專利名稱：：一種輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻技術(shù)，尤其是能提高凝汽設(shè)備真空并保證機組出力穩(wěn)定的輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻方法及裝置，屬發(fā)電
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：蒸汽動力裝置的基本循環(huán)是朗肯循環(huán)，該循環(huán)的工質(zhì)為水蒸汽。水先被加熱成飽和蒸汽，再經(jīng)過熱器繼續(xù)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(nèi)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(nèi)做完功的乏汽排入凝汽設(shè)備內(nèi)，在凝汽設(shè)備內(nèi)被冷卻放出凝結(jié)潛熱并凝結(jié)成水，這個過程為定壓放熱過程。排汽冷凝為凝結(jié)水后通過汽輪機回?zé)嵯到y(tǒng)預(yù)熱，再次進入鍋爐，開始蒸汽的下一個動力循環(huán)。為保證工質(zhì)在凝汽設(shè)備內(nèi)定壓放熱必須要有一個起冷源作用的冷端裝置。在現(xiàn)代大型電站凝汽式汽輪機組的熱力循環(huán)中，這個冷端裝置一般由在真空狀態(tài)下定壓放熱的凝汽設(shè)備和能夠及時帶走排汽凝結(jié)潛熱的冷卻系統(tǒng)組成，其工作性能的好壞直接影響整個機組的熱經(jīng)濟性和安全性。根據(jù)冷卻系統(tǒng)冷卻介質(zhì)不同，目前凝汽設(shè)備冷卻方法主要有兩種濕冷和空冷。所謂濕冷即用循環(huán)冷卻水帶走凝汽設(shè)備中的蒸汽凝結(jié)潛熱，在冷卻塔內(nèi)循環(huán)水以"淋雨"方式與空氣直接接觸進行熱交換，其整個過程處于"濕"的狀態(tài)，因此其冷卻系統(tǒng)稱為濕冷系統(tǒng)。目前常規(guī)電廠多采用這種冷卻方式。濕冷技術(shù)發(fā)展比較成熟，熱經(jīng)濟性比較好，但從設(shè)備耗水量來看，凝汽設(shè)備用水量大約占電廠總耗水量的42.8%79.5%，這對于位于缺水地區(qū)的電廠來說，將成為一個非常嚴(yán)重的問題。相對濕冷系統(tǒng)巨大水資源損耗，耗水量極少的空冷系統(tǒng)得到了越來越廣泛的重視與發(fā)展?？绽湎到y(tǒng)也稱干冷系統(tǒng)，是相對濕冷系統(tǒng)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(shè)備、裝置及其附件等完整組合的統(tǒng)稱。空冷發(fā)電廠的空冷塔，其循環(huán)水與空氣是通過散熱器間接進行熱交換的，整個冷卻過程處于"干"的狀態(tài)，所以空冷塔又稱為干式冷卻塔或干冷塔。按照空氣和排汽進行熱交換方式的不同，空冷系統(tǒng)分為直接空冷系統(tǒng)，采用表面式凝汽設(shè)備的間接空冷系統(tǒng)(即哈蒙式)，采用混合式凝汽設(shè)備的間接空冷系統(tǒng)(即海勒式)。同容量的空冷機組與濕冷機組相比，其冷卻系統(tǒng)本身可節(jié)水97%以上，全廠性節(jié)水約65%以上，是火電廠節(jié)水量最多的一項技術(shù)。建設(shè)一座濕冷電站的耗水量可以建設(shè)410座同容量空冷電站，空冷機組由于其顯著的節(jié)水效應(yīng)，被世界各國尤以富煤缺水地區(qū)普遍采用，對減緩世界性水荒，起到舉足輕重的作用。但是從環(huán)境溫度，風(fēng)速及防凍考慮，空冷機組運行背壓普遍遠(yuǎn)高于濕冷系統(tǒng)。在機組通常的背壓范圍內(nèi)，凝汽設(shè)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(shè)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/kWh，這在電廠中是相當(dāng)可觀的。空冷機組運行背壓相對于常規(guī)濕冷機組而言背壓變化幅度大。特別在直接空冷系統(tǒng)中，汽輪機排汽直接由空氣進行冷卻凝結(jié)，空冷凝汽設(shè)備的換熱效果直接受環(huán)境溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等因素的影響。直接空冷系統(tǒng)在風(fēng)速大幅增加時，其背壓變化可達(dá)10kPa左右，而海勒系統(tǒng)當(dāng)風(fēng)速大幅增加時背壓變化在56kPa，這將嚴(yán)重影響機組出力穩(wěn)定性。另外由于背壓大幅度變化的影響，末級葉片經(jīng)常工作在過渡區(qū)，蒸汽中的鹽份在末級葉片上時而沉積，時而被沖刷，從而降低了葉片材料的許用應(yīng)力，這就要求限制葉片的應(yīng)力水平。又由于低壓末級排汽溫度變化大，葉片連接部位應(yīng)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(tǒng)可以大大降低熱力電站水資源的損耗，但配有空冷系統(tǒng)的空冷機組，一次性投資較高，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗較大，夏季短暫時間還要限制機組出力，此外還有占地和噪聲等方面的問題，這些都影響了空冷系統(tǒng)的推廣與發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種采用混合冷卻方式，提高凝汽設(shè)備真空并保證機組出力穩(wěn)定的輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻方法及裝置。本發(fā)明所稱問題是由以下技術(shù)方案解決的—種輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻方法，其特別之處是汽輪機排汽采用混合冷卻方式，凝汽器熱井的凝結(jié)水分成兩路，一路依次進入風(fēng)冷散熱器和制冷設(shè)備蒸發(fā)器降溫，然后由凝汽器噴水機構(gòu)噴入凝汽器內(nèi)與汽輪機排汽混合傳熱，吸收汽輪機排汽凝結(jié)熱，維持凝汽設(shè)備真空；另一路經(jīng)過制冷設(shè)備冷凝器，溫度升高后進入低壓加熱器，實現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移；所述制冷設(shè)備由蒸汽驅(qū)動小汽輪機提供動力或為吸收式制冷機，其工質(zhì)為氨、氟利昂或者其它綠色冷媒?！N如上述方法使用的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于凝汽器內(nèi)的噴水機構(gòu)、制冷循環(huán)設(shè)備、凝結(jié)水泵、循環(huán)泵、風(fēng)冷散熱器及相應(yīng)的連接管路和閥門，所述制冷循環(huán)設(shè)備包括制冷壓縮機、小汽輪機、蒸發(fā)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(shè)有循環(huán)泵，冷卻水分路經(jīng)風(fēng)冷散換熱器、蒸發(fā)器與噴水機構(gòu)連通，構(gòu)成閉式循環(huán)，所述鍋爐供水回輸分路設(shè)有凝結(jié)水泵，鍋爐供水回輸分路經(jīng)冷凝器通入電站鍋爐給水管路，鍋爐供水回輸分路還設(shè)有直接連通熱力發(fā)電供水管路的支路。上述輔助熱力電站凝汽式汽輪機冷卻裝置，所述冷卻水分路在風(fēng)散換熱器出口處還設(shè)有直接連通噴水機構(gòu)的支路。本發(fā)明針對現(xiàn)有凝汽設(shè)備冷卻系統(tǒng)存在缺陷進行了改進，主要特點如下1.采用混合式冷卻方式，利用噴水機構(gòu)將通過蒸發(fā)器后的冷卻水噴出，形成水膜，與汽輪機排汽直接接觸進行熱交換。由于是直接接觸換熱，其傳熱系數(shù)相當(dāng)大，可以在較小換熱空間下達(dá)到要求真空度；2.能夠根據(jù)實際運行要求，靈活調(diào)整制冷系統(tǒng)制冷量從而調(diào)節(jié)凝汽設(shè)備噴水溫度和通過蒸發(fā)器的水量，使凝汽設(shè)備達(dá)到合適真空，提高熱力系統(tǒng)經(jīng)濟性；3.降低機組氣候環(huán)境影響程度，增強系統(tǒng)出力穩(wěn)定性；4.目前空冷或濕冷系統(tǒng)都將排汽凝結(jié)熱放入大氣，本系統(tǒng)可將部分凝結(jié)熱及制冷壓縮機功耗轉(zhuǎn)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(tǒng)經(jīng)濟性，降低煤耗，并且可以降低環(huán)境熱污染；5.由于部分凝結(jié)水再循環(huán)，在凝汽設(shè)備中噴淋后與排汽混合換熱有助于凝結(jié)水中氧的逸出，因此可以降低凝結(jié)水含氧量，減輕低加及管路腐蝕。圖1是本發(fā)明裝置示意圖；圖2是本發(fā)明裝置另一實施例示意圖。圖中各標(biāo)號含義如下l.鍋爐、2.過熱器、3.汽輪機、4.噴水機構(gòu)、5.凝汽器、6.凝汽器熱井、7.凝結(jié)水泵、8.鍋爐供水回輸分路、8-1.連通熱力發(fā)電供水管路的支路、9.冷卻水分路、9-1.連通噴水機構(gòu)的支路、10.循環(huán)泵、11.風(fēng)冷散熱器、12.小汽輪機、13.制冷壓縮機、14.蒸發(fā)器、15.冷凝器、16.膨脹閥、17.凝結(jié)水精處理器、18.凝結(jié)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(fā)電機。具體實施例方式本發(fā)明對熱力電站凝汽式汽輪機排汽采用混合冷卻方式，凝汽器熱井的凝結(jié)水分成兩路，一路依次進入風(fēng)冷換熱器和制冷設(shè)備蒸發(fā)器降溫，然后由凝汽器噴水機構(gòu)噴入凝汽器內(nèi)與汽輪機排汽混合傳熱，吸收汽輪機排汽凝結(jié)熱，維持凝汽設(shè)備真空；另一路經(jīng)過制冷設(shè)備的冷凝器，吸收冷凝器放熱，溫度升高后再進入低壓加熱器，實現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移，減少熱量損失，提高熱經(jīng)濟性。所述制冷設(shè)備由蒸汽驅(qū)動小汽輪機提供動力或為吸收式制冷機，其工質(zhì)為氨、氟利昂或者其它綠色冷媒。本發(fā)明以溫度較低的水通過噴水機構(gòu)噴入凝汽器內(nèi)與汽輪機排汽混合傳熱傳質(zhì)，由于混合傳熱系數(shù)遠(yuǎn)大于表面式傳熱系數(shù)，因此具有更好的經(jīng)濟性。汽輪機排汽先被空冷散熱器冷卻，然后部分凝結(jié)水再被制冷循環(huán)蒸發(fā)器冷卻，制冷循環(huán)可以采用蒸汽壓縮式，也可以采用吸收式，雖然耗了一定功，但是保證機組出力穩(wěn)定和經(jīng)濟性。參看圖l，本發(fā)明裝置(圖中虛線框所示)包括位于凝汽器5內(nèi)的噴水機構(gòu)4、制冷循環(huán)設(shè)備、凝結(jié)水泵7、循環(huán)泵10、風(fēng)冷散熱器11及相應(yīng)的連接管路和閥門。制冷循環(huán)設(shè)備包括制冷壓縮機13、小汽輪機12、蒸發(fā)器14、冷凝器15和膨脹閥16，制冷循環(huán)設(shè)備也可以采用吸收式制冷機。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(shè)有循環(huán)泵10，冷卻水分路經(jīng)風(fēng)冷散換熱器、蒸發(fā)器與噴水機構(gòu)連通，構(gòu)成閉式循環(huán)，冷卻水分路9在風(fēng)散換熱器出口處還設(shè)有直接連通噴水機構(gòu)的支路9-l。鍋爐供水回輸分路8設(shè)有凝結(jié)水泵7，鍋爐供水回輸分路經(jīng)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(shè)有直接連通電站鍋爐給水管路的支路8-1。仍參看圖1，所述裝置正常運行時，凝結(jié)水從熱井6出來后分成兩路，一路進入冷卻水分路9，其中，大部分凝結(jié)水由該分路進入循環(huán)泵lO，由風(fēng)冷散熱器ll降溫，通過蒸發(fā)器14再次降溫后，經(jīng)閥門25進入噴水機構(gòu)4噴入凝汽器5的喉部；從風(fēng)冷換熱器11出來的另外一部分凝結(jié)水可經(jīng)直接連通噴水機構(gòu)的支路9-1進入凝汽器的噴水機構(gòu)，此工況下閥門24關(guān)閉。從熱井6出來的另外少部分凝結(jié)水進入鍋爐供水回輸分路8，在該分路中凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水泵7，一部分經(jīng)閥門28進入冷凝器15吸熱后再經(jīng)閥門29送入熱力發(fā)電供水管路23，另一部分則由直接連通熱力發(fā)電供水管路的支路8-l送入熱力發(fā)電供水管路23，通過閥門28可以控制進入冷凝器15的凝結(jié)水流量。仍參看圖1，當(dāng)室外環(huán)境滿足機組穩(wěn)定經(jīng)濟運行要求時，所述制冷循環(huán)設(shè)備可以停用，這時凝結(jié)水從熱井6出來后分成兩路，一路進入冷卻水分路9，大部分凝結(jié)水在該分路依次進入循環(huán)泵10、風(fēng)冷散熱器11和閥門26后進入噴水機構(gòu)4，此工況下閥門25和27關(guān)閉。從熱井6出來的另外少部分凝結(jié)水進入鍋爐供水回輸分路8，經(jīng)凝結(jié)水泵7、閥門30送入熱力發(fā)電供水管路23，此工況下閥門28、29關(guān)閉。仍參看圖l，鍋爐供水經(jīng)熱力發(fā)電供水管路23和其上依次設(shè)置的凝結(jié)水精處理器17、凝結(jié)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(jīng)過熱器2繼續(xù)加熱為過熱蒸汽，過熱蒸汽引入汽輪機3內(nèi)膨脹做功。參看圖2，這是本發(fā)明裝置另一實施例示意圖(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(shè)置連通噴水機構(gòu)的支路，冷卻水分路的水經(jīng)蒸發(fā)器14、噴水機構(gòu)4噴入凝汽器喉部。本發(fā)明經(jīng)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(huán)境溫度18t:時，機組設(shè)計背壓一般為15kPa，對應(yīng)飽和溫度53.97°C。為簡便起見，這里以回?zé)?再熱循環(huán)的初、終溫度的算術(shù)平均代替回?zé)?再熱循環(huán)的平均吸熱溫度，則理想循環(huán)熱效率為51.9%。273.15+53.97=0,519采用本發(fā)明專利中提到的冷卻方法可以將機組背壓降到所要求的經(jīng)濟真空值，比如為4.2kPa，對應(yīng)飽和溫度29.8rC，則理想循環(huán)熱效率為55.46%。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>因此采用本發(fā)明冷卻方法后可提高循環(huán)熱效率3.56%。按機組蒸汽初參數(shù)16.7MPa，538t:計算，對應(yīng)焓值為3395.93kJ/kg，設(shè)計背壓15kPa及采用本發(fā)明冷卻方法后背壓4kPa下對應(yīng)的焓值、理想焓降及循環(huán)熱效率表2所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>汽輪機在設(shè)計工況下排汽量為1217.57t/h(338.2kg/s)，兩種工況下機組對應(yīng)理想焓降下的理想功率分別為W丄=QXAh丄Xl=338.2X797.2X0.519=139929.2kJ/sW2=QXAh2Xn2=338.2X840.35X0.5546=157620.9kJ/s兩者差值A(chǔ)W=W廠W!=157620.9-139929.2=17691.7kJ/s17柳J故采用本發(fā)明冷卻方法后比直冷機組設(shè)計工況多做功600000-x100%=2,95%，相當(dāng)于煤耗降低2.87%，如果平均煤耗按300g/kW'h，相當(dāng)于煤耗降低8.61g/kW*h。按年運行5500小時，其年發(fā)電量33億千瓦時，則節(jié)約標(biāo)煤約2.69萬噸，以價格500元計算，可節(jié)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。上面的分析是理論分析，實際節(jié)能效果要根據(jù)現(xiàn)場運行參數(shù)進行計算，汽輪機排汽背壓與環(huán)境溫度，噴水溫度與噴水量等因素都有關(guān)系，另外還要考慮壓縮機的功耗，因為進入制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器和冷凝器的水溫差別不是很大，因此制冷系統(tǒng)性能系數(shù)比較高，壓縮機功耗的計算也需要綜合考慮通過蒸發(fā)器的水溫與水量，通過冷凝器的水溫與水量等因素，但總的來說采用本方法可以提高機組經(jīng)濟性和運行穩(wěn)定性。權(quán)利要求一種輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻方法，其特征在于汽輪機排汽采用混合冷卻方式，凝汽器熱井的凝結(jié)水分成兩路，一路依次進入風(fēng)冷散熱器和制冷設(shè)備蒸發(fā)器降溫，然后由凝汽器噴水機構(gòu)噴入凝汽器內(nèi)與汽輪機排汽混合傳熱，吸收汽輪機排汽凝結(jié)熱，維持凝汽設(shè)備真空；另一路經(jīng)過制冷設(shè)備冷凝器，溫度升高后進入低壓加熱器，實現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移；所述制冷設(shè)備由蒸汽驅(qū)動小汽輪機提供動力或為吸收式制冷機，其工質(zhì)為氨、氟利昂或者其它綠色冷媒。2.—種如權(quán)利要求1所述方法使用的輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻裝置，其特征在于它包括位于凝汽器(5)內(nèi)的噴水機構(gòu)(4)、制冷循環(huán)設(shè)備、凝結(jié)水泵(7)、循環(huán)泵(10)、風(fēng)冷散熱器(11)及相應(yīng)的連接管路和閥門，所述制冷循環(huán)設(shè)備包括制冷壓縮機(13)、小汽輪機(12)、蒸發(fā)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(shè)有循環(huán)泵(10)，冷卻水分路經(jīng)風(fēng)冷散換熱器、蒸發(fā)器與噴水機構(gòu)連通，構(gòu)成閉式循環(huán)；所述鍋爐供水回輸分路設(shè)有凝結(jié)水泵(7)，鍋爐供水回輸分路經(jīng)冷凝器通入電站鍋爐給水管路，鍋爐供水回輸分路(8)還設(shè)有直接連通熱力發(fā)電供水管路的支路(8-1)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻裝置，其特征在于所述冷卻水分路(9)在風(fēng)散換熱器出口處還設(shè)有直接連通噴水機構(gòu)的支路(9-1)。全文摘要一種輔助熱力電站凝汽式汽輪機排汽冷卻方法及裝置，屬發(fā)電
技術(shù)領(lǐng)域：
，用于解決現(xiàn)有凝汽設(shè)備冷卻系統(tǒng)存在的缺陷。其技術(shù)方案是，汽輪機排汽采用混合冷卻方式，凝汽器熱井的凝結(jié)水分成兩路，一路依次進入風(fēng)冷散熱器和制冷設(shè)備蒸發(fā)器降溫，然后由凝汽器噴水機構(gòu)噴入凝汽器內(nèi)與汽輪機排汽混合傳熱，吸收汽輪機排汽凝結(jié)熱，維持凝汽設(shè)備真空；另一路經(jīng)過制冷設(shè)備冷凝器，溫度升高后進入低壓加熱器，實現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移。本發(fā)明能夠靈活調(diào)整制冷系統(tǒng)制冷量從而使凝汽設(shè)備達(dá)到合適真空，提高熱力系統(tǒng)經(jīng)濟性；可降低機組氣候環(huán)境影響程度，增強系統(tǒng)出力穩(wěn)定性；還可將部分凝結(jié)熱及制冷壓縮機功耗轉(zhuǎn)化熱等通過冷凝器回收，用來加熱給水，減少了低溫端熱量損耗。文檔編號F01K11/02GK101694167SQ20091007568公開日2010年4月14日申請日期2009年10月14日優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日發(fā)明者劉迎福,王松嶺,論立勇,謝英柏申請人:華北電力大學(xué)(保定);