一种蒸汽参数提升条件下汽轮机本体和回热系统集成综合提效系统及方法
阅读说明：本技术 一种蒸汽参数提升条件下汽轮机本体和回热系统集成综合提效系统及方法 (Steam turbine body and heat recovery system integrated comprehensive efficiency improving system and method under steam parameter improving condition ) 是由 崔传涛 王学栋 蒋叶辉 张东兴 郑惠 于 2020-04-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种蒸汽参数提升条件下汽轮机本体和回热系统集成综合提效系统及方法,提效系统包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、凝汽器、凝结水泵、给水泵、一级抽气管路、二级抽气管路、三级抽气管路、四级抽气管路、五级抽气管路、六级抽气管路、七级抽气管路、八级抽气管路、1#高压加热器、2#高压加热器、3#高压加热器、除氧器、5#低压加热器、6#低压加热器、7#低压加热器和8#低压加热器；蒸汽依次经汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸后进入到凝汽器冷凝成水,本提效系统是节能技术的新发展；汽轮机本体蒸汽参数提升后,通过优化各级抽气参数而使各级加热器满足换热能力,避免或减少加热器更换数量,降低改造费用。(The invention relates to a steam turbine body and a heat recovery system integrated comprehensive efficiency improving system and method under a steam parameter improving condition, wherein the efficiency improving system comprises a boiler, a steam turbine high-pressure cylinder, a steam turbine medium-pressure cylinder, a steam turbine low-pressure cylinder, a condenser, a condensate pump, a water feed pump, a first-stage air extraction pipeline, a second-stage air extraction pipeline, a third-stage air extraction pipeline, a fourth-stage air extraction pipeline, a fifth-stage air extraction pipeline, a sixth-stage air extraction pipeline, a seventh-stage air extraction pipeline, an eighth-stage air extraction pipeline, a No. 1 high-pressure heater, a No. 2 high-pressure heater, a No. 3 high-pressure heater, a deaerator, a No. 5 low-pressure heater; steam enters a condenser to be condensed into water after sequentially passing through a steam turbine high-pressure cylinder, a steam turbine intermediate-pressure cylinder and a steam turbine low-pressure cylinder, and the efficiency improving system is a new development of an energy-saving technology; after steam parameters of the steam turbine body are improved, the heat exchange capacity of the heaters at all levels is met by optimizing the air extraction parameters at all levels, the replacement quantity of the heaters is avoided or reduced, and the modification cost is reduced.)
技术领域
本发明涉及燃煤发电领域，具体地讲，涉及一种蒸汽参数提升条件下汽轮机本体和回热系统集成综合提效系统及方法。
背景技术
随着经济的发展和科学技术的不断进步，新技术不断被应用到电厂设备改造中，对企业能耗指标和环保指标的要求不断提高，燃煤发电企业将面临更为严格的环保要求和严峻的市场经营形势。
国家发改能源〔2014〕2093号文件相关文件要求：到2020年现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗达到310g/(kW·h)水平，其中现役60万千瓦及以上机组（除空冷机组外）改造后平均供电煤耗低于300 g/(kW·h)。此后，国家、地方政府陆续出台配套政策文件，对于节能升级改造的具体时间节点、相关标准的强制性提出了具体要求。根据国家相关政策及文件的要求，亚临界机组的能耗指标很难满足新形势的要求，亚临界机组的实际运行情况，综合考虑机组煤耗指标、改造投资费用、技术风险及机组能耗指标的竞争性等因素，蒸汽参数提升改造是改善国内亚临界机组能耗指标的重要技术措施。
蒸汽参数提升改造，需要进行汽轮机本体、锅炉受热面、热力系统管道及阀门的材质升级或更换，对汽轮机本体和抽汽回热系统有较大影响，机组抽汽温度和流量变化明显，现有加热器换热面积是否满足要求有待核算。因此，有必要设计一种蒸汽参数提升条件下汽轮机本体和回热系统集成综合提效系统及方法来用于实现对抽气参数进行优化，达到避免或减少加热器更换数量、降低改造费用的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的蒸汽参数提升条件下汽轮机本体和回热系统集成综合提效系统，并给出其提效方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种蒸汽参数提升条件下汽轮机本体和回热系统集成综合提效系统，其特征在于：包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、凝汽器、凝结水泵、给水泵、一级抽气管路、二级抽气管路、三级抽气管路、四级抽气管路、五级抽气管路、六级抽气管路、七级抽气管路、八级抽气管路、1#高压加热器、2#高压加热器、3#高压加热器、除氧器、5#低压加热器、6#低压加热器、7#低压加热器和8#低压加热器；所述锅炉具有给水入口和蒸汽出口，所述蒸汽出口通过一号管路与汽轮机高压缸连接，蒸汽通过一号管路进入汽轮机高压缸中经汽轮机高压缸做功后通过二号管路进入汽轮机中压缸中；所述二号管路一端连接汽轮机高压缸，另一端连接汽轮机中压缸，并且二号管路从锅炉中穿过；所述汽轮机中压缸与汽轮机低压缸通过三号管路连接，所述汽轮机低压缸通过四号管路与凝汽器连接；所述凝汽器通过五号管路与8#低压加热器的进水端连接，所述凝结水泵安装在五号管路上；所述8#低压加热器的出水端与7#低压加热器的进水端接通，7#低压加热器的出水端与6#低压加热器的进水端接通，6#低压加热器的出水端与5#低压加热器的进水端接通，5#低压加热器的出水端与除氧器的进口端接通，除氧器的出水端与给水泵进水端接通，给水泵的出水端与3#高压加热器的进水端接通，3#高压加热器的出水端与2#高压加热器的进水端接通，2#高压加热器的出水端与1#高压加热器的进水端接通，1#高压加热器的出水端与锅炉的给水入口接通；所述1#高压加热器、2#高压加热器、3#高压加热器、5#低压加热器、6#低压加热器、7#低压加热器和8#低压加热器的底部均具有疏水出口；所述1#高压加热器底部疏水出口接通2#高压加热器，2#高压加热器底部疏水出口接通3#高压加热器，3#高压加热器底部疏水出口接通除氧器；所述5#低压加热器底部疏水出口接通6#低压加热器，6#低压加热器底部疏水出口接通7#低压加热器，7#低压加热器底部疏水出口接通8#低压加热器，8#低压加热器底部疏水出口接通凝汽器；所述一级抽气管路的两端分别连接汽轮机高压缸和1#高压加热器；所述二级抽气管路的两端分别连接汽轮机高压缸和2#高压加热器；所述三级抽气管路的两端分别连接汽轮机中压缸和3#高压加热器；所述四级抽气管路的两端分别连接汽轮机中压缸和除氧器；所述五级抽气管路的两端分别连接汽轮机低压缸和5#低压加热器；所述六级抽气管路的两端分别连接汽轮机低压缸和6#低压加热器；所述七级抽气管路的两端分别连接汽轮机低压缸和7#低压加热器；所述八级抽气管路的两端分别连接汽轮机低压缸和8#低压加热器。
所述二级抽气管路通过二号管路与汽轮机高压缸接通。
本发明还提供了蒸汽参数提升条件下汽轮机本体和回热系统集成综合提效方法，采用上述的提效系统进行实施，其特征在于：步骤如下：
步骤一：提效系统运行：锅炉产生的蒸汽首先进入到汽轮机高压缸中，然后蒸汽通过二号管路进入汽轮机中压缸中，然后再经过三号管路进入汽轮机低压缸中，最后进入到凝汽器中冷却为凝结水，凝结水经凝结水泵升压后依次经过8#低压加热器、7#低压加热器、6#低压加热器、5#低压加热器、除氧器、给水泵、3#高压加热器、2#高压加热器和1#高压加热器加热后变成给水进入到锅炉中；
步骤二：通过抽气管路，将汽轮机本体中的蒸汽抽到对应的加热器和除氧器中，三个高压加热器中蒸汽冷却后产生的疏水最终进入到除氧器中，四个低压加热器中蒸汽冷却后产生的疏水最终进入到凝汽器中；
步骤三：提升汽轮机本体的蒸汽参数，对应地各加热器和除氧器的进汽参数及进汽量发生相应的变化，查看各加热器和除氧器的实际运行效果；
步骤四：若有加热器的换热面积不能满足蒸汽参数提升后的换热需求，需要进行抽汽参数优化；
步骤五：进行抽汽参数优化，直至各个加热器的换热能力要求与加热器实际换热效果相匹配。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、本提效系统集成了汽轮机本体和回热系统，当汽轮机本体蒸汽参数提升后，通过优化各级抽气参数而使各级加热器满足换热能力，避免或减少加热器更换数量，降低改造费用；
2、本提效系统及方法是当前电力形势下节能技术的新发展；
3、在提高回热系统运行经济性的同时降低汽轮机热耗率，避免或减少加热器更换费用，经济效果显著；
4、将汽轮机本体及回热系统集成综合考虑，是节能改造项目的优化整合，属于深度节能的范畴，为电厂节能提效改造提供了新思路，具有广泛发展前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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。
图1是本发明实施例提效系统结构示意图。
附图标记说明：一级抽气管路1、二级抽气管路2、三级抽气管路3、四级抽气管路4、五级抽气管路5、六级抽气管路6、七级抽气管路7、八级抽气管路8、锅炉9、汽轮机高压缸10、汽轮机中压缸11、汽轮机低压缸12、凝汽器13、凝结水泵14、1#高压加热器15、2#高压加热器16、3#高压加热器17、给水泵18、除氧器19、5#低压加热器20、6#低压加热器21、7#低压加热器22和8#低压加热器23、一号管路91、二号管路92、三号管路93、四号管路94、五号管路95。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
汽轮机机组在投产设计阶段，各段抽汽参数为加热器的设计进汽参数，在保证汽轮机热耗率的前提下兼顾了加热器的换热效果。当主蒸汽、再热蒸汽温度提升后，各级抽汽参数、抽汽量发生相应变化，部分加热器原有换热面积无法满足需求，若不增加换热面积，会影响回热系统换热效果，造成机组给水温度偏低等问题。机组蒸汽参数提升对汽轮机本体和抽汽回热系统有较大影响，机组抽汽参数发生变化，产生的影响主要有：（1）现有加热器换热面积若不足则需更换加热器；（2）抽汽回热系统换热不充分，影响给水温度；（3）影响加热器抽汽流量，汽轮机运行热耗率升高。
当前抽汽参数的选取是以汽轮机热耗率最低为基准，并没有考虑加热器的换热性能，抽汽回热系统对汽轮机热耗率的影响在性能试验计算过程中被修正，但对机组运行煤耗产生不利影响。
本实施例中公开了一种蒸汽参数提升条件下汽轮机本体和回热系统集成综合提效系统，可解决上述问题，参见图1，本提效系统包括锅炉9、汽轮机高压缸10、汽轮机中压缸11、汽轮机低压缸12、凝汽器13、凝结水泵14、一级抽气管路1、二级抽气管路2、三级抽气管路3、四级抽气管路4、五级抽气管路5、六级抽气管路6、七级抽气管路7、八级抽气管路8、1#高压加热器15、2#高压加热器16、3#高压加热器17、给水泵18、除氧器19、5#低压加热器20、6#低压加热器21、7#低压加热器22和8#低压加热器23。
本实施例中，锅炉9具有给水入口和蒸汽出口，蒸汽出口通过一号管路91与汽轮机高压缸10连接，蒸汽通过一号管路91进入汽轮机高压缸10中经汽轮机高压缸10做功后通过二号管路92进入汽轮机中压缸11中。二号管路92一端连接汽轮机高压缸10，另一端连接汽轮机中压缸11，并且二号管路92从锅炉9中穿过。汽轮机中压缸11与汽轮机低压缸12通过三号管路93连接，汽轮机低压缸12通过四号管路94与凝汽器13连接；凝汽器13通过五号管路95与8#低压加热器22的进口端连接，凝结水泵14安装在五号管路95上。
本实施例中，8#低压加热器23的出水端与7#低压加热器22的进水端接通，7#低压加热器22的出水端与6#低压加热器21的进水端接通，6#低压加热器21的出水端与5#低压加热器20的进水端接通，5#低压加热器20的出水端与除氧器19的进水端接通，除氧器19的出水端与给水泵18的进水端接通，给水泵18的出水端与3#高压加热器17的进水端接通，3#高压加热器17的进水端接通，3#高压加热器17的出水端与2#高压加热器16的进水端接通，2#高压加热器16的出水端与1#高压加热器15的进水端接通，1#高压加热器15的出水端与锅炉9的入口接通。
本实施例中，1#高压加热器15、2#高压加热器16、3#高压加热器17、5#低压加热器20、6#低压加热器21、7#低压加热器22和8#低压加热器23的底部均具有疏水出口。1#高压加热器15底部疏水出口接通2#高压加热器16，2#高压加热器16底部疏水出口接通3#高压加热器17，3#高压加热器17底部疏水出口接通除氧器19。5#低压加热器20底部疏水出口接通6#低压加热器21，6#低压加热器21底部疏水出口接通7#低压加热器22，7#低压加热器22底部疏水出口接通8#低压加热器23，8#低压加热器23底部疏水出口接通凝汽器13。
本实施例中，一级抽气管路1的两端分别连接汽轮机高压缸10和1#高压加热器15；二级抽气管路2的两端分别连接汽轮机高压缸10和2#高压加热器16；三级抽气管路3的两端分别连接汽轮机中压缸11和3#高压加热器17；四级抽气管路4的两端分别连接汽轮机中压缸11和除氧器19；五级抽气管路5的两端分别连接汽轮机低压缸12和5#低压加热器20；六级抽气管路6的两端分别连接汽轮机低压缸12和6#低压加热器21；七级抽气管路7的两端分别连接汽轮机低压缸12和7#低压加热器22；八级抽气管路8的两端分别连接汽轮机低压缸12和8#低压加热器23。
本实施例中，作为优选，二级抽气管路2通过二号管路92与汽轮机高压缸10接通。
本实施例中还提供了蒸汽参数提升条件下汽轮机本体和回热系统集成综合提效方法，采用上述的提效系统进行实施，步骤如下：
步骤一：提效系统运行：锅炉9产生的蒸汽首先进入到汽轮机高压缸10中，然后蒸汽通过二号管路92进入汽轮机中压缸11中，然后再经过三号管路93进入汽轮机低压缸12中，最后进入到凝汽器13中冷却为凝结水，凝结水经凝结水泵14升压后依次经过8#低压加热器23、7#低压加热器22、6#低压加热器21、5#低压加热器20、除氧器19、给水泵18、3#高压加热器17、2#高压加热器16和1#高压加热器15加热后进入到锅炉9中；
步骤二：通过抽气管路，将汽轮机本体中的蒸汽抽到对应的加热器和除氧器中，三个高压加热器中蒸汽冷却后产生的疏水最终进入到除氧器19中，四个低压加热器中蒸汽冷却后产生的疏水最终进入到凝汽器13中；
步骤三：提升汽轮机本体的蒸汽参数，对应地各加热器和除氧器的进汽参数及进汽量发生相应的变化，查看各加热器和除氧器的实际运行效果；
步骤四：若有加热器的换热面积不能满足蒸汽参数提升后的换热需求，需要进行抽汽参数优化；
步骤五：进行抽汽参数优化，直至各个加热器的换热能力要求与加热器实际换热效果相匹配。
本提效系统充分发挥现有加热器换热能力，定量计算抽汽参数优化对汽轮机热耗率的影响，综合评价抽汽参数优化效果。汽轮机本体及回热系统集成综合提效技术通过对各段抽汽参数进行优化调整，在保持汽轮机热耗率基本不变的情况下，兼顾加热器换热性能，提高回热系统换热效果，优化匹配原则如下：（1）维持汽轮机热耗率基本不变；（2）充分利用加热器现有换热能力，减少加热器更换数目；（3）给水温度满足要求。
对蒸汽参数提升条件下汽轮机本体和回热系统集成综合提效方法的研究主要包括以下几个方面：
（1）蒸汽参数提升对汽轮机本体及回热抽汽系统影响分析：亚临界机组主蒸汽、再热蒸汽温度提升，需要对设备的影响范围进行分析、参数提升经济性计算分析、经济效益综合评价等方面进行分析；
（2）抽汽回热系统换热能力计算及分析评估：汽轮机蒸汽参数提升后，各加热器进汽温度和流量发生变化，现有换热面积是否可以满足要求需要进一步核算。结合机组运行数据，对加热器实际运行效果进行计算分析，并将实际运行效果、改造后换热量要求进行对比分析，评估各加热器换热能力是否满足通流改造后的要求；
（3）综合考虑汽轮机热耗率及回热抽汽系统现状，对汽轮机及抽汽系统进行集成综合提效系统技术研究：蒸汽参数提升后各抽汽段参数发生变化，为使给水温度满足设计要求，各段抽汽量相应调整。本研究结合各级加热器实际换热能力，通过优化设计各级抽汽流量、抽汽温度等技术措施，为各级加热器选择最合适的进汽参数，使各级加热器蒸汽换热段、疏水换热段及总体换热量与加热器实际换热能力相匹配。计算实例结果表明，优化设计研究可降低汽轮机设计热耗率、充分利用加热器现有换热能力，减少加热器更换数目，并使给水温度满足要求；
（4）汽轮机及抽汽系统进行集成综合提效系统对机组经济性分析：集成综合提效技术对机组经济性的影响体现在给水温度、减少加热器更换费用、降低热耗率等方面。汽轮机抽汽系统优化后，各段抽汽流量发生了变化，抽汽参数的变化会影响汽轮机热耗率数值，需要进行定量计算分析。
本实施例中公开的提效系统及方法对以下机组有广泛的应用前景：（1）实施蒸汽参数提升改造机组；（2）实施汽轮机通流改造机组；（3）机组回热抽汽系统节能潜力大的机组可实施相关优化工作。随着国内300MW、600MW等级亚临界机组运行时间的增加，面临设备老化、运行煤耗升高、设备安全可靠性下降等问题。研究工作将汽轮机本体及回热系统集成综合考虑，是节能改造项目的优化整合，属于深度节能的范畴，为电厂节能提效改造提供了新思路，具有广泛发展前景。该项目在提高机组运行经济性的同时，产生良好的环保效益和社会效益，是对国家相关政策的积极响应。
下面进行实例应用分析：
以国内某电厂330MW亚临界机组为例进行实施例分析，该机组汽轮机型号为N330-16.7/537/537，共8级抽汽回热系统，配置三台高压加热器、一台除氧器和四台低压加热器，上述设备按照实施例结构示意图进行安装和编号命名，1#高压加热器15、2#高压加热器16、3#高压加热器17、给水泵18、除氧器19、5#低压加热器20、6#低压加热器21、7#低压加热器22和8#低压加热器23。
蒸汽参数提升后，各加热器进汽温度和流量变化明显，加热器进汽压力变化不明显。由于各加热器进汽参数及进汽量发生了相应变化，现有换热面积是否可以满足要求需要进一步核算。
对加热器实际运行效果进行计算分析，计算结果表明：1#高压加热器15、5#低压加热器20和8#低压加热器23的换热面积可以满足参数提升后的换热需求；2#高压加热器16、3#高压加热器17、6#低压加热器21、7#低压加热器22的换热面积不能满足参数提升后的换热需求，需要进行抽汽参数优化。
优化3#高压加热器17汽源，并调整各级加热器进汽流量。抽汽参数优化后，加热器的换热能力要求与加热器实际换热效果相匹配。各加热器的换热量为实际运行值的96.41%-103.19%，符合加热器目前的换热能力；2#高压加热器16、6#低压加热器21、7#低压加热器22的实际换热能力为设计值的87.34%、89.57%和88.56%，通过检修提效等措施提高2#高压加热器16、6#低压加热器21、7#低压加热器22的换热水平3%以上，与抽汽参数优化后加热器换热能力相匹配。
通过机组抽汽参数优化设计前后的对比分析，可以看出机组抽汽参数优化的经济型主要体现在以下几个方面：
（1）机组抽汽参数优化，通过抽汽量的优化设计使汽轮机热耗率降低13.98kJ/ (kW·h)，造成机组给水温度降低0.20℃，经计算得到对汽轮机热耗率的影响为0.59 kJ/ (kW·h)，综合考虑上述因素，抽汽参数优化使汽轮机热耗率降低13.39 kJ/ (kW·h)。按照机组年利用小时数4500，标煤单价600元进行计算，抽汽参数优化可年节约标煤757吨，年运行经济效益为45万元左右；
（2）机组蒸汽参数优化前，2#高压加热器16、3#高压加热器17、6#低压加热器21、7#低压加热器22需要增加换热面积或更换加热器，蒸汽参数优化后，通过合理分配各级抽汽参数，不需要更换加热器，仅节省加热器更换费用就高达600余万元。
基于蒸汽参数提升的亚临界汽轮机本体及回热系统集成综合提效系统，将汽轮机热耗率、加热器换热能力和项目投资等因素进行分析，充分发挥加热器现有能力，降低了汽轮机热耗率，减少了改造投资，是在蒸汽参数提升改造项目基础上对抽汽参数的优化设计，是节能改造项目的优化整合，属于深度节能的范畴，为电厂节能提效改造提供了新思路。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。