一种灵活的高背压供热系统及其供热方法与流程

1.本发明涉及一种灵活的高背压供热系统及其供热方法，属于火力发电热电联产领域。


背景技术：

2.随着工业技术和城市化的快速发展，中排供热和高背压采暖要求日趋多样化和严格化。虽然国家在大力支持可再生能源供热模式的发展，但是以风电和太阳能为代表的可再生能源非常不稳定，这就要求火电机组能进行灵活的热网调峰。
3.在火电机组的各类供热方式中，高背压和切缸技术是其中两种较为可靠的供热方式。高背压供热技术的特点是进入凝汽器的乏汽压力高，排汽可直接与热网的循环水进行换热，从而达到完全回收乏汽余热的目的。高背压供热适用于热网回水温度较低的采暖工况，尤其适用于空冷机组，其优点是机组循环热效率非常高，冷端损失接近为0，但对电负荷要求高，不能灵活适应调峰要求。切缸供热技术的特点是中压缸排汽全部用于供热，这种供热方式能灵活适应调峰需求。切缸供热适用于抽汽要求较高的中排用汽工况和低负荷供热工况，但切缸状况下，流经低压缸末级叶片的蒸汽流量非常小，末级叶片运行环境恶劣，因此切缸机组对末级叶片的要求较高。


技术实现要素：

4.本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种灵活的高背压供热系统及其供热方法，该系统高背压采暖以及中排抽汽的功能实现汽轮机组中热量充分利用，填补了传统结构只能够实现单一功能的缺陷，具有易于并网调节用热高峰、运行方式更为稳定可靠、经济性高的特点。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种灵活的高背压供热系统，包括汽轮机中压缸和汽轮机低压缸，所述汽轮机低压缸的进汽源自汽轮机中压缸的排汽，所述汽轮机中压缸通过中压缸排汽管路连通于汽轮机低压缸的低压缸进汽管路，汽轮机低压缸的低压缸排汽管路通过三通阀分别连通有空冷岛和凝汽器，所述凝汽器还连通有供暖系统；
7.在所述压缸排汽管路与低压缸进汽管路之间还设置有供热蝶阀，在所述中压缸排汽管路连通有用于中排抽汽用的中排抽汽管路。
8.进一步的，在所述中压缸排汽管路与低压缸进汽管路之间还设置有旁路调节阀，所述旁路调节阀与供热蝶阀并联。
9.进一步的，所述凝汽器设置有冷却水管路，所述冷却水管路通过采暖蝶阀连通所述供暖系统。
10.进一步的，所述供暖系统包括连通于采暖蝶阀的热网凝汽器，所述热网凝汽器具有出水端和进水端连通有热网供水管路，在热网供水管路上设置有出口阀，通过热网供水管路连通有采热单元，所述采热单元通过热网回水管路依次串联连通有过滤网、循环水泵
和回水阀，再通过进口阀连通热网凝汽器。
11.进一步的，所述供暖系统还包括与热网凝汽器并联设置的并联安全阀，所述并联安全阀的一端连通于进口阀与回水阀之间的管路，并联安全阀的另一端连通于出口阀与采热单元之间的管路。
12.进一步的，所述中排抽汽管路依次串联连通有止回阀、快关调节阀以及关断阀，在止回阀的前端所在管路还设置有安全阀，所述关断阀连通中排抽汽终端。
13.进一步的，所述汽轮机低压缸采用661mm的末级动叶。
14.进一步的，所述汽轮机低压缸设置有斜支撑低压内缸、进汽分流环以及低压隔板动叶。
15.一种灵活的高背压供热方法，包括以下步骤：
16.a、当在采暖季，机组采用高背压供热的运行方式，高背压供热工况下，凝汽器的冷却水通过采暖蝶阀进入热网凝汽器，热网循环水通过进口阀进入热网凝汽器与温度较高的冷却水进行换热，随后从出口阀流出，升温后的热网循环水再通过热网供水管路对采暖用户进行供热，换热后的热网循环水再分别通过滤网和循环水泵进入热网回水管路，最后通过回水阀进行下一次的换热循环；
17.b、有中排抽汽需求时，机组采用切缸供热的运行方式，切缸供热工况下，供热蝶阀全关，所述旁路调节阀部分开启，中压缸排汽几乎全部由中排抽汽管路从串联连接的安全阀、止回阀、快关调节和关断阀通向中排抽汽终端，仅有少量汽通过旁路调节阀进入低压缸，来维持低压缸末级不鼓风，随后流入凝汽器进行冷却；
18.c、在无供热需求条件下，低压缸排汽可直接进入空冷岛进行冷却，也可排入凝汽器中进行冷却
19.进一步的，在步骤a中，当进口阀或出口阀出现故障时，可调节并联安全阀的关启来确保热网循环水回路的安全性。
20.进一步的，还包括步骤d，以机组同时需要高背压供热和中排用汽时的供热方式，包括以下步骤：
21.d1、根据高背压供热和中排用汽需求制定抽汽方案，选择机组供热运行方式，选定机组运行的主汽流量、主汽压力和主汽温度，检查管路和各设备状态，根据供热需求调节各阀门启闭状态和开度；
22.d2、供热蝶阀部分开启，旁路调节阀关闭，中压缸排汽一部分从中排抽汽管路通向中排抽汽终端，另一部分通过供热蝶阀进入低压缸，乏汽随后排入尖峰凝汽器；
23.d3、凝汽器的冷却水通过采暖蝶阀进入热网凝汽器，热网循环水通过进口阀进入热网凝汽器与温度较高的冷却水进行换热，随后从出口阀流出，升温后的热网循环水再通过热网供水管路对采暖用户进行供热，换热后的热网循环水再分别通过滤网和循环水泵进入热网回水管路，最后通过回水阀进行下一次的循环换热；
24.d 4、机组完成高背压供热和中排用汽要求。
25.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
26.1、本发明的一种灵活的高背压供热系统及其供热方法在具体的设计上，通过调节供热蝶阀和冷却水阀门等可对机组的供热方式进行灵活切换，无需揭缸操作、增设多台机组或者更换转子，具有稳定可靠、经济性高、适用范围广的特点，从而有效的实现机组供热
运行方式的灵活性，可满足热网调峰和热电双赢的多种需求；
27.2、本发明的一种灵活的高背压供热系统及其供热方法通过汽轮机采用高背压和切缸供热时，能有效减小凝汽器冷源损失，提高机组的循环热效率，结合汽轮机组运行的整个系统，可通过远程操作和自动化控制阀门开关来控制机组的运行方式，便于电厂的智能化管理；
28.3、本发明的一种灵活的高背压供热系统及其供热方法采用一种新型的661mm末级叶片，在机组高背压或切缸运行时，该叶片能在小容积流量工况下长期安全运行，可确保低压缸运行的安全性和可靠性。
附图说明
29.本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
30.图1为本发明的结构示意图；
31.图2为本发明中的高背压供热工况下的系统图；
32.图3为本发明中的切缸供热工况下的系统图；
33.图4为本发明中的机组无供热时的系统图。
34.图中标记：1-汽轮机中压缸，2-中压缸排汽管路，3-中排抽汽管路，4-供热蝶阀，5-旁路调节阀，6-低压缸进汽管路，7-抽汽安全阀，8-止回阀，9-快关调节阀，10-关断阀，11-中排抽汽终端，12-汽轮机低压缸，13-低压缸排汽管路，14-凝汽器，15-冷却水管路，16-三通阀，17-空冷岛，18-采暖蝶阀，19-热网凝汽器，20-进口阀，21-出口阀，22-并联安全阀，23-热网供水管路，24-采暖单元，25-滤网，26-循环水泵，27-热网回水管路，28-回水阀。
具体实施方式
35.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
36.本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
37.实施例1
38.一种灵活的高背压供热系统，如图1-图4所示，包括汽轮机中压缸1和汽轮机低压缸12，所述汽轮机低压缸12的进汽源自汽轮机中压缸1的排汽，所述汽轮机中压缸1通过中压缸排汽管路2连通于汽轮机低压缸12的低压缸进汽管路6，汽轮机低压缸12的低压缸排汽管路13通过三通阀16分别连通有空冷岛17和凝汽器14，所述凝汽器14还连通有供暖系统；
39.在所述压缸排汽管路与低压缸进汽管路6之间还设置有供热蝶阀4，在所述压缸排汽管路连通有用于中排抽汽用的中排抽汽管路3。
40.本实施例中，与传统结构不同的是，在本结构的设计中，整个系统的设计采用了中排抽汽以及高背压供暖(采暖单元24)，利用该系统的设计，能够在同一套系统中实现高背压以及切缸运行的切换，不用更换汽轮机组内部的部件，使得两者的同时兼容的性能，实现更高的经济性以及效率。
41.作为更加具体的，要实现上述具体的功能，则对于汽轮机低压缸12具有特别的要
求，在此当中，在汽轮机低压缸12配套661mm末级动叶，并匹配适应末级动叶的其余动叶及静叶、排汽导流板和喷水管路，避免低压缸的变形。在采用了该结构的基础上，作为说明的是，汽轮机低压缸12设置有斜支撑低压内缸、进汽分流环以及低压隔板动叶。以此适应纯凝、高背压和切缸三种工况。更具体的，匹配用于高背压和切缸运行的控制策略和监测系统，包含温度监测和振动监测。
42.在上述的具体设计基础上，作为对661mm末级动叶进一步的描述，采用大承载能力的枞树型叶根，有效降低了叶根应力水平，叶片安全系数更大；并采用高阻尼、低响应特点的成圈叶片结构设计。由于其超高的阻尼特性，其振动响应水平较普通叶片低约5～8倍，更加适合机组变工况运行。
43.作为具体的功能描述，低压缸排汽导流环能与末级动叶出口形成较好的流道，避免工况转换后的汽流紊乱情况；在高背压运行的个别工况下需要喷水降温，喷水管路需适应不同工况下的喷水量；为监测危险工况，增加叶片振动监测系统和温度测点，并制定控制策略。
44.在上述具体结构的设计基础上，作为更加具体的设计，在所述压缸排汽管路与低压缸进汽管路6之间还设置有旁路调节阀5，所述旁路调节阀5与供热蝶阀4并联。
45.作为更加具体的设计，在上述具体的设计基础上，所述凝汽器14设置有冷却水管路15，所述冷却水管路15通过采暖蝶阀18连通所述供暖系统。在此设计上，将凝汽器14内的冷凝水的余热充分用于供暖。
46.作为更加具体的设计，所述供暖系统包括连通于采暖蝶阀18的热网凝汽器19，所述热网凝汽器19具有出水端和进水端连通有热网供水管路23，在热网供水管路23上设置有出口阀21，通过热网供水管路23连通有采热单元，所述采热单元通过热网回水管路27依次串联连通有过滤网25、循环水泵26和回水阀28，再通过进口阀20连通热网凝汽器19。
47.为了保证整个结构的安全性，在具体的结构设计上，所述供暖系统还包括与热网凝汽器19并联设置的并联安全阀22，所述并联安全阀22的一端连通于进口阀20与回水阀28之间的管路，并联安全阀22的另一端连通于出口阀21与采热单元之间的管路。
48.在上述具体的结构设计上，作为具体的描述，所述凝汽器14为尖峰凝汽器14。作为更加具体的，热网凝汽器19又称热网加热器。作为更加具体的描述，热网凝汽器19的热源源自于尖峰凝汽器14的冷凝水。
49.作为更加具体的设计，在上述具体的结构设计基础上，所述中排抽汽管路3依次串联连通有止回阀8、快关调节阀9以及关断阀10，在止回阀8的前端所在管路还设置有抽汽安全阀7，所述关断阀10连通中排抽汽终端11。
50.在上述具体结构的设计基础上，作为更加具体的设计，所述汽轮机低压缸12采用661mm的末级动叶。在上述具体的结构描述中已经提及到该结构的设计。作为更加具体的，所述汽轮机低压缸12设置有斜支撑低压内缸、进汽分流环以及低压隔板动叶。
51.在上述具体的结构，抽汽安全阀7可控制抽汽压力不超过规定值，当管道压力超标时，抽汽安全阀7动作，将蒸汽排出系统。止回阀8可阻断蒸汽的倒流，避免蒸汽倒流入中压缸引起汽机超速事故。快关调节阀9和关断阀10可在机组出现突发状况时，快速切断管道的进汽，也可有效阻断蒸汽的倒流。
52.实施例2
53.一种灵活的高被压供热方法，包括以下步骤：
54.a、当在采暖季，机组采用高背压供热的运行方式，高背压供热工况下，凝汽器14的冷却水通过采暖蝶阀18进入热网凝汽器19，热网循环水通过进口阀20进入热网凝汽器19与温度较高的冷却水进行换热，随后从出口阀21流出，升温后的热网循环水再通过热网供水管路23对采暖用户进行供热，换热后的热网循环水再分别通过滤网25和循环水泵26进入热网回水管路27，最后通过回水阀28进行下一次的换热循环；
55.b、有中排抽汽需求时，机组采用切缸供热的运行方式，切缸供热工况下，供热蝶阀4全关，所述旁路调节阀5部分开启，中压缸排汽几乎全部由中排抽汽管路3从串联连接的抽汽安全阀7、止回阀8、快关调节和关断阀10通向中排抽汽终端，仅有少量汽通过旁路调节阀5进入低压缸，来维持低压缸末级不鼓风，随后流入凝汽器14进行冷却；
56.c、在无供热需求条件下，低压缸排汽可直接进入空冷岛17进行冷却，也可排入凝汽器14中进行冷却。
57.作为更加具体的描述，在步骤a中，当进口阀20或出口阀21出现故障时，可调节并联安全阀22的关启来确保热网循环水回路的安全性。
58.作为具体的描述，采暖单元的采暖方式包括但不限制于间接采暖，还可选择直接采暖的方式。
59.在步骤b中，既有采暖需求，又有中排抽汽需求时，可采取中排部分抽汽加高背压采暖运行的方式。
60.更加具体的，空冷岛的冷却方式包括但不限制于直接空冷，还可选择间接空冷的方式。
61.在上述具体的设计中，作为进一步优化的，还包括以机组同时需要高背压和中排用汽时的供热方式，包括以下步骤：
62.d1、根据高背压采暖和中排用汽需求制定抽汽方案，选择机组供热运行方式，选定机组运行的主汽流量、主汽压力和主汽温度，检查管路和各设备状态，根据供热需求调节各阀门启闭状态和开度；
63.d2、供热蝶阀部分开启，旁路调节阀关闭，中压缸排汽一部分从中排抽汽管路通向中排抽汽终端，另一部分通过供热蝶阀进入低压缸，乏汽随后排入尖峰凝汽器；
64.d3、凝汽器的冷却水通过采暖蝶阀进入热网凝汽器，热网循环水通过进口阀进入热网凝汽器与温度较高的冷却水进行换热，随后从出口阀流出，升温后的热网循环水再通过热网供水管路对采暖用户进行供热，换热后的热网循环水再分别通过滤网和循环水泵进入热网回水管路，最后通过回水阀进行下一次的循环换热；
65.d4、机组完成高背压供热和中排用汽要求。
66.综上所述：
67.1、本发明的一种灵活的高背压供热系统及其供热方法在具体的设计上，通过调节供热蝶阀和冷却水阀门等可对机组的供热方式进行灵活切换，无需揭缸操作、增设多台机组或者更换转子，具有稳定可靠、经济性高、适用范围广的特点，从而有效的实现机组供热运行方式的灵活性，可满足热网调峰和热电双赢的多种需求；
68.2、本发明的一种灵活的高背压供热系统及其供热方法通过汽轮机采用高背压和切缸供热时，能有效减小凝汽器冷源损失，提高机组的循环热效率，结合汽轮机组运行的整
个系统，可通过远程操作和自动化控制阀门开关来控制机组的运行方式，便于电厂的智能化管理；
69.3、本发明的一种灵活的高背压供热系统及其供热方法采用一种新型的661mm末级叶片，在机组高背压或切缸运行时，该叶片能在小容积流量工况下长期安全运行，可确保低压缸运行的安全性和可靠性。
70.本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。