多台空冷机组梯级余热利用高效供热系统

技术领域

本发明属于火力发电厂技术领域，具体涉及一种多台空冷机组梯级余热利用高效供热系统。

背景技术

火力发电厂的冷端损失是电厂热力系统的最大损失。在常规纯凝式汽轮机组中，汽轮机低压缸排汽进入凝汽器，与循环冷却水热交换后冷却成凝结水，其热量通过凉水塔散至大气当中，产生冷源损失占燃料总发热量的39%以上，这是限制汽轮机循环热效率的主要原因。汽轮机排汽损失对于火力发电厂来说是废热排放，但对于低品位的建筑采暖而言，则构成巨大的能源浪费。如果汽轮机排汽余热能够充分回收用于供热，将大幅提高电厂的供热能力和汽轮机组的循环热效率，抽凝机组进行热电联产深度改造，回收汽轮机排汽或循环水的余热向城市供热，变废为宝，使电厂对外供热能力提高，提高燃料的热能利用率，也能很大程度上提高火力发电企业的经济效益。

近年来，随着城市化进程的推进及居民生活水平的提高，我国城市居民供热需求逐年在大幅增加，对于大型纯凝或抽凝机组如何进行供热改造，以降低汽轮机的冷源损失，目前尚没有得到良好的解决。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种多台空冷机组梯级余热利用高效供热系统。

具体方案如下：

多台空冷机组梯级余热利用高效供热系统，包括汽轮机组、背压凝汽器、加热器和供热管网，其特征在于：所述汽轮机组至少为一组，每组汽轮机组中均包括汽轮机中压缸和汽轮机低压缸，其中，所述汽轮机低压缸与背压凝汽器管道连接，所述背压凝汽器至少为一个，不同的背压凝汽器与不同的汽轮机低压缸管道连接，每个背压凝汽器之间串联连接，串联连接的背压凝汽器的一端与加热器管道连接，所述加热器与供热管网管道连接，所述供热管网与串联连接的背压凝汽器的另一端管道连接。

所述背压凝汽器上设置有凝汽器进液端、凝汽器出液端、凝汽器进气端和凝汽器排水端，其中，所述串联连接的背压凝汽器包括至少两个背压凝汽器，至少两个背压凝汽器之间通过各自的凝汽器出液端和凝汽器进液端依次首连接。

所述供热管网包括供热管网回水端和供热管网供水端，所述供热管网供水端与加热器管道连接，所述加热器与串联连接的背压凝汽器的凝汽器出液端管道连接，串联连接的背压凝汽器的凝汽器进液端与供热管网回水端管道连接。

所述加热器至少为一个，不同的加热器之间并联连接，每个加热器上均设置有加热器进气端、加热器排液端，加热器进液端和加热器出液端，其中，所述加热器的进液端与串联连接的背压凝汽器的凝汽器出液端管道连接，所述加热器出液端与供热管网供水端管道连接。

所述汽轮机中压缸与加热器进气端之间还设置有高背压汽轮机，高背压汽轮机上设置有第一调节阀，所述汽轮机中压缸通过高背压汽轮机和第一调节阀与加热器进气端管道连接。

所述系统中还设置有第一发电机，所述第一发电机与高背压汽轮机转动连接。

所述汽轮机中压缸上设置有第二调节阀和第三调节阀，所述汽轮机中压缸通过第二调节阀与汽轮机低压缸管道连接，所述汽轮机中压缸通过第三调节阀与高背压汽轮机管道连接。

不同的汽轮机中压缸之间设置有第四调节阀，所述第四调节阀两端分别与不同的汽轮机中压缸上的第三调节阀管道连接。

所述系统中还设置有至少一个空冷岛，每个空冷岛上均设置有空冷岛调节阀，所述空冷岛通过空冷岛调节阀分别与汽轮机低压缸和背压凝汽器管道连接。

本发明公开了一种多台空冷机组梯级余热利用高效供热系统，所述系统中设置有多组汽轮机和多个背压凝汽器，多个背压凝汽器依次串联连接，不同的背压凝汽器之间连接不同的汽轮机组，汽轮机中排出的乏气分别进入不同的背压凝汽器中，由于采用多个背压凝汽器串联连接，不同的背压凝汽器之间可以对热网管道中的水依次逐级加热，通过逐级加热使得每个汽轮机中的排出的乏气进行逐级换热，有效利用了汽轮机乏气冷凝过程中的热量，降低了汽轮机的冷源损失，提高了余热利用率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施，而不是全部的实施，基于本发明的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，空冷机组梯级余热利用高效供热系统，包括汽轮机组、背压凝汽器7、加热器18和供热管网，所述汽轮机组至少为一组，每组汽轮机组中均包括汽轮机中压缸1和汽轮机低压缸4，其中，所述汽轮机低压缸4与背压凝汽器7管道连接，所述背压凝汽器7至少为一个，不同的背压凝汽器7与不同的汽轮机低压缸4管道连接，每个背压凝汽器7之间串联连接，串联连接的背压凝汽器7的一端与加热器18管道连接，所述加热器18与供热管网管道连接，所述供热管网与串联连接的背压凝汽器7的另一端管道连接。

汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种以蒸汽为动力，并将蒸气的热能转化为机械功的旋转机械，是现代火力发电厂中应用最广泛的原动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功，汽轮机是现代火力发电厂的主要设备之一，也用于冶金工业、化学工业、舰船动力装置中，所述汽轮机的转子和汽缸具有很高的加工精度，主要部件在高温、高压环境中工作，所述汽轮机具有单机功率大、效率高、寿命长等优点。

汽轮机根据工作特点可以分为汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸。

汽轮机高压缸是主蒸汽进入汽缸的最初阶段，此时的蒸汽压力大，温度高，所以相对应的高压缸叶片短，叶轮直径大。通常汽轮机中压缸、汽轮机高压缸、汽轮机低压缸并列设置，区别就在内部压力的不同。

所述背压凝汽器7是将汽轮机的排气冷能成水的一种换热器，凝汽器除将汽轮机的排汽冷凝成水，还能在汽轮机排汽处建立真空和维持真空，所述背压凝汽器7可以提高凝汽器真空的，降低汽轮机的排汽压力，从而增加汽机的效率。所述背压是凝汽器内的压力，背压高，说明凝汽器的压力高，在本实施例中背压凝汽器7优选为高背压凝汽器，所述高背压凝汽器提高了凝汽器的真空度，降低了汽轮机的排气压力，从而增加了汽轮机的效率。

在本实施例中，所述背压凝汽器7的数量优选为两个，所述汽轮机组优选为两组，所述加热器18优选为两组，两组加热器优选为并联连接，两个背压凝汽器7采用逐级串联连接的方式，且不同的背压凝汽器7与不同的汽轮机组对应连接，汽轮机组排出的乏气输送至背压凝汽器7中进行凝汽，由于蒸汽在背压凝汽器7中被冷凝为水，气体转换为液体的过程为放热过程，所以，汽轮机组排出的蒸汽与进入背压凝汽器中的供热管网水进行换热，利用汽轮机组排出的乏气余热提升了供热管网中的水的水温，本实施例中采用两个背压凝汽器7串联连接，这样供热管网中的水可以通过两级背压凝汽器7逐级完成两次换热，使得供热管网中的水进一步提升，供热管网中的水从两级背压凝汽器7中流出后会被输送至加热器20中进行水温的再次提升，使得水温能够满足热网用户对水温的需求。

所述加热器20的是从汽轮机中压缸1中进行抽气，抽出的高温蒸汽在加热器20中与供热管网的水进向换热，以提升供热管网中的水温。

所述加热器20采用两组加热器20并联的方式连接，提高了加热器20的换热能力，能同时与更多的水流进行换热。

所述背压凝汽器7上设置有凝汽器进液端9、凝汽器出液端11、凝汽器进气端10和凝汽器排水端8，其中，所述串联连接的背压凝汽器7包括至少两个背压凝汽器7，至少两个背压凝汽器7之间通过各自的凝汽器出液端11和凝汽器进液端9依次首连接。

从凝汽器进液端9进入的液体介质可以与凝汽器进气端10进入的气体介质在背压凝汽器7中完成换热交换，具体地，所述背压凝汽器7将凝汽器进气端10流入的气体介质进行冷凝，冷凝过程为放热过程，冷凝中所释放的热量与液体介质进行换热，换热后，液体介质吸热升温，升温后的液体介质通过凝汽器出液端11从背压凝汽器7中流出，气体介质在背压凝汽器7中被冷凝成液体，冷凝后的液体通过凝汽器排水端8从所述系统中流出。

所述供热管网包括供热管网回水端21和供热管网供水端22，所述供热管网供水端22与加热器18管道连接，所述加热器18与串联连接的背压凝汽器7的凝汽器出液端11管道连接，串联连接的背压凝汽器7的凝汽器进液端9与供热管网回水端21管道连接。

所述供热管网是从热源通往建筑物热力入口的供热管道，多个供热管道形成管网，所述供热管网是也是一个水循环系统。在本实施例中供热管网中的高温水通过供热管网供水端22输送至热用户处放热，放热后供热管网中的水温降低，降温后的水通过供热管网回流至供热管网回水端21，经过提升温度后再次通过供热管网供水端22为热用户提供供热。

所述供热管网回水端21回流的水，通过串联连接的背压凝汽器7逐渐进行升温，最后经过加热器18进一步提升水温，使得供热管网中的水满足供热需求，升温后的供热管网中的水通过供热管网供水端22输送至热用户处，为热用户提供供热。

在供热管网中水升温的过程中，本实施例采用两级背压凝汽器7逐级与供热管网中的水进行换热，所述两级背压凝汽器7分别与不同的汽轮机低压缸4管道连接，汽轮机低压缸4排出的乏气在背压凝汽器7中进行放热完成与供热管网中的水的热交换过程，本实施例中，有效利用了高温乏气在冷凝过程中放出的热量，降低了汽轮机的冷源损失，提高了余热利用率，在实际运行过程中，可以通过调整汽轮机低压缸4的排气背压来调整排气温度，在本实施例中，所述汽轮机低压缸4的排气压力优选为13kPa，所述排气温度优选为51.04℃。

而且本实施例中，两级背压凝汽器7分别连接不同的汽轮机中压缸4，采用这样的连接方式，使得串联连接的背压凝汽器7将所有汽轮机低压缸4排出的乏气进行逐级集中换热，减少了整体汽轮机组的热量损失，提高了余热利用的效率。

在本实施例中，所述过供热管网回水端21处的水温约为30℃，当所述汽轮机低压缸4的排气压力优选为13 kPa，所述排气温度优选为51.04℃时，供热管网回水端21的水经过一级背压凝汽器7时，在背压凝汽器7中进行热交换，热交换完成后，可以将供热管网中的水温提升至50℃，而后，再经过第二级背压凝汽器7时，此时，调整汽轮机低压昂4的排气压力为32kPa，排气温度优选为70.59℃，第二级背压凝汽器7可以将供热管网中的水加热至69℃，提升了供热管网中的水温。

串联连接的背压凝汽器7不仅限制于两个背压凝汽器串联连接，也可以采用两个以上的背压凝汽器串联连接，若可以采用三个背压凝汽器7串联，或者四个背压凝汽器7串联，所述背压凝汽器7串联的数量可以根据所述系统中汽轮机组的数量来确定，背压凝汽器7的数量与汽轮机组中汽轮机低压缸的数量相同。

所述加热器18至少为一个，不同的加热器18之间并联连接，每个加热器18上均设置有加热器进气端17、加热器排液端20，加热器进液端16和加热器出液端19，其中，所述加热器的进液端16与串联连接的背压凝汽器的凝汽器出液端11管道连接，所述加热器出液端19与供热管网供水端22管道连接。

所述加热器18是通过从汽轮机抽气高温蒸汽来对供热管网中的水进行加热的，高温蒸汽通过加热器进气端17被输送至加热器18中，同时，供热管网中的水通过加热器进液端16输送至加热器18中，供热管网中的水与高温蒸汽在加热器18中进行换热，换热后供热管网中的水温升高，升高后的水温被输送至供热管网供水端22处以对热用户进行供热，换热后的高温蒸汽通过加热器排液端20从所述系统中流出，所述高温蒸汽在完成热交换后变成了液体或者低温蒸汽和液体的混合体。

在本实施例中，所述加热器18优选为板式换热器，所述板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备，所述板式换热器具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，所述板式换热器传热系数比管式换热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%以上。

所述板式换热器的型式主要有可拆卸式和钎焊式两大类，在本实施例中优选为可拆卸式，可拆卸式板式换热器有利于后续对板式换热器的更换和清洗，具有方便维护的技术效果 。

所述汽轮机中压缸1与加热器18进气端之间还设置有高背压汽轮机13，高背压汽轮机13上设置有第一调节阀15，所述汽轮机中压缸1通过高背压汽轮机13和第一调节阀15与加热器18进气端管道连接。

所述高背压汽轮机13是一种排汽压力大于大气压力的汽轮机，高背压汽轮机13发电机组发出的电功率由热负荷决定，在本实施例中，高背压是汽轮机13不单独安装，优选采用高背压汽轮机13与汽轮机中压缸1并列运行，这样高背压汽轮机13可以满足系统中的热负荷需求，所述汽轮机中压缸1与汽轮机低压缸4满足了电负荷的需求。

所述高背压汽轮机13的排汽压力高,蒸汽的焓降较小, 而且，所述高背压汽轮机13可通过较大的蒸汽流量，高背压汽轮机13的排汽所含热量能够绝大部分被热用户所利用，不存在冷源损失，从燃料的热利用系数来看，所述高背压汽轮机13的热效率较高。

所述系统中还设置有第一发电机12，所述第一发电机12与高背压汽轮机13转动连接。所述第一发电机12可以调剂所述系统的电负荷。

所述第一调节阀15可以调剂高背压汽轮机13的排气量，从而可以改变加热器20对热管网中水的加热温度，在本实施例中，所述第一调节阀15优选为碟阀，所述蝶阀又叫翻板阀，是一种结构简单的调节阀，采用圆盘式启闭件往复回转90°实现左右开启、关闭或调节介质流量，所述蝶阀不仅结构简单、体积小、重量轻、材料耗用省、安装尺寸小、驱动力矩小、操作简便、迅速，并且还可以同时具有良好的流量调节功能和关闭密封特性的有益效果。

所述汽轮机中压缸1上设置有第二调节阀2和第三调节阀3，所述汽轮机中压缸1通过第二调节阀2与汽轮机低压缸4管道连接，所述汽轮机中压缸1通过第三调节阀3与高背压汽轮机13管道连接。

所述第二调节阀2可以调节汽轮机中压缸1和汽轮机低压缸4中的蒸汽的流量，所述第三调剂阀3可以调节高背压汽轮机13从汽轮机中压缸1中的抽气量。

在本实施例中，所述第二调节阀2和第三调节阀3优选为蝶阀。

不同的汽轮机中压缸1之间设置有第四调节阀14，所述第四调节阀14两端分别与不同的汽轮机中压缸1上的第三调节阀3管道连接，所述第四调节阀14可以使得不同的汽轮机中压缸1之间互相联动，在实际工作中，若任意一组总的汽轮机中压缸1出现故障，可以通过打开第四调节阀阀14采用另外一组的汽轮机中压缸1来为高背压汽轮机13提供抽气，提升了系统的容错性，所述第四调节阀14也优选为蝶阀。

所述系统中还设置有至少一个空冷岛6，每个空冷岛6上均设置有空冷岛调节阀5，所述空冷岛6通过空冷岛调节阀5分别与汽轮机低压缸4和背压凝汽器7管道连接。所述空冷岛6上设置有多组冷却风机，在本实施例中，所述冷却风机的数量优选为五十六台，所述空冷岛6将汽轮机低压缸4排出的过多的乏气进行冷凝成水，可以根据汽轮机低压缸4的排气量和背压凝汽器7的凝气能力来调整空冷岛调节阀5的开合度，以提高汽轮机低压缸4排气的利用率。

所述多台空冷机组梯级余热利用高效供热系统的具体工作过程如下；

在所述系统开始工作前，设定汽轮机中压缸的排气温度为200℃，并分别对系统中两组汽轮机低压缸4的排气压力和排气温度进行设定，在本实施例中，其中，将位于图1中右侧的汽轮机低压缸4的排汽压力为13kPa，排汽温度51.04℃，图1中另外一个汽轮机低压缸4的排汽压力为32kPa，排汽温度为70.59℃。

而后，开启第二调节阀2、第三调节阀3和第一调节阀15，汽轮机中压缸1中的高温蒸汽通过第二调节阀2进入到汽轮机低压缸4中，所述高温蒸汽推动汽轮机低压缸4做功，所述低压缸4将做功后的高温蒸汽通过管道输送至背压凝汽器7中，所述背压凝汽器7中将高温蒸汽进行冷凝放热，放出的热量与进入背压凝汽器7中的供热管网中的水进行热交换，提升了所述供热管网的水温，如图1所示，本实施例中采用两级背压凝汽器7串联的方式来逐级提升供热管网中的水温。

供热管网回水端21的水温约为30℃，所述供热管网中的水在与排汽压力为13kPa，排汽温度51.04℃的蒸汽在背压凝汽器中换热后，水温可提升至50℃，50℃的水温再与排汽压力为32kPa，排汽温度为70.59℃的蒸汽在背压凝汽器7中进行换热后，水温可提高至69℃

所述汽轮机中压缸1还通过第三调节阀3、高背压汽轮机13和第一调节阀15将高温蒸汽输送至加热器18中，在串联的背压凝汽器7中流出的供热管网中的水被输送至加热器18中，在加热器18中进行再次换热，使得供热管网中的水满足供热需求。

在汽轮机低压缸4排出的蒸汽过多时，可以进行调节空冷岛调节阀5的开度，使得多余的蒸汽进入空冷岛6中进行冷凝。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。