阅读说明：本技术 一种回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统 (Heat supply and power generation cogeneration system for recycling exhausted steam of steam turbine ) 是由 刘学 李国栋 杨晓巳 单小勇 金红伟 林伟宁 于 2020-07-13 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统,包括：热网管路；设置在热网管路上以对热网回水加热的第一加热器和对回水再次加热的第二加热器；汽轮机；通过第一抽汽管路与汽轮机连通的蒸汽喷射器,蒸汽喷射器的喷汽出口与第二加热器连通；空冷凝汽器；用于排出汽轮机乏蒸汽的排汽管路,排汽管路包括与汽轮机连通的排汽主管路以及与排汽主管路的末端连通的第一排汽支管路、第二排汽支管路和第三排汽支管路；第一排汽支管路与所述空冷凝汽器连通,第二排汽支管路与第一加热器连通,第三排汽支管路与蒸汽喷射器连通。上述系统不仅能有效降低机组的运行背压,提高发电能力,而且还能减少汽轮机的冷端损失,提高机组的热经济性和发电量。(The application discloses heating power generation cogeneration system of recycle steam turbine exhaust steam includes: a heat supply network pipeline; the first heater is arranged on the heat supply network pipeline to heat return water of the heat supply network, and the second heater is used for reheating the return water; a steam turbine; the steam ejector is communicated with the steam turbine through a first steam extraction pipeline, and a steam injection outlet of the steam ejector is communicated with the second heater; an air-cooled condenser; the system comprises a steam exhaust pipeline, a steam turbine and a control system, wherein the steam exhaust pipeline is used for exhausting exhausted steam of the steam turbine and comprises a main steam exhaust pipeline communicated with the steam turbine, and a first branch steam exhaust pipeline, a second branch steam exhaust pipeline and a third branch steam exhaust pipeline which are communicated with the tail end of the main steam exhaust pipeline; the first exhaust branch pipeline is communicated with the air-cooling condenser, the second exhaust branch pipeline is communicated with the first heater, and the third exhaust branch pipeline is communicated with the steam ejector. The system not only can effectively reduce the running back pressure of the unit and improve the power generation capacity, but also can reduce the cold end loss of the steam turbine and improve the heat economy and the power generation capacity of the unit.)

一种回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统

技术领域

本发明涉及热电联产技术领域，特别涉及一种回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统。

背景技术

当前为了更好的节约能源，北方的多数区域一般都采取集中供热的方式。在300MW级发电厂中，多数发电机组都是采用供热方式运行，供热机组与纯凝机组相比，利用高品位的热能用来发电，并将已在汽轮机中做了部分功后的较低品位热能，用来对外供热，这种能量的分级利用，提高了热利用率，使热电厂的热经济性大为提高，能够带来巨大的节能效益。

通常热电厂作为供热的热源端，一般热网回水加热都是在热电厂内完成，如图1所示，传统的供热方式是利用汽轮机抽汽加热热网回水，机组在供热期间普遍采用在中、低压缸的连通管上抽汽(汽压约0.4MPa)作为一级供热的加热热源，一级热网的供水/回水温度一般约130℃/70℃，上述被抽取的较高品质的蒸汽直接进入一级热网加热器进行加热，会导致部分高品位能量损失、机组供电煤耗较高等问题，并且随着供热需求的不断增加，供热面积增大，若仍然采用直接抽取高品质蒸汽进行供热，则会造成部分高品位能量损失。

另外，目前还存在一种高背压供热技术，其是通过提升汽轮机的排汽背压，利用高背压蒸汽初步加热热网回水，这样可以实现汽轮机乏蒸汽的部分或全部利用，减少冷端损失，但此技术需要提高汽轮机运行背压，而机组发电能力和背压成反比，这样势必减少机组的发电量，而背压的提高会受到凝结水精处理工艺的限制，一般不会超过33kPa，同时，该技术还会受到回水温度的限制，寒冷天气回水温度较高，乏蒸汽利用就会大幅度越少，因此上述因素导致了高背压供热技术的运行经济性很差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统，其不仅能有效降低机组的运行背压，提高发电能力，而且还能减少汽轮机的冷端损失，提高机组的热经济性和发电量。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统，包括：

热网管路；

设置在所述热网管路上，以对热网回水进行加热的第一加热器；

设置在所述热网管路上，以对所述热网回水再次进行加热的第二加热器；

汽轮机；

通过第一抽汽管路与所述汽轮机的中压缸和低压缸连通的蒸汽喷射器，且所述蒸汽喷射器的喷汽出口与所述第二加热器连通；

空冷凝汽器；

用于排出所述汽轮机乏蒸汽的排汽管路，所述排汽管路包括与所述汽轮机的乏蒸汽出口连通的排汽主管路，以及与所述排汽主管路的末端连通的第一排汽支管路、第二排汽支管路和第三排汽支管路；

其中，

所述第一排汽支管路与所述空冷凝汽器连通，所述第二排汽支管路与所述第一加热器连通，所述第三排汽支管路与所述蒸汽喷射器连通。

优选的，上述回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统中，还包括设置在所述热网管路上，以对热网回水进行加热的第三加热器，所述第三加热器通过第二抽汽管路与所述汽轮机的中压缸和低压缸连通。

优选的，上述回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统中，所述热网管路上设置有吸收式热泵系统，所述吸收式热泵系统位于所述热网管路的用户侧。

优选的，上述回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统中，所述吸收式热泵系统包括吸收式换热器和水水换热器。

优选的，上述回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统中，还包括设置在所述热网管路上的通风冷却塔，所述通风冷却塔与所述第一加热器并联设置。

优选的，上述回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统中，所述空冷凝汽器为并联设置的多个。

本发明提供的回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统，通过利用汽轮机排出的部分或全部乏蒸汽余热来对一级热网回水进行加热，能够减少机组的冷端损失，提高机组热效率，并且此系统相比于现有的直接采用中、低压缸抽汽管上抽汽作为供热热源的系统，可以仅从中、低压缸抽取少量高品位蒸汽作为蒸汽喷射器的动力蒸汽，而蒸汽喷射器则主要吸收汽轮机做完功的乏蒸汽来对一级热网回水进行加热，不仅能有效降低机组的运行背压，而且随着高品质蒸汽的抽取量减少，能够使得更多的高品质蒸汽用于发电，从而提高了机组的热经济性和发电量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中供热发电联产系统的原理示意图；

图2为本发明实施例提供的回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统的原理示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统，其不仅能有效降低机组的运行背压，提高发电能力，而且还能减少汽轮机的冷端损失，提高机组的热经济性和发电量。

下面将结合本发明实施例中的附图，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例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，本发明实施例提供了一种回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统，其能够在汽轮机的排汽背压处于较低范围的基础上，通过回收利用汽轮机的乏蒸汽实现对一级热网回水的加热，此系统主要包括：热网管路、第一加热器、第二加热器、汽轮机、蒸汽喷射器、空冷凝汽器和排汽管路(当然，此系统还包括锅炉、发电机、热网循环泵等保证供热发电联产正常实现的部件，但由于这些部件不为本申请所针对的改进部件，所以本申请不对其进行特别说明)，其中：热网管路即为形成一级热网的管路；第一加热器设置在热网管路上，具体是设置在热网管路的靠近发电机组的加热端(在实际设置时，一般是将第一加热器、第二加热器以及后述的第三加热器设置在电厂内)，其用于对热网管路中回流的回水进行加热；第二加热器也是设置在加热端且用于对热网管路中回流的回水进行加热，并且在回水的流动方向上，第二加热器位于第一加热器的下游，第二加热器所加热的回水是经第一加热器加热后的回水，即回水在流经第一加热器被加热后，再流经第二加热器而被再次加热；汽轮机包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸，并且在中压缸和低压缸上连接有将中压缸和低压缸内的高品质蒸汽抽出的第一抽汽管路，此第一抽汽管路与蒸汽喷射器连通，被抽入到第一抽汽管路内的高品质蒸汽流经第一抽汽管路后进入到蒸汽喷射器，以作为蒸汽喷射器的动力蒸汽；空冷凝汽器通过排汽管路与汽轮机的低压缸连通，而排汽管路则包括与低压缸的乏蒸汽出口连通的排汽主管路，以及与排汽主管路的末端(此末端指的是排汽主管路远离汽轮机的一端)连通的第一排汽支管路、第二排汽支管路和第三排汽支管路，此三个排汽支管路将排汽主管路导出的乏蒸汽分流并分别输送至不同的部件中，其中的第一排汽支管路与空冷凝汽器连通，以使空冷凝汽器能够部分或全部切除机组冷端的排汽损失，第二排汽支管路与第一加热器连通，以直接利用乏蒸汽的热量对回水进行第一次加热，第三排汽支管路与蒸汽喷射器连通，以使流经第三排汽支管路的部分乏蒸汽能够进入到蒸汽喷射器中，并在经第一抽汽管进入到蒸汽喷射器的动力蒸汽的作用下，被蒸汽喷射器加压喷射至第二加热器中(此第二加热器也可视为蒸汽喷射器的凝汽器)，经过加热喷射的乏蒸汽温度得以升高，从而能够使回水在第二加热器中被更高温度的乏蒸汽再次加热。如此就能够在汽轮机的排汽背压不过高的情况下实现对回水的充分加热。另外，上述结构中蒸汽喷射器的设置数量可以为一个或多个，此数量的具体数值需依据热负荷的变化所决定，当蒸汽喷射器设置有多个时，如图2所示，多个蒸汽喷射器并联设置。

为了进一步优化技术方案，本实施例优选上述的回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统还包括设置在热网管路上，以对回水进行加热的第三加热器，此第三加热器通过第二抽汽管路与汽轮机的中压缸和低压缸连通，如图2所示。优选的，此第三加热器可以为一级热网中原有的加热器，其对回水的加热方式是：从汽轮机的中压缸和低压缸中引出第二抽汽管路，通过抽取中压缸和低压缸中温度较高的高品质蒸汽，并将其通过第二抽汽管路输送至第三加热器中，以使流经第三加热器的回水直接被高品质蒸汽加热。之所以如此设置，是因为可以将此第三加热器作为尖峰加热器使用，例如在寒冷季节利用原抽汽(即高品质蒸汽)和此加热器可以使一级热网具有尖峰调节功能。

上述系统在运行时，汽轮机运行背压可以在约7kPa～34kPa范围内变化，通过利用部分或全部乏蒸汽余热，可以减少机组冷源损失，提高机组热效率；相比于现有的直接采用中、低压缸抽汽作为供热热源的系统，本实施例中的系统仅从中、低压缸中抽取少量高品位抽汽作为蒸汽喷射器的动力蒸汽，并吸收汽轮机做完功的乏蒸汽，就可实现初期和末期供热所需的热量，并且在严寒天气下，可以继续采用第二抽汽管路和第三加热器作为一级热网尖峰加热器热源，从而可以采用现有加热方式对一级热网回水进行加热。因此本实施例系统不仅能有效降低机组的运行背压，提高发电能力，而且可以降低现有系统的冷源损失，充分利用乏蒸汽的热量供热，减少了汽轮机冷端损失，提高了机组的热经济性和发电量。

进一步的，如图2所示，优选热网管路上设置有吸收式热泵系统，吸收式热泵系统位于热网管路的用户侧。具体的，该吸收式热泵系统包括吸收式换热器和水水换热器。上述系统虽然可以实现节能降耗，但能源利用率还会受到一级热网回水温度的制约，如果能够有效降低一级热网回水温度，不仅可以大幅度提高电厂热能的利用率，而且也能够有效增加供热地区的供热热负荷，如将回水温度降低到30℃，而供水温度保持在130℃，即供热温差由60℃增加到100℃，从而可以不用另外增加供热热源，就可使原有供热能力增加67％。基于此，为实现有效降低一级热网回水温度，可以通过在用户侧采用热泵技术就能有效降低一级热网回水温度，即在用户侧设置吸收式热泵系统以降低一级热网回水温度，提高一级热网回水在电厂内的吸热能力。并且，如此设置后，依据供热热负荷变化、汽轮机发电负荷，汽轮机排汽背压等影响因素，通过汽轮机的调节阀参与调节和控制，就可以使机组整体保持较高效率。

通过降低一级热网回水温度，能够增加乏蒸汽的有效利用率，进而减少高品质蒸汽的抽汽量，如此就可以使更多的高品质蒸汽继续在汽轮机中膨胀做功，使得机组发电量增加；在供热初期和末期，利用蒸汽喷射器吸收汽轮机乏蒸汽加热(即第二加热器加热)和汽轮机乏蒸汽初步加热(即第一加热器加热)一级热网回水，就可以保证机组所需的基本供热负荷；在严寒期，利用第三加热器作为尖峰加热，一次热网回水依次通过第一加热器、第二加热器、第三加热器，可以完全满足供热需求，实现原空冷岛进汽量减少或者零进汽，从而有效降低空冷机组的冷源损失，提高能源利用率，降低发电煤耗。

如图2所示，本实施例优选还包括设置在热网管路上的通风冷却塔，此通风冷却塔与第一加热器并联设置。如此设置，能够使得本实施例提供的回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统具有更多的功能，具体是：本实施例提供的系统除了用于冬季供热外，还可以在夏季利用第一加热器作为凝汽器，充当尖峰冷却器的作用，即主要利用第一加热器，并通过增加通风冷却塔令空冷机组夏季高负荷时具有尖峰冷却功能，可以实现机组夏季高峰负荷满发并确保安全渡夏，这不仅提高了设备的利用率，而且也可有效降低机组发电煤耗，同时还可以令系统具有运行灵活、负荷调节能力强、检修方便、可靠性高的优点。

如图2所示，本实施例还优选空冷凝汽器为并联设置的多个。如此设置，能够尽可能的减小机组冷端的排汽损失，所以将其作为本实施例的优选设置方式。

上述的回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统，可以减少高品质蒸汽的用汽量，尽可能回收和利用低品质的乏蒸汽以用于供热，从而减少了汽轮机的冷源损失，增大了机组的供热能力，提高了热经济性，实现了温度对口和能源梯级利用，提高了能源利用率，实现了能源的合理利用。

具体的，下面以某300MW级供热电厂为例，对本申请提供的回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统与现有系统进行对比说明：

根据某300MW级热电厂额定抽汽供热工况下的机组热平衡数据，确定机组的额定抽汽量为330t/h；抽汽参数为：压力400kPa，温度249.7℃，焓值2963.9kJ/kg；汽轮机排汽参数为：压力13.8kPa，温度52.3℃，焓值2509.6kJ/kg；初步确定蒸汽喷射器的结构尺寸，并计算得出此条件下的动力蒸汽量为185t/h，引射蒸汽量为40t/h；

按传统抽汽供热方式下的一级热网循环水基本参数如下表：

传统热网循环水流量	t/h	3141
			传统热网水入口温度	℃	45
传统热网水出口温度	℃	105
			传统抽汽质量流量	t/h	330
传统供热热负荷	GJ/h	789.9

采用蒸汽喷射器(变化排汽背压)+尖峰加热器供热，主要参数如下：

热网循环水质量流量	t/h	3141	3141	3141	3141	3141
							热网循环水入口温度	℃	45	45	45	45	45
热网循环水出口温度	℃	105	105	105	105	105
							供热热负荷	GJ/h	789.9	789.9	789.9	789.9	789.9
汽轮机乏蒸汽流量	t/h	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
							动力蒸汽流量	t/h	185.0	185.0	185.0	185.0	185.0
引射乏蒸汽流量	t/h	40.0	46.7	74.3	102.2	115.9
							汽轮机排汽背压	kPa	13.8	15.0	20.0	25.0	34.0
尖峰抽汽质量流量	t/h	136.2	129.3	100.9	71.8	58.2
							煤耗收益	g/(kWh)	1.315	2.039	5.131	8.169	8.392

采用高背压(采用第一加热器初步加热一级热网回水)+喷射器(变化排汽背压)+尖峰加热器供热：

采暖处于严寒期：高背压(采用第一加热器初步加热一级热网回水)方式受机组运行条件限制，仅能采用有喷射器(变化排汽背压)+尖峰加热器供热：

热网循环水质量流量	t/h	3141
			热网循环水入口温度	℃	70
热网循环水出口温度	℃	130
			供热热负荷	GJ/h	789.9
汽轮机乏蒸汽流量	t/h	0.0
			动力蒸汽流量	t/h	185.0
引射乏蒸汽流量	t/h	115.9
			汽轮机排汽背压	kPa	34.0
尖峰抽汽质量流量	t/h	60.2
			煤耗收益	g/(kW.h)	8.143

采用高背压(采用第一加热器初步加热一级热网回水)+喷射器(变化排汽背压)+尖峰加热器供热，每年供暖期间的收益如下表：

节省煤耗收益	g/(kW.h)	1.315	2.039	5.131	8.169	8.392
							增加发电量	kW.h	1105.3	1713.3	4311.4	6864.4	7051.4
暂定上网电价	元/kW.h	0.25	0.25	0.25	0.25	0.25
							采暖期运行时长	h	4000	4000	4000	4000	4000
发电收益	万元	110.5	171.3	431.1	686.4	705.1

以上参数未考虑在系统中增加吸收式热泵系统和使系统具有夏季尖峰冷却功能，如增吸收式加热泵系统并使系统具有夏季尖峰冷却功能，收益会更多。

本说明书中对各部分结构采用递进的方式描述，每个部分的结构重点说明的都是与现有结构的不同之处，回收利用汽轮机乏蒸汽的供热发电联产系统的整体及部分结构可通过组合上述多个部分的结构而得到。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。