一种燃机透平冷却空气的冷却水系统的制作方法

1.本实用新型涉及燃气轮机技术领域，具体而言，涉及一种燃机透平冷却空气的冷却水系统。


背景技术：

2.燃气轮机是以连续流动的气体为工质，带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。其中，燃气轮机透平冷却空气系统(turbine cooling air，tca)用于冷却燃机透平转子和动叶片，燃机透平转子和动叶片冷却空气来自压气机排气，压气机排气经过tca冷却器冷却并过滤后用于冷却前三级透平动叶、转子轮盘和第四级转子轮盘。由于tca冷却器的冷却效果直接影响燃机透平的安全运行，且影响燃气轮机的出力，故其具有十分重要的作用。
3.在现有技术中，tca系统的冷却水来自锅炉高压上水调门前的高压给水泵出口母管，高压给水经两供水阀后进入冷却器换热，tca回水经气动调阀回至高压汽包或凝汽器。由于tca供水管路设置于高压上水调门前，tca流量会受高压上水调门影响。并且由于tca冷却器布置在高压系统，高压系统的管系整体压力高，造成tca回水调门前后压差较大，尤其是启动期间或低负荷期间，此时tca冷却器回水至凝汽器，调门前后差压大，阀后压力突降会造成阀体冲刷，随着机组运行，阀门漏流严重，易导致自动控制失效，威胁机组安全。


技术实现要素：

4.本说明书提供一种燃机透平冷却空气的冷却水系统，用以克服现有技术中存在的至少一个技术问题。
5.根据本说明书实施例，提供了一种燃机透平冷却空气的冷却水系统，所述冷却水系统包括：
6.凝结水加热器，所述凝结水加热器的进水端连接凝结水母管的一端；
7.低压输水管，所述低压输水管一端与所述凝结水加热器的出水端相连通；
8.低压汽包，所述低压输水管另一端与所述低压汽包的进水端相连通；
9.第一阀门组，所述第一阀门组安设于所述低压输水管上；
10.循环进水管，所述第一阀门组与所述凝结水加热器之间的所述低压输水管上引出一路所述循环进水管；
11.tca冷却器，所述tca冷却器设置于所述循环进水管上，且所述tca冷却器的进水端与所述凝结水加热器的出水端相连通；
12.水
–
水换热器，所述水
–
水换热器设置于所述循环进水管上，且所述水
–
水换热器的进水端与所述tca冷却器的出水端相连通；
13.第一电动阀，所述第一电动阀设置于所述tca冷却器与所述水
–
水换热器之间的所述循环进水管上；
14.第一电动调阀，所述第一电动调阀设置于所述第一电动阀与所述水
–
水换热器之
间的所述循环进水管上；
15.凝结水再循环泵组，所述凝结水再循环泵组的进水端与所述水
–
水换热器的出水端相连通；
16.第二电动阀，所述第二电动阀设置于所述水
–
水换热器与所述凝结水再循环泵组之间的所述循环进水管上；
17.第一逆止阀，所述第一逆止阀安设于所述第二电动阀与所述凝结水再循环泵组之间的所述循环进水管上；
18.加热器回水管，所述凝结水再循环泵组的出水端引出一路连通所述凝结水加热器的进水端的所述加热器回水管；
19.第二阀门组，所述第二阀门组设置于所述加热器回水管上；
20.低包回水管，所述凝结水再循环泵组的出水端引出另一路连通所述低压汽包的进水端的所述低包回水管；
21.第三阀门组，所述第三阀门组设置于所述低包回水管上；
22.第一连通管，所述第一连通管的一端与所述tca冷却器的进水端相连通，另一端与所述第二阀门组与所述凝结水再循环泵组之间的所述加热器回水管相连通；
23.第一常闭电动阀，所述第一常闭电动阀设置于所述第一连通管上；
24.第二逆止阀，所述第二逆止阀设置于所述第一常闭电动阀与所述tca冷却器之间的所述第一连通管上，且所述第二逆止阀的出水端与所述tca冷却器的进水端相连通。
25.优选的，所述第一阀门组包括沿水流方向依次设置的第三电动阀、第二电动调阀、第一手动阀。
26.优选的，所述冷却水系统还包括第四阀门组；所述第四阀门组与所述第一阀门组并联；所述第四阀门组包括沿水流方向依次设置的第二常闭电动阀、第二手动阀。
27.优选的，所述冷却水系统还包括第二连通管、第四电动阀；所述第二连通管的一端与所述第一电动阀和所述tca冷却器之间的所述循环进水管相连通，另一端与所述第一逆止阀和所述凝结水再循环泵组之间的所述循环进水管相连通；所述第四电动阀设置于所述第二连通管上。
28.优选的，所述凝结水再循环泵组包括多个凝结水再循环泵、第三手动阀、第三逆止阀、第五电动阀；每个所述凝结水再循环泵的进水端均设置一所述第三手动阀；每个所述凝结水再循环泵的出水端均设置一所述第三逆止阀和一所述第五电动阀。
29.优选的，所述第二阀门组包括第三电动调阀、第四手动阀；所述第三电动调阀设置于所述加热器回水管上；所述第四手动阀设置于所述第三电动调阀与所述凝结水加热器之间的所述加热器回水管上。
30.优选的，所述第三阀门组包括第四电动调阀、第五手动阀；所述第四电动调阀设置于所述低包回水管上；所述第五手动阀设置于所述凝结水再循环泵组与所述第四电动调阀之间的所述低包回水管上。
31.优选的，所述冷却水系统还包括凝汽器、凝结水泵组、第六电动阀；所述凝结水泵组的进水端与所述凝汽器的出水端相连通；所述凝结水泵组的出水端与所述凝结水母管的另一端相连；所述凝结水母管上设置有第六电动阀。
32.进一步优选的，所述凝结水泵组包括多个凝结水泵、第七电动阀、第四逆止阀、减
压阀、第八电动阀；每个所述凝结水泵的进水端均设置一所述减压阀和一所述第八电动阀；每个所述凝结水泵的出水端均设置一所述第四逆止阀和一所述第七电动阀。
33.再进一步优选的，所述第一电动阀、第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀、第五电动阀、第六电动阀、第七电动阀、第八电动阀均为电动截止阀。
34.应用本说明书实施例，将tca冷却器布置在低压系统，设置在凝结水加热器后，与水
–
水换热器串联，凝结水依次流经tca冷却器、水
–
水换热器、凝结水再循环泵后，一路回至凝结水加热器入口，另一路经调门回至低压汽包，既能满足机组的运行需求，又能解决现有技术中tca冷却器布置在高压系统所产生的问题，且使得tca冷却器流量不再受上水调门影响，降低了由于tca冷却器流量低机组跳闸的风险，提高了机组整体的安全系数。
35.本冷却水系统将tca冷却器布置在低压系统，一方面，tca冷却水管系整体压力低，管系不易引起振动，tca回水调门自动控制更稳定可靠；另一方面，机组不再需要在高压给水泵入口布置凝结水管路，降低了系统的复杂程度，同时也降低了高压给水泵的负荷，起到了一定节能作用。同时，tca冷却水流量能实现闭环控制，且tca冷却器热量由水
–
水换热器带走，提高了水
–
水换热器的供热能力，进而保证了燃机低负荷时水
–
水换热器的供热能力。此外，燃机启动时，tca系统流量、温度能更快满足启动条件，进而可缩短燃机启动时间，提高了燃机效率。
36.本说明书实施例的创新点包括：
37.1、本实施例中，将tca冷却器布置在低压系统，tca冷却器流量不再受上水调门影响，降低了由于tca冷却器流量低机组跳闸的风险，提高了机组整体的安全系数，机组运行更安全。
38.2、本实施例中，将tca冷却器布置在低压系统，tca冷却水管系整体压力低，管系不易引起振动，tca回水调门自动控制更稳定可靠。
39.3、本实施例中，tca冷却水流量能实现闭环控制。
40.4、本实施例中，tca冷却器热量由水
–
水换热器带走，提高了水
–
水换热器的供热能力，进而保证了燃机低负荷时水
–
水换热器的供热能力。
41.5、本实施例中，燃机启动时，tca系统流量、温度能更快满足启动条件，进而可缩短燃机启动时间，提高燃机效率。
42.6、本实施例中，将tca冷却器布置在低压系统，不再需要在高压给水泵入口布置凝结水管路，降低了系统的复杂程度，同时也降低了高压给水泵的负荷，起到了一定节能作用。
附图说明
43.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1为本说明书实施例提供的燃机透平冷却空气的冷却水系统的结构示意图；
45.附图标记说明：1为凝结水加热器、2为凝结水母管、3为低压输水管、4为低压汽包、5为循环进水管、6为tca冷却器、7为水
–
水换热器、8为第一电动阀、9为第一电动调阀、10为
第二电动阀、11为第一逆止阀、12为加热器回水管、13为低包回水管、14为第一连通管、15为第一常闭电动阀、16为第二逆止阀、17为第三电动阀、18为第二电动调阀、19为第一手动阀、20为第二常闭电动阀、21为第二手动阀、22为第二连通管、23为第四电动阀、24为凝结水再循环泵、25为第三手动阀、26为第三逆止阀、27为第五电动阀、28为第三电动调阀、29为第四手动阀、30为第四电动调阀、31为第五手动阀、32为凝汽器、33为第六电动阀、34为凝结水泵、35为第七电动阀、36为第四逆止阀、37为减压阀、38为第八电动阀。
具体实施方式
46.下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
47.需要说明的是，本说明书实施例及附图中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
48.本说明书实施例公开了一种燃机透平冷却空气的冷却水系统。图1是示出了根据本说明书实施例提供的一种燃机透平冷却空气的冷却水系统，以下结合图1所示分别进行详细说明。
49.该燃机透平冷却空气的冷却水系统将tca冷却器6布置于低压系统中，将tca冷却器6设置在凝结水加热器1后，与水
–
水换热器7串联，凝结水依次流经tca冷却器6、水
–
水换热器7、凝结水再循环泵24后，一路回至凝结水加热器1入口，另一路经第三阀门组回至低压汽包4。
50.具体的，本冷却水系统的冷却水源主要由凝汽器32供给，通过凝结水母管2进行输送，其中，为保证每个工况下凝结水均能正常输送，凝汽器32的出水端设置有凝结水泵组，用于提高凝结水的输送效率，保证凝结水输送作业的正常运行，在凝结水泵组的作用下，凝结水通过凝结水母管2进行输送。进一步的，凝结水母管2上设置有第六电动阀33，第六电动阀33优选为电动截止阀，用于控制凝结水母管2的连通与关断，进而根据需求控制凝结水的输送。
51.在一个具体的实施例中，凝结水泵组包括多个凝结水泵34、第七电动阀35、第四逆止阀36、减压阀37、第八电动阀38。每个凝结水泵34的进水端均设置一个减压阀37和一个第八电动阀38，每个凝结水泵34的出水端均设置一个第四逆止阀36和一个第七电动阀35。其中，第四逆止阀36用于防止凝结水回流，提高机组运行安全，增长凝结水泵34的使用寿命。减压阀37用于对凝汽器32所供给的凝结水进行减压，使其出口压力自动保持稳定，以保证凝结水泵34所输送的凝结水适于低压系统环境。第七电动阀35和第八电动阀38均优选为电动截止阀，第八电动阀38作为凝结水泵34的进水阀门，用于控制凝结水泵34与凝汽器32的连通或关闭，第七电动阀35作为凝结水泵34的出水阀门，用于控制凝结水泵34与凝结水母管2的连通或关断，根据机组工况需求控制进行作业的凝结水泵34个数，从而控制凝结水的输送量。
52.凝结水加热器1的进水端连接凝结水母管2的一端，出水端与低压输水管3一端相连通，并通过低压输水管3连通低压汽包4的进水端，从而凝结水泵34所输送来的凝结水经凝结水加热器1加热后，由低压输水管3输送至低压汽包4中。为控制低压输水管3的凝结水流量，在低压输水管3上设置有第一阀门组。进一步的，第一阀门组包括沿水流方向依次设置的第三电动阀17、第二电动调阀18、第一手动阀19，第三电动阀17优选为电动截止阀，利用第三电动阀17自动控制低压输水管3的连通与关断，利用第一手动阀19进行手动控制低压输水管3的连通与关断，通过第三电动阀17和第一手动阀19双重控制低压输水管3的凝结水输送，更安全可靠，并利用第二电动调阀18调节低压输水管3的水流量，且0
–
100％精准调节，可有效控制低压汽包4的进水量，自动化强。
53.在具体的实施过程中，为保证低压汽包4的正常水供给，本实施例的冷却水系统还设置有与第一阀门组并联的第四阀门组，详细的，第四阀门组包括沿水流方向依次设置的第二常闭电动阀20、第二手动阀21，第一阀门组正常运行时，第二常闭电动阀20处于关闭状态，当第一阀门组发生异常时，开启第二常闭电动阀20，凝结水经由第四阀门组输送至低压汽包4中。同时，通过第二手动阀21进行手动控制凝结水的输送，以根据需求为低压汽包4供给凝结水。
54.在本说明书实施例中，第一阀门组与凝结水加热器1之间的低压输水管3上引出一路循环进水管5，tca冷却器6设置于循环进水管5上，且tca冷却器6的进水端与凝结水加热器1的出水端相连通；水
–
水换热器7设置于循环进水管5上，且水
–
水换热器7的进水端与tca冷却器6的出水端相连通，出水端与凝结水再循环泵组的进水端相连通。通过低压输水管3将tca冷却器6与水
–
水换热器7进行串联，使得经凝结水加热器1初步加热后的凝结水可供给tca冷却器6、水
–
水换热器7。为实现tca冷却器6与水
–
水换热器7之间以及水
–
水换热器7与凝结水再循环泵组之间凝结水流量的控制，在tca冷却器6与水
–
水换热器7之间设置有第一电动阀8、第一电动调阀9，在水
–
水换热器7与凝结水再循环泵组之间设置有第二电动阀10、第一逆止阀11。详细的，第一电动阀8设置于tca冷却器6与水
–
水换热器7之间的循环进水管5上，利用第一电动阀8自动控制tca冷却器6与水
–
水换热器7之间的连通或关闭，从而根据需求控制凝结水从tca冷却器6进入水
–
水换热器7中，第一电动调阀9设置于第一电动阀8与水
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水换热器7之间的循环进水管5上，利用第一电动调阀9精准调控从tca冷却器6进入水
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水换热器7的水流量。第二电动阀10设置于水
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水换热器7与凝结水再循环泵组之间的循环进水管5上，利用第二电动阀10自动控制水
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水换热器7与凝结水再循环泵组之间的连通或关断，根据需求控制凝结水从水
–
水换热器7流入凝结水再循环泵组，第一逆止阀11安设于第二电动阀10与凝结水再循环泵组之间的循环进水管5上，以防止水逆流，保证机组设备运行安全。
55.本实施例中的冷却水系统还设有第二连通管22，第二连通管22的一端与第一电动阀8和tca冷却器6之间的循环进水管5相连通，另一端与第一逆止阀11和凝结水再循环泵组之间的循环进水管5相连通，并在第二连通管22上设置有第四电动阀23。从而可利用第二连通管22将tca冷却器6出水直接经凝结水再循环泵组中的凝结水再循环泵24进行输送，并通过第四电动阀23自动控制第二连通管22的连通或关断，以根据需求控制tca冷却器6的出水输送至水
–
水换热器7或凝结水再循环泵24。
56.在另一个具体的实施例中，凝结水再循环泵组包括多个凝结水再循环泵24、第三
手动阀25、第三逆止阀26、第五电动阀27。其中，每个凝结水再循环泵24的进水端均设置一个第三手动阀25，利用第三手动阀25手动控制凝结水再循环泵24的进水，每个凝结水再循环泵24的出水端均设置一个第三逆止阀26和一个第五电动阀27，第三逆止阀26用于防止凝结水再循环泵24出水逆流，提高设备的使用寿命以及机组运行安全，优选的，第五电动阀27为电动截止阀，用于自动控制凝结水再循环泵24出水的连通或关闭。
57.在本说明书实施例中，凝结水再循环泵组的出水端引出两路，一路为连通凝结水加热器1的进水端的加热器回水管12，另一路为连通低压汽包4的进水端的低包回水管13，使得凝结水进行循环。
58.其中，为控制凝结水的循环，在加热器回水管12上设置有第二阀门组，在低包回水管13上设置有第三阀门组。详细的，第二阀门组包括第三电动调阀28、第四手动阀29，第三电动调阀28设置于加热器回水管12上，利用第三电动调阀28精准调控凝结水再循环泵24循环至凝结水加热器1入口的凝结水流量，调节凝结水加热器1入口温度不低于规定值，第四手动阀29设置于第三电动调阀28与凝结水加热器1之间的加热器回水管12上，利用第四手动阀29手动控制凝结水再循环泵24与凝结水加热器1之间的连通或关闭，进而控制凝结水从凝结水再循环泵24进入凝结水加热器1中。第三阀门组包括第四电动调阀30、第五手动阀31，第四电动调阀30设置于低包回水管13上，利用第四电动调阀30精准调控凝结水再循环泵24循环至低压汽包4的凝结水流量，可实现0
–
100％精确调节，第五手动阀31设置于凝结水再循环泵组与第四电动调阀30之间的低包回水管13上，利用第五手动阀31可手动控制凝结水再循环泵24与低压汽包4之间的连通或关断，进而根据需求控制凝结水经由凝结水再循环泵24输送至低压汽包4中。
59.此外，本冷却水系统还设置有第一连通管14，具体的，第一连通管14的一端与tca冷却器6的进水端相连通，另一端与第二阀门组与凝结水再循环泵组之间的加热器回水管12相连通；第一常闭电动阀15设置于第一连通管14上；第二逆止阀16设置于第一常闭电动阀15与tca冷却器6之间的第一连通管14上，且第二逆止阀16的出水端与tca冷却器6的进水端相连通。从而，通过第一连通管14将凝结水泵34所输送的凝结水直接输送至tca冷却器6中，利用第二逆止阀16防止第一连通管14中的凝结水逆流，保证第一连通管14中的凝结水单向流动，提高系统安全。第一常闭电动阀15一般处于关闭状态，当需将凝结水泵34直接输送至tca冷却器6时，将第一常闭电动阀15开启，从而使得凝结水直接输送至tca冷却器6中。
60.以上是对本实施例提供的燃机透平冷却空气的冷却水系统的各个部件、它们之间的连接关系进行了介绍，下面结合图1，对燃机透平冷却空气的冷却水系统的工作原理进行详述。
61.在本说明书实施例中，燃机启动前，启动凝结水再循环泵24，增加变频，建立tca流量。燃机启动后，流经tca冷却器6后的高温凝结水与水
–
水换热器7充分换热，热量被带走，并提高水
–
水换热器7的供热能力，之后，凝结水再循环泵24出口分两路，一路回凝结水加热器1入口，此时第三电动调阀28自动方式运行，调节凝结水加热器1的入口温度不低于规定值；另一路回低压汽包4，保证燃机任意负荷下的tca流量需求，同时使得水
–
水换热器7也能带一定的供热。
62.综上所述，本说明书公开一种燃机透平冷却空气的冷却水系统，将tca冷却器布置在低压系统，设置在凝结水加热器后，与水
–
水换热器串联，凝结水依次流经tca冷却器、水
–
水换热器、凝结水再循环泵后，一路回至凝结水加热器入口，另一路经调门回至低压汽包，既能满足机组的运行需求，又能解决现有技术中tca冷却器布置在高压系统所产生的问题，且使得tca冷却器流量不再受上水调门影响，降低了由于tca冷却器流量低机组跳闸的风险，提高了机组整体的安全系数。
63.本冷却水系统将tca冷却器布置在低压系统，一方面，tca冷却水管系整体压力低，管系不易引起振动，tca回水调门自动控制更稳定可靠；另一方面，机组不再需要在高压给水泵入口布置凝结水管路，降低了系统的复杂程度，同时也降低了高压给水泵的负荷，起到了一定节能作用。同时，tca冷却水流量能实现闭环控制，且tca冷却器热量由水
–
水换热器带走，提高了水
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水换热器的供热能力，进而保证了燃机低负荷时水
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水换热器的供热能力。此外，燃机启动时，tca系统流量、温度能更快满足启动条件，进而可缩短燃机启动时间，提高了燃机效率。
64.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
65.本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
66.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。