燃氣蒸汽聯合循環機組的循環水系統的製作方法

2023-07-19 12:42:51

專利名稱：燃氣蒸汽聯合循環機組的循環水系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及發電技術領域，尤其涉及一種用於燃氣蒸汽聯合循環機組的的循環水系統。
背景技術：
在現代大型燃煤或燃氣發電廠中，循環水系統用於不斷地向發電機組的凝汽器提供凝結汽輪機乏汽的冷卻水，乏汽凝結時放出的熱量被冷卻水帶走，從而維持凝汽器汽側的溫度和真空度，增加蒸汽在汽輪機內的焓降。因此，在燃料消耗量不變的情況下提高汽輪機的出力，也提高整個發電廠的發電效率。目前，現代大型燃煤或燃氣發電廠中循環水系統的供水方式有兩種一種為開式循環水供水，冷卻水取自江河湖海，使用後仍排向江河湖海；另一種是閉式循環水供水，循環水經過凝汽器加熱後，排向冷卻裝置(一般為冷卻塔)，經冷卻塔冷卻後再供凝汽器使用。循環水系統的供水方式一般都受到地理條件和環境保護政策等方面的局限而無法自由選擇，但汽輪機的循環水系統的配置方式則可根據發電機組的具體情況自由選擇。汽輪機的循環水系統在熱力系統中的配置方式直接影響到循環水系統的設備成本和設備運行的安全性、可靠性，乃至影響到發電機組運行的安全性和經濟性。目前循環水系統的配置方案很多，但就其本質而言，只有兩種配置方式一是單元制，即每臺發電機組的循環水各自成獨立的系統，互不影響；二是母管制，即將多臺發電機組的各套循環水泵並聯設置在一根壓力水管道上，每臺發電機組的凝汽器也並聯在供、排水母管上。如圖1所示為現有技術中的一種單元制循環水系統，海水經由取水隧道11進入循環水泵房，經過鋼間門1、攔汙柵2和旋轉濾網3過濾後，由循環水泵進行升壓。該循環水系統中設置了四臺循環水泵41、42、43、44，一一對應地分別向凝汽器71、72、73、74提供的冷卻水。各凝汽器的進水管道相互獨立，互不影響。冷卻水經凝汽器加熱後，再分4個獨立的排水管道排入虹吸井9，最後經排水工作井10的排水隧道12返回大海。液控止回蝶閥5 可以有效減少停泵時的水錘效應，保護泵本體安全。單元制循環水系統的優點是各個發電機組的循環水系統相互獨立，特別是針對發電等級不同的發電機組，可以避免因凝汽器水阻和循泵特性不同造成凝汽器不能獲得足夠的冷卻水，降低機組發電效率。單元制循環水系統的缺點是如果某機組的循環水管路上任何設備出現故障，該機組必須停運。且正常運行時，無論循環水溫如何變化，必須4臺循環水泵必須全開才能保證全廠4臺凝汽器有足夠的冷卻水(除非對整個循環水系統增加一倍投資，每臺循環水管路均設置1用1備兩臺循環水泵)。如圖2所示為現有技術中一種母管制循環水系統，海水經由取水隧道11進入循環水泵房，經過鋼閘門1、攔汙柵2和旋轉濾網3過濾後，由循環水泵41、42、43、44進行升壓後集中供給循環水進水母管61，凝汽器71、72、73、74由循環水進水母管61取水，然後經循環
3水排水母管62排入虹吸井9，最後經排水工作井10的排水隧道12返回大海。液控止回蝶閥5不但可以有效減少停泵時泵本身水流倒流產生的水錘效應，還減少了由於其他三臺循環水泵運行對停運泵造成的水錘效應，保護泵本體安全。母管制循環水系統的優點是，所有循環水泵並聯在一根壓力水管道上，每臺機組的凝汽器也並聯在供、排水母管上。各泵之間形成互為備用狀態，不會因一臺或兩臺循環水泵故障造成機組停運，極大地提高了發電機組運行的可靠性。而且母管制循環水系統還可以根據春夏秋冬四季水溫的變換調節循環水泵的運行方式，實現譬如冬季2臺循環水泵運行，春秋季節3臺循環水泵運行，夏季4臺循環水泵運行的優化節能運行方式，即可滿足發電機組對冷卻水的供應要求，還降低了循環水泵對電能的消耗。母管制循環水系統的缺點是，各發電機組的循環水系統之間互相影響較大，這要求並聯的各個循環水泵的特性相近，並聯的各個凝汽器的水阻也要接近，否則會使各個循環水泵之間負荷分配不均，並且水阻大的凝汽器不能獲得足夠的冷卻水量，影響汽輪機的發電效率。因此，母管制循環水系統會限制全廠發電機組配置的靈活型，又對循環水的取水點及母管的布置要求比較苛刻。因此，本領域的技術人員致力於開發一種多臺發電機組公用循環水系統以克服上述缺陷。

實用新型內容有鑑於現有技術的上述缺陷，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種，以對現有技術的上述缺陷進行改進。為實現上述目的，本實用新型提供了一種燃氣蒸汽聯合循環發電機組的循環水系統，至少包括第一凝汽器、第二凝汽器、第三凝汽器、第四凝汽器，還包括第一循環水泵、第二循環水泵、第三循環水泵、第四循環水泵；所述第一凝汽器、所述第二凝汽器與所述第一循環水泵、所述第二循環水泵組成母管制第一循環水系統，所述第三凝汽器、所述第四凝汽器與所述第三循環水泵、所述第四循環水泵組成母管制第二循環水系統；所述母管制第一循環水系統與所述母管制第二循環水系統組成擴大單元制循環水系統。較佳地，所述母管制第一循環水系統的供水母管與所述母管制第二循環水系統的供水母管之間設置有連接管路，所述連接管路上設置有聯絡閥門。較佳地，所述聯絡閥門為開啟狀態時，所述第一循環水泵、所述第二循環水泵、所述第三循環水泵、所述第四循環水泵串聯在同一母管上。較佳地，所述聯絡閥門為關閉狀態時，所述母管制第一循環水系統與所述母管制第二循環水系統相互獨立。較佳地，所述母管制第一循環水系統的排水管道、所述母管制第二循環水系統的排水管道分別與排水工作井連通。較佳地，一虹吸井與所述排水工作井合併設置構成一虹吸式排水工作井，節省了佔地面積。較佳地，所述循環水系統根據所述燃氣蒸汽聯合循環機組的最大出力、凝汽器背壓、循環水進水溫度，確定凝汽器的換熱面積及冷卻水取水隧道的內徑。較佳地，所述燃氣蒸汽聯合循環機組的凝汽器的換熱面積為10832平方米，循環水系統冷卻水取水隧道內徑為3600毫米。本實用新型的有益效果是本實用新型的循環水系統具備了傳統的單元制循環水系統和母管制循環水系統的所有優點，同時也解決了單純母管制或單純單元制循環水系統的不足，使得循環水系統能根據機組負荷和檢修情況的變化在兩種方式中靈活地切換，提高了循環水系統的可靠性和靈活性，降低了廠用電的消耗。特別地，新建電廠各臺機組是依次完工，逐臺投入商業運行，關閉聯絡閥門，可實現生產和基建機組相互隔離，前期機組可提前投入運行。以下將結合附圖對本實用新型的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本實用新型的目的、特徵和效果。

圖1是現有技術中單元制循環水系統的結構示意圖。圖2是現有技術中母管制循環水系統的結構示意圖。圖3是本實用新型的一具體實施例的結構示意圖。
具體實施方式
如圖3所示，本實用新型為四臺燃氣蒸汽循環發電機組的循環水系統的一具體實施例，主要包括凝汽器71、72、73、74，還包括循環水泵41、42、43、44。每一凝汽器分別對應配置一臺100 %容量的循環水泵，長期連續運行，不設備用泵。其中，凝汽器71、72與循環水泵41、42組成母管制第一循環水系統，循環水泵41、 42之間相互備用。凝汽器73、74與循環水泵43、44組成母管制第二循環水系統，循環水泵 43、44之間相互備用。母管制第一循環水系統的排水管道63、母管制第二循環水系統的排水管道64分別與虹吸式排水工作井10連通。上述的母管制第一循環水系統與母管制第二循環水系統組成擴大單元制循環水系統。母管制第一循環水系統的供水母管61與母管制第二循環水系統的供水母管62之間設置有連接管路8，連接管路8上設置有聯絡閥門81。凝汽器進水時，循環水泵41、42並聯為一個供水母管61後供凝汽器71、72使用， 循環水泵43、44並聯為一個供水母管62後供凝汽器73、74使用。凝汽器排水時，凝汽器71、72的排水管道63連通後排入虹吸式排水工作井10，凝汽器73、74的排水管道64連通後排入虹吸式排水工作井10。本實用新型由於上述結構設計，具有兩種不同的循環水路，實現了對循環水系統在母管制和擴大單元制之間的切換，因此改善了循環水系統的靈活性和可靠性。當聯絡閥門81為關閉狀態時，連接管路8的兩側不貫通，整個循環水系統為擴大單元制，上述的母管制第一循環水系統(包括凝汽器71、72、循環水泵41、42)與母管制第二循環水系統(包括凝汽器73、74、循環水泵43、44)相互獨立。關閉聯絡閥門81，還可實現當凝汽器71、72的供水母管上任何設備出現故障檢修時，不影響凝汽器73、74的正常投運，反之亦然。
5[0038]由於新建電廠的各臺機組大多都是依次完工，逐臺投入商業運行，因此關閉聯絡閥門81還可實現生產和基建機組相互隔離，前期機組可提前投入運行。當聯絡閥門81為開啟狀態時，連接管路8的兩側貫通，整個循環水系統為單元制循環水系統，循環水泵41、42、43、44並聯在同一母管(該母管由61、62共同組成)上，可實現各循環水泵之間相互備用的狀態，增加發電機組運行的可靠性。例如當循環水泵41、42、43處於檢修狀態時，打開循環水泵44的液控止回蝶閥 54、聯絡閥門81以及凝汽器71的進口閥門91、出口閥門95，關閉循環水泵41、42、43自帶的液控止回蝶閥51、52、53以及凝汽器72、73、74的進口閥門92、93、94，即可實現循環水泵 44對凝汽器71的供水。在具體應用中，冷卻水(例如海水或江河水)從取水隧道11中進入循環水泵房， 經過鋼閘門1、攔汙柵2和旋轉濾網3過濾後，由循環水泵41、42、43、44進行升壓。其後，冷卻水通過進水母管61和/或進水母管62進入凝汽器71、72、73、74，然後分別經排水管道 63,64排入虹吸式排水工作井10，最後經排水隧道12返回大海。本實施例中，一虹吸井與排水工作井合併設置為虹吸式排水工作井10，實現了虹吸井和排水工作井的合併布置，節省了一定的建造面積及管道。循環水系統根據燃氣蒸汽聯合循環機組的最大出力、凝汽器背壓、冷卻水進水溫度，確定凝汽器換熱面積及循環水系統冷卻水取水隧道的內徑。具體如本實施例1、設計工況時(大氣溫度15. 70C )機組最大出力403. 2麗，凝汽器背壓4. 49KPa. a,冷卻水進水溫度17. 3°C，冷卻水進水流量22150立方米/小時，冷卻水溫升9. 130C，凝汽器熱負荷226794KW，計算出凝汽器換熱面積9383平方米。2、冬季工況時(大氣溫度3. 9°C )機組最大出力413. 5麗，凝汽器背壓2. 48KPa. a，冷卻水進水溫度5. 8°C，冷卻水進水流量22150立方米/小時，冷卻水溫升9. 38°C，凝汽器熱負荷232723KW，計算出凝汽器換熱面積10209平方米。3、夏季工況時(大氣溫度27. 50C )機組最大出力371. 7麗，凝汽器背壓8. 04KPa. a，冷卻水進水溫度29. 6°C，冷卻水進水流量22150立方米/小時，冷卻水溫升8. 9°C，凝汽器熱負荷220900KW，計算出凝汽器換熱面積10293. 4平方米。為保證燃氣蒸汽聯合循環機組全年均正常發電，凝汽器的換熱面積應不低於以上計算面積的最大值，同時為保證機組安全運行取5%的凝汽器堵管裕量從而確定凝汽器的換熱面積為10293. 4平方米X (1+5% ) = 10832平方米，並最終確定四臺機組冷卻水取水隧道11的內徑為3600毫米。本實用新型的構思也可以應用在其他不同實施例中，用於解決譬如六套循環水系統等的相同問題，具有基本相同的有益效果。本實用新型的循環水系統的供水方式和排水方式由於採用了擴大單元製冷卻水直流供水系統，而具有優化的運行方式打開聯絡閥門81，可實現對全廠循環水系統的優化運行。根據計算，夏季可採用4 機4泵運行模式，春秋季可採用4機3泵運行模式，冬季可採用4機2泵運行模式。[0054]
夏季(4機4泵)|春秋季(4機3泵)I冬季(4機2泵)
循泵設計流量 Q 7. IOmVs8.20m3/s9. 30m3/s
循泵設計揚程H 23.8m20. Im16. Om
單臺泵功率 W1961kW1891kW1788kW該運行方式即可滿足發電機組對冷卻水的供應要求，又避免了全廠循環水系統長期在4機4泵的模式下工作，減少了廠用電消耗。特別是，在機組低負荷情況下運行時，上述運行方式既能保證凝汽器安全運行，又能大大提高設備運行的經濟性。特別地，針對燃機電廠早開晚停的運行模式，在晚上四臺機組停運期間，只開一臺循環水泵即可滿足四臺機組輔機系統所需的冷卻水量，避免了現有技術中即使在機組停運期間也必須開足四臺循環水泵的情況，減少了循環水泵電能消耗。以上詳細描述了本實用新型的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本實用新型的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本實用新型的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。
權利要求1.一種燃氣蒸汽聯合循環機組的循環水系統，至少包括第一凝汽器、第二凝汽器、第三凝汽器、第四凝汽器，還包括第一循環水泵、第二循環水泵、第三循環水泵、第四循環水泵； 其特徵在於所述第一凝汽器、所述第二凝汽器與所述第一循環水泵、所述第二循環水泵組成母管制第一循環水系統，所述第三凝汽器、所述第四凝汽器與所述第三循環水泵、所述第四循環水泵組成母管制第二循環水系統；所述母管制第一循環水系統與所述母管制第二循環水系統通過聯絡閥門組成循環水系統。
2.如權利要求1所述的燃氣蒸汽聯合循環機組的循環水系統，其特徵在於所述母管制第一循環水系統的供水母管與所述母管制第二循環水系統的供水母管之間設置有連接管路，所述連接管路上設置有所述聯絡閥門。
3.如權利要求2所述的燃氣蒸汽聯合循環機組的循環水系統，其特徵在於所述聯絡閥門為開啟狀態時，所述第一循環水泵、所述第二循環水泵、所述第三循環水泵、所述第四循環水泵串聯在同一母管上。
4.如權利要求2所述的燃氣蒸汽聯合循環機組的循環水系統，其特徵在於所述聯絡閥門為關閉狀態時，所述母管制第一循環水系統與所述母管制第二循環水系統之間相互獨立。
5.如權利要求1所述的燃氣蒸汽聯合循環機組的循環水系統，其特徵在於所述母管制第一循環水系統的排水管道、所述母管制第二循環水系統的排水管道分別與排水工作井連通。
6.如權利要求1所述的燃氣蒸汽聯合循環機組的循環水系統，其特徵在於一虹吸井與所述排水工作井合併設置構成一虹吸式排水工作井。
7.如權利要求1所述的燃氣蒸汽聯合循環機組的循環水系統，其特徵在於所述循環水系統根據所述燃氣蒸汽聯合循環機組的最大出力、凝汽器背壓、循環水進水溫度，確定凝汽器的換熱面積及冷卻水取水隧道的內徑。
8.如權利要求7所述的燃氣蒸汽聯合循環機組的循環水系統，其特徵在於所述燃氣蒸汽聯合循環機組的凝汽器的換熱面積為10832平方米，循環水系統冷卻水取水隧道內徑為3600毫米。
專利摘要本實用新型公開了一種燃氣蒸汽聯合循環機組的循環水系統，至少包括第一凝汽器、第二凝汽器、第三凝汽器、第四凝汽器，還包括第一循環水泵、第二循環水泵、第三循環水泵、第四循環水泵；第一凝汽器、第二凝汽器與第一循環水泵、第二循環水泵組成母管制第一循環水系統，第三凝汽器、第四凝汽器與第三循環水泵、第四循環水泵組成母管制第二循環水系統；母管制第一循環水系統與母管制第二循環水系統通過聯絡閥門組成循環水系統。本實用新型具備現有單元制循環水系統和母管制循環水系統的所有優點，解決了單純母管制或單純單元制循環水系統的不足，使循環水系統能根據機組負荷和檢修情況的變化在兩種方式中靈活地切換，提高了循環水系統的靈活性。
文檔編號F01D25/08GK202220627SQ20112033186
公開日2012年5月16日 申請日期2011年9月6日 優先權日2011年9月6日
發明者劉可 申請人:上海申能臨港燃機發電有限公司