CN204238990U - 一种背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，由燃煤发电机组汽轮机抽汽驱动，包括小型汽轮机和小型发电机，小型汽轮机和小型发电机之间通过联轴器连接，小型汽轮机的蒸汽入口与进汽管连通，进汽管上设有进汽调节阀，进汽管入口端与主蒸汽管和主汽轮机的高压抽汽管分别连通，小型汽轮机的排汽口与工业用汽设备连通，小型发电机通过输电线路与电厂的厂用电系统连接，还包括调节系统，该调节系统由带单泵液压式调速器及波形管单滑阀式调压器构成，所述的带单泵液压式调速器与波形管单滑阀式调压器并联设置，用于控制背压式汽轮机按照热负荷运行或者按电负荷方式运行。

Description

一种背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统

技术领域

本实用新型涉及一种背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，采用机组主汽轮机抽汽驱动背压式小汽轮机发电机组，小汽轮机排汽供热的能源梯级利用装置系统，属燃煤发电技术领域。

背景技术

目前热电联产机组多数采用主汽轮机抽汽供热，部分背压式机组采用主汽轮机排汽供热。主汽轮机抽汽的压力、温度参数通常均高于热用户需求，需要通过减温减压器调低参数后供给工业用汽或市政供暖等热用户。减温加压器造成主汽轮机抽汽能量的损失，影响热电联产机组发电效率。背压式机组主汽轮机排汽的压力、温度均较低，通常不能满足工业用汽的参数需求，只能供市政供暖。

传统的背压式汽轮机组的结构属于现有技术，例如在文献CN201110196Y中公开了一种背压式汽轮机，包括汽缸7、前轴承座2、后轴承座10、支撑在前轴承座2、后轴承座10下侧的底盘21，在前轴承座2上设置有调速器1，前轴承座2内安装有支撑转子11的轴承3、轴承4，前轴承座2上安装有温度计5，汽缸7内的复速级叶轮叶片8安装在转子11上，汽缸7与转子11之间设置有汽封9，汽缸7本体上安装有排汽管6，后轴承座10一侧的转子11上安装有联轴器12，汽缸7的蒸汽室底部安装有喷嘴组19和转向导叶环20，前轴承座2、后轴承座10靠近汽缸7的一侧与汽缸7内叶轮叶片8中心的距离为361.5cm，叶轮叶片8的内径为130cm，外径为400cm，汽缸7前后两侧的排汽管6与叶轮叶片8中心的距离为291.5cm，在汽缸7的前端设置有主汽阀13、危急遮断器16，调节汽阀连杆18，危急遮断器16与主汽阀13之间设置有危急遮断器连杆17，在主汽阀13的下侧设置有汽阀座架14，本汽轮机的进汽压力为2.5Mpa，进汽温度350℃，排汽压力为0.4Mpa，功率范围为75KW，额定转速为3000rpm/min，跳闸转速为3320rpm/min。该背压式汽轮机能够准确的满足用户对产品功率的要求，节约了能源

文献CN201301734U也公开了一种背压式汽轮机，取消了原机组4～13级压力级，保留其中4、8～12压力级叶轮作为平衡重块，在中汽缸设置中分式封堵涡壳及背压排汽口，同时对机组辅机部分做相应改造，改造后的背压式汽轮机背压式汽轮机，由前轴承箱、推力支持轴承、高压蒸汽室、前汽缸、双列调节级、第2级压力级、第3级压力级、中汽缸、中分式封堵涡壳、平衡重块、后汽缸、后轴承座组成，推力支持轴承位于前轴承箱内，前轴承箱与高压蒸汽室依结构和前汽缸相连，在前汽缸与中汽缸之间的转子上设计有双列调节级、第2级压力级、第3级压力级，后轴承座位于后汽缸内，在中汽缸设置中分式封堵涡壳、背压排汽口和平衡重块，且平衡重块为原凝汽式汽轮机的的第4、8～12压力级的叶轮。 中分式封堵涡壳、筋板及内置汽封组成的内置背压后缸，减小了蒸汽排汽容积，尾部气流损失大大减小，机组效率提高；特殊型线设计保证蜗壳强度以满足汽轮机在各种恶劣工况条件下运行，同时保证背压排汽压力的要求。改造前的凝汽式12MW汽轮机通流结构采用前、中、后三段组成的单汽缸结构，通流部分由1个双列调节级和12个压力级组成，前汽缸高压蒸汽室配置6只 50-60调节汽阀；前轴承为推力支持联合轴承、后支持轴承为椭圆轴承。改造后的背压式汽轮机通流结构包括：(1)对汽轮机转子进行改造，保留原复速级和两个压力级，去掉4～13级后所有的压力级叶片、叶轮保留下来作为配重块使用，前汽封由Φ445mm改为Φ300以降低机组轴向推力。(2)前后汽缸不作改动，中汽缸进行改造以加装水平中分式封堵涡壳，并在涡壳处建立新的后轴封，设置背压排汽口；原排汽缸仍保留以用作2号轴承的支承部件。(3)将原六个通径(φ50～60)mm的调节汽阀，更换成六个φ70mm的调节汽阀以增大进汽能力。(4)改造后的前、后轴承中心距离不变，与发电机的连接方式不变。从而保证原汽轮发电机组基础设计尺寸不变。调节系统：原调节系统不变，增加背压排汽压力保护装置。热力系统：(1)背压式汽轮机与凝汽式汽轮机的设计工况相同或接近，主汽和给水系统、部分回热设备系统(包括高压加热器、高压除氧器等)的参数均变化不大，故继续保留使用。(2)新设置一台带有2台风机(1开1备)的轴封加热器，用于建立背压机的空气系统，以接纳门杆、轴封漏汽和加热器的排空气。(3)凝汽器弃用，胶球清洗、射水抽气系统弃用，循环水系统停运(保留去往附属设备的升压循环冷却水系统。(4)疏水管路作相应改动，保留原疏水膨胀箱。(5)增加背压排汽管路，在背压管路上增设逆止阀、安全阀。(6)汽封系统改造，改造前的前汽封直径为445mm，其中前汽封第一档漏汽至高压加热器，第二档漏汽至均压箱，第三档漏汽至轴封加热器。改造后前汽封直径为300mm，降低汽封直径为保证改造后机组的轴向推力在合理范围内。其中前汽封第一档漏汽至高压加热器(和改造前保持不变)，第二档漏汽至新增加的轴封加热器，由于背压机漏汽量较大，原机组均压箱不能满足漏汽量大的要求。第三档漏汽仍至轴封加热器(和改造前保持不变)。内置汽封第一档漏汽至新增加的轴封加热器，第二档漏至原轴封加热器。机组原后汽封保持不变。将凝汽式汽轮机改造为背压式汽轮机技术为提高机组效率、降低煤耗，使同类型机组在改造后重新得以利用提供了有效途径；在保证机组外部结构不做变化，仅对通流部分做改造。这样提供了一个以低成本、低投入来获取高效益的有效方法。

传统的主汽轮机抽汽供热和背压式机组采用主汽轮机排汽供热对蒸汽的能量的利用都不够合理，要么需要减温减压器调低蒸汽参数，造成能源浪费，要么排汽的压力、温度过低，无法满足工业用汽的参数需求，只能供市政供暖。

发明内容

为了解决以上技术问题，本实用新型提出一种背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，采用燃煤发电机组汽轮机抽汽驱动，根据热用户的用汽压力、温度、流量进行设计。机组的主蒸汽或主汽轮机的高压抽汽经电动调节阀控制流量后驱动小汽轮机发电机组发电，小汽轮机的排汽满足工业用汽的压力、温度、流量需求，直接供给工业用汽。小汽轮机发电机组所发电能接入电厂的厂用电系统，用于驱动机组的辅机设备。

根据本实用新型的第一方面，本实用新型所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，包括小型汽轮机和小型发电机，小型汽轮机和小型发电机之间通过联轴器连接，小型汽轮机的蒸汽入口与进汽管连通，进汽管上设有进汽调节阀，进汽管入口端与主蒸汽管和主汽轮机的高压抽汽管分别连通，小型汽轮机的排汽口与工业用汽设备连通，小型发电机通过输电线路与电厂的厂用电系统连接。

根据本实用新型的第二方面，本实用新型所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的背压式汽轮机由燃煤发电机组汽轮机抽汽驱动。

根据本实用新型的第三方面，本实用新型所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，还包括调节系统，该调节系统由带单泵液压式调速器及波形管单滑阀式调压器构成，所述的带单泵液压式调速器与波形管单滑阀式调压器并联设置。

由于背压式汽轮机兼顾发电和供热（即向工业用汽设备供汽），调节系统需要调节转速和背压两个参数。发电量和供热量之间具有对应关系，背压式汽轮机的排汽量与进汽量具有对应关系。如果工业用汽设备需要的供汽量增加，就需要增加汽轮机的进汽量，这样发电量就会相应的增加。供热量的最大限度取决于最大发电量，也就是说背压式汽轮机的运行方式要根据热负荷（即工业用汽设备需要的用汽量）进行调节，此时背压式汽轮机的进汽调节阀受波形管单滑阀式调压器控制，由于工业用汽设备需要的用汽量是经常变化的，需要保证背压式汽轮机的排气压力稳定在一定范围内才能满足用汽的需要，必须采用调压器保持热负荷的运行方式，在调压器的作用下，汽轮机进汽量随工业用汽设备需要的用汽量而变化，发电机发出的功率也随之变化，用汽量增加，通过汽轮机的蒸汽量就增加，发电机的发电功率也增加；反之，用汽量减少，通过汽轮机的蒸汽量就减少，发电机的发电功率也减少。这种情况下，发电机发出的电能根本无法与用户的需要向平衡，通常应该并入电网运行，让机组的转速与电网同步，由于电网的周率是由网内机组共同维持的，相对来说比较稳定，此时背压式汽轮机的转速无须调整，调节系统的主要任务是维持排气压力的稳定。

如果需要按电负荷方式运行，调压器出于退出状态，使汽轮机在调速器控制下运行，保证厂用电系统的电负荷与汽轮机的进汽量向平衡，确保转速在额定数值，但不能保证汽轮机的排气量与热用户所要的用汽量相平衡。

根据本实用新型的第四方面，本实用新型所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的带单泵液压式调速器包括转速感应机构，传递机构和配汽机构；所述的调压器为压力感应机构，接收背压的变化脉冲，进而根据背压的变化调节进入汽轮机的蒸汽流量。

根据本实用新型的第五方面，本实用新型所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的转速感应机构为液压式，由径向钻孔泵、注油器和压力变换器组成，径向钻孔泵将转速的变化转换为出口油压的变化，控制压力变换器的滑阀发生位移，改变脉冲油压；径向钻孔泵由汽轮机主轴直接带动，注油器向径向钻孔泵的进口供油，汽轮机转动时径向钻孔泵叶轮旋转产生离心力使液体压力升高。

根据本实用新型的第六方面，本实用新型所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的径向钻孔泵的油压增量与转速的平方成正比。

根据本实用新型的第七方面，本实用新型所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的注油器包括喷嘴，扩压管和混合室；当径向钻孔泵的高压油从喷嘴高速射出时，混合室的油流在引射作用下随高压油一起从扩压管射出，同时在混合室内的形成低压区，从而将油供给径向钻孔泵的进口。

根据本实用新型的第八方面，本实用新型所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的压力变换器将径向钻孔泵的油压变化信号变换成滑阀的位移，并由此操纵传递机构。

根据本实用新型的第九方面，本实用新型所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的配汽机构包括进汽调节阀驱动机构，用于驱动进汽调节阀调节进入汽轮机的蒸汽流量。

根据本实用新型的第十方面，本实用新型所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的传递机构接收带单泵液压式调速器及波形管单滑阀式调压器的变化信号并放大，进而操纵配汽机构的进汽调节阀驱动机构，用于驱动进汽调节阀调节进入汽轮机的蒸汽流量。

附图说明

图1为本申请所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统的整体示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，包括小型汽轮机2和小型发电机4，小型汽轮机和小型发电机之间通过联轴器3连接，小型汽轮机的蒸汽入口与进汽管连通，进汽管上设有进汽调节阀1，进汽管入口端与主蒸汽管和主汽轮机的高压抽汽管分别连通，小型汽轮机的排汽口与工业用汽设备连通，小型发电机通过输电线路与电厂的厂用电系统连接。小型汽轮机2为背压式汽轮机。

主蒸汽或主汽轮机的高压抽汽经由小型汽轮机进汽调节阀1控制流量后进入小型汽轮机2。小型汽轮机2的排汽供给工业用汽。小型汽轮机2通过联轴器3驱动小型发电机4发电，所发电能接入电厂的厂用电系统。

所述的背压式汽轮机由燃煤发电机组汽轮机抽汽驱动。

所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统还包括调节系统，该调节系统由带单泵液压式调速器及波形管单滑阀式调压器构成，所述的带单泵液压式调速器与波形管单滑阀式调压器并联设置。

由于背压式汽轮机兼顾发电和供热（即向工业用汽设备供汽），调节系统需要调节转速和背压两个参数。发电量和供热量之间具有对应关系，背压式汽轮机的排汽量与进汽量具有对应关系。如果工业用汽设备需要的供汽量增加，就需要增加汽轮机的进汽量，这样发电量就会相应的增加。供热量的最大限度取决于最大发电量，也就是说背压式汽轮机的运行方式要么根据热负荷（即工业用汽设备需要的用汽量）进行调节，此时背压式汽轮机的进汽调节阀受波形管单滑阀式调压器控制，由于工业用汽设备需要的用汽量是经常变化的，需要保证背压式汽轮机的排气压力稳定在一定范围内才能满足用汽的需要，必须采用调压器保持热负荷的运行方式，在调压器的作用下，汽轮机进汽量随工业用汽设备需要的用汽量而变化，发电机发出的功率也随之变化，用汽量增加，通过汽轮机的蒸汽量就增加，发电机的发电功率也增加；反之，用汽量减少，通过汽轮机的蒸汽量就减少，发电机的发电功率也减少。这种情况下，发电机发出的电能根本无法与用户的需要向平衡，通常应该并入电网运行，让机组的转速与电网同步，由于电网的周率是由网内机组共同维持的，相对来说比较稳定，此时背压式汽轮机的转速无须调整，调节系统的主要任务是维持排气压力的稳定。

如果需要按电负荷方式运行，调压器出于退出状态，使汽轮机在调速器控制下运行，保证厂用电系统的电负荷与汽轮机的进汽量向平衡，确保转速在额定数值，但不能保证汽轮机的排气量与热用户所要的用汽量相平衡。

所述的带单泵液压式调速器包括转速感应机构，传递机构和配汽机构；所述的配汽机构包括进汽调节阀驱动机构，用于驱动进汽调节阀调节进入汽轮机的蒸汽流量。所述的调压器为压力感应机构，接收背压的变化脉冲，进而根据背压的变化调节进入汽轮机的蒸汽流量。调压器主要由波形管，滑阀，压缩弹簧，调压器手轮及偏心轮组成，当热负荷增加时，背压下降，波形管向下伸长，顶针带动滑阀下移，当滑阀下移时，带动配汽机构的进汽调节阀驱动机构，使进汽调节阀开大，增大进入汽轮机的进汽量；当热负荷减少时，工作过程与上述相反。

所述的转速感应机构为液压式，由径向钻孔泵、注油器和压力变换器组成，径向钻孔泵将转速的变化转换为出口油压的变化，控制压力变换器的滑阀发生位移，改变脉冲油压；径向钻孔泵由汽轮机主轴直接带动，注油器向径向钻孔泵的进口供油，汽轮机转动时径向钻孔泵叶轮旋转产生离心力使液体压力升高。所述的径向钻孔泵的油压增量与转速的平方成正比。径向钻孔泵的工作原理是当外界负荷减少或增加时，汽轮机的转速即离开稳定转速而上升或下降，由于径向钻孔泵的油压增量与转速的平方成正比，因此可以利用该泵的这种特性作为调速系统的转速感应元件。

所述的注油器包括喷嘴，扩压管和混合室；当径向钻孔泵的高压油从喷嘴高速射出时，混合室的油流在引射作用下随高压油一起从扩压管射出，同时在混合室内的形成低压区，从而将油供给径向钻孔泵的进口。

所述的压力变换器将径向钻孔泵的油压变化信号变换成滑阀的位移，并由此操纵传递机构。所述的传递机构接收带单泵液压式调速器及波形管单滑阀式调压器的变化信号并放大，进而操纵配汽机构的进汽调节阀驱动机构，用于调节进入汽轮机的蒸汽流量。

本实用新型的系统方法已经参考示意性工艺图进行了说明和解释。基于上面的描述，附加的变型和修改对本领域普通技术人员来说是显而易见的，均落入本申请的保护范围之内，并且本实用新型的保护范围是由所附的权利要求来确定的。

Claims (10)

1.一种背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，包括小型汽轮机和小型发电机，小型汽轮机和小型发电机之间通过联轴器连接，小型汽轮机的蒸汽入口与进汽管连通，进汽管上设有进汽调节阀，进汽管入口端与主蒸汽管和主汽轮机的高压抽汽管分别连通，小型汽轮机的排汽口与工业用汽设备连通，小型发电机通过输电线路与电厂的厂用电系统连接。

2.如权利要求1所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的背压式汽轮机由燃煤发电机组汽轮机抽汽驱动。

3.如权利要求2所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，还包括调节系统，该调节系统由带单泵液压式调速器及波形管单滑阀式调压器构成，所述的带单泵液压式调速器与波形管单滑阀式调压器并联设置。

4.如权利要求3所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的带单泵液压式调速器包括转速感应机构，传递机构和配汽机构；所述的调压器为压力感应机构，接收背压的变化脉冲，进而根据背压的变化调节进入汽轮机的蒸汽流量。

5.如权利要求4所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的转速感应机构为液压式，由径向钻孔泵、注油器和压力变换器组成，径向钻孔泵将转速的变化转换为出口油压的变化，控制压力变换器的滑阀发生位移，改变脉冲油压；径向钻孔泵由汽轮机主轴直接带动，注油器向径向钻孔泵的进口供油，汽轮机转动时径向钻孔泵叶轮旋转产生离心力使液体压力升高。

6.如权利要求5所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的径向钻孔泵的油压增量与转速的平方成正比。

7.如权利要求6所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的注油器包括喷嘴，扩压管和混合室；当径向钻孔泵的高压油从喷嘴高速射出时，混合室的油流在引射作用下随高压油一起从扩压管射出，同时在混合室内的形成低压区，从而将油供给径向钻孔泵的进口。

8.如权利要求5所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的压力变换器将径向钻孔泵的油压变化信号变换成滑阀的位移，并由此操纵传递机构。

9.如权利要求8所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的配汽机构包括进汽调节阀驱动机构，用于驱动进汽调节阀调节进入汽轮机的蒸汽流量。

10.如权利要求9所述的背压式汽轮机供热的能源梯级利用系统，其特征在于，所述的传递机构接收带单泵液压式调速器及波形管单滑阀式调压器的变化信号并放大，进而操纵配汽机构的进汽调节阀驱动机构，用于驱动进汽调节阀调节进入汽轮机的蒸汽流量。