一种蒸汽二次再热系统

摘要

本发明提出了一种蒸汽二次再热系统，该系统包括：汽轮机，所述汽轮机包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸；二次再热器，设置于锅炉外部，同所述汽轮机的一个中压缸的排气口连接并同所述汽轮机的另一中压缸或低压缸的进气口连接，其中，所述二次再热器产生高温再热蒸汽，并将该高温再热蒸汽引入所述另一中压缸或低压缸。本发明的蒸汽二次再热系统在提高效率的同时，大幅降低二次再热系统的投资，具有良好的投资收益技术经济性。

权利要求

1.一种蒸汽二次再热系统，包括：

汽轮机，所述汽轮机包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸；

二次再热器，设置于锅炉外部，同所述汽轮机的一个中压缸的排汽口连接并同所述汽轮机的另一中压缸或低压缸的进汽口连接，其中，所述二次再热器产生高温再热蒸汽，并将该高温再热蒸汽引入所述另一中压缸或低压缸。

2.如权利要求1所述的蒸汽二次再热系统，其特征在于，所述二次再热器采用汽水-蒸汽换热的换热方式。

3.如权利要求1所述的蒸汽二次再热系统，其特征在于，所述二次再热器与高压缸、中压缸或这两者相连接，其中所述高压缸、中压缸或这两者作为所述二次再热器的汽源。

4.如权利要求3所述的蒸汽二次再热系统，其特征在于，所述二次再热器从所述高压缸、中压缸或这两者抽汽。

5.如权利要求3所述的蒸汽二次再热系统，其特征在于，所述高压缸、中压缸或这两者向所述二次再热器排汽。

6.如权利要求1所述的蒸汽二次再热系统，其特征在于，所述二次再热器进一步与所述蒸汽二次再热系统中的一个或多个加热器相连接，其中所述一个或多个加热器的回热系统压力与所述二次再热器的经换热后的疏水排汽的压力相匹配，其中所述二次再热器将经换热后的疏水排汽排入所述一个或多个加热器。

7.如权利要求1所述的蒸汽二次再热系统，其特征在于，所述汽轮机的高压缸、中压缸、低压缸同轴带一台发电机。

8.如权利要求1所述的蒸汽二次再热系统，其特征在于，所述汽轮机的高压缸、中压缸、低压缸不同轴带多台发电机。

说明书

一种蒸汽二次再热系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电力设备，尤其涉及一种新颖的蒸汽二次再热系统。

背景技术

[0002] 在常规火力发电厂中，可采用再热来提高热力循环效率。其中，再热是指将汽轮机内做了部分功的蒸汽引出进行再次加热，然后引回汽轮机继续做功。通过合理的再热，可以降低排汽湿度，提高热力循环效率。

[0003] 一般，再热次数多则热力循环效率高，但与此同时造价也高，故大多数火电厂采用锅炉一次再热系统，只有极少数火电厂采用锅炉二次再热系统。

[0004] 常规锅炉二次再热系统造价高的一个主要因素是烟气-蒸汽换热的第二级再热的压力低、温度高、蒸汽密度小、容积流量大，不但锅炉第二级再热受热面大、汽轮机第二级再热中压缸通流体积大，设备的造价高，而且相应要求第二级再热管道规格大，并且从锅炉到汽轮机的距离远，汽轮机与锅炉之间第二级再热来回的管道长，管道的造价相应高。另外，来回管道长，导致流阻大，影响了热力循环效率。这些因素导致常规锅炉二次再热系统的投资收益较差，无法推广。

发明内容

[0005] 针对现有技术的上述不足，本发明的发明人特别开发了一种结构新颖的蒸汽二次再热系统。本发明基于热力循环基本原理，针对锅炉二次再热系统造价高的难题，研制出了本发明的蒸汽二次再热系统，其中第一级再热是常规的锅炉一次再热系统，第二级再热所用的再热器采用汽水-蒸汽换热器，代替锅炉烟气-蒸汽换热器。此外，本发明进一步采用汽轮机的高、中压缸抽汽加热第二级再热蒸汽。

[0006] 具体地，本发明提出了一种蒸汽二次再热系统，该系统包括：

[0007] 汽轮机，所述汽轮机包括依次连接的高压缸、中压缸和低压缸；

[0008] 二次再热器，设置于锅炉外部，同所述汽轮机的一个中压缸的排汽口连接并同所述汽轮机的另一中压缸或低压缸的进汽口连接，

[0009] 其中，所述二次再热器产生高温再热蒸汽，并将该高温再热蒸汽引入所述另一中压缸或低压缸。

[0010] 根据一个优选实施例，在上述蒸汽二次再热系统中，所述二次再热器采用汽水-蒸汽换热的换热方式。

[0011] 根据一个优选实施例，在上述蒸汽二次再热系统中，所述二次再热器与高压缸、中压缸或这两者相连接，其中所述高压缸、中压缸或这两者作为所述二次再热器的汽源。

[0012] 根据一个优选实施例，在上述蒸汽二次再热系统中，所述二次再热器从所述高压缸、中压缸或这两者抽汽。

[0013] 根据一个优选实施例，在上述蒸汽二次再热系统中，所述高压缸、中压缸或这两者向所述二次再热器排汽。

[0014] 根据一个优选实施例，在上述蒸汽二次再热系统中，所述二次再热器进一步与所述蒸汽二次再热系统中的一个或多个加热器相连接，其中所述一个或多个加热器的回热系统压力与所述二次再热器的经换热后的疏水排汽的压力相匹配(相当或稍低)，其中所述二次再热器将经换热后的疏水排汽排入所述一个或多个加热器。

[0015] 根据一个优选实施例，在上述蒸汽二次再热系统中，所述汽轮机的高压缸、中压缸、低压缸同轴带一台发电机。

[0016] 根据一个优选实施例，在上述蒸汽二次再热系统中，所述汽轮机的高压缸、中压缸、低压缸不同轴带多台发电机。

[0017] 相比于现有技术，本发明的蒸汽二次再热系统至少有以下优点：

[0018] a.本发明的蒸汽二次再热系统较常规锅炉一次再热系统的热力循环效率高；

[0019] b.与常规锅炉二次再热系统相比，新型蒸汽二次再热系统的汽水-蒸汽换热的第二级再热器位于汽轮机附近，第二级再热管道相对短很多，管道流阻大幅降低，管道效率得到提高；

[0020] c.与常规锅炉二次再热系统相比，汽水-蒸汽换热的第二级再热器位于汽轮机附近，第二级再热管道相对短很多，而且介质温度低，低温钢管道较高温钢管道单价低，管径小，管道造价大幅降低；

[0021] d.汽水-蒸汽换热的第二级再热器的温度低，与常规的高温锅炉第二级再热器相比，蒸汽密度大，体积流量小，第二级再热器的换热设备造价低；

[0022] e.汽水-蒸汽换热的第二级再热器的出口再热蒸汽温度低，与常规的高温锅炉二次再热系统汽轮机相比，第二级再热汽轮机设备造价低；

[0023] f.汽水-蒸汽换热的第二级再热器的加热蒸汽来自汽轮机高压缸抽汽和排汽，进入锅炉一次再热器的蒸汽流量减少，锅炉一次再热器的换热面积减小，相应锅炉一次再热器的造价降低。

[0024] 综上，针对常规锅炉一次再热系统效率低、常规锅炉二次再热系统投资收益比较差的问题，本发明的蒸汽二次再热系统在提高效率的同时，大幅降低二次再热系统的投资，具有良好的投资收益技术经济性。

[0025] 应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

[0026] 包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

[0027] 图1示意性地示出了现有技术的常规一次再热系统。

[0028] 图2示意性地示出了现有技术的常规二次再热系统。

[0029] 图3示出了根据本发明的蒸汽二次再热系统的一个实施例的示意性结构。

[0030] 图4-6示出了根据本发明的三个优选实施例的示意性结构。

具体实施方式

[0031] 现在将详细参考附图描述本发明的实施例。

[0032] 图1示意性地示出了现有技术的常规一次再热系统。图2示意性地示出了现有技术的常规二次再热系统。图1和图2所示的再热系统的基本结构与本发明的类似，该部分内容将在以下段落中详细描述。

[0033] 图1所示的常规一次再热系统的主要特点在于：仅有一级锅炉再热装置101。

[0034] 图2所示的常规二次再热系统的主要特点在于：(1)一次再热器202和二次再热器203都设置于锅炉201的内部。此外，在图2所示的二次再热系统中，该二次再热器203为烟气-蒸汽换热器。如图2所示，该二次再热器203与汽轮机的第一级中压缸204的排汽接口以及第二级中压缸205的进汽接口通过二次再热管道相接。然而，从图中亦可以看到的是，在图2的方案中，由于锅炉与汽轮机之间间距大，因此二次再热管道必须较长。

[0035] 简言之，图1所示的常规一次再热系统的热力循环效率较低，图2所示的常规二次再热系统的效率较高，但第二级再热的压力低、温度高、蒸汽密度小、容积流量大，不但锅炉第二级再热受热面大、汽机第二级再热中压缸通流体积大，设备的造价高，而且相应要求第二级再热管道规格大，并且从锅炉到汽机的距离远，汽机与锅炉之间第二级再热来回的管道长，管道的造价相应高；另外来回管道长，导致流阻大，影响了热力循环效率。由于锅炉第二级再热器、汽机第二级再热中压缸、第二级再热管道等造价高，在超临界及以上参数机组中情况更加明显，这导致常规锅炉二次再热系统的投资收益较差，无法推广。

[0036] 图3示出了根据本发明的蒸汽二次再热系统的一个实施例的示意性结构。如图3所示，本发明的蒸汽二次再热系统300主要包括锅炉301、汽轮机、二次再热器306、若干加热器307、凝汽器308和发电机309。其中，汽轮机包含依次连接的高压缸302、第一级中压缸303、第二级中压缸304和低压缸305。

[0037] 本发明的特点之一在于：二次再热器306设置于锅炉301的外部。实际上，该二次再热器306优选布置于汽轮机附近。在该实施例中，该二次再热器306连接到汽轮机的第一级中压缸303的排汽口连接并同汽轮机的第二级中压缸304的进汽口连接。该二次再热器306能够产生高温的再热蒸汽，并将该高温的再热蒸汽引入第二级中压缸304中，以实现再热。不同于现有技术，上述二次再热器306采用汽水-蒸汽换热的换热方式。因此，由于在本发明中汽水-蒸汽换热器(即二次再热器306)与汽轮机之间的间距较近，所以二次再热管道较短。

[0038] 在该实施例中，该二次再热器306连接到高压缸302，该高压缸302作为该二次再热器306的汽源。特别是，可以是该二次再热器306从高压缸302抽汽或者是该高压缸302向该二次再热器306排汽的方式向二次再热器306供汽。另一方面，如图所示，二次再热器306进一步连接到一个加热器307(或压力较低一级加热器)，该加热器307(或压力较低一级加热器)的回热系统压力需要与二次再热器306的经换热后的疏水排汽的压力相匹配(相当或稍低)，以使该二次再热器306可以将经换热后的疏水排汽排入该加热器307(或压力较低一级加热器)。

[0039] 此外，在图3的实施例中汽轮机的高压缸302、第一级中压缸303、第二级中压缸304和低压缸305同轴带一台发电机309。但，如下所述，这些缸也可以不同轴带多台发电机。

[0040] 根据上述实施例，在工作时，低温的二次再热蒸汽将从汽轮机的第一级中压缸303输出，经低温第二级再热管道，进入汽水-蒸汽换热的二次再热器306，被加热后成为高温二次再热蒸汽。该高温的二次再热蒸汽经高温第二级再热管道进入汽轮机的第二级中压缸304继续做功。

[0041] 此外，汽水-蒸汽换热的二次再热器306的加热蒸汽可以来自汽轮机的高压缸302的排汽，即低温第一级再热蒸汽；或者也可以用汽轮机的中压缸的抽汽和高压缸的排汽分别加热，优化主汽轮机效率。加热蒸汽经汽水-蒸汽换热的二次再热器306后，疏水或排汽回到回热系统压力相匹配的加热器307(或压力较低一级加热器)。

[0042] 例如，对1台1000MW600℃超超临界发电机组，采用图3的实施例，与常规锅炉一次再热系统相比，投资增加约1亿，热力循环效率可提高约1％，每年可节煤1.5万吨，降低运行费用1200万元，8.3年即可收回投资，具有良好的投资效益。

[0043] 例如，对1台1000MW600℃超超临界发电机组，采用图3的实施例，与常规锅炉二次再热系统相比，设备及管道造价降低约2亿，虽然运行收益少约600万元，但投资回收年限缩短一半，具有更好的投资效益。

[0044] 对将来高温再热采用镍基合金的700℃火力发电技术，因镍基合金的单位重量价格较600℃高温钢贵10倍以上，与常规锅炉二次再热系统相比，本发明的蒸汽二次再热系统具有更好的技术经济可行性。

[0045] 以下结合图4-6来进一步讨论本发明的其它三个优选实施例。

[0046] 图4的基本结构与以上图3所示的实施例相类似。因此，同前图相同或相近的结构将不再赘述。图4的实施例的主要区别点在于：在图4的实施例中，二次再热器406的汽源进一步包括高压缸，即用汽轮机的高压缸的抽汽进一步升温提高效率。

[0047] 图5的基本结构与以上图4所示的实施例相类似。因此，同前图相同或相近的结构将不再赘述。图5的实施例的主要区别点在于：在图5的实施例中，只有一个中压缸以减少汽缸总数量，即图5中的中压缸是单独的汽轮机缸体，因此在该实施例中二次再热器同汽轮机的低压缸的进气口连接。该二次再热器能够产生高温的再热蒸汽，并将该高温的再热蒸汽引入低压缸中，以实现再热。

[0048] 图6的基本结构与以上图5所示的实施例相类似。因此，同前图相同或相近的结构将不再赘述。图6的实施例的主要区别点在于：在图6的实施例中，汽轮机的高、中、低压缸不同轴带多台发电机609-1、609-2，提高机组效率及出力。

[0049] 综上，本发明的蒸汽二次再热系统基于热力循环基本原理，与一次再热系统相比，提高了热力循环效率，提高经济性的同时达到节能减排的综合效益。本发明新型蒸汽二次再热系统采用汽水-蒸汽换热的第二级再热器，与第二级再热器为烟气-蒸汽换热的常规二次再热系统相比，设备、管道等投资大幅降低，具有更好的投资收益技术经济性。

[0050] 此外，本发明的蒸汽二次再热系统的加热蒸汽有多种可选汽源，疏水排汽有多种回热去向，不限于附图所示实施例，对不同参数机组有广泛适用性。

[0051] 此外，本发明新型蒸汽二次再热系统的高温再热蒸汽可引至另一中压缸或低压缸，具有多种方式，对不同厂家、不同技术的汽轮机有广泛适用性。

[0052] 此外，本发明新型蒸汽二次再热系统的汽轮机高、中、低压缸可以同轴带一台发电机，也可以不同轴带多台发电机，具有多种方式，对各种大小容量的机组有广泛适用性。

[0053] 本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。