[發明專利]二次再熱的熱力系統

有效

• 申請號: 201711288319.9
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108104887B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 張磊;喬加飛;韓濤;張俊杰;徐亞濤;王順森;程上方;孫鵬;王浩;趙宗彬;崔亞輝;渠福來;李然
• 申請（專利權）人: 中國神華能源股份有限公司;北京國華電力有限責任公司;神華國華（北京）電力研究院有限公司;西安交通大學
• 主分類號: F01K3/18
• 分類號: F01K3/18;F01K7/38;F01K13/00;F01D15/10;F01D15/08
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 嚴政;劉依云

本發明涉及熱力發電領域，公開了一種二次再熱的熱力系統，該熱力系統包括汽輪機、凝汽器、旁路透平、混合驅動透平和高壓加熱器；所述汽輪機包括超高壓缸、高壓缸、中壓缸和低壓缸；所述超高壓缸的排汽口分別與所述混合驅動透平和所述高壓加熱器連接，所述混合驅動透平上設置有抽汽口，所述抽汽口與所述高壓加熱器連接；所述中壓缸的排汽口分別與所述低壓缸和所述旁路透平連接，所述旁路透平的排汽口與所述凝汽器連接。該熱力系統通過能量的梯級利用，大幅提高發電機組的經濟性；同時，在發電機組負荷變化時保證主機高、中、低壓缸都處于較高效率的工況范圍內工作，減少廠用電率，提高二次再熱的總體工作性能。

技術領域

本發明涉及熱力發電領域，具體涉及一種二次再熱的熱力系統。

背景技術

中間再熱是指將在汽輪機高壓缸膨脹作功后的蒸汽，送入鍋爐的再熱器進行再加熱，使其溫度達到或接近主蒸汽溫度，然后再送回汽輪機的中、低壓缸繼續膨脹作功。再熱技術可以增大蒸汽的做功焓降，降低蒸汽膨脹終了濕度，從而提高蒸汽的做功能力和機組的發電效率。中間再熱可分為一次再熱和二次再熱，在相同蒸汽壓力溫度參數下，二次再熱相比一次再熱機組熱效率提高2％，對應CO₂減排約3.6％。國外已有多臺超超臨界二次再熱機組的運行業績，具有代表性的有日本的川越電廠和丹麥的Nordjylland電廠，驗證了二次再熱技術的技術經濟性和可靠性。然而，采用二次再熱后，由于蒸汽過熱度大大提高，導致回熱抽汽與對應回熱器給水的溫差過大，造成大量的火用損失。利用外置式蒸汽冷卻器可縮小換熱溫差，但作用非常有限。為此，國內外相關企業和研究團隊都在嘗試各種解決方案，其中上海電氣的BESD透平方案在理論上具有一定的應用前景。該透平方案從超高壓缸排汽中分流出一部分蒸汽，進入一臺特殊設計的BESD透平膨脹做功，用于驅動給水泵，多余的功率并入廠用電。除氧器和部分高加、低加直接從BESD透平抽汽或利用BESD透平的排汽；由于BESD透平中的蒸汽沒有經過再熱，避免了二次再熱機組的抽汽過熱度問題。該方案的最大問題是BESD透平發電量的應用，由于該透平為定頻運行，變工況下效率很低，而且將其產生的電能用于給水泵驅動時還需要大功率變頻器，不僅設備投資大，而且造成進一步的能量損失。另外，由于變工況下除氧器抽汽點的壓力無法保持恒定，還需要通過節流來滿足除氧器的要求，火用損失也非常大。

除了上述問題外，大功率汽輪機在高負荷工況下運行時，還存在低壓缸末級膨脹不足的問題，嚴重影響機組的經濟性。這是因為，受葉片材料強度所限，汽輪機末級通流面積很難達到高負荷時的最佳值，導致低壓缸效率隨負荷的增加而降低，并且限制了排汽背壓的進一步降低。增加一套低壓缸可以解決末級通流面積不足問題，但不僅成本過高，而且轉子軸系過于復雜還將導致工作可靠性下降。然而，隨著負荷的增加，高、中壓缸的效率不斷提高，與低壓缸的變化趨勢正好相反。

因此，目前十分有必要尋找一種高效的二次再熱的熱力系統。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種二次再熱的熱力系統，該熱力系統通過能量的梯級利用，大幅提高發電機組的經濟性；同時，在發電機組負荷變化時保證主機高、中、低壓缸都處于較高效率的工況范圍內工作，減少廠用電率，提高二次再熱的總體工作性能。

為了實現上述目的，本發明提供了一種二次再熱的熱力系統，該熱力系統包括汽輪機、凝汽器、旁路透平、混合驅動透平和高壓加熱器；所述汽輪機包括超高壓缸、高壓缸、中壓缸和低壓缸；所述超高壓缸的排汽口分別與所述混合驅動透平和所述高壓加熱器連接，所述混合驅動透平上設置有抽汽口，所述抽汽口與所述高壓加熱器連接；所述中壓缸的排汽口分別與所述低壓缸和所述旁路透平連接，所述旁路透平的排汽口與所述凝汽器連接。

通過本發明的上述技術方案，可以獲得以下有益效果：

(1)通過控制旁路透平的抽汽量使主機高、中、低壓缸運行于高效區，提高汽輪機主機的能量轉化效率；

(2)旁路透平單獨設置輔助凝汽器可以降低主凝汽器的背壓，提高主機(汽輪機)做功能力，提高機組循環效率；