一种蒸汽压缩机协同汽轮机组高效灵活工业供汽系统
阅读说明：本技术 一种蒸汽压缩机协同汽轮机组高效灵活工业供汽系统 (High-efficient nimble industry steam supply system of vapor compressor in coordination with turboset ) 是由 石红晖 张伟 曹蓉秀 王双童 于嘉 于 2021-05-17 设计创作，主要内容包括：本发明的公开了一种离心式蒸汽压缩机协同汽轮机组高效灵活供汽系统,汽轮机组的工业供汽蒸汽支管路对应连接在机组给水系统的新增汽水换热器口上,锅炉的两出液口分别对应连接对应汽轮机高压缸进汽、中压缸的进汽,锅炉的进液口与给水系统中的主给水管路口相连；高加回热系统大旁路上的汽水换热器进汽口与工业抽汽汽源相连,出汽口与离心式蒸汽压缩机进口相连,离心式蒸汽压缩机由电机驱动；蒸汽换热器连接在高加回热系统大旁路上,给水系统上的另一出液口与蒸汽换热器的进液口相连,蒸汽换热器的出液口与锅炉省煤器的进液口相连。本发明具有高效节能,系统协同运行灵活、适应性强的特点,同时系统安全可靠、自平衡稳定性强。(The invention discloses a high-efficiency flexible steam supply system with a centrifugal steam compressor and a steam turbine set, wherein an industrial steam supply branch pipeline of the steam turbine set is correspondingly connected to a newly-added steam-water heat exchanger port of a water supply system of the set, two liquid outlets of a boiler are respectively and correspondingly connected with steam inlet of a high-pressure cylinder and steam inlet of a medium-pressure cylinder of a corresponding steam turbine, and a liquid inlet of the boiler is connected with a main water supply pipe intersection in the water supply system; the steam inlet of a steam-water heat exchanger on a large bypass of the high-pressure heating system is connected with an industrial extraction steam source, the steam outlet is connected with the inlet of a centrifugal steam compressor, and the centrifugal steam compressor is driven by a motor; the steam heat exchanger is connected to the large bypass of the high-pressure heating and heat-returning system, the other liquid outlet of the water supply system is connected with the liquid inlet of the steam heat exchanger, and the liquid outlet of the steam heat exchanger is connected with the liquid inlet of the boiler economizer. The invention has the characteristics of high efficiency, energy conservation, flexible system cooperative operation and strong adaptability, and meanwhile, the system is safe and reliable and has strong self-balancing stability.)
技术领域
本专利涉及工业抽汽供热领域，尤其涉及一种蒸汽压缩机协同汽轮机组高效灵活供汽系统。
背景技术
随着工业现代化不断发展以及环境保护压力的日益严峻，对工业园区实施集中工业供热是大势所趋；而对汽轮机机组实现工业热电联产，以满足工业热用户的多样性和供汽稳定性是其必要要求，亦是提高电厂综合效率的必要途径。
当前，汽轮机机组一般以供汽参数就近的高一级参数抽汽作为汽源，配套减温减压、压力匹配器等装置对工业用户进行供热；普遍存在着高能低用、供热能效不高的问题，且存在着汽轮机运行变工况灵活性和工业参数稳定需求难以兼顾的矛盾。
现有汽轮机工业抽汽技术，一般由汽轮机各段抽汽参数中就近的高参数供给，后经过适当减温减压集中供至工业用户。用户侧常见蒸汽参数需求有：低压力参数的0.6～1.0MPa(a)饱和蒸汽，热用户主要为化工、砖厂、纺织、印染、食品、服装等工业用户；和中压力参数2.0-3.0MPa(a)，温度250-320℃，热用户主要为炼油、造纸等工业用户。对于汽轮机组相应等级参数的蒸汽来源一般为四抽(亦或辅助联箱)、3抽(亦或再热蒸汽)。
随着电力市场的发展，供热机组参与区域电网调峰是必然趋势。在调峰过程中，受机组运行变工况的影响，原各段来源参数必要会发生较大的变化，而工业用户侧的蒸汽参数受生产工艺的制约，其变化幅度不大，这必然导致供给侧与需求侧的协调矛盾，给供热系统稳定性带来隐患。同时，由于汽轮机各段抽汽均有着较大的过热度，而工业用户需求侧一般仅仅需要对应的饱和蒸汽温度就可，即系统存在着较大的过热度利用空间，一般采取喷水减温的措施，利用方式不合理。
发明内容
：本发明的技术方案在增设新型高效蒸汽压缩机基础上，通过结合机组热力系统特性，将新增提质蒸汽压缩机和汽轮机运行变工况特性相耦合，以实现供热系统高效灵活运行，且可提升机组给水温度，为机组中低负荷率下脱硝催化剂的正常投运创造有利条件，提供了一种高效灵活蒸汽压缩式汽轮机工业供汽系统，解决目前汽轮机工业抽汽系统运行灵活性差、不能合理利用原抽汽段蒸汽过热度，致使系统供热经济性不高和全工况灵活性调整能力不足的缺点，特别是解决了原汽轮机变工况运行和工业供热系统参数变化耦合兼容的难题，具体的技术方案如下：
本发明的蒸汽压缩机协同汽轮机组的供汽系统，包括：工业抽汽汽源(2)、给水系统(3)、蒸汽换热器(4)、离心式蒸汽压缩机(5)、驱动电机(6)、锅炉 (7)、汽轮机高压缸(8)、汽轮机中压缸(1)以及高加回热系统大旁路(9)；所述锅炉(7)的两进液口分别对应连接给水系统(3)的一出液口上以及蒸汽换热器(4)的出液口，锅炉(7)的两出液口分别对应连接汽轮机高压缸(8)和汽轮机中压缸(1)；高加回热系统大旁路(9)的进汽口工业抽汽汽源(2)相连并通过蒸汽换热器(4)对给水系统(3)的出水端进行供热，高加回热系统大旁路(9)的出汽口与蒸汽压缩机(5)相连；所述给水系统(3)上的另一出液口与汽水蒸汽换热器(4)的进液口相连；汽轮机高压缸(8)和汽轮机中压缸(1) 的抽汽口分别与给水系统(3)相连。
所述蒸汽压缩机协同汽轮机组的供汽系统的进一步设计在于，所述汽水蒸汽换热器(4)的进液口与出液口上均连接有控制阀门。
所述蒸汽压缩机协同汽轮机组的供汽系统的进一步设计在于，所述蒸汽压缩机(5)的供汽范围在5-150t/h之间，为可调节设计。
所述蒸汽压缩机协同汽轮机组的供汽系统的进一步设计在于，该供汽系统，在机组中低负荷率下，工业抽汽汽源的压力P1小于工业用户需求参数但工业抽汽汽源的温度T1高于用户温度需求时，以离心式蒸汽压缩机(5)提升蒸汽参数至用户蒸汽需求参数P3，用户需求参数P3通过P1的初始数值与压缩机转速n 控制，具体的数学关系为：P3＝k×P1×n2，其中k为特性系数。
所述蒸汽压缩机协同汽轮机组的供汽系统的进一步设计在于，蒸汽压缩机(5) 由电机(6)驱动。
所述蒸汽压缩机协同汽轮机组的供汽系统的进一步设计在于，给水系统(3) 通过一给水泵进行供水。
所述蒸汽压缩机协同汽轮机组的供汽系统的进一步设计在于，所述给水泵的进水口设有除氧器。
所述蒸汽压缩机协同汽轮机组的供汽系统的进一步设计在于，所述给水系统 (3)包括三级给水加热器分别为：第一高温加热器、第二高温加热器以及第三高温加热器，所述给水泵逐级向第三高温加热器、第二高温加热器以及第一高温加热器给水。
所述蒸汽压缩机协同汽轮机组的供汽系统的进一步设计在于，汽轮机高压缸 (8)的两抽汽口分别对应地与第一高温加热器、第二高温加热器连接。
所述蒸汽压缩机协同汽轮机组的供汽系统的进一步设计在于，汽轮机中压缸 (1)的以抽气口与第三高温加热器连接。
有益效果：
1)本发明的蒸汽压缩机协同汽轮机组高效灵活供汽系统具有高效节能，系统运行灵活、协同适应性强的特点，同时系统安全可靠稳定性强。
2)该系统充分利用机组高加回热系统及新增旁路，将主汽轮机变工况运行特性和蒸汽压缩机运行特性相结合，实现了供汽高效灵活应用，以满足工业用户用汽的稳定需求。
3)该系统可解决目前汽轮机工业供汽系统运行灵活性差、不能合理利用原抽汽段蒸汽过热度，在机组中低负荷率下不能满足用汽蒸汽参数要求，致使系统供汽经济性不高和灵活性调整能力不足的缺点，特别是解决了原汽轮机变工况运行和工业供汽系统参数变化耦合兼容的难题。
附图说明
图1为蒸汽压缩机协同汽轮机组高效灵活供汽系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1，本实施例的离心式蒸汽压缩机协同蒸汽汽轮机组高效灵活供汽系统，主要由汽轮机中压缸1、工业抽汽汽源2、给水系统3、汽水蒸汽换热器4、离心式蒸汽压缩机5、驱动电机6、锅炉7、汽轮机高压缸8以及高加回热系统大旁路9组成。
本实施例中，锅炉7中的进液口由连接在给水系统的出液口上和高加回热系统大旁路出液口汇集管上，锅炉7的两出汽口分别对应连接汽轮机高压缸8进汽和汽轮机中压缸1的进汽。
本实施例中，高加回热系统大旁路9的进汽口与工业抽汽汽源2相连，出汽口与离心式蒸汽压缩机5相连，蒸汽压缩机5由电机6驱动。汽水蒸汽换热器4 连接在高加回热系统大旁路9上，给水系统3上的另一出液口与汽水蒸汽换热器 4的进液口相连，汽水蒸汽换热器4的出液口与锅炉7的进液口相连。
本实施例中，在汽水蒸汽换热器4的进液口与出液口上均连接有控制阀门，可灵活调整控制出水温度T7。
本实施例通过汽水蒸汽换热器4将原汽轮机组的回热系统与新增的离心式蒸汽压缩机参数提升装置有机结合，建立了汽轮机运行特性和蒸汽压缩机的运行特性耦合，既实现了工业用汽的梯级匹配利用，亦有效提高了原汽轮机机组的运行效率，达到了高效灵活性的供汽目的。
本实施例增设高加回热系统大旁路，并在旁路上增设汽水蒸汽换热器4，将原来的工业抽汽汽源2流过，以利用其抽汽过热度加热原汽轮机高加给水系统3 的出水温度，提高机组最终进水温度T7，从而达到提高机组的循环效率；被合理利用过热度后的抽汽经过新增的离心式蒸汽压缩机5实现提质增压，以满足工业用户参数要求后供给工业用户，蒸汽压缩机5由电机6驱动，具备良好的变工况运行特性。
本实施例的给水系统通过一给水泵进行供水。该给水泵的进水口设有除氧器。
给水系统3由三级给水单元组成，分别为：1号高加、2号高加和3号高加。给水泵依次向3号高加、2号高加以及1号高加梯级给水。
如图1，汽轮机高压缸(8)的两抽汽口分别对应地与1号高加、2号高加连接。汽轮机中压缸(1)的以抽气口与3号高加连接。
本实施例提供的新系统工业抽汽供热方式，参见图1，具体为：工业抽汽汽源2来源于汽轮机高中压中某级抽汽，其对应压力温度为P1、T1，汽轮机高加给水系统3的给水高加回热系统大旁路9入口温度为T4，经过旁路中的蒸汽换热器4换热，利用原抽汽蒸汽过热度，将旁路给水提升至温度T6，后与主路的回热系统出水温度T5混合至锅炉7省煤器，其入口温度被提升至T7进入机组循环。如此设计，不仅有效利用了原抽汽蒸汽的过热度，实现了加热机组给水温度，替代了高加抽汽量，也有效提高了给水温度，提高了机组卡诺循环效率，达到高效的目的。
原工业抽汽蒸汽经旁路换热后，将蒸汽降温减压至P2、T2，减温后的工业抽汽经过新增的蒸汽压缩机5，其由配套电机6驱动，控制压缩机转速n，将蒸汽参数压缩提质为工业用户需求的参数P3、T3。用户需求参数P3可由P1初始参数与压缩机转速n来灵活控制，之间数学特性关系为：P3＝k×P1×n2，k为特性系数；新增蒸汽压缩机5具有高能效比、变工况运行适应性强的特点，其单机容量可在依据工业用户需求宽幅度设计，一般单机供汽范围在5-150t/h之间，离心式压缩机可实现依据工业用户需求参数，进行单级或多级串并联布置，具有蒸汽参数适应性强的特点。
系统运行调整中，可依据工业用户蒸汽需求参数P3、T3和汽轮机组当前运行状态下汽源蒸汽参数P1、T1来灵活性调节给水回热系统旁路调门的开度以及蒸汽压缩机驱动电机的转速，使得系统具备运行灵活、适应性强的有益效果。
本实施例的蒸汽压缩机协同汽轮机组高效灵活供汽系统具有高效节能，系统运行灵活、协同适应性强的特点，同时系统安全可靠稳定性强。该系统充分利用机组高加回热系统及新增旁路，将主汽轮机变工况运行特性和蒸汽压缩机运行特性相结合，实现了抽汽高效灵活应用，以满足工业用户用汽的稳定需求。另一方面，该系统可解决目前汽轮机工业抽汽供热系统运行灵活性差、不能合理利用原抽汽段蒸汽过热度，致使系统供热经济性不高和灵活性调整能力不足的缺点，特别是解决了原汽轮机变工况运行和工业供热系统参数变化耦合兼容的难题。以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用专利的保护范围。