体部分的改造。前者由于重新购置新机，投资费用较高。在旧机安装使用时间短的情况下，选择对旧机本体部分进行改造，将现有抽凝机的低压通流面积改小，拆除低压缸的部分隔板和叶片，将单纯抽凝机改为抽背机，这样既符合国家节能政策要求，又能兼顾企业投资成本。
在抽凝机组改背压机组中，存在以下两种情况：（1）供热电站大部分热用户需要的汽源压力较低，而个别热用户需要的汽源压力较高，此时如果将抽凝机组改造为较高排汽压力的背压机组，如取较高的排汽压力以满足所有热用户需求，较低压力蒸汽通过减温减压器8节流得到，则经济性大打折扣；同时排汽压力过高，导致全厂发电量降低很多，无法满足自备电站用电需求。（2）所有热用户需要的汽源压力较低，但由于中小型抽凝汽轮机结构中，高压缸采用铸钢材质，而低压缸采用铸铁材质，如果要求改造后的汽轮机排汽压力较低，由于铸铁后汽缸开孔困难，无法采用通常加阻热隔板在板前另开排汽管的方案，只能采取将汽轮机的排汽压力降得更低，才能使排汽温度降得更低，达到后汽缸材质安全温度要求，此时则无法满足热用户用汽要求；如果是在高压缸处开孔，则排汽压力较高，需进一步通过减温加压器得到用户要求的蒸汽参数。
如图1所示，以上两种情况，传统方法均是利用原高压缸(图中实线框部分)，得到高压供热蒸汽，以满足最高压力用户需求，较低压力蒸汽需求的热用户通过减温减压器8节流得到低压供热蒸汽。由于减温减压器8的原理是节流效应，存在很大的节流损失，导致改造后全厂经济性大打折扣；同时，原低压缸未利用(图中虚线框部分)，导致全厂发电量降低很多，无法满足自备电站用电需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理、节能、高效的基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统及其运行方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统，包括高压缸、低压缸、锅炉、除氧器、给水泵、高压加热器、锅炉给水管道和主蒸汽进汽管道；高压缸的进汽口与主蒸汽进汽管道连接；除氧器的进口与全厂补水管道连接，除氧器的出口与给水泵连接；给水泵与高压加热器通过管道连接；高压加热器与锅炉给水管道连接；锅炉给水管道与锅炉连接；锅炉与主蒸汽进汽管道连接；其特征在于：还包括喷射热泵、补水加热器、冷却装置、控制系统、一号阀门、二号阀门、三号阀门、高压供热蒸汽管道、低压供热蒸汽管道、高压驱动蒸汽管道、补水加热器进水管道和补水加热器出水管道；低压缸的排汽口与低压供热蒸汽管道连接，且低压缸的排汽口处安装有冷却装置； 喷射热泵的高压驱动蒸汽进口与高压驱动蒸汽管道连接，高压驱动蒸汽管道又与主蒸汽进汽管道连接；高压驱动蒸汽管道中设置有补水加热器；喷射热泵的低压蒸汽进口与低压供热蒸汽管道连接，蒸汽出口与高压供热蒸汽管道连接；补水加热器进水管道分别与补水加热器的进口和锅炉给水管道连接，在补水加热器进水管道上安装有二号阀门；补水加热器出水管道分别与补水加热器的出口和锅炉给水管道连接，在补水加热器出水管道上安装有三号阀门；在锅炉给水管道上安装有一号阀门，一号阀门位于补水加热器进水管道与锅炉给水管道的连接处和补水加热器出水管道与锅炉给水管道的连接处之间；控制系统与一号阀门、二号阀门、三号阀门连接。
本发明所述的补水加热器采用外置式蒸汽冷却器。
本发明所述的高压供热蒸汽管道上安装有压力变送器和温度变送器，控制系统与压力变送器和温度变送器连接。
本发明所述的喷射热泵上设置有蒸汽调节阀，蒸汽调节阀与控制系统连接。
本发明所述低压缸的最后几级低压压力级隔板被拆除；所述低压缸的排汽管用盲板封住，在盲板上新开排汽管与低压供热蒸汽管道相连。
本发明所述的背压机组排汽压力的排汽参数降到后汽缸铸铁材质安全温度以下。
一种基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统的运行方法，其特征在于：高压力蒸汽参数需求的热用户，通过喷射热泵，应用气体喷射原理，以高压驱动蒸汽管道中的高压驱动蒸汽通过高速喷嘴引射低压供热蒸汽管道中的低压供热蒸汽，经过混合扩压，通过高压供热蒸汽管道供应相应用户需要的高压供热蒸汽；同时，当热用户需要的高压供热蒸汽对温度要求不高时，在高压驱动蒸汽管路中增设补水加热器，通过锅炉给水管道中的锅炉给水冷却驱动喷射热泵的高压驱动蒸汽，降低进入喷射热泵的高压驱动蒸汽温度，从而使得喷射热泵材质的温度承受度降低。
本发明所述的高压驱动蒸汽取主蒸汽或者其他参数蒸汽，前提是喷射热泵混合扩压后能够供应满足热用户需求的高压供热蒸汽。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
（1）、减少设备管道投资费，改造成本较低，且工期短；
（2）、避免了冷源损失，大大增加了电厂的供热能力，同时明显减低煤耗，具有很好的节能效果和经济效益；
（3）、利用喷射热泵代替常规减温减压器，应用气体喷射原理，大大减少节流损失；
（4）、在高压驱动蒸汽管路中增设补水加热器，可以进一步提高锅炉给水温度，从而提高机组回热程度，提高能源梯级利用效率，提高全厂经济性；同时补水加热器的设置，使得进入喷射热泵的驱动蒸汽温度降低，从而使得喷射热泵材质的温度承受度降低，制造成本大大降低。
附图说明
图1是基于减温减压器的传统抽凝机组改背压机组系统的结构示意图。
图2是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图2，本发明实施例包括高压缸1、低压缸2、抽凝机组发电站3、锅炉4、除氧器5，给水泵6、高压加热器7、喷射热泵9、补水加热器10、冷却装置11、喷射热泵内部的蒸汽调节阀12、压力变送器13、温度变送器14、控制系统15、一号阀门19、二号阀门17、三号阀门18、全厂补水管道101、锅炉给水管道102、主蒸汽进汽管道103、高压供热蒸汽管道104、低压供热蒸汽管道105、高压驱动蒸汽管道106、补水加热器进水管道107和补水加热器出水管道108。
抽凝机组发电站3与低压缸2连接。
低压缸2的排汽口与低压供热蒸汽管道105连接，且低压缸2的排汽口处安装有冷却装置11，冷却装置11采用常温除盐水作为冷却水。高压缸1的进汽口与主蒸汽进汽管道103连接。
喷射热泵9的高压驱动蒸汽进口与高压驱动蒸汽管道106连接，高压驱动蒸汽管道106与主蒸汽进汽管道103连接。高压驱动蒸汽管道106中设置有补水加热器10，补水加热器10采用外置式蒸汽冷却器。
喷射热泵9的低压蒸汽进口与低压供热蒸汽管道105连接。喷射热泵9的蒸汽出口与高压供热蒸汽管道104连接。喷射热泵9可采用多汽源喷射热泵。
喷射热泵9上设置有蒸汽调节阀12。
高压供热蒸汽管道104上安装有压力变送器13和温度变送器14，将喷射热泵9出口蒸汽压力和温度的实测讯号送入控制系统15，经控制系统逻辑运行，判断发出讯号开大或关小喷射热泵内部的蒸汽调节阀13及锅炉给水管道102中的一号阀门19。
除氧器5的进口与全厂补水管道101连接，除氧器5的出口与给水泵6通过管道连接。给水泵6与高压加热器7通过管道连接。高压加热器7与锅炉给水管道102连接。锅炉给水管道102与锅炉4连接。锅炉4与主蒸汽进汽管道103连接。
补水加热器进水管道107分别与补水加热器10的进口和锅炉给水管道102连接，在补水加热器进水管道107上安装有二号阀门17。二号阀门17为电动闸阀。
补水加热器出水管道108分别与补水加热器10的出口和锅炉给水管道102连接，在补水加热器出水管道108上安装有三号阀门18。三号阀门18为电动闸阀。
在锅炉给水管道102上安装有一号阀门19，一号阀门19位于补水加热器进水管道107与锅炉给水管道102连接处和补水加热器出水管道108与锅炉给水管道102连接处之间。一号阀门19为具有点停功能的电动截止阀。
控制系统15与一号阀门19、二号阀门17、三号阀门18、喷射热泵9上的蒸汽调节阀12、压力变送器13、温度变送器14连接。
根据区域供热情况，将抽凝机组改背压机组，拆除原低压缸内部的最后几级低压压力级隔板16（图中虚线框部分内的粗实线所示），根据临界计算结果对叶片及叶轮做出处理，将改后背压机组排汽压力的排汽参数降到后汽缸铸铁材质安全温度以下。用盲板封住原排汽管，在盲板上按改后排汽量新开排汽管与低压供热蒸汽管道105相连。为防止后汽缸超过允许温度，在排汽口处加装了冷却装置11，并采用常温除盐水作为冷却水。通过上述方式将抽凝机组改背压机组，充分利用旧抽凝机组系统，减少设备管道投资费，改造成本较低，工期短；改造背压机组后，避免了抽凝机组的冷源损失，大大增加了电厂的供热能力，明显减低煤耗，具有很好的节能效果和经济效益；同时，较低的排汽压力使得原抽凝机组的低压缸得到了充分利用，使得改造后的汽机内部通流结构完整性较高，汽机内效率相对较高，且保证机组具有一定的发电量。
一种基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统的运行方法：
高压力蒸汽参数需求的热用户，通过喷射热泵9，应用气体喷射原理，以高压驱动蒸汽管道106中的高压驱动蒸汽通过高速喷嘴引射低压供热蒸汽管道105中的低压供热蒸汽，经过混合扩压，通过高压供热蒸汽管道供应相应用户需要的高压供热蒸汽。这一过程，不存在节流损失，且实现了低压蒸汽的高效利用，具有良好的节能效益。特别的，该高压驱动蒸汽可以取主蒸汽，也可以取其他参数蒸汽，前提是喷射热泵9混合扩压后能够供应满足热用户需求的高压供热蒸汽，本附图2中高压驱动蒸汽取主蒸汽进汽管道103中的主蒸汽。同时，当热用户需要的高压供热蒸汽对温度要求不高时，基于热源品位概念的“温度对口、梯级利用”原则，在高压驱动蒸汽管路106中增设补水加热器10，采用外置式蒸汽冷却器，通过锅炉给水管道102中的锅炉给水冷却驱动喷射热泵9的高压驱动蒸汽，降低进入喷射热泵9的高压驱动蒸汽温度，从而使得喷射热泵9材质的温度承受度降低，则可降低其制造成本；同时，通过补水加热器10，提高了锅炉给水温度，增强了机组整体回热程度，全厂能源梯级利用效率提高，全厂经济性提高。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1. 一种基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统，包括高压缸、低压缸、锅炉、除氧器、给水泵、高压加热器、锅炉给水管道和主蒸汽进汽管道；高压缸的进汽口与主蒸汽进汽管道连接；除氧器的进口与全厂补水管道连接，除氧器的出口与给水泵连接；给水泵与高压加热器通过管道连接；高压加热器与锅炉给水管道连接；锅炉给水管道与锅炉连接；锅炉与主蒸汽进汽管道连接；其特征在于：还包括喷射热泵、补水加热器、冷却装置、控制系统、一号阀门、二号阀门、三号阀门、高压供热蒸汽管道、低压供热蒸汽管道、高压驱动蒸汽管道、补水加热器进水管道和补水加热器出水管道；低压缸的排汽口与低压供热蒸汽管道连接，且低压缸的排汽口处安装有冷却装置； 喷射热泵的高压驱动蒸汽进口与高压驱动蒸汽管道连接，高压驱动蒸汽管道又与主蒸汽进汽管道连接；高压驱动蒸汽管道中设置有补水加热器；喷射热泵的低压蒸汽进口与低压供热蒸汽管道连接，蒸汽出口与高压供热蒸汽管道连接；补水加热器进水管道分别与补水加热器的进口和锅炉给水管道连接，在补水加热器进水管道上安装有二号阀门；补水加热器出水管道分别与补水加热器的出口和锅炉给水管道连接，在补水加热器出水管道上安装有三号阀门；在锅炉给水管道上安装有一号阀门，一号阀门位于补水加热器进水管道与锅炉给水管道的连接处和补水加热器出水管道与锅炉给水管道的连接处之间；控制系统与一号阀门、二号阀门、三号阀门连接。
2.根据权利要求1所述的基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统，其特征在于：所述的补水加热器采用外置式蒸汽冷却器。
3.根据权利要求1所述的基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统，其特征在于：所述的高压供热蒸汽管道上安装有压力变送器和温度变送器，控制系统与压力变送器和温度变送器连接。
4.根据权利要求1所述的基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统，其特征在于：所述的喷射热泵上设置有蒸汽调节阀，蒸汽调节阀与控制系统连接。
5.根据权利要求1所述的基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统，其特征在于：所述的一号阀门为电动截止阀，所述的二号阀门为电动闸阀，所述的三号阀门为电动闸阀。
6.根据权利要求1所述的基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统，其特征在于：所述低压缸的最后几级低压压力级隔板被拆除；所述低压缸的排汽管用盲板封住，在盲板上新开排汽管与低压供热蒸汽管道相连。
7.根据权利要求1所述的基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统，其特征在于：所述的背压机组排汽压力的排汽参数降到后汽缸铸铁材质安全温度以下。
8.一种权利要求1-7任一权利要求所述的基于喷射热泵的抽凝机组改背压机组系统的运行方法，其特征在于：高压力蒸汽参数需求的热用户，通过喷射热泵，应用气体喷射原理，以高压驱动蒸汽管道中的高压驱动蒸汽通过高速喷嘴引射低压供热蒸汽管道中的低压供热蒸汽，经过混合扩压，通过高压供热蒸汽管道供应相应用户需要的高压供热蒸汽；同时，当热用户需要的高压供热蒸汽对温度要求不高时，在高压驱动蒸汽管路中增设补水加热器，通过锅炉给水管道中的锅炉给水冷却驱动喷射热泵的高压驱动蒸汽，降低进入喷射热泵的高压驱动蒸汽温度，从而使得喷射热泵材质的温度承受度降低。
9.根据权利要求8所述的运行方法，其特征在于：所述的高压驱动蒸汽取主蒸汽或者其他参数蒸汽，前提是喷射热泵混合扩压后能够供应满足热用户需求的高压供热蒸汽。
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