[發(fā)明專利]配有蒸發(fā)式氫氣冷卻系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)

有效

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• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102650218A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 章禮道
• 申請（專利權(quán)）人: 章禮道
• 主分類號: F01D15/10
• 分類號: F01D15/10;F01D25/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明配有蒸發(fā)式氫氣冷卻系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)涉及一種火電站使用的采用水氫氫冷卻方式配有蒸發(fā)式氫氣冷卻系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)。

(二)背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)的汽輪發(fā)電機(jī)通常采用水氫氫冷卻方式，效率約99％。1％的損耗產(chǎn)生的熱量分別由氫氣冷卻器(簡稱氫冷器)、定子內(nèi)冷水冷卻器、冷油器和勵磁系統(tǒng)冷卻設(shè)施帶走，其中氫冷器帶走的熱量占有較大份額。現(xiàn)有技術(shù)的氫冷器是一種表面式熱交換器，氫側(cè)高度肋化，水側(cè)使用淡水或者除鹽水對流冷卻，該水對熱交換管應(yīng)無腐蝕和結(jié)垢傾向，為確保汽輪發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行，氫冷器水壓應(yīng)低于氫壓。現(xiàn)有技術(shù)的汽輪發(fā)電機(jī)通常每臺機(jī)配有4臺氫冷器，分2組裝置在汽輪發(fā)電機(jī)兩端的氫冷密封罩殼內(nèi)。

現(xiàn)有技術(shù)氫冷器進(jìn)口水溫對汽輪發(fā)電機(jī)的出力有重大影響，只有當(dāng)氫冷器進(jìn)口水溫≤38℃時(shí)，才能保證汽輪發(fā)電機(jī)在額定負(fù)荷下長期安全運(yùn)行。當(dāng)氫冷器進(jìn)口水溫升高到42℃時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)的安全出力只有額定負(fù)荷的77％；反之，當(dāng)氫冷器進(jìn)口水溫降低到28℃時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)的安全出力可以升高到額定負(fù)荷的108.5％。

現(xiàn)有技術(shù)的氫冷器的水側(cè)通常采取低溫升、高流量的設(shè)計(jì)以保證氫、水之間有較大的傳熱溫壓，通常汽輪發(fā)電機(jī)氫冷器水側(cè)的溫升為5K，350MW等級的汽輪發(fā)電機(jī)氫冷器冷卻水流量高達(dá)400t/h；600MW和1000MW等級的汽輪發(fā)電機(jī)氫冷器冷卻水流量基本與汽輪發(fā)電機(jī)的出力成線性關(guān)系。

隨世界工業(yè)化的進(jìn)程，淡水資源日益緊張，特別是適合氫冷器直接使用的低鈣、鎂離子，低氯根、低固形物、低耗氧量的淡水資源更為稀缺，大多數(shù)火電站使用閉式水來冷卻氫氣所謂閉式水即閉式循環(huán)的除鹽水，以確保汽輪發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。閉式水由開式循環(huán)水通過一個(gè)閉式水冷卻器來冷卻，通常閉式水溫比開式循環(huán)水溫要高5K，這是換熱所需要的溫壓。

(三)發(fā)明內(nèi)容：

所要解決的技術(shù)問題：

當(dāng)開式循環(huán)水溫度超過33℃時(shí)，閉式水溫度將超過38℃，由于氫冷器進(jìn)口水溫對現(xiàn)有技術(shù)的汽輪發(fā)電機(jī)的出力有重大影響，汽輪發(fā)電機(jī)開始限出力。對我國南部的火電站一年之內(nèi)會有較多時(shí)數(shù)循環(huán)水溫度超過33℃；對東南亞的火電站循環(huán)水溫度超過33℃可成為常態(tài)；對采用間接空冷的缺水地區(qū)的火電機(jī)組，一年之內(nèi)也會有較多時(shí)數(shù)閉式水溫度超過38℃，現(xiàn)有技術(shù)的汽輪發(fā)電機(jī)只能以降低出力來應(yīng)對。

現(xiàn)有技術(shù)的氫冷器的水側(cè)通常采取低溫升、高流量的設(shè)計(jì)以保證氫、水之間有必要的傳熱溫壓，使氫冷器成為閉式水系統(tǒng)的最大用戶；由于其它用戶的需要，閉式水循環(huán)泵的出口水壓頗高于氫壓，為確保汽輪發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行，滿足氫冷器水壓應(yīng)低于氫壓的要求，需要在氫冷器入口設(shè)置減壓調(diào)節(jié)閥。高流量和較高的水壓使現(xiàn)有技術(shù)的氫冷器在運(yùn)行中發(fā)塵較大能耗。大容量的板式閉式水冷卻器需要進(jìn)口，價(jià)格昂貴，閉式水循環(huán)水泵和開式循環(huán)水升壓水泵運(yùn)行功耗較大。

解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案：

本發(fā)明配有蒸發(fā)式氫氣冷卻系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)采取與現(xiàn)有技術(shù)完全不同的技術(shù)路線解決水氫氫冷卻方式的汽輪發(fā)電機(jī)在高溫高濕氣象條件下的氫氣冷卻問題。本發(fā)明充分利用汽輪機(jī)組已有的真空系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、輔助抽汽系統(tǒng)、回?zé)嵯到y(tǒng)，采用在高真空條件下蒸發(fā)冷卻的方法解決氫氣溫度過高限制汽輪發(fā)電機(jī)出力問題，并可回收熱氫放出的熱量，降低汽輪發(fā)電機(jī)組的熱耗；同時(shí)大幅度降低閉式水系統(tǒng)功耗和投資。

以350MW的汽輪發(fā)電機(jī)為例：現(xiàn)有技術(shù)的氫冷器，其水側(cè)溫升5K，焓增20.9kJ/kg，400t/h共吸熱8.36×10⁶kJ/h。水在真空狀態(tài)0.001MPa(a)到0.005MPa(a)區(qū)間的汽化潛熱為2484.38kJ/kg到2423kJ/kg，只要在該真空狀態(tài)區(qū)間下蒸發(fā)3406.68kg/h的水，其吸熱量與溫升5K，流量400t/h的閉式水相同。水在真空狀態(tài)0.001MPa(a)到0.005MPa(a)區(qū)間的飽和溫度(也稱沸騰溫度)為6.97℃到32.88℃，頗低于38℃；水對氫冷器傳熱管內(nèi)壁的放熱系數(shù)α₂，水蒸發(fā)時(shí)的沸騰放熱系數(shù)遠(yuǎn)大于水的強(qiáng)迫對流放熱系數(shù)。