CN110714805A - 一种消除低压缸零出力冷源损失的蒸汽系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除低压缸零出力冷源损失的蒸汽系统及方法，包括高压缸、中压缸、汽轮机以及压缩式热泵；中压缸的排汽分为四条支路，第一支路与热网加热器的入口相连，第二支路与低压缸的入口相连，第三支路与压缩式热泵的热侧入口相连，第四支路与汽轮机的入口相连。本发明在供热季热电联产机组处于低压缸零出力工况运行时，停止低压缸进汽，将绝大多数中压缸排汽输送至热网加热器用于供热；另外一小部分中压缸排汽与汽轮机排汽混合后进入压缩式热泵，利用压缩式热泵回收其余热，加热热网循环水，降温降压后的蒸汽进入低压缸带走低压转子旋转产生的鼓风热量，达到降低冷却蒸汽冷源损失的同时提高供热能力，提高机组运行经济性的目的。

Description

一种消除低压缸零出力冷源损失的蒸汽系统及方法

【技术领域】

本发明涉及一种消除低压缸零出力冷源损失的蒸汽系统及方法。

【背景技术】

随着城镇化的发展，城市规模不断扩大，城区人口不断增加。冬季为了保证人民群众的身体健康，北方城市供热必不可少。目前，城镇供热以集中供热为主，主要由热电联产机组承担供热任务。传统的供热方式主要是中低压连通管抽汽供热，供热能力受汽轮机组发电负荷影响，就是所谓的“热电耦合”。机组负荷越高，供热能力越强，反之则越小，在低负荷时可能导致抽汽供热能力不足，影响供热质量。

与此同时，随着全球气候变暖，环保问题日益得到全球重视。为了实现清洁发电，减少碳排放，世界各国都在大力发展诸如太阳能、风电、水电等新能源。近年来，风电、光伏、水电等新能源电力装机容量持续快速增长。为提高清洁能源的上网电量，火电机组不得不降低发电功率，导致抽汽供热能力不足，对供热安全提出了挑战。随着人民生活水平的提高，对居住品质的要求也越来越高，这种结果显然是无法接受的。

另一方面，风电和光伏等新能源提供了大量清洁电力，其发电出力的随机性和不稳定性也给电力系统的安全运行和电力供应保障带来了巨大挑战。为保证电网运行安全，火电机组面临更大的调峰压力，即使热电联产机组也不例外，导致热电联产机组冬季长期低负荷运行。在调峰状态下，热电联产机组发电负荷只有设计的40-50％，甚至更低，限制了供热能力。随着城市发展，城镇供热面积将进一步扩大，而火电利用小时数却不断走低，供热需要的扩大与“热电耦合”导致供热能力受限的矛盾将会进一步加大。

为了提高热电联产机组运行灵活性，降低“热电耦合”程度，提高机组供热能力，低压缸零出力作为一种新型供热改造技术应用而生，因其改造成本低，周期短，运行灵活得到广泛应用。低压缸零出力技术主要原理是：在供热工况下，在低压缸高真空运行条件下，采用可完全密封的液压蝶阀切除低压缸原进汽管道进汽，通过新增旁路管道通入少量的冷却蒸汽，用于带走切除低压缸进汽后低压转子转动产生的鼓风热量。冷却蒸汽对蒸汽压力和温度等级并没有特殊要求，并不需要很高的压力和温度。目前低压缸零出力技术中冷却蒸汽直接取自中压缸排汽，压力和温度等级较高，依然具有较强的做功能力，如果直接用来冷却，将造成做功能力浪费，造成这部分蒸汽部分存在较大的冷源损失，不能实现能量的充分利用。

【发明内容】

本发明的目的在于解决现有技术中热电联产机组采用低压缸零出力技术依然存在冷源损失的问题，提供一种消除低压缸零出力冷源损失的蒸汽系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种消除低压缸零出力冷源损失的蒸汽系统，包括：

高压缸，高压缸与中压缸相连；

中压缸，中压缸的排汽分为四条支路，第一支路与热网加热器的入口相连，第二支路与低压缸的入口相连，第三支路与压缩式热泵的热侧入口相连，第四支路与给水泵驱动汽轮机的入口相连；低压缸的排汽与凝汽器的入口相连；

给水泵驱动汽轮机，给水泵驱动汽轮机的排汽分为两支路，第一支路与中压缸排汽的第三支路汇合后连接至压缩式热泵的热侧入口，第二支路与低压缸的排汽汇合后连接至凝汽器的入口；

压缩式热泵，压缩式热泵的热侧出口与中压缸的第二支路排汽汇合后连接至低压缸的入口；一部分热网循环水通过管道连接至压缩式热泵的冷侧，与经过压缩式热泵热侧的排汽进行换热。

本发明进一步的改进在于：

给水泵驱动汽轮机上还连接有用于驱动机组给水的给水泵。

中压缸排汽的第三支路上设置有第一阀门；压缩式热泵的热侧出口的管路上依次设置第二阀门和流量计，流量计的出口与中压缸排汽的第二支路汇合后，连接至低压缸的入口；给水泵驱动汽轮机排汽的第一支路上设置有第三阀门；压缩式热泵的冷侧入口或出口处设置有第四阀门；中压缸排汽的第二支路上设置有第五阀门。

中压缸排汽的第三支路上设置有第一阀门；压缩式热泵的热侧出口的管路上依次设置第二阀门和流量计，流量计的出口与中压缸排汽的第二支路汇合后，连接至低压缸的入口；汽轮机排汽的第一支路上设置有第三阀门；压缩式热泵的冷侧入口或出口处设置有第四阀门；中压缸排汽的第二支路上设置有第五阀门。

一种消除低压缸零出力冷源损失的方法，包括以下步骤：

i.当机组冬季进入供热期时：

维持抽汽供热模式，关闭第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，开启第五阀门；热网循环水全部进入热网加热器，中压缸排汽一部分进入热网加热器加热热网循环水，剩余部分进入低压缸；给水泵驱动汽轮机的排汽和主机低压缸排汽一同进入凝汽器被冷却；

ii.当机组切换至低压缸零出力供热时：

关闭第五阀门关闭，开启第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门，一部分热网循环水直接进入热网加热器，一部分进入压缩式热泵；中压缸排汽主要部分直接进入热网加热器，一部分经第一阀门，给水泵驱动汽轮机的排汽一部分进入凝汽器，一部分经过第三阀门，与一部分经过第一阀门的中压缸排汽混合后进入压缩式热泵加热部分热网循环水，进入压缩式热泵内部分循环水被加热后进入热网加热器与原有热网循环水混合后被继续加热；压缩式热泵内降温降压后的蒸汽作为冷却蒸汽经第二阀门进入低压缸，起到冷却作用；冷却蒸汽流量通过第一阀门和第三阀门进行调整，冷却完低压缸的冷却蒸汽进入凝汽器凝结，回到热井。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在供热季热电联产机组处于低压缸零出力工况运行时，停止低压缸进汽，将绝大多数中压缸排汽输送至热网加热器用于加热热网循环水；另外一小部分中压缸排汽与给水泵驱动汽轮机排汽混合后进入压缩式热泵，利用压缩式热泵回收其余热，加热热网循环水，降温降压后的蒸汽进入低压缸带走低压转子旋转产生的鼓风热量，达到降低冷却蒸汽冷源损失的同时提高供热能力，提高机组运行经济性的目的。

本发明回收了低压缸零出力运行时冷却蒸汽的部分热量，减少了机组冷源损失；同时回收了部分给水泵排汽余热，增加了机组部分供热能力；最后，最后本发明系统结构简单，运行可靠，可根据实际情况随时切换低压缸冷却蒸汽汽源；另外，本发明运行方式简单，容易实现，不影响机组原有运行方式。

【附图说明】

图1为本发明蒸汽系统的结构示意图。

其中：1-高压缸；2-中压缸；3-压缩式热泵；4-低压缸；5-第一阀门；6-第二阀门；7-流量计；8-第三阀门；9-第四阀门；10-给水泵驱动汽轮机；11-给水泵；12-凝汽器；13-第五阀门；14-热网加热器。

【具体实施方式】

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明一种可消除热电联产冷源损失的技术，通过设置乏汽提压装置，用压缩式热泵回收低压缸零出力时低压缸冷却蒸汽和给水泵驱动汽轮机排汽余热加热热网循环水，在保证低压缸冷却的基础上，提高热电联产机组供热能力，减少冷却蒸汽冷源损失，提高热电联产机组运行经济性的目的。

如图1所示，本发明的结构原理如下：

本发明消除低压缸零出力冷源损失的蒸汽系统，包括高压缸1、中压缸2、低压缸4以及热网加热器14；高压缸1与中压缸2相连，中压缸2的排汽分为四条支路，第一支路与热网加热器14的入口相连，第二支路与低压缸4的入口相连，第三支路与压缩式热泵3的热侧入口相连，第四支路与给水泵驱动汽轮机10的入口相连；低压缸4的排汽与凝汽器12的入口相连；给水泵驱动汽轮机10的排汽分为两支路，第一支路与中压缸2排汽的第三支路汇合后连接至压缩式热泵3的热侧入口，第二支路与低压缸4的排汽汇合后连接至凝汽器12的入口；给水泵驱动汽轮机10上还连接有用于驱动机组给水的给水泵11；压缩式热泵3的热侧出口与中压缸2的第二支路排汽汇合后连接至低压缸4的入口；一部分热网循环水通过管道连接至压缩式热泵3的冷侧，与经过压缩式热泵3热侧的进汽进行换热。

中压缸2排汽的第三支路上设置有第一阀门5；压缩式热泵3的热侧出口的管路上依次设置第二阀门6和流量计7，流量计7的出口与中压缸2排汽的第二支路汇合后，连接至低压缸4的入口；给水泵驱动汽轮机10排汽的第一支路上设置有第三阀门8；压缩式热泵3的冷侧入口或出口处设置有第四阀门9；中压缸2排汽的第二支路上设置有第五阀门13。

本发明消除低压缸零出力冷源损失的方法，包括以下步骤：

i.当机组冬季进入供热期时：

维持抽汽供热模式，关闭第一阀门5、第二阀门6、第三阀门8和第四阀门9，开启第五阀门13；热网循环水全部进入热网加热器14，中压缸2排汽一部分进入热网加热器14加热热网循环水，剩余部分进入低压缸4；给水泵11驱动汽轮机10的排汽和主机低压缸4排汽一同进入凝汽器12被冷却；

ii.当机组切换至低压缸零出力供热时：

关闭第五阀门13关闭，开启第一阀门5、第二阀门6、第三阀门8和第四阀门9，一部分热网循环水直接进入热网加热器14，一部分进入压缩式热泵3。中压缸2排汽主要部分直接进入热网加热器14，一部分经第一阀门5，给水泵11驱动汽轮机10的排汽一部分进入凝汽器12，一部分经过第三阀门8，与一部分经过第一阀门5的中压缸2排汽混合后进入压缩式热泵3加热部分热网循环水，进入压缩式热泵3内部分循环水被加热后进入热网加热器14与原有热网循环水混合后被继续加热。压缩式热泵3内降温降压后的蒸汽作为冷却蒸汽经第二阀门6进入低压缸4，起到冷却作用。冷却蒸汽流量通过第一阀门5和第三阀门8进行调整，冷却完低压缸4的冷却蒸汽进入凝汽器12凝结，回到热井。

本发明的原理：

供热季供热热电联产机组首先采用连通管抽汽供热模式，此时压缩式热泵不投入使用；如果采用连通管抽汽供热模式供热能力不足已满足供热要求，此时切换至低压缸零出力供热模式，中低压连通管供热蝶阀关闭，切除低压缸进汽，打开冷却蒸汽管路系统；中压缸排汽大部分进入热网加热器加热热网循环水，一部分与汽轮机排汽混合后进入压缩式热泵加热热网循环水，降温降压后的混合蒸汽进入低压缸，起到冷却的作用，冷却完的蒸汽进入凝汽器凝结，凝结水进入热井。低压缸冷却蒸汽管路设置流量计，起到监视进入低压缸蒸汽流量的作用，通过冷却蒸汽管路和汽轮机排汽管路阀门调整，达到按需调节，灵活控制冷却蒸汽流量的作用。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种消除低压缸零出力冷源损失的蒸汽系统，其特征在于，包括：

高压缸(1)，高压缸(1)与中压缸(2)相连；

中压缸(2)，中压缸(2)的排汽分为四条支路，第一支路与热网加热器(14)的入口相连，第二支路与低压缸(4)的入口相连，第三支路与压缩式热泵(3)的热侧入口相连，第四支路与给水泵驱动汽轮机(10)的入口相连；低压缸(4)的排汽与凝汽器(12)的入口相连；

给水泵驱动汽轮机(10)，给水泵驱动汽轮机(10)的排汽分为两支路，第一支路与中压缸(2)排汽的第三支路汇合后连接至压缩式热泵(3)的热侧入口，第二支路与低压缸(4)的排汽汇合后连接至凝汽器(12)的入口；

压缩式热泵(3)，压缩式热泵(3)的热侧出口与中压缸(2)的第二支路排汽汇合后连接至低压缸(4)的入口；一部分热网循环水通过管道连接至压缩式热泵(3)的冷侧，与经过压缩式热泵(3)热侧的排汽进行换热。

2.根据权利要求1所述的消除低压缸零出力冷源损失的蒸汽系统，其特征在于，给水泵驱动汽轮机(10)上还连接有用于驱动机组给水的给水泵(11)。

3.根据权利要求1所述的消除低压缸零出力冷源损失的蒸汽系统，其特征在于，中压缸(2)排汽的第三支路上设置有第一阀门(5)；压缩式热泵(3)的热侧出口的管路上依次设置第二阀门(6)和流量计(7)，流量计(7)的出口与中压缸(2)排汽的第二支路汇合后，连接至低压缸(4)的入口；给水泵驱动汽轮机(10)排汽的第一支路上设置有第三阀门(8)；压缩式热泵(3)的冷侧入口或出口处设置有第四阀门(9)；中压缸(2)排汽的第二支路上设置有第五阀门(13)。

4.根据权利要求2所述的消除低压缸零出力冷源损失的蒸汽系统，其特征在于，中压缸(2)排汽的第三支路上设置有第一阀门(5)；压缩式热泵(3)的热侧出口的管路上依次设置第二阀门(6)和流量计(7)，流量计(7)的出口与中压缸(2)排汽的第二支路汇合后，连接至低压缸(4)的入口；汽轮机(10)排汽的第一支路上设置有第三阀门(8)；压缩式热泵(3)的冷侧入口或出口处设置有第四阀门(9)；中压缸(2)排汽的第二支路上设置有第五阀门(13)。

5.一种采用权利要求4所述系统的消除低压缸零出力冷源损失的方法，其特征在于，包括以下步骤：

i.当机组冬季进入供热期时：

维持抽汽供热模式，关闭第一阀门(5)、第二阀门(6)、第三阀门(8)和第四阀门(9)，开启第五阀门(13)；热网循环水全部进入热网加热器(14)，中压缸(2)排汽一部分进入热网加热器(14)加热热网循环水，剩余部分进入低压缸(4)；给水泵(11)驱动汽轮机(10)的排汽和主机低压缸(4)排汽一同进入凝汽器(12)被冷却；

ii.当机组切换至低压缸零出力供热时：

关闭第五阀门(13)关闭，开启第一阀门(5)、第二阀门(6)、第三阀门(8)和第四阀门(9)，一部分热网循环水直接进入热网加热器(14)，一部分进入压缩式热泵(3)；中压缸(2)排汽主要部分直接进入热网加热器(14)，一部分经第一阀门(5)，给水泵(11)驱动汽轮机(10)的排汽一部分进入凝汽器(12)，一部分经过第三阀门(8)，与一部分经过第一阀门(5)的中压缸(2)排汽混合后进入压缩式热泵(3)加热部分热网循环水，进入压缩式热泵(3)内部分循环水被加热后进入热网加热器(14)与原有热网循环水混合后被继续加热；压缩式热泵(3)内降温降压后的蒸汽作为冷却蒸汽经第二阀门(6)进入低压缸(4)，起到冷却作用；冷却蒸汽流量通过第一阀门(5)和第三阀门(8)进行调整，冷却完低压缸(4)的冷却蒸汽进入凝汽器(12)凝结，回到热井。

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