CN106949521A - 一种实现汽轮机凝汽器高真空运行的供热改造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汽轮机凝汽器高真空运行供热技术，并提供该技术的***配置及改造运行方法，所述***配置主要包括汽轮机高压缸、中压缸、低压缸、中低压缸联络调节蝶阀、水环真空泵、前置抽真空装置、前置抽真空装置隔离截止阀、前置抽真空装置旁路截止阀以及连接上述设备的阀门及管件。本发明利用前置抽真空装置提高汽轮机凝汽器极限真空，使得供热期可以提高凝汽器真空运行，从而降低低压缸最小通流量，即可增加汽轮机中排抽汽供热能力，又可提高机组真空以达到节能降耗目的。该技术改造简单造价低，适合在汽轮机本体不做改造而需要增加供热能力的机组上应用。并对提高汽轮机凝汽器真空运行增加机组供热能力的技术原理及实施例也作了相应介绍。
Description
技术领域
本发明涉及火力发电机组的应用领域，尤其是涉及火力发电机组增加供热能力改造的方法。
背景技术
当前火电占全国装机容量的65%左右，可以预见在未来相当长的一段时间内火电都将是我国能源***的重要组成部分。节能减排是我国经济实现可持续发展的国策。对于火力发电行业，进行热电联产改造，是实现国家节能减排目标的重要手段。在当前推进能源革命的大背景下，热电联产将迎来新一轮难得的发展机遇，智能化、清洁化、规范化将是其重要的发展特征，其在燃煤发电领域的地位将更加凸显。随着城市化进程的加快，城市需要集中供暖的面积逐渐增加，北方地区城市周边纯凝机组基本已经改为抽凝式供热机组，根据发展需求一些抽凝式供热机组有通过改造增加供热能力的需求。
目前主流增加抽凝式机组供热能力的热电联产改造形式有以下几种：
1、低真空供热改造：也可称为高背压供热改造技术，该技术是将汽轮机凝汽器运行背压提高到30-50kPa左右，使得汽轮机排汽可以直接加热热网循环水，可加热热网循环水至70-80℃，为了解决排汽温度高和叶片颤振，采暖期需更换成专门设计的供热低压转子，供热结束后换回到纯凝低压转子。该技术优点是：供热量大，供热面积足够大的情况下可将汽轮机冷段损失降为零，负荷要求稳定，安全性高。缺点是：投资偏大，需增加热网循环水量，供热高峰期需中排抽汽进行尖峰加热，每年需要例行更换转子，降低了机组负荷调节灵活性，不能适应较低电负荷运行。
2、溴化锂吸收式热泵供热改造：该技术是以溴化锂溶液为工质，以中排抽汽作为驱动蒸汽，回收冷却循环水余热，利用热泵将热网循环加热至70-90℃，采暖高峰期再通过中排抽汽加热至热用户需求温度供出。该技术优点是：不对汽轮机本体进行较大改造，可增加机组供热能力，运行灵活，不影响汽轮机组带负荷，对低温余热的温度要求低，不需要降低机组真空。缺点是：投资巨大，溴化锂热泵寿命短，维护工作量较大。
3、低压缸光轴改造：该技术是将汽轮机低压转子更换为光轴，使得中压缸排汽可全部供热，以牺牲部分发电能力为代价，低压转子更换成光轴，仅仅起到与发电机连接作用。该技术优点是：安全性高，相对投资较小，增加供热能力较大。缺点是：对于中排压力设计较高的机组，考虑中压缸叶片安全性，不太适应改造，改造后运行经济性较差，影响发电量较多。
申请号：201510739574.5中国发明专利公布了纯凝——高背压循环水供热双模式单转子汽轮机及其***，该***包括汽轮机内依次连接的高压缸、中压缸、中低压靠背轮、低压缸、低压靠背轮和发电机，中压缸与低压缸之间连接有低压缸进汽阀，低压缸内安装有低压转子，低压转子上安装有若干级叶片，叶片中的末级叶片长度比同等级的纯凝汽轮机末级叶片短，末级叶片长度比同等级的高背压循环水供热汽轮机末级叶片长。该发明的有益效果是在高背压循环水供热期与非供热期纯凝交替时，无需停机互换叶片完全不同的两根低压缸转子，只需不停机使用同一根转子即可，达到了夏季热耗不高、冬季冷源损失为零的目的安全监控装置和高背压循环水供热应急热力装置保证了末级叶片动应力不超限。该技术是提高汽轮机排汽背压，即降低凝汽器真空，用汽轮汽排汽直接加热热网循环水。此外该技术需对汽轮机本体做一系列改造，改造费用较高，施工难度大，周期长。该专利与本发明所述技术路线有本质区别，本发明所述***无需对汽轮机本体进行改造，技术方式以提高真空运行增加中排抽汽能力，改造量较小，费用低。
申请号：CN201610251992.4中国发明专利公布了一种光轴高背压供热汽轮机，它涉及一种供热汽轮机。该发明解决了现有蝶阀调整抽汽供热机组在供热工况下，低压转子易产生鼓风发热现象，且机组热效率低，供热抽汽能力较差的问题。该发明的低压转子为光轴转子，低压缸的上端设有两个低压进汽口，每个低压进汽口各与一个堵板密封连接，采暖抽汽管道的下端与中压缸上方的两个中压排气口连通，采暖抽汽管道的上端管壁上分别开设有第一供汽口和第二供汽口，第一供汽口与现有热网加热器连接，第二供汽口与冷却蒸汽管道的一端连接，冷却蒸汽管道的另一端穿过其中一个堵板与相应的低压进汽口连通，减温减压装置设置在冷却蒸汽管道内。该发明需对汽轮机低压缸转子进行光轴改造，牺牲机组部分发电能力，运行经济性差，改造费用较高，与本发明所述技术有本质区别。
综上，现有技术中的缺陷主要在于：
1、低真空供热改造：投资偏大，需增加热网循环水量，供热高峰期需中排抽汽进行尖峰加热，每年需要例行更换转子，降低了机组负荷调节灵活性，不能适应较低电负荷运行。
2、溴化锂吸收式热泵供热改造：投资巨大，溴化锂热泵寿命短，维护工作量较大。
3、低压缸光轴改造：投资较大，对于中排压力设计较高的机组，考虑中压缸叶片安全性，不太适应改造，改造后运行经济性较差，影响发电量较多。
发明内容
为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种火力发电机组增加供热能力改造的技术，不对汽轮机本体进行任何改造，只需增加前置抽真空装置及其隔离及旁路阀门，运行中提高汽轮机凝汽器真空，以降低低压缸最小通流量，从而增加中排抽汽量增加机组供热能力。而且本发明所述技术投资小，寿命长，维护工作量较小。进一步地，相对光轴改造影响发电量较少，适合所有抽凝机组进行供热能力增加改造。综上，本发明所述技术在增加供热能力方面的技术思路不同于现有任何技术，只需少量改造即可增加较大的供热能力。
为了解决上述问题，发明了一种汽轮机凝汽器高真空运行供热技术，并提供该技术的***配置及改造运行方法，所述***配置主要包括汽轮机高压缸（101），汽轮机中压缸(102)，汽轮机低压缸(103)，发电机（104），凝汽器（105），热网加热器（106），水环真空泵（107），前置抽真空装置（108），中低压缸联络调节蝶阀（109），前置抽真空装置隔离截止阀（110），前置抽真空装置旁路截止阀（111），供热抽汽截止阀（112），主蒸汽（201），再热蒸汽（202），水环真空泵排大气（203），热网回水（204），热网供水（205），热网加热器疏水（206），以及连接上述设备的阀门及管件。
本专利***示意图为附图1所示: 该***中主蒸汽（201）进入汽轮机高压缸（101）做完功后，经再热器继续加热，加热后的再热蒸汽（202）进入汽轮机中压缸(102)，中压缸排汽一路经中低压缸联络调节蝶阀（109）进入汽轮机低压缸(103)继续做功，另外一路连接热网加热器（106）用以加热热网回水（204），经加热的热网供水（205）供给到热用户，热网加热器疏水（206）经热网加热器底部接出，疏水回收至凝汽器热井；凝汽器（105）与低压缸相连接，发电机（104）与汽轮机同轴连接，把汽轮机的机械功转化为电能；凝汽器过冷区域引出抽真空母管，母管一路经前置抽真空装置隔离截止阀（110）、前置抽真空装置（108）引致水环真空泵（107）再经管路排大气（203），另外一路经前置抽真空装置旁路截止阀（111）直接引致水环真空泵再经管路排大气，两路可在不同的机组运行工况下进行切换。
汽轮机凝汽器高真空运行供热方案：打开前置抽真空装置隔离截止阀（110），开启前置抽真空装置（108），关闭前置抽真空装置旁路截止阀（111），当凝汽器（105）真空将至2kPa左右，适当调小中低压缸联络调节蝶阀（109）开度，即可增加中压缸排汽抽汽量，达到增加机组供热能力的目的。
本发明所述***实现机组增加供热能力关键点有以下两点：确定低压缸最小通流量、提高凝汽器真空。
一、确定低压缸最小通流量
汽轮机低压缸末级叶片前的容积流量太小，会首先在叶根处出现流动分离，出现涡回流，这时蒸汽不但不做功，还起反作用，产生鼓风，致末级效率急剧下降，在运行过程中要避免鼓风现象的产生。一般认为机组在较高背压低负荷可能会由于容积流量减小而出现鼓风。而鼓风状态的存在，使得在从叶根到约45%叶高区域的汽温上升，成为过热蒸汽，所以机组在较高背压小容积流量时，如果低压缸排汽温度高于排汽压力对应下的饱和温度时极有可能已经发生鼓风现象，这时要加以干预。一般抽凝机组运行中，低压缸有一个最小容积流量限制，一般抽凝机组背压在4.9-6kPa左右时，低压缸最小质量流量为120-145t/h左右，若将机组背压降低至1.5-2kPa，在最小容积流量限制不变的情况下，则低压缸最小质量流量为39-51t/h。即可增加81-94 t/h中排抽汽量，实现机组供热能力的增加。
二、提高凝汽器真空
凝汽器真空决定了低压缸最小通流质量流量的大小，如何提高真空为本发明关键点之一，对电厂抽真空***而言，由于水环泵低压力条件下抽真空能力较差，一般低于10KPa效率急剧下降，而本发明选取的前置抽真空装置（108）的抽真空能力随着压力的降低变化较小，因此将前置抽真空装置（108）串联在水环真空泵之前，增设前置抽真空装置隔离截止阀（110），前置抽真空装置旁路截止阀（111），进入采暖期时，打开前置抽真空装置隔离截止阀（110），开启前置抽真空装置（108），关闭前置抽真空装置旁路截止阀（111）即可提高机组凝汽器真空。若原***配备两台水环真空泵，串联前置抽真空装置（108）配置的水环真空泵是机组原***水环真空泵或者是新购置的小水环真空泵，小水环真空泵功率小于原水环真空泵功率，但不低于原水环真空泵功率的1/3。
利用本发明的方法，相对于现有技术，可以获得以下优点：
1、本发明所述技术，不对汽轮机本体进行任何改造，只需增加前置抽真空装置及其隔离及旁路阀门，运行中提高汽轮机凝汽器真空，以降低低压缸最小通流量，从而增加中排抽汽量增加机组供热能力。
2、本发明所述***投资小，寿命长，维护工作量较小。
3、相对光轴改造影响发电量较少，适合所有抽凝机组进行供热能力增加改造。
4、本发明所述技术在增加供热能力方面的技术思路不同于现有任何技术，只需少量改造即可增加较大的供热能力。
附图说明
接下来，将参考附图对本发明作进一步的描述，其中：
图1：高真空运行供热***示意图
图中：汽轮机高压缸（101），汽轮机中压缸(102)，汽轮机低压缸(103)，发电机（104），凝汽器（105），热网加热器（106），水环真空泵（107），前置抽真空装置（108），中低压缸联络调节蝶阀（109），前置抽真空装置隔离截止阀（110），前置抽真空装置旁路截止阀（111），供热抽汽截止阀（112），主蒸汽（201），再热蒸汽（202），水环真空泵排大气（203），热网回水（204），热网供水（205），热网加热器疏水（206）
具体实施方式
参考附图1，本发明提供了一种火力发电机组增加供热能力改造的技术，不对汽轮机本体进行任何改造，只需增加前置抽真空装置及其隔离及旁路阀门，运行中提高汽轮机凝汽器真空，以降低低压缸最小通流量，从而增加中排抽汽量增加机组供热能力。而且本发明所述技术投资小，寿命长，维护工作量较小。进一步地，相对光轴改造影响发电量较少，适合所有抽凝机组进行供热能力增加改造。综上，本发明所述技术在增加供热能力方面的技术思路不同于现有任何技术，只需少量改造即可增加较大的供热能力。
为了解决上述问题，发明了一种汽轮机凝汽器高真空运行供热技术，并提供该技术的***配置及改造运行方法，所述***配置主要包括汽轮机高压缸（101），汽轮机中压缸(102)，汽轮机低压缸(103)，发电机（104），凝汽器（105），热网加热器（106），水环真空泵（107），前置抽真空装置（108），中低压缸联络调节蝶阀（109），前置抽真空装置隔离截止阀（110），前置抽真空装置旁路截止阀（111），供热抽汽截止阀（112），主蒸汽（201），再热蒸汽（202），水环真空泵排大气（203），热网回水（204），热网供水（205），热网加热器疏水（206），以及连接上述设备的阀门及管件。
本专利***示意图为附图1所示: 该***中主蒸汽（201）进入汽轮机高压缸（101）做完功后，经再热器继续加热，加热后的再热蒸汽（202）进入汽轮机中压缸(102)，中压缸排汽一路经中低压缸联络调节蝶阀（109）进入汽轮机低压缸(103)继续做功，另外一路连接热网加热器（106）用以加热热网回水（204），经加热的热网供水（205）供给到热用户，热网加热器疏水（206）经热网加热器底部接出，疏水回收至凝汽器热井；凝汽器（105）与低压缸相连接，发电机（104）与汽轮机同轴连接，把汽轮机的机械功转化为电能；凝汽器过冷区域引出抽真空母管，母管一路经前置抽真空装置隔离截止阀（110）、前置抽真空装置（108）引致水环真空泵（107）再经管路排大气（203），另外一路经前置抽真空装置旁路截止阀（111）直接引致水环真空泵再经管路排大气，两路可在不同的机组运行工况下进行切换。
汽轮机凝汽器高真空运行供热方案：打开前置抽真空装置隔离截止阀（110），开启前置抽真空装置（108），关闭前置抽真空装置旁路截止阀（111），当凝汽器（105）真空将至2kPa左右，适当调小中低压缸联络调节蝶阀（109）开度，即可增加中压缸排汽抽汽量，达到增加机组供热能力的目的。
本发明所述***实现机组增加供热能力关键点有以下两点：确定低压缸最小通流量、提高凝汽器真空。
一、确定低压缸最小通流量
汽轮机低压缸末级叶片前的容积流量太小，会首先在叶根处出现流动分离，出现涡回流，这时蒸汽不但不做功，还起反作用，产生鼓风，致末级效率急剧下降，在运行过程中要避免鼓风现象的产生。一般认为机组在较高背压低负荷可能会由于容积流量减小而出现鼓风。而鼓风状态的存在，使得在从叶根到约45%叶高区域的汽温上升，成为过热蒸汽，所以机组在较高背压小容积流量时，如果低压缸排汽温度高于排汽压力对应下的饱和温度时极有可能已经发生鼓风现象，这时要加以干预。一般抽凝机组运行中，低压缸有一个最小容积流量限制，一般抽凝机组背压在4.9-6kPa左右时，低压缸最小质量流量为120-145t/h左右，若将机组背压降低至1.5-2kPa，在最小容积流量限制不变的情况下，则低压缸最小质量流量为39-51t/h。即可增加81-94 t/h中排抽汽量，实现机组供热能力的增加。
二、提高凝汽器真空
凝汽器真空决定了低压缸最小通流质量流量的大小，如何提高真空为本发明关键点之一，对电厂抽真空***而言，由于水环泵低压力条件下抽真空能力较差，一般低于10KPa效率急剧下降，而本发明选取的前置抽真空装置（108）的抽真空能力随着压力的降低变化较小，因此将前置抽真空装置（108）串联在水环真空泵之前，增设前置抽真空装置隔离截止阀（110），前置抽真空装置旁路截止阀（111），进入采暖期时，打开前置抽真空装置隔离截止阀（110），开启前置抽真空装置（108），关闭前置抽真空装置旁路截止阀（111）即可提高机组凝汽器真空。若原***配备两台水环真空泵，串联前置抽真空装置（108）配置的水环真空泵是机组原***水环真空泵或者是新购置的小水环真空泵，小水环真空泵功率小于原水环真空泵功率，但不低于原水环真空泵功率的1/3。
利用本发明的方法，相对于现有技术，可以获得以下优点：
1、本发明所述技术，不对汽轮机本体进行任何改造，只需增加前置抽真空装置及其隔离及旁路阀门，运行中提高汽轮机凝汽器真空，以降低低压缸最小通流量，从而增加中排抽汽量增加机组供热能力。
2、本发明所述***投资小，寿命长，维护工作量较小。
3、相对光轴改造影响发电量较少，适合所有抽凝机组进行供热能力增加改造。
4、本发明所述技术在增加供热能力方面的技术思路不同于现有任何技术，只需少量改造即可增加较大的供热能力。
实例说明：
某电厂1台330MW抽凝式汽轮机组，汽轮机型号：C330/262-16.7/0.49/538/538，该汽轮机最大抽汽工况中排抽汽量550t/h时，机组低压缸最小质量通流量约145t/h，机组背压4.9kPa，排汽焓值约2320.4kJ/kg，对应的排汽比容为25.89m3/kg，随着该电厂承担供热面积的增加，现有增加机组供热能力的改造需求。
按照本发明技术所述***及方法进行改造，具体为增加前置抽真空装置、前置抽真空装置隔离截止阀、前置抽真空装置旁路截止阀以及相应的管道改造。
改造后采暖期投入改造***后，将汽轮机凝汽器背压控制在2kPa左右，在不改变汽轮机低压缸最小容积流量的前提下，机组背压2kPa运行时，对应的排汽比容为60.93 m3/kg，相应的机组低压缸最小质量通流量变为61.6 t/h。
改造后机组中排抽汽量可增加83.4 t/h，主汽量不变的情况下，最大抽汽工况中排最大抽汽量可增加至633.4t/h。改造效果明显。
本发明技术所述***中前置抽真空装置（108）可以为离心式真空泵，也可为蒸汽喷射器以及罗茨式真空泵。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，这些变化、修改、替换和变型也视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种实现汽轮机凝汽器高真空运行的供热改造方法，不对汽轮机本体进行任何改造，只需增加前置抽真空装置及其隔离及旁路阀门，运行中提高汽轮机凝汽器真空，以降低低压缸最小通流量，从而增加中排抽汽量增加机组供热能力，其特征在于：
涉及的***配置主要包括汽轮机高压缸（101），汽轮机中压缸(102)，汽轮机低压缸(103)，发电机（104），凝汽器（105），热网加热器（106），水环真空泵（107），前置抽真空装置（108），中低压缸联络调节蝶阀（109），前置抽真空装置隔离截止阀（110），前置抽真空装置旁路截止阀（111），供热抽汽截止阀（112），主蒸汽（201），再热蒸汽（202），水环真空泵排大气（203），热网回水（204），热网供水（205），热网加热器疏水（206），以及连接上述设备的阀门及管件；
所述***中主蒸汽（201）进入汽轮机高压缸（101）做完功后，经再热器继续加热，加热后的再热蒸汽（202）进入汽轮机中压缸(102)，中压缸排汽一路经中低压缸联络调节蝶阀（109）进入汽轮机低压缸(103)继续做功，另外一路连接热网加热器（106）用以加热热网回水（204），经加热的热网供水（205）供给到热用户，热网加热器疏水（206）经热网加热器底部接出，疏水回收至凝汽器热井；凝汽器（105）与低压缸相连接，发电机（104）与汽轮机同轴连接，把汽轮机的机械功转化为电能；凝汽器过冷区域引出抽真空母管，母管一路经前置抽真空装置隔离截止阀（110）、前置抽真空装置（108）引致水环真空泵（107）再经管路排大气（203），另外一路经前置抽真空装置旁路截止阀（111）直接引致水环真空泵再经管路排大气，两路可在不同的机组运行工况下进行切换；
在运行过程中，汽轮机凝汽器高真空运行供热方案：打开前置抽真空装置隔离截止阀（110），开启前置抽真空装置（108），关闭前置抽真空装置旁路截止阀（111），当凝汽器（105）真空将至2kPa左右，适当调小中低压缸联络调节蝶阀（109）开度，增加中压缸排汽抽汽量；
在运行过程确定两个目标模式，一是确定低压缸最小通流量、二是提高凝汽器真空；
一、确定低压缸最小通流量
当机组在较高背压小容积流量时，如果低压缸排汽温度高于排汽压力对应下的饱和温度时，极有可能已经发生鼓风现象，这时要加以干预，在抽凝机组运行中，低压缸有一个最小容积流量限制，300MW级抽凝机组背压在4.9-6kPa左右时，低压缸最小质量流量为120-145t/h左右，若将机组背压降低至1.5-2kPa，在最小容积流量限制不变的情况下，则低压缸最小质量流量为39-51t/h，即可增加81-94 t/h中排抽汽量；
二、提高凝汽器真空
本***中将前置抽真空装置（108）串联在水环真空泵之前，增设前置抽真空装置隔离截止阀（110），前置抽真空装置旁路截止阀（111），进入采暖期时，打开前置抽真空装置隔离截止阀（110），开启前置抽真空装置（108），关闭前置抽真空装置旁路截止阀（111）即可提高机组凝汽器真空。
2.根据权利要求1所述的方法，与前置抽真空装置（108）串联的水环真空泵（107）是机组原***水环真空泵或者是新购置的小水环真空泵，小水环真空泵功率小于原水环真空泵功率，但不低于原水环真空泵功率的1/3。
3.根据权利要求1所述的方法，其中***中前置抽真空装置（108）是离心式真空泵或者是蒸汽喷射器以及罗茨式真空泵。
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