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CN114876601A - 一种双效汽轮机发电系统 - Google Patents

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CN114876601A
CN114876601A CN202210584162.9A CN202210584162A CN114876601A CN 114876601 A CN114876601 A CN 114876601A CN 202210584162 A CN202210584162 A CN 202210584162A CN 114876601 A CN114876601 A CN 114876601A
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薛朝囡
许朋江
居文平
颜世刚
陈锋
段周朝
吕凯
张建元
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Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
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Huaneng Zhejiang Energy Development Co Ltd Yuhuan Branch
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Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Huaneng Zhejiang Energy Development Co Ltd
Huaneng Zhejiang Energy Development Co Ltd Yuhuan Branch
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Abstract

本发明涉及火力发电技术领域，具体涉及一种双效汽轮机发电系统，包括：第一循环管路，包括循环连通的汽轮机组、凝汽器、多级低压加热器、除氧器、多级高压加热器和蒸发器；第二循环管路，包括循环连通的第一透平机、再热器、第二透平机、冷凝器本体、压缩机和加热器本体；至少一级低压加热器和至少一级高压加热器与冷凝器本体的液侧并联设置；汽轮机组上连通有蒸汽管路，加热器本体的热侧串联安装在蒸汽管路上，再热器的热侧串联安装在至少一条与高压加热器连通的蒸汽管路上。使第一循环管路与第二循环管路进行耦合换热，能够提高从高压加热器输出的回流介质的温度，降低回热抽汽过热度，减小换热
Figure DDA0003662535030000011
损失，降低汽轮机组发电系统的能耗。

Description

一种双效汽轮机发电系统
技术领域
本发明涉及火力发电技术领域，具体涉及一种双效汽轮机发电系统。
背景技术
燃煤发电机组在提供了大规模化电力保障的同时，消耗了大量的煤炭资源，同时造成了环境的污染。因此，燃煤机组的高效清洁运行，不仅可以节约宝贵的煤炭资源，提高能源转换与利用效率，降低火电企业的能源成本，还可以改善环境质量，减少污染排放。
热力系统作为汽轮机组的核心部分，其性能对汽轮机的能耗、效率、排放量等都有直接影响。现有技术中的汽轮机组热力系统中通过蒸汽循环驱动汽轮机组转动进而带动发电机对外输出电能。在蒸汽循环过程中，蒸汽的热能大量散发到大气中，热能损失较大，导致回热换热器的换热温差较大，汽轮机组整体的能耗增加。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的汽轮机发电系统中的热能损失较大导致系统能耗增加的缺陷，从而提供一种双效汽轮机发电系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种双效汽轮机发电系统，包括：
第一循环管路，包括循环连通的汽轮机组、凝汽器、多级低压加热器、除氧器、多级高压加热器和蒸发器；
第二循环管路，包括循环连通的第一透平机、再热器、第二透平机、冷凝器本体、压缩机和加热器本体；
至少一级低压加热器和至少一级高压加热器与冷凝器本体的液侧并联设置；
低压加热器与汽轮机组之间、除氧器与汽轮机组之间和高压加热器与汽轮机组之间均连通有蒸汽管路，加热器本体的热侧串联安装在至少一条蒸汽管路上，再热器的热侧串联安装在至少一条与高压加热器连通的蒸汽管路上。
可选地，冷凝器本体依次串联连通有多级，末级冷凝器本体的液侧的入口端与凝汽器连通，末级冷凝器本体的液侧的出口端与首级低压加热器出口端连通。
可选地，首级冷凝器本体的液侧两端并联连通在其中一级高压加热器的两端。
可选地，加热器本体依次串联连通有多级，每一级加热器本体的热侧均连通有一条蒸汽管路。
可选地，汽轮机组内安装有高压缸、中压缸和低压缸，末级低压加热器、除氧器和首级高压加热器与中压缸之间均连通有蒸汽管路，与中压缸连通的蒸汽管路上均串联安装有加热器本体。
可选地，高压缸上连通有多个蒸汽管路，与高压缸连通的蒸汽管路与首级以外的多级高压加热器之间一一对应连通。
可选地，与高压缸连通的蒸汽管路上均安装有再热器。
可选地，低压缸上连通有多个蒸汽管路，与低压缸连通的蒸汽管路与末级以外的多级低压加热器之间一一对应连通。
可选地，与低压缸连通的蒸汽管路上安装有加热器本体。
可选地，高压加热器与除氧器之间连通有第一疏水回路。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的双效汽轮机发电系统，包括：第一循环管路，包括循环连通的汽轮机组、凝汽器、多级低压加热器、除氧器、多级高压加热器和蒸发器；第二循环管路，包括循环连通的第一透平机、再热器、第二透平机、冷凝器本体、压缩机和加热器本体；至少一级低压加热器和至少一级高压加热器与冷凝器本体的液侧并联设置；低压加热器与汽轮机组之间、除氧器与汽轮机组之间和高压加热器与汽轮机组之间均连通有蒸汽管路，加热器本体的热侧串联安装在至少一条蒸汽管路上，再热器的热侧串联安装在至少一条与高压加热器连通的蒸汽管路上。
在双效汽轮机发电系统工作对外发电过程中，第一循环管路中通过驱动介质循环带动汽轮机组转动发电，第二循环管路通过与第一循环管路耦合换热，驱动介质循环带动第一透平机和第二透平机转动发电。通过将第二循环管路中的加热器本体连接在蒸汽管路上，以对汽轮机组蒸汽中过高的过热度传递至第二循环管路中进行充分利用，同时通过将再热器安装到与高压加热器连通的蒸汽管路上，对高压介质中的热量进行吸收。通过第一透平机后的介质通过再热器对蒸汽管路中的热能吸收后再进入到第二透平机，驱动第二透平机进行转动发电。通过第二透平机后的第二循环管路中的介质进入到冷凝器中放热冷凝，将冷凝器本体并联安装在低压加热器或高压加热器上，以对第二循环管路中介质释放的热量进行利用来对第一循环管路中的介质进行升温。通过在蒸汽管路上安装再热器和加热器本体来对汽轮机组中的介质能量进行充分利用，通过冷凝器本体与高压加热器或低压加热器并联来对第二循环管路中介质释放的热量充分利用，使第一循环管路与第二循环管路进行耦合换热，能够提高从高压加热器输出的回流介质的温度，降低回热抽汽过热度，减小换热
Figure BDA0003662535010000041
损失，增大系统做功能力及上网电量，降低汽轮机组发电系统的能耗。
2.本发明提供的双效汽轮机发电系统，冷凝器本体依次串联连通有多级，末级冷凝器本体的液侧的入口端与凝汽器连通，末级冷凝器本体的液侧的出口端与首级低压加热器出口端连通。通过设置多级冷凝器本体，对不同的低压加热器和高压加热器内的介质进行加热升温，通过分级换热，使冷凝器本体内介质温度与对应的低压加热器或高压加热器内待升温的介质温度相匹配，提升换热效率，降低换热过程中的热能损失，增大发电系统的做功发电能力，降低发电系统的整体能耗。
3.本发明提供的双效汽轮机发电系统，汽轮机组内安装有高压缸、中压缸和低压缸，末级低压加热器、除氧器和首级高压加热器与中压缸之间均连通有蒸汽管路，与中压缸连通的蒸汽管路上均串联安装有加热器本体。通过将中压缸连接在除氧器及除氧器两侧的高压加热器和低压加热器上，使中压缸不同蒸汽管路中输出的蒸汽温度与对应的高压加热器、除氧器和低压加热器的温度相匹配，以提升高压加热器、除氧器和低压加热器对蒸汽管路内的蒸汽温度的利用率，减少热能损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
图1为本发明的实施方式中提供的双效汽轮机发电系统的示意图
附图标记说明：1、高压缸；2、中压缸；3、低压缸；4、发电机；5、凝汽器；6、凝结水泵；7、低压加热器；8、除氧器；9、给水泵；10、高压加热器；11、蒸发器；12、再热器；13、冷凝器本体；14、压缩机；15、加热器本体；16、第一透平机；17、第二透平机。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例
如图1所示为本实施例提供的一种双效汽轮机发电系统，包括：相互耦合换热的第一循环管路和第二循环管路。
第一循环管路包括循环连通的作为蒸发器11的锅炉、汽轮机组、凝汽器5、凝气水泵、多级低压加热器7、除氧器8、给水泵9和多级高压加热器10。第二循环管路包括循环连通的作为第一透平机16的高压透平机、再热器12、作为第二透平机17的低压透平机、冷凝器本体13、压缩机14和加热器本体15。至少一级低压加热器7和至少一级高压加热器10与冷凝器本体13的液侧并联设置；低压加热器7与汽轮机组之间、除氧器8与汽轮机组之间和高压加热器10与汽轮机组之间均连通有蒸汽管路，加热器本体15的热侧串联安装在至少一条蒸汽管路上，再热器12的热侧串联安装在至少一条与高压加热器10连通的蒸汽管路上。
具体地，低压加热器7设置有四级，高压加热器10设置有三级，冷凝器本体13依次串联连通有四级，末级冷凝器本体13的液侧的入口端与凝汽器5连通，末级冷凝器本体13的液侧的出口端与首级低压加热器7出口端连通。首级冷凝器本体13的液侧两端并联连通在第二级级高压加热器10的两端。第二级冷凝器本体13的液侧串联安装在第四级低压加热器7与除氧器8之间。第三级冷凝器本体13的液侧并联安装在第三级低压加热器7的进出口两端。
加热器本体15依次串联连通有四级，每一级加热器本体15的热侧均连通有一条蒸汽管路。汽轮机组内安装有高压缸1、中压缸2和低压缸3，末级低压加热器7、除氧器8和首级高压加热器10与中压缸2之间均连通有蒸汽管路，与中压缸2连通的蒸汽管路上均串联安装有加热器本体15。高压缸1上连通有两条蒸汽管路，与高压缸1连通的两条蒸汽管路分别与第二级和第三级的高压加热器10之间一一对应连通。与高压缸1连通的两条蒸汽管路上分别安装有一组再热器12，两组再热器12之间在第二循环管路上串联连通。低压缸3上连通有三条蒸汽管路，与低压缸3连通的蒸汽管路与末级以外的多级低压加热器7之间一一对应连通。在第三级低压加热器7与低压缸3之间连通的蒸汽管路上安装有加热器本体15。与高压加热器10连通的蒸汽管路连接在高压加热器10的出口端，与低压加热器7连通的蒸汽管路连通在低压加热器7的出口端，以使不同的蒸汽管路中的介质温度与低压加热器7后高压加热器10出口端的介质温度相匹配，减少热交换，降低热能损失。
后一级高压加热器10与前一级的高压加热器10之间连通有第二疏水回路，以减小高压加热器10进出口介质的温度差，提高换热效率，在高压加热器10与除氧器8之间连通有第一疏水回路，利用高压加热器10中的高温介质直接输入到除氧器8中进出除氧工作，无需外部输入。后一级低压加热器7与前一级低压加热器7之间连通有第三疏水回路，在首级低压加热器7与凝汽器5之间连通有第四疏水回路。
在本实施例中，第一循环管路中的介质为液态水和蒸汽，第二循环中的介质为二氧化碳。汽轮机组上同轴安装有发电机4，第一透平机16和第二透平机17上也同轴安装有发电机4。在双效汽轮机发电系统进行发电工作时，第一循环管路中蒸汽驱动汽轮机组转动进行发电，第二循环中二氧化碳驱动第一透平机16和第二透平机17进行发电，实现双效发电。在第一循环管路中，经过作为蒸发器11的锅炉升温后的蒸汽经过高压缸1后再次回到蒸发器11进行二次升温后依次进入到中压缸2、低压缸3，进而驱动汽轮机组转动，带动发电机4进行发电工作。高压缸1、中压缸2、低压缸3以及发电机4之间均同轴连接。从低压缸3输出的蒸汽经过凝汽器5冷凝为凝结水，经过凝结水泵6输入到四级串联的低压加热器7，然后进入第二级冷凝器本体13换热后，进入到除氧器8进行除氧操作后通过给水泵9输入到三级串联的高压加热器10，最终返回到蒸发器11完成循环。其中高压缸1与第三级高压加热器10和第二级的高压加热器10之间设置有蒸汽管道，以对高压缸1中的蒸汽中多余的热量进行回收利用；在中压缸2与第一级的高压加热器10、除氧器8和第四级的低压加热器7之间连通有蒸汽管道，以对中压缸2中的蒸汽中多余的热量进行回收利用；在低压缸3与第一级低压加热器7、第二级低压加热器7和第三级的低压加热器7之间连通有蒸汽管道，以对低压缸3中蒸汽的多余热量进行回收利用。在第二循环中，驱动第一透平机16运转发电后，从第一透平机16中输出的二氧化碳经过两级再热器12加热后进入到第二透平机17中，进一步驱动第二透平机17运转发电，第二透平机17中输出的高温二氧化碳进入到四级串联的冷凝器本体13中进行降温，然后进入压缩机14中压缩，压缩后的高压蒸汽经过串联的四级加热器本体15进一步升温后输送到第一透平机16中，驱动第一透平机16转动发电完成循环。
第二循环管路中的四个加热器本体15的热侧分别安装在不同的蒸汽管路上，从蒸汽管路中取热对二氧化碳进行升温，同时将第二循环管路中的再热器12安装到与高压缸1对应的蒸汽管路上，对高压缸1中抽出的蒸汽中的热能进行充分吸收，通过第一透平机16对二氧化碳中的能量进行利用后，在对二氧化碳加热升温吸收高压缸1抽出的蒸汽的热能，能够增加二氧化碳的吸热能力，减少热能在介质流动过程中的损失。第二循环管路中的四级冷凝器本体13，第一级冷凝器本体13并联连接在第一级低压加热器7的两端，第二级冷凝器本体13并联在第三级低压加热器7的两端，第三级冷凝器本体13串联在第四级低压加热器7与除氧器8之间，第四级冷凝器本体13并联安装有第二级高压加热器10两端。冷凝器本体13通过对第一循环管路中的水进行加热升温来使第一循环管路中的二氧化碳进行冷凝降温。通过第一循环管路与第二循环管路进行多级耦合换热，通过二氧化碳布雷顿循环对汽轮机回热系统过热、过冷度合理利用，能够大大降低回热抽汽过热度，降低高压加热器10和低压加热器7的换热温差，减小换热
Figure BDA0003662535010000081
损失，第一循环管路中的透平上也可同轴安装发电机4来对外输出电能，回收布雷顿透平排汽热量，增加汽轮机做功能力，能够增大系统做功能力及上网电量，降低汽轮机组的能耗。
通过布雷顿循环的冷凝换热，增加汽轮机组的做功能力，回收布雷顿透平排汽热量。经过优化，布雷顿循环中透平机进汽压力29MPa、排汽压力8.14MPa、循环二氧化碳量68.2t/h时，整体系统能耗最低，对应的布雷顿循环中高压透平机做功量5.45MW，低压透平机做功量4.51MW，系统热耗预计降低58kJ/kWh，供电煤耗降低0.81g/kWh，降耗效果显著。含有再热器12的布雷顿循环节能效果比不含再热器12的布雷顿循环系统约降低系统热耗6kJ/kWh。布雷顿循环中的高压透平机和低压透平机均可连接发电机4发电用作厂用电，可增大机组上网电量，电价按0.4元/度、年利用小时按4000h计算，年多发电可收入可达1129.6万元(已扣除压缩机14耗电)。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种双效汽轮机发电系统，其特征在于，包括：
第一循环管路，包括循环连通的汽轮机组、凝汽器(5)、多级低压加热器(7)、除氧器(8)、多级高压加热器(10)和蒸发器(11)；
第二循环管路，包括循环连通的第一透平机(16)、再热器(12)、第二透平机(17)、冷凝器本体(13)、压缩机(14)和加热器本体(15)；
至少一级所述低压加热器(7)和至少一级所述高压加热器(10)与所述冷凝器本体(13)的液侧并联设置；
所述低压加热器(7)与所述汽轮机组之间、所述除氧器(8)与所述汽轮机组之间和所述高压加热器(10)与所述汽轮机组之间均连通有蒸汽管路，所述加热器本体(15)的热侧串联安装在至少一条所述蒸汽管路上，所述再热器(12)的热侧串联安装在至少一条与所述高压加热器(10)连通的所述蒸汽管路上。
2.根据权利要求1所述的双效汽轮机发电系统，其特征在于，所述冷凝器本体(13)依次串联连通有多级，末级所述冷凝器本体(13)的液侧的入口端与所述凝汽器(5)连通，末级所述冷凝器本体(13)的液侧的出口端与首级所述低压加热器(7)出口端连通。
3.根据权利要求2所述的双效汽轮机发电系统，其特征在于，首级所述冷凝器本体(13)的液侧两端并联连通在其中一级所述高压加热器(10)的两端。
4.根据权利要求1至3任一项所述的双效汽轮机发电系统，其特征在于，所述加热器本体(15)依次串联连通有多级，每一级所述加热器本体(15)的热侧均连通有一条所述蒸汽管路。
5.根据权利要求1至3任一项所述的双效汽轮机发电系统，其特征在于，所述汽轮机组内安装有高压缸(1)、中压缸(2)和低压缸(3)，末级所述低压加热器(7)、所述除氧器(8)和首级所述高压加热器(10)与所述中压缸(2)之间均连通有所述蒸汽管路，与所述中压缸(2)连通的所述蒸汽管路上均串联安装有所述加热器本体(15)。
6.根据权利要求5所述的双效汽轮机发电系统，其特征在于，所述高压缸(1)上连通有多个所述蒸汽管路，与所述高压缸(1)连通的所述蒸汽管路与首级以外的多级所述高压加热器(10)之间一一对应连通。
7.根据权利要求6所述的双效汽轮机发电系统，其特征在于，与所述高压缸(1)连通的所述蒸汽管路上均安装有所述再热器(12)。
8.根据权利要求5所述的双效汽轮机发电系统，其特征在于，所述低压缸(3)上连通有多个所述蒸汽管路，与所述低压缸(3)连通的所述蒸汽管路与末级以外的多级所述低压加热器(7)之间一一对应连通。
9.根据权利要求8所述的双效汽轮机发电系统，其特征在于，与低压缸(3)连通的蒸汽管路上安装有加热器本体(15)。
10.根据权利要求1至3任一项所述的双效汽轮机发电系统，其特征在于，所述高压加热器(10)与所述除氧器(8)之间连通有第一疏水回路。
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