一種輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻裝置的製作方法

2023-06-03 01:48:26

專利名稱：：一種輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻裝置的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種能夠提高凝汽設備真空並保證機組出力穩定的輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻裝置，屬發電
技術領域：
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背景技術：
：蒸汽動力裝置的基本循環是朗肯循環，該循環的工質為水蒸汽。水先被加熱成飽和蒸汽，再經過熱器繼續加熱為過熱蒸汽，這個過程為定壓吸熱過程。過熱蒸汽引入汽輪機內膨脹做功，這個做功過程一般視為絕熱膨脹過程。在汽輪機內做完功的乏汽排入凝汽設備內，在凝汽設備內被冷卻放出凝結潛熱並凝結成水，這個過程為定壓放熱過程。排汽冷凝為凝結水後通過汽輪機回熱系統預熱，再次進入鍋爐，開始蒸汽的下一個動力循環。為保證工質在凝汽設備內定壓放熱必須要有一個起冷源作用的冷端裝置。在現代大型電站凝汽式汽輪機組的熱力循環中，這個冷端裝置一般由在真空狀態下定壓放熱的凝汽設備和能夠及時帶走凝結潛熱的冷卻系統組成，其工作性能的好壞直接影響整個機組的熱經濟性和安全性。根據冷卻系統冷卻介質不同，目前凝汽設備冷卻方法主要有兩種溼冷和空冷。所謂溼冷即用循環冷卻水帶走凝汽設備中的蒸汽凝結潛熱，在冷卻塔內循環水以"淋雨"方式與空氣直接接觸進行熱交換，其整個過程處於"溼"的狀態，因此其冷卻系統稱為溼冷系統。目前常規電廠多採用這種冷卻方式。溼冷技術比較成熟，熱經濟性比較好，但從耗水量來看，凝汽設備用水量約佔電廠總耗水量的42.8%79.5%，這對缺水地區電廠來說是非常嚴重的問題。相對溼冷系統，耗水量極少的空冷系統得到了越來越廣泛的重視與發展。空冷系統也稱乾冷系統，是相對溼冷系統而言的。它是利用空氣直接或間接冷卻汽輪機排汽所必需的設備、裝置及其附件等完整組合的統稱。空冷發電廠的空冷塔，其循環水與空氣是通過散熱器間接進行熱交換的，整個冷卻過程處於"幹"的狀態，所以空冷塔又稱為乾式冷卻塔或乾冷塔。按照空氣和排汽進行熱交換方式的不同，空冷系統分為直接空冷系統，採用表面式凝汽設備的間接空冷系統(即哈蒙式)，採用混合式凝汽設備的間接空冷系統(即海勒式)。同容量的空冷機組與溼冷機組相比，其冷卻系統本身可節水97%以上，全廠性節水約65%以上，是火電廠節水量最多的一項技術。建設一座溼冷電站的耗水量可以建設410座同容量空冷電站，空冷機組由於其顯著的節水效應，被世界各國尤以富煤缺水地區普遍採用，對減緩世界性水荒，起到舉足輕重的作用。但是從環境溫度，風速及防凍考慮，空冷機組運行背壓普遍遠高於溼冷系統。在機組通常的背壓範圍內，凝汽設備壓力每改變士lkPa，汽輪機功率改變士1%2%。對一臺亞臨界300麗機組，凝汽設備真空每降低lkPa，機組熱耗率約上升0.8%，供電煤耗約增加2.5g/kW'h，這在電廠中是相當可觀的。空冷機組運行背壓相對於常規溼冷機組而言背壓變化幅度大。特別在直接空冷系統中，汽輪機排汽直接由空氣進行冷卻凝結，空冷凝汽設備的換熱效果直接受環境溫度、風速、風向等因素的影響。直接空冷系統在風速大幅增加時，其背壓變化可達10kPa左右，而海勒系統當風速大幅增加時背壓變化在56kPa，這將嚴重影響機組出力穩定性。另外由於背壓大幅度變化的影響，末級葉片經常工作在過渡區，蒸汽中的鹽份在末級葉片上時而沉積，時而被衝刷，從而降低了葉片材料的許用應力，這就要求限制葉片的應力水平。又由於低壓末級排汽溫度變化大，葉片連接部位應有良好的熱膨脹性。因此，對直接空冷機組對末級葉片有更高的要求。綜上所述，雖然空冷系統可以大大降低熱力電站水資源的損耗，但配有空冷系統的空冷機組，一次性投資較高，發電標準煤耗較大，夏季短暫時間還要限制機組出力，此外還有佔地和噪聲等方面的問題，這些都影響了空冷系統的推廣與發展。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種採用混合冷卻方式、能提高凝汽設備真空並保證機組出力穩定的輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻裝置。本實用新型所稱問題是由以下技術方案解決的—種輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻裝置，其特別之處是它包括位於凝汽器內的噴水機構、製冷循環設備、凝結水泵、循環泵、風冷散熱器及相應的連接管路和閥門，所述製冷循環設備包括製冷壓縮機、小汽輪機、蒸發器、冷凝器和膨脹閥，所述凝汽器熱井的排水口分別連通冷卻水分路和鍋爐供水回輸分路，所述冷卻水分路上設有循環泵，冷卻水分路經風冷散換熱器、蒸發器與噴水機構連通，構成閉式循環，所述鍋爐供水回輸分路設有凝結水泵，鍋爐供水回輸分路經冷凝器通入電站鍋爐給水管路，鍋爐供水回輸分路還設有直接連通熱力發電供水管路的支路。上述輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻裝置，所述冷卻水分路在風散換熱器出口處還設有直接連通噴水機構的支路。本實用新型針對現有凝汽設備冷卻系統存在缺陷進行了改進，主要特點如下1.採用混合式冷卻方式，利用噴水機構將通過蒸發器後的冷卻水噴出，形成水膜，與汽輪機排汽直接接觸進行熱交換，由於是直接接觸換熱，其傳熱係數相當大，可以在較小換熱空間下達到要求真空度；2.能夠根據實際運行要求，靈活調整製冷系統製冷量從而調節凝汽設備噴水溫度和通過蒸發器的水量，使凝汽設備達到合適真空，提高熱力系統經濟性；3.降低機組氣候環境影響程度，增強系統出力穩定性；4.目前空冷或溼冷系統都將凝結熱放入大氣，本裝置可將部分凝結熱及製冷壓縮機功耗轉化熱等全部通過冷凝器回收，用來加熱給水，減少了低溫端熱量損耗，可以有效減少低加抽氣，提高系統經濟性，降低煤耗，並且可以降低環境熱汙染；5.由於部分凝結水再循環，在凝汽設備中噴淋後與混合換熱有助於凝結水中氧的逸出，因此可以降低凝結水含氧量，減輕低加及管路腐蝕。圖1是本實用新型結構示意圖；圖2是本實用新型另一實施例的結構示意圖。圖中各標號含義如下l.鍋爐、2.過熱器、3.汽輪機、4.噴水機構、5.凝汽器、6.凝汽器熱井、7.凝結水泵、8.鍋爐供水回輸分路、8-1.連通熱力發電供水管路的支路、9.冷卻水分路、9-1.連通噴水機構的支路、10.循環泵、11.風冷散熱器、12.小汽輪機、13.製冷壓縮機、14.蒸發器、15.冷凝器、16.膨脹閥、17.凝結水精處理器、18.凝結水升壓泵、19.低壓加熱器、20.除氧器、21.給水泵、22.高壓加熱器、23.電站鍋爐給水管路、24-30.閥門、31.發電機。具體實施方式本實用新型對熱力電站凝汽式汽輪機採用混合冷卻方式，凝汽器熱井的凝結水分成兩路，一路依次進入風冷換熱器和製冷設備蒸發器降溫，然後由凝汽器噴水機構噴入凝汽器內與汽輪機混合傳熱，吸收汽輪機凝結熱，維持凝汽設備真空；另一路經過製冷設備的冷凝器，吸收冷凝器放熱，溫度升高後再進入低壓加熱器，實現熱量轉移，減少熱量損失，提高熱經濟性。所述製冷設備由蒸汽驅動小汽輪機提供動力或為吸收式制冷機，其工質為氨、氟利昂或者其它綠色冷媒。本實用新型以溫度較低的水通過噴水機構噴入凝汽器內與汽輪機混合傳熱傳質，由於混合傳熱係數遠大於表面式傳熱係數，因此具有更好的經濟性。汽輪機先被空冷散熱器冷卻，然後部分凝結水再被製冷循環蒸發器冷卻，製冷循環可以採用蒸汽壓縮式，也可以採用吸收式，雖然耗了一定功，但是保證機組出力穩定和經濟性。[0013]參看圖l，本實用新型(圖中虛線框所示)包括位於凝汽器5內的噴水機構4、製冷循環設備、凝結水泵7、循環泵10、風冷散熱器11及相應的連接管路和閥門。製冷循環設備包括製冷壓縮機13、小汽輪機12、蒸發器14、冷凝器15和膨脹閥16，製冷循環設備也可以採用吸收式制冷機。凝汽器熱井6的排水口分別連通冷卻水分路9和鍋爐供水回輸分路8。所述冷卻水分路9上設有循環泵10，冷卻水分路經風冷散換熱器、蒸發器與噴水機構連通，構成閉式循環，冷卻水分路9在風散換熱器出口處還設有直接連通噴水機構的支路9-l。鍋爐供水回輸分路8設有凝結水泵7，鍋爐供水回輸分路經冷凝器15通入電站鍋爐給水管路23，鍋爐供水回輸分路8還設有直接連通電站鍋爐給水管路的支路8-1。[0014]仍參看圖1，所述裝置正常運行時，凝結水從熱井6出來後分成兩路，一路進入冷卻水分路9，其中，大部分凝結水由該分路進入循環泵lO，由風冷散熱器ll降溫，通過蒸發器14再次降溫後，經閥門25進入噴水機構4噴入凝汽器5的喉部；從風冷換熱器11出來的另外一部分凝結水可經直接連通噴水機構的支路9-1進入凝汽器的噴水機構，此工況下閥門24關閉。從熱井6出來的另外少部分凝結水進入鍋爐供水回輸分路8，在該分路中凝結水經凝結水泵7，一部分經閥門28進入冷凝器15吸熱後再經閥門29送入熱力發電供水管路23，另一部分則由直接連通熱力發電供水管路的支路8-l送入熱力發電供水管路23，通過閥門28可以控制進入冷凝器15的凝結水流量。仍參看圖1，當室外環境滿足機組穩定經濟運行要求時，所述製冷循環設備可以停用，這時凝結水從熱井6出來後分成兩路，一路進入冷卻水分路9，大部分凝結水在該分路依次進入循環泵10、風冷散熱器11和閥門26後進入噴水機構4，此工況下閥門25和27關閉。從熱井6出來的另外少部分凝結水進入鍋爐供水回輸分路8，經凝結水泵7、閥門30送入熱力發電供水管路23，此工況下閥門28、29關閉。仍參看圖l，鍋爐供水經熱力發電供水管路23和其上依次設置的凝結水精處理器17、凝結水升壓泵18、低壓加熱器19、除氧器20、給水泵21、高壓加熱器22通入鍋爐1，水蒸汽在鍋爐中形成，再經過熱器2繼續加熱為過熱蒸汽，過熱蒸汽引入汽輪機3內膨脹做功。[0017]參看圖2，這是本實用新型另一實施例示意圖(圖中虛線框所示)，其工作過程與圖1裝置基本相同，不同之處是冷卻水分路9未設置連通噴水機構的支路，冷卻水分路的水經蒸發器14、噴水機構4噴入凝汽器喉部。[0018]本實用新型經濟效益估算如下以上海汽輪機廠N600-16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機為例估算，該機組主蒸汽和再熱蒸汽的額定溫度為538t:，環境溫度18t:時，機組設計背壓一般為15kPa，對應飽和溫度53.97°C。為簡便起見，這裡以回熱/再熱循環的初、終溫度的算術平均代替回熱/再熱循環的平均吸熱溫度，則理想循環熱效率為51.9%。formulaseeoriginaldocumentpage6採用本實用新型專利中提到的冷卻方法可以將機組背壓降到所要求的經濟真空值，比如為4.2kPa，對應飽和溫度29.8rC，則理想循環熱效率為55.46%。273.15+29.81formulaseeoriginaldocumentpage6因此採用本實用新型冷卻方法後可提高循環熱效率3.56%。按機組蒸汽初參數16.7MPa，538t:計算，對應焓值為3395.93kJ/kg，設計背壓15kPa及採用本實用新型冷卻方法後背壓4kPa下對應的焓值、理想焓降及循環熱效率表2所示。[0025]tableseeoriginaldocumentpage6汽輪機在設計工況下量為1217.57t/h(338.2kg/s)，兩種工況下機組對應理想焓降下的理想功率分別為W丄=QXAh丄X=338.2X797.2X0.519=139929.2kJ/sW2=QXAh2Xii2=338.2X840.35X0.5546=157620.9kJ/s兩者差值AW=W廠Wi=157620.9-139929.2=17691.7kJ/s故採用本實用新型冷卻方法後比直冷機組設計工況多做功[0030]17691.7xl00%=2.95%，相當於煤耗降低2.87%，如果平均煤耗按300g/kW'h，相當於煤耗600000降低8.61g/kWh。按年運行5500小時，其年發電量33億千瓦時，則節約標煤約2.69萬噸，以價格500元計算，可節省用煤費用1345萬元，同時可減少粉塵排放5044.4噸，減少二氧化碳排放2.07萬噸，減少二氧化硫排放206.62噸。以上為理論分析，實際節能效果要根據現場運行參數進行計算，汽輪機背壓與環境溫度，噴水溫度與噴水量等因素都有關係，另外還要考慮壓縮機的功耗，因為進入製冷系統蒸發器和冷凝器的水溫差別不是很大，因此製冷系統性能係數比較高，壓縮機功耗的計算也需要綜合考慮通過蒸發器的水溫與水量，通過冷凝器的水溫與水量等因素，但總的來說採用本裝置可以提高機組經濟性和運行穩定性。權利要求一種輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻裝置，其特徵在於它包括位於凝汽器(5)內的噴水機構(4)、製冷循環設備、凝結水泵(7)、循環泵(10)、風冷散熱器(11)及相應的連接管路和閥門，所述製冷循環設備包括製冷壓縮機(13)、小汽輪機(12)、蒸發器(14)、冷凝器(15)和膨脹閥(16)；所述凝汽器熱井(6)的排水口分別連通冷卻水分路(9)和鍋爐供水回輸分路(8)，所述冷卻水分路上設有循環泵(10)，冷卻水分路經風冷散換熱器、蒸發器與噴水機構連通，構成閉式循環；所述鍋爐供水回輸分路設有凝結水泵(7)，鍋爐供水回輸分路經冷凝器通入電站鍋爐給水管路，鍋爐供水回輸分路(8)還設有直接連通熱力發電供水管路的支路(8-1)。2.根據權利要求1所述的輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻裝置，其特徵在於所述冷卻水分路(9)在風散換熱器出口處設有直接連通噴水機構的支路(9-1)。專利摘要一種輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻裝置，用於解決現有凝汽設備冷卻系統存在的缺陷，其技術方案是它包括位於凝汽器內的噴水機構、製冷循環設備、風冷散熱器等，凝汽器熱井排水口分別連通冷卻水分路和鍋爐供水回輸分路，冷卻水分路上設有循環泵，冷卻水分路經風冷散換熱器、蒸發器與噴水機構連通，構成閉式循環，鍋爐供水回輸分路設有凝結水泵，該回輸分路經冷凝器通入電站鍋爐給水管路，該回輸分路還設有直接連通熱力發電供水管路的支路。本實用新型能夠靈活調整製冷系統製冷量從而使凝汽設備達到合適真空，提高熱力系統經濟性，增強系統出力穩定性，還可將部分凝結熱及製冷壓縮機功耗轉化熱回收，減少低溫端熱量損耗。文檔編號F01K11/02GK201531280SQ20092025401公開日2010年7月21日申請日期2009年10月14日優先權日2009年10月14日發明者劉迎福,王松嶺,論立勇,謝英柏申請人:華北電力大學(保定)