一种直接空冷机组深度供热冷端系统

摘要

本发明公开了一种直接空冷机组深度供热冷端系统，涉及火力发电厂汽轮机直接空冷机组的冷端技术领域；其包括低压缸、排汽装置、冷却水喷淋机构、空冷岛和空冷机力塔，排汽装置与低压缸排汽出口相连，冷却水喷淋机构布置在排汽装置内，以使冷却水能够与排汽装置内的乏汽进行换热并形成凝结水，空冷岛通过排汽管道与排汽装置相连，以使排汽装置内的乏汽能够排入空冷岛内进行冷却，在排汽管道上配置有排汽阀，空冷机力塔通过排水管道与排汽装置相连，以使排汽装置内的凝结水能够排入空冷机力塔内进行冷却；通过实施本技术方案，可有效解决在深度供热期间，达到维持机组低背压的能力的同时防止空冷岛出现结冰的风险，可有效增强机组的安全可靠性。

权利要求

1.一种直接空冷机组深度供热冷端系统，其特征在于：包括

低压缸，所述低压缸具有排汽出口，用于排出汽轮机乏汽；

排汽装置，所述排汽装置与所述排汽出口相连，以使乏汽能够进入排汽装置内；

冷却水喷淋机构，所述冷却水喷淋机构布置在排汽装置内，以使冷却水能够与排汽装置内的乏汽进行换热并形成凝结水；

空冷岛，所述空冷岛通过排汽管道与所述排汽装置相连，以使排汽装置内的乏汽能够排入空冷岛内进行冷却，在所述排汽管道上配置有排汽阀；

空冷机力塔，所述空冷机力塔通过排水管道与所述排汽装置相连，以使排汽装置内的凝结水能够排入空冷机力塔内进行冷却；

所述排汽装置具有排汽装置壳体以及位于所述排汽装置壳体顶部的排汽装置喉部和位于所述排汽装置壳体下部的排汽装置热井，所述排汽出口与排汽装置喉部相连，且排汽装置内形成的凝结水能够流入排汽装置热井内；

所述空冷岛配置有与所述排汽装置相连的回流管道一，以使经空冷岛冷却后的凝结水能够通过所述回流管道一进入排汽装置内，并流入排汽装置热井内；

所述排水管道上配置有凝结水泵，以使排汽装置热井内凝结水能够通过凝结水泵排入空冷机力塔；

所述空冷机力塔配置有与所述排汽装置相连的回流管道二，以使经空冷机力塔冷却后的凝结水能够通过所述回流管道二进入排汽装置内，并与乏汽混合换热后流入排汽装置热井内；

所述冷却水喷淋机构包括有多个与所述回流管道二连通的喷嘴，布置在所述排汽装置喉部；

所述冷端系统在不同工况下的运行状态如下：

1）机组在纯凝工况运行中，排汽管道上排汽阀开启，经汽轮机低压缸排汽出口排出的乏汽通过排汽装置喉部、排汽装置壳体排入空冷岛，经空冷岛冷却后的凝结水通过回流管道一回到排汽装置壳体；

2）机组在深度供热工况，排汽管道上排汽阀关闭，经汽轮机低压缸排汽出口排出的乏汽通过排汽装置喉部，与冷却水喷淋机构喷出的冷却水进行换热，形成凝结水并流入排汽装置热井；排汽装置热井凝结水通过凝结水泵排入空冷机力塔中，在空冷机力塔内空气与管内的凝结水换热后，冷却后的凝结水温度降低，再通过回流管道二回流至排汽装置中，经多个喷嘴在排汽装置喉部中与蒸汽混合换热，蒸汽冷凝后继续落入排汽装置热井，实现循环冷却；

3）机组在非深度供热工况，低压缸排汽出口的排汽量较大，满足空冷岛的最小蒸汽量要求，空冷岛分组控制投入运行，运行同纯凝运行工况一致；

4）机组在夏季工况，环境温度高，机组背压难以保证，开启排汽管道上排汽阀以及排水管道上的凝结水泵，以使蒸汽在空冷岛中冷凝的同时投入空冷机力塔中，同时开启空冷岛和空冷机力塔对低压缸排汽进行冷凝，达到降低机组背压的作用，迅速维持机组低背压，提高机组的运行经济性。

2.根据权利要求1所述的直接空冷机组深度供热冷端系统，其特征在于：所述排汽管道与位于所述排汽装置壳体上的排汽口相连，所述排水管道与位于排汽装置热井底部的排水口相连。

3.根据权利要求2所述的直接空冷机组深度供热冷端系统，其特征在于：所述排汽管道上的排汽阀为蝶阀。

4.根据权利要求3所述的直接空冷机组深度供热冷端系统，其特征在于：所述冷却水喷淋机构与所述回流管道二相连。

5.根据权利要求4所述的直接空冷机组深度供热冷端系统，其特征在于：所述冷却水喷淋机构布置在所述排汽装置喉部并对应于排汽装置壳体内乏汽。

说明书

一种直接空冷机组深度供热冷端系统

技术领域

[0001] 本发明涉及火力发电厂汽轮机直接空冷机组的冷端技术领域，具体地讲，涉及一种直接空冷机组深度供热冷端系统。

背景技术

[0002] 常规火电直接空冷机组在进行例如低压缸切缸、微出力、零出力等深度供热改造中，低压缸排汽量虽然非常小，也同样需要维持汽轮机的低背压，以降低汽轮机末级叶片的鼓风带来的叶片超温风险，同时回收受一些系统漏汽以及保证疏水压差等。

[0003] 在现有汽轮机运行中，汽轮机排汽采用进入空冷岛进行冷凝，虽然空冷岛采用分组设计，但由于深度供热工况下汽轮机排汽蒸汽量非常小，供热季又处于冬季，环境温度低，汽轮机排汽量大幅低于空冷岛允许的最小进汽量，结冰风险非常高；为保证空冷岛的不结冰通常采用如下方案：

[0004] 技术方案一采用增加低压缸的进汽量，满足空冷岛最小进汽量要求；但该方案存在的技术缺陷是相应降低了汽轮机的供热的能力，降低了机组的经济性；

[0005] 技术方案二采用新增表面式换热器，从排汽装置出口蒸汽管道上引出蒸汽在外置凝汽器内凝结；例如公开号为CN109469522A的专利，公开了一种乏汽冷却系统及乏汽冷却方法，通过在汽轮机排汽至空冷岛的排汽管道上设置一条与乏汽冷却器入口相连通的管道，在冬季供热季直接空冷机组低压缸零出力运行期间，关闭空冷凝汽器蒸汽分配管所有进汽阀门，隔离空冷凝汽器，将汽轮机组乏汽全部引入乏汽冷凝器进行冷凝，冷却水源取自机组辅机冷却水系统，凝结水回流至主机排汽装置，彻底解决直接空冷机组供热季低压缸零出力供热运行时的空冷凝汽器冻结问题；但该方案存在以下技术缺陷：由于蒸汽压力低，比容大，乏汽抽汽管道非常大，管道布置及土建设计施工难度大，同时凝汽器的循环水也需要从闭冷水系统取水或设置独立的闭式循环水系统，通常直接空冷机组地区缺水严重，该方案需要增加大量循环水，不利于节水，且系统管线复杂，运行中故障率高，且投资大。

发明内容

[0006] 针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种直接空冷机组深度供热冷端系统，其目的在于旨在解决在深度供热期间，达到维持机组低背压的能力的同时防止空冷岛出现结冰的风险，可有效增强机组的安全可靠性。

[0007] 本发明采用的技术方案如下：

[0008] 一种直接空冷机组深度供热冷端系统，包括

[0009] 低压缸，所述低压缸具有排汽出口，用于排出汽轮机乏汽；

[0010] 排汽装置，所述排汽装置与所述排汽出口相连，以使乏汽能够进入排汽装置内；

[0011] 冷却水喷淋机构，所述冷却水喷淋机构布置在排汽装置内，以使冷却水能够与排汽装置内的乏汽进行换热并形成凝结水；

[0012] 空冷岛，所述空冷岛通过排汽管道与所述排汽装置相连，以使排汽装置内的乏汽能够排入空冷岛内进行冷却，在所述排汽管道上配置有排汽阀；

[0013] 空冷机力塔，所述空冷机力塔通过排水管道与所述排汽装置相连，以使排汽装置内的凝结水能够排入空冷机力塔内进行冷却。

[0014] 本技术方案针对在深度供热期间，低压缸处于切缸、微出力或零出力情况下，冷端系统通过排汽阀关闭将空冷岛去除，以彻底防止空冷岛出现结冰的风险；同时通过空冷机力塔和冷却水喷淋机构的设计满足了机组在最大供热量下维持必要的冷端背压，达到维持机组低背压的能力，可有效增强机组的安全可靠性；且由于整个冷端系统以水为热流介质，本技术方案管道规格小，系统只需要增加空冷机力塔和冷却水喷淋机构，具有成本低，效果好，实施工期短，对于老机组的供热升级改造十分便利的优点。

[0015] 作为上述技术方案的优选，所述排汽装置具有排汽装置壳体以及位于所述排汽装置壳体顶部的排汽装置喉部和位于所述排汽装置壳体下部的排汽装置热井，所述排汽出口与排汽装置喉部相连，且排汽装置内形成的凝结水能够流入排汽装置热井内。采用上述排汽装置结构设计简单，便于完成排汽装置内乏汽及凝结水排出；同时结合冷却水喷淋机构布置在排汽装置内以充分完成冷却水与乏汽的混合换热。

[0016] 作为上述技术方案的优选，所述排汽管道与位于所述排汽装置壳体上的排汽口相连，所述排水管道与位于排汽装置热井底部的排水口相连，以保证乏汽和凝结水能够充分排出排汽装置。

[0017] 作为上述技术方案的优选，所述排汽管道上的排汽阀为蝶阀。

[0018] 作为上述技术方案的优选，所述空冷岛配置有与所述排汽装置相连的回流管道一，以使经空冷岛冷却后的凝结水能够通过所述回流管道一进入排汽装置内，并流入排汽装置热井内。如此该技术方案能够直接将空冷岛冷却后的凝结水引入至排汽装置内进行回热，达到降低凝结水的含氧量的目的。

[0019] 作为上述技术方案的优选，所述排水管道上配置有凝结水泵，以使排汽装置热井内凝结水能够通过凝结水泵排入空冷机力塔。通过凝结水泵的设计，能够便捷地将排汽装置热井内凝结水引入空冷机力塔内进行冷却，在机组在深度供热工况下避免空冷岛出现结冰的风险，在夏季工况下结合空冷岛冷却以提高机组的运行经济性。

[0020] 作为上述技术方案的优选，所述空冷机力塔配置有与所述排汽装置相连的回流管道二，以使经空冷机力塔冷却后的凝结水能够通过所述回流管道二进入排汽装置内，并与乏汽混合换热后流入排汽装置热井内。采用该技术方案，一方面回流管道二的设计直接将空冷机力塔冷却后的凝结水引入至排汽装置内与乏汽混合换热冷却，能够达到节能降耗的目的，节水、节能效果尤为明显；另一方面能够有效提高以水为热流介质进行冷却的效率，能够快速达到维持机组低背压的目的，同时显著降低了通过蒸汽引出进行冷凝的负荷及系统设计难度，进而显著降低经济投入成本。

[0021] 作为上述技术方案的优选，所述冷却水喷淋机构与所述回流管道二相连，以使空冷机力塔冷却后的凝结水能够通过冷却水喷淋机构引入排汽装置内，保证回流凝结水具有较低的温度参数，与乏汽混合换热系数较大，换热效果好，环境适应性高。

[0022] 作为上述技术方案的优选，所述冷却水喷淋机构布置在所述排汽装置喉部并对应于排汽装置壳体内乏汽，以利于低温度凝结水与乏汽充分换热。

[0023] 作为上述技术方案的优选，所述冷却水喷淋机构包括有多个与所述回流管道二连通的喷嘴，多个喷嘴布置在所述排汽装置喉部。如此回流凝结水能够呈喷淋状以覆盖整个排汽装置壳体，换热面积高，尤其在夏季工况下能够快速降低机组背压，提高机组的运行经济性。

[0024] 如上所述，本发明相对于现有技术至少具有如下有益效果：

[0025] 1.本发明直接空冷机组深度供热冷端系统结合空冷岛冷却技术和空冷机力塔冷却技术，满足了机组在最大供热量下维持必要的冷端背压，同时在深度供热工况下，能够通过排汽阀将空冷岛去除以通过空冷机力塔进行冷却，从根本上彻底防止空冷岛出现结冰的风险，增强了机组在不同工况下运行的安全可靠性。

[0026] 2.本发明直接空冷机组深度供热冷端系统空冷机力塔冷却以水为热流介质，相对于传统技术将蒸汽引出进行冷凝，本发明相对于传统设计管道规格小、对空间要求低，整个系统占地少，管道系统设计难度低，能够有效解决传统冷端系统管线复杂，运行中故障率高，且存在投资大的技术问题。

[0027] 3.本发明直接空冷机组深度供热冷端系统利用冷却水喷淋机构对排汽装置内的乏汽进行换热冷却，能够在排汽装置内以充分完成冷却水与乏汽的混合换热，换热效率高；同时冷却水喷淋机构直接与空冷机力塔相连，以引入空冷机力塔冷却后的凝结水至排汽装置内与乏汽混合换热冷却，能够达到节能降耗的目的，节水、节能效果尤为明显。

[0028] 4.本发明直接空冷机组深度供热冷端系统只需要增加空冷机力塔和冷却水喷淋机构，便可有效解决在不同工况下即达到维持机组低背压的能力，同时有效的防止了空冷岛出现结冰的风险，具有成本低，效果好，实施工期短优点，尤其对于老机组的供热升级改造十分便利的优点。

[0029] 5.本发明直接空冷机组深度供热冷端系统相比设置表面式换热器，端差更小且无结垢及泄漏等运行风险，冷端系统无需设置额外的循环水，即可满足机组在最大供热量下维持必要的冷端背压的需求；在机组夏季纯凝运行时，也可作为尖峰冷却器使用，有效降低机组运行背压，解决机组度夏问题，提高机组经济性。

附图说明

[0030] 本发明将通过具体实施例并参照附图的方式说明，其中

[0031] 图1是本发明示例性实施例直接空冷机组深度供热冷端系统的连接示意图。

[0032] 附图标记说明：1—低压缸；2—排汽装置喉部；3—排汽装置壳体；4—排汽装置热井；5—蝶阀；6—空冷岛；7—凝结水泵；8—空冷机力塔；9—冷却水喷淋机构；10‑排汽管道；11‑回流管道一；12‑排水管道；13‑回流管道二。

具体实施方式

[0033] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

[0034] 本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

[0035] 实施例一

[0036] 本实施例基本如图1所示：本实施例提供了一种直接空冷机组深度供热冷端系统，该系统包括低压缸1、排汽装置、冷却水喷淋机构9、空冷岛6和空冷机力塔8，其中低压缸1具有排汽出口，用于排出汽轮机乏汽，且排汽装置与排汽出口相连，以使乏汽能够进入排汽装置内；本实施例提供的冷却水喷淋机构9布置在排汽装置内，以使冷却水能够与排汽装置内的乏汽进行换热并形成凝结水。

[0037] 关键地，本实施例提供了将汽轮器乏汽引出进行冷凝及以水为热流介质进行冷却的技术改进，即空冷岛6通过排汽管道10与排汽装置相连，以使排汽装置内的乏汽能够排入空冷岛6内进行冷却，在排汽管道10上配置有排汽阀；同时空冷机力塔8通过排水管道12与排汽装置相连，以使排汽装置内的凝结水能够排入空冷机力塔8内进行冷却；由此在针对在深度供热期间，低压缸1处于微出力或零出力情况下，冷端系统通过排汽阀关闭将空冷岛6去除，以彻底防止空冷岛6出现结冰的风险；同时通过空冷机力塔8和冷却水喷淋机构9的设计满足了机组在最大供热量下维持必要的冷端背压，达到维持机组低背压的能力，可有效增强机组的安全可靠性。

[0038] 具体地，排汽装置具有排汽装置壳体3以及位于排汽装置壳体3顶部的排汽装置喉部2和位于排汽装置壳体3下部的排汽装置热井4，低压缸1的排汽出口与排汽装置喉部2相连，排汽装置内通过冷却水喷淋机构9喷淋形成的凝结水能够流入至排汽装置热井4内；同时排汽管道10与位于排汽装置壳体3上的排汽口相连，排水管道12与位于排汽装置热井4底部的排水口相连，以保证乏汽和凝结水能够顺利排出排汽装置，采用上述排汽装置结构设计简单，便于完成排汽装置内乏汽及凝结水排出；同时结合冷却水喷淋机构9布置在排汽装置内以充分完成冷却水与乏汽的混合换热。

[0039] 为防止了空冷岛6出现结冰的风险，本实施例排汽管道10上的排汽阀为蝶阀5，由此机组在深度供热工况，排汽蝶阀5关闭，通过空冷机力塔8和冷却水喷淋机构9以实现将排汽装置内乏汽冷却成凝结水后落入排汽装置热井4，并通过排汽装置热井4底部的排水口排出，达到维持机组低背压的能力的同时以彻底防止空冷岛6出现结冰的风险。

[0040] 实施例二

[0041] 实施例二与实施例一基本相同，其不同之处在于：本实施例提供了一种直接空冷机组深度供热冷端系统，作为实施例一的优选，本实施例提供的空冷岛6配置有与排汽装置相连的回流管道一11，以使经空冷岛6冷却后的凝结水能够通过回流管道一11进入排汽装置内，并流入排汽装置热井内，如此本实施例能够直接将空冷岛6冷却后的凝结水引入至排汽装置内进行回热，达到降低排汽装置凝结水含氧量的目的。

[0042] 实施例三

[0043] 实施例三与实施例二基本相同，其不同之处在于：本实施例提供了一种直接空冷机组深度供热冷端系统，作为实施例二的优选，本实施例提供的空冷机力塔8配置有与排汽装置相连的回流管道二13，以使经空冷机力塔8冷却后的凝结水能够通过回流管道二13进入排汽装置内，并与乏汽混合换热后流入排汽装置热井4内；同时，在空冷机力塔8与排汽装置相连的排水管道12上配置有凝结水泵7，以使排汽装置热井4内凝结水能够通过凝结水泵7排入空冷机力塔8。

[0044] 由此，凝结水泵7的设计能够便捷地将排汽装置热井4内凝结水引入空冷机力塔8内进行冷却，在机组在深度供热工况下避免空冷岛6出现结冰的风险，在夏季工况下结合空冷岛6冷却以提高机组的运行经济性；同时结合回流管道二13的技术方案设计，一方面能够直接将空冷机力塔8冷却后的凝结水引入至排汽装置内与乏汽混合换热冷却，达到节能降耗的目的，节水、节能效果尤为明显；另一方面能够有效提高以水为热流介质进行冷却的效率，能够快速达到维持机组低背压的目的，同时显著降低了常规将蒸汽引出进行冷凝方式带来的系统设计实施难度，进而显著降低经济投入成本。

[0045] 更为关键地，本实施例提供的回流管道与冷却水喷淋机构9相连，以使空冷机力塔8冷却后的凝结水能够通过冷却水喷淋机构9引入排汽装置内，保证回流凝结水具有较低的温度参数，与乏汽混合换热系数较大，换热效果好，环境适应性高。

[0046] 作为本实施例的优选，冷却水喷淋机构9布置在排汽装置喉部2并对应于排汽装置壳体3内乏汽，以利于低温度凝结水与乏汽充分换热；且本实施例提供的冷却水喷淋机构9包括有多个与回流管道二13连通的喷嘴，多个喷嘴布置在排汽装置喉部2；如此回流凝结水能够呈喷淋状以覆盖整个排汽装置壳体3，换热面积高，尤其在夏季工况下能够快速降低机组背压，利于提高机组的运行经济性。

[0047] 图1示出了本发明实施例直接空冷机组深度供热冷端系统的连接示意图，根据本发明，本实施例提供了冷端系统在不同工况下的运行状态：

[0048] 1)机组在纯凝工况运行中，排汽管道10上排汽蝶阀5开启，经汽轮机低压缸1排汽出口排出的乏汽通过排汽装置喉部2、排汽装置壳体3排入空冷岛6，经空冷岛6冷却后的凝结水通过回流管道一11回到排汽装置壳体3。

[0049] 2)机组在深度供热工况，排汽管道10上排汽蝶阀5关闭，经汽轮机低压缸1排汽出口排出的乏汽通过排汽装置喉部2，与冷却水喷淋机构9喷出的冷却水进行换热，形成凝结水并流入排汽装置热井4；排汽装置热井4凝结水通过凝结水泵7排入空冷机力塔8中，在空冷机力塔8内空气与管内的凝结水换热后，冷却后的凝结水温度降低，再通过回流管道二13回流至排汽装置中，经多个喷嘴在排汽装置喉部2中与蒸汽混合换热，蒸汽冷凝后继续落入排汽装置热井4，实现循环冷却。

[0050] 3)机组在非深度供热工况，低压缸1排汽出口的排汽量较大，满足空冷岛6的最小蒸汽量要求，空冷岛6分组控制投入运行，运行同纯凝运行工况一致。

[0051] 4)机组在夏季工况，环境温度高，机组背压难以保证，开启排汽管道10上排汽蝶阀5以及排水管道12上水泵，以使蒸汽在空冷岛6中冷凝的同时投入空冷机力塔8中，相当于开启空冷岛6和空冷机力塔8同时对低压缸1排汽进行冷凝，达到降低机组背压的作用，迅速维持机组低背压，提高机组的运行经济性。

[0052] 由上所述，本实施例直接空冷机组深度供热冷端系统能够有效解决在深度供热期间，达到维持机组低背压的能力的同时防止空冷岛6出现结冰的风险，一方面结合空冷岛6冷却技术和空冷机力塔8冷却技术，即满足了机组在最大供热量下维持必要的冷端背压，又同时在深度供热工况下，能够通过排汽阀将空冷岛6去除以通过空冷机力塔8进行冷却，从根本上彻底防止空冷岛6出现结冰的风险，增强了机组在不同工况下运行的安全可靠性；另一方面系统以水为热流介质相对于传统设计管道规格小、对空间要求低，整个系统占地少，管道系统设计难度低，能够有效解决传统冷端系统管线复杂，运行中故障率高，且存在投资大的技术问题；同时冷却水喷淋机构9直接与空冷机力塔8相连，以引入空冷机力塔8冷却后的凝结水至排汽装置内与乏汽混合换热冷却，能够达到节能降耗的目的，节水、节能效果尤为明显。

[0053] 综上所述，本发明直接空冷机组深度供热冷端系统只需要增加空冷机力塔8和冷却水喷淋机构9，便可有效解决在不同工况下即达到维持机组低背压的能力，同时有效的防止了空冷岛6出现结冰的风险，具有成本低，效果好，实施工期短优点，尤其对于老机组的供热升级改造十分便利的优点，可满足机组在最大供热量下维持必要的冷端背压的需求，在机组夏季纯凝运行时，也可作为尖峰冷却器使用，有效降低机组运行背压，解决机组度夏问题，提高机组经济性，具有很好的应用前景和推广使用价值。

[0054] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。