二次再热的热力系统技术方案

本发明专利技术涉及热力发电领域，公开了一种二次再热的热力系统，该热力系统包括汽轮机、凝汽器、旁路透平、混合驱动透平和高压加热器；所述汽轮机包括超高压缸、高压缸、中压缸和低压缸；所述超高压缸的排汽口分别与所述混合驱动透平和所述高压加热器连接，所述混合驱动透平上设置有抽汽口，所述抽汽口与所述高压加热器连接；所述中压缸的排汽口分别与所述低压缸和所述旁路透平连接，所述旁路透平的排汽口与所述凝汽器连接。该热力系统通过能量的梯级利用，大幅提高发电机组的经济性；同时，在发电机组负荷变化时保证主机高、中、低压缸都处于较高效率的工况范围内工作，减少厂用电率，提高二次再热的总体工作性能。

【技术实现步骤摘要】
二次再热的热力系统
本专利技术涉及热力发电领域，具体涉及一种二次再热的热力系统。
技术介绍
中间再热是指将在汽轮机高压缸膨胀作功后的蒸汽，送入锅炉的再热器进行再加热，使其温度达到或接近主蒸汽温度，然后再送回汽轮机的中、低压缸继续膨胀作功。再热技术可以增大蒸汽的做功焓降，降低蒸汽膨胀终了湿度，从而提高蒸汽的做功能力和机组的发电效率。中间再热可分为一次再热和二次再热，在相同蒸汽压力温度参数下，二次再热相比一次再热机组热效率提高2％，对应CO2减排约3.6％。国外已有多台超超临界二次再热机组的运行业绩，具有代表性的有日本的川越电厂和丹麦的Nordjylland电厂，验证了二次再热技术的技术经济性和可靠性。然而，采用二次再热后，由于蒸汽过热度大大提高，导致回热抽汽与对应回热器给水的温差过大，造成大量的火用损失。利用外置式蒸汽冷却器可缩小换热温差，但作用非常有限。为此，国内外相关企业和研究团队都在尝试各种解决方案，其中上海电气的BESD透平方案在理论上具有一定的应用前景。该透平方案从超高压缸排汽中分流出一部分蒸汽，进入一台特殊设计的BESD透平膨胀做功，用于驱动给水泵，多余的功率并入厂用电。除氧器和部分高加、低加直接从BESD透平抽汽或利用BESD透平的排汽；由于BESD透平中的蒸汽没有经过再热，避免了二次再热机组的抽汽过热度问题。该方案的最大问题是BESD透平发电量的应用，由于该透平为定频运行，变工况下效率很低，而且将其产生的电能用于给水泵驱动时还需要大功率变频器，不仅设备投资大，而且造成进一步的能量损失。另外，由于变工况下除氧器抽汽点的压力无法保持恒定，还需要通过节流来满足除氧器的要求，火用损失也非常大。除了上述问题外，大功率汽轮机在高负荷工况下运行时，还存在低压缸末级膨胀不足的问题，严重影响机组的经济性。这是因为，受叶片材料强度所限，汽轮机末级通流面积很难达到高负荷时的最佳值，导致低压缸效率随负荷的增加而降低，并且限制了排汽背压的进一步降低。增加一套低压缸可以解决末级通流面积不足问题，但不仅成本过高，而且转子轴系过于复杂还将导致工作可靠性下降。然而，随着负荷的增加，高、中压缸的效率不断提高，与低压缸的变化趋势正好相反。因此，目前十分有必要寻找一种高效的二次再热的热力系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种二次再热的热力系统，该热力系统通过能量的梯级利用，大幅提高发电机组的经济性；同时，在发电机组负荷变化时保证主机高、中、低压缸都处于较高效率的工况范围内工作，减少厂用电率，提高二次再热的总体工作性能。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种二次再热的热力系统，该热力系统包括汽轮机、凝汽器、旁路透平、混合驱动透平和高压加热器；所述汽轮机包括超高压缸、高压缸、中压缸和低压缸；所述超高压缸的排汽口分别与所述混合驱动透平和所述高压加热器连接，所述混合驱动透平上设置有抽汽口，所述抽汽口与所述高压加热器连接；所述中压缸的排汽口分别与所述低压缸和所述旁路透平连接，所述旁路透平的排汽口与所述凝汽器连接。通过本专利技术的上述技术方案，可以获得以下有益效果：(1)通过控制旁路透平的抽汽量使主机高、中、低压缸运行于高效区，提高汽轮机主机的能量转化效率；(2)旁路透平单独设置辅助凝汽器可以降低主凝汽器的背压，提高主机(汽轮机)做功能力，提高机组循环效率；(3)旁路透平配套的辅助发电机发电并入厂用电系统，降低厂用电率；(4)旁路透平具备调频功能，通过调整旁路透平的进汽量快速调整主机的功率，从而具备快速调频的功能；(5)混合驱动透平的排汽回到回热系统，并未进入凝汽器，有效利用了这部分蒸汽的汽化潜热，减少了冷源损失；(6)混合驱动透平部分回热抽汽未经过再热，过热度减少，损失降低，并且再热后蒸汽主要用于大机做功，热量利用更为有效；(7)混合驱动透平部分抽汽的过热度减少，降低了相关抽汽管道、阀门、加热器的材料等级，节约了管道、阀门及设备的制造成本；(8)混合驱动透平设计点选取在部分负荷(通常为70-85％THA工况)处，即机组最常运行的工况，极大的提高了机组的实际运行的经济性；(9)本专利技术提供的热力系统通过控制旁路透平、混合驱动透平的运行方式，使汽轮机的高、中、低压缸运行于高效区，极大限度实现机组能量的梯级利用，大幅提高发电机组的经济性。附图说明图1是本专利技术提供的二次再热的热力系统的示意图。附图标记说明1超高压缸2高压缸3中压缸4低压缸5主发电机6凝汽器7旁路透平8辅助发电机9混合驱动透平10变频发动机11给水泵12高压加热器13除氧器121一号高压加热器122二号高压加热器123三号高压加热器124四号高压加热器P1超高压缸的进汽口P2超高压缸的排汽口P3中压缸的排汽口P4低压缸的进汽口P5旁路透平的进汽口P6低压缸的排汽口P7旁路透平的排汽口P8主凝汽器的凝结水出口P9辅助凝汽器的凝结水出口P10混合驱动透平的排汽口P11第一抽汽口P12第二抽汽口P13第三抽汽口S1第一调节阀S2第二调节阀具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。如图1所示，本专利技术提供了一种二次再热的热力系统，该热力系统包括汽轮机、凝汽器6、旁路透平7、混合驱动透平9和高压加热器12；所述汽轮机包括超高压缸1、高压缸2、中压缸3和低压缸4；所述超高压缸1的排汽口P2分别与所述混合驱动透平9和所述高压加热器12连接，所述混合驱动透平9上设置有抽汽口，所述抽汽口与所述高压加热器12连接；所述中压缸3的排汽口P3分别与所述低压缸4和所述旁路透平7连接，所述旁路透平7的排汽口P7与所述凝汽器6连接。在本专利技术中，所述热力系统还包括锅炉和主发电机5，所述锅炉、所述汽轮机和所述主发电机5依次相连，优选地，所述锅炉与所述超高压缸1连接，所述低压缸4的功率输出至所述主发电机5。在本专利技术中，根据内部压力等级的不同和进汽的先后顺序，所述汽轮机包括依次连接的超高压缸1、高压缸2、中压缸3和低压缸4；优选地，所述超高压缸1、所述高压缸2、所述中压缸3和所述低压缸4依次通过单轴连接。根据本专利技术，所述凝汽器6的凝结水出口排出的凝结水经除氧器13后通过给水泵11被输送至所述高压加热器12，优选地，所述凝汽器6的凝结水出口通过管道与所述除氧器13连接，所述凝结水通过管道被输送至所述除氧器13，然后通过给水泵11被输送至所述高压加热器12。根据本专利技术，所述混合驱动透平9的排汽口P10与所述除氧器13连接；优选地，所述混合驱动透平9在运行过程中产生的乏汽经所述排汽口P10通过管道被输送至所述除氧器13中。在本专利技术中，所述混合驱动透平9的排汽口P10的压力大于等于所述除氧器13的压力；优选地，所述混合驱动透平9的排汽口P10的压力不随工况变化。根据本专利技术，所述混合驱动透平9输出的功率可以被用于为所述给水泵11供能。优选地，所述混合驱动透平9输出的功率小于等于所述给水泵11的功率；更优选地，所述混合驱动透平9与变频电动机10连接，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二次再热的热力系统，其特征在于，该热力系统包括汽轮机、凝汽器(6)、旁路透平(7)、混合驱动透平(9)和高压加热器(12)；所述汽轮机包括超高压缸(1)、高压缸(2)、中压缸(3)和低压缸(4)；所述超高压缸(1)的排汽口(P2)分别与所述混合驱动透平(9)和所述高压加热器(12)连接，所述混合驱动透平(9)上设置有抽汽口，所述抽汽口与所述高压加热器(12)连接；所述中压缸(3)的排汽口(P3)分别与所述低压缸(4)和所述旁路透平(7)连接，所述旁路透平(7)的排汽口(P7)与所述凝汽器(6)连接。

【技术特征摘要】
1.一种二次再热的热力系统，其特征在于，该热力系统包括汽轮机、凝汽器(6)、旁路透平(7)、混合驱动透平(9)和高压加热器(12)；所述汽轮机包括超高压缸(1)、高压缸(2)、中压缸(3)和低压缸(4)；所述超高压缸(1)的排汽口(P2)分别与所述混合驱动透平(9)和所述高压加热器(12)连接，所述混合驱动透平(9)上设置有抽汽口，所述抽汽口与所述高压加热器(12)连接；所述中压缸(3)的排汽口(P3)分别与所述低压缸(4)和所述旁路透平(7)连接，所述旁路透平(7)的排汽口(P7)与所述凝汽器(6)连接。2.根据权利要求1所述的热力系统，其中，所述凝汽器(6)的凝结水出口排出的凝结水经除氧器(13)后通过给水泵(11)被输送至所述高压加热器(12)。3.根据权利要求2所述的热力系统，其中，所述混合驱动透平(9)的排汽口(P10)与所述除氧器(13)连接；优选地，所述混合驱动透平(9)的排汽口(P10)的压力大于等于所述除氧器(13)的压力。4.根据权利要求2所述的热力系统，其中，所述混合驱动透平(9)输出的功率被用于为所述给水泵(11)供能；优选地，所述混合驱动透平(9)输出的功率小于等于所述给水泵(11)的功率；更优选地，所述混合驱动透平(9)与变频电动机(10)连接，以共同为所述给水泵(11)供能。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的热力系统，其中，所述热力系统包括至少一个高压加热器(12)，优选包括4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，乔加飞，韩涛，张俊杰，徐亚涛，王顺森，程上方，孙鹏，王浩，赵宗彬，崔亚辉，渠福来，李然，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，北京国华电力有限责任公司，神华国华北京电力研究院有限公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11