长叶片进口机组低压缸零出力供热机组及耦合供热系统的制作方法

1.本发明实施例涉及能源类汽轮机技术领域，具体涉及一种长叶片进口机组低压缸零出力供热机组及耦合供热系统。


背景技术：

2.当前，针对电力系统节能减排和可再生能源大规模并网发电等要求，迫切需要提升煤电机组的灵活性运行能力。低压缸零出力供热技术将原低压缸做功蒸汽用于供热，减少机组冷源损失，降低机组发电煤耗率；在相同锅炉热负荷条件下，可提高机组供热能力；在供热量不变的条件下，可一定程度降低机组发电功率，实现深度调峰。目前，我国热电机组低压缸近零出力改造成功的案例都是针对国产机组(如东方汽轮机厂、上海汽轮机厂、哈尔滨汽轮机厂)，国产机组低压缸末级叶片短、一般不超过900mm，尚缺乏对长叶片进口机组的改造。因此，针对长叶片进口机组低压缸零出力改造，针对不同热负荷需求优化双机组耦合供热运行方式，实现社会效益和经济效益的最大化的技术势在必行。


技术实现要素：

3.为此，本发明实施例提供一种长叶片进口机组低压缸零出力供热机组及耦合供热系统，实现减少机组冷源损失，降低机组发电煤耗率，提高机组供热能力，一定程度降低机组发电功率，实现深度调峰。
4.为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
5.一种长叶片进口机组低压缸零出力供热机组及耦合供热系统，包括低压缸与中压缸，所述中压缸的排汽口分别连接第一连通管与第二连通管，所述第一连通管与第二连通管的末端均连接低压缸的进汽口，所述第一连通管上设有供热蝶阀，所述第二连通管上设有孔板流量计与冷却蒸汽调节阀，所述低压缸的出汽口连接凝汽器。
6.进一步的，所述第一连通管上设有第一蒸汽压力计与第一测温装置。
7.进一步的，所述第二连通管上设有第二蒸汽压力计与第二测温装置。
8.进一步的，所述第一连通管与第二连通管的末端均连接总连通管，所述总连通管上设有第三蒸汽压力计与第三测温装置。
9.进一步的，所述低压缸上设有位于末级动叶出口处的末级测温装置，所述低压缸内设有温水减温喷头组，所述温水减温喷头组沿低压缸排汽流动方向布置，所述温水减温喷头组均连接温水供水管路，所述温水供水管路上设置有温水调节阀和温水流量计，所述末级测温装置、温水流量计及温水调节阀均连接控制系统，所述控制系统用于将末级测温装置采集的数据与温度阈值进行对比，以及控制温水减温喷头组的启闭。
10.进一步的，对所述低压缸的末级叶片实施金属耐磨层喷涂处理。
11.一种使用所述长叶片进口机组低压缸零出力供热机组及耦合供热系统的双机组耦合供热系统，包括第一供热机组、第二供热机组、热网换热器、供热循环水及热泵机组，所述第一供热机组为热网换热器供热，所述第二供热机组为热泵机组供热，所述热泵机组对
供热循环水初步加热，所述热网换热器对供热循环水再次加热。
12.进一步的，所述供热循环水包括第一支路与第二支路，所述第一支路经过热泵机组的初步加热，再与第二支路的供热循环水混合后进入到热网换热器。
13.进一步的，所述第二供热机组的凝汽器的换热介质流出后，先经过热泵机组换热，再回流冷凝塔冷却。
14.进一步的，所述第二供热机组的中压缸排出部分蒸汽为热泵机组供热。
15.本发明实施例具有如下优点：
16.本发明实施例所述的长叶片进口机组低压缸零出力供热机组采用可完全密封的蝶阀切除低压缸原进汽管道进汽，通过新增第二连通管通入少量的冷却蒸汽，用于带走切除低压缸进汽后低压转子转动产生的鼓风热量。与此同时，低压缸运行状态将变为小容积流量工况运行，可采取低压缸喷水减温系统和抗水蚀金属耐磨层喷涂处理来保障机组在零出力工况下实现长期稳定安全运行。在此基础上，实现了低压转子的冷却蒸汽消耗量大幅降低，汽轮机电调峰能力和供热抽汽能力极大提高，从而解决了低压缸冷却蒸汽流量限值、电调峰能力有限以及供热抽汽能力受限等问题。随着居民生活水平的提高以及电网对热电机组调峰潜力要求的提升，低压缸零出力改造在满足供热需求的前提下提高机组的灵活性、实现“热电解耦”，具有重要的推广价值。
17.本发明实施例所述的耦合供热系统为低压缸零出力机组与机组热泵的双机组耦合供热运行技术，通过灵活调整供热运行方式、动态微调机组负荷，协调发电、供热、深调，保障供热期间效益最大化，兼顾调峰和供热的低压缸零出力机组与机组热泵的双机组耦合供热。在供热期，第一供热机组拥有切缸和非切缸两种工况，第二供热机组安连接有多台热泵机组，双机组拥有多种组合供热方式，根据供热初期、中期、春节期间、末期不同的热负荷需求，制定了兼顾电网调峰和热网供热的差异性供热方式，确保供热期间社会效益和经济效益的最大化。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
19.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
20.图1为本发明实施例1提供的一种长叶片进口机组低压缸零出力供热机组的系统结构图；
21.图2为本发明实施例2提供的一种长叶片进口机组低压缸零出力供热机组的系统结构图，图中虚线为电路连接线；
22.图3为本发明实施例3提供的一种耦合供热系统的系统结构图；
23.图4为本发明实施例4提供的一种耦合供热系统的系统结构图。
24.图中：
25.1、低压缸；2、中压缸；3、第一连通管；4、第二连通管；5、供热蝶阀；6、孔板流量计；7、冷却蒸汽调节阀；8、凝汽器；9、第一蒸汽压力计；10、第一测温装置；11、第二蒸汽压力计；12、第二测温装置；13、总连通管；14、第三蒸汽压力计；15、第三测温装置；16、温水减温喷头组；17、末级测温装置；18、控制系统；19、第一供热机组；20、第二供热机组；21、热网换热器；22、供热循环水；23、热泵机组；24、第一凝汽器；25、第二凝汽器；26、第一支路；27、第二支路。
具体实施方式
26.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1
28.如图1所示，一种长叶片进口机组低压缸1零出力供热机组及耦合供热系统，包括低压缸1与中压缸2，根据切除低压缸1进汽供热运行需要，需从中压缸2引出冷却蒸汽至低压缸1进汽口，用于冷却低压缸1末级叶片。
29.具体的，所述中压缸2的排汽口分别连接第一连通管3与第二连通管4，所述第一连通管3与第二连通管4的末端均连接低压缸1的进汽口，所述第一连通管3上设有供热蝶阀5，对供热蝶阀5进行改造，结合低压缸1零出力供热技术运行需求，优选于将不能完全密封的蝶阀更换为可完全密封的液压蝶阀，液压蝶阀接口尺寸与改造后第一连通管3规格保持一致。
30.所述第二连通管4上设有孔板流量计6与冷却蒸汽调节阀7，低压缸1的蒸汽通过低压缸1排汽管道进入凝汽器8中，将排汽冷凝成水。冷却蒸汽调节阀7通过调节阀门开度，实现蒸汽流量的微调，孔板流量计6检测第二连通管4内蒸汽流量，二者结合能监视不同冷却蒸汽流量对系统的影响。
31.具体使用时，关闭供热蝶阀5，切断第一连通管3，切除低压缸1原进汽管道进汽，凝汽器8将低压缸1形成真空状态，在低压缸1高真空运行条件下，仅新增的第二连通管4通入少量的冷却蒸汽，用于带走低压缸1零出力运行时低压转子转动产生的鼓风热量，其余从中压缸2流出的蒸汽可通入热泵机组23或换热装置中供热。
32.而且，当低压缸1启动时，冷却蒸汽起到低压缸1供热状态切换前后的暖缸作用，让机组在一个相对稳定完全的状态进行调整，以避免低压缸1突然投运时缸温快速上升，导致叶片软化、脆化的问题。
33.低压缸1零出力供热技术将原低压缸1做功蒸汽用于供热，减少机组冷源损失，降低机组发电煤耗率；在相同锅炉热负荷条件下，可提高机组供热能力；在供热量不变的条件下，可一定程度降低机组发电功率，实现深度调峰。
34.所述第一连通管3上设有第一蒸汽压力计9与第一测温装置10，用于采集第一连通管3中蒸汽压力与蒸汽温度。
35.所述第二连通管4上设有第二蒸汽压力计11与第二测温装置12，用于采集第二连
通管4中蒸汽压力与蒸汽温度。
36.所述第一连通管3与第二连通管4的末端均连接总连通管13，所述总连通管13上设有第三蒸汽压力计14与第三测温装置15，用于采集总连通管13中蒸汽压力与蒸汽温度。通过三组蒸汽压力计与测温装置的测量数据，分别得到蒸汽压力与蒸汽温度在连通管体系中的变化，根据总管与2个分管之间的蒸汽压力、蒸汽温度差异，一方面可调节第一连通管3与第二连通管4之间的流量分配，另一方若总管数据与分管数据差异大，则能够测量出是否存在漏气的问题。
37.实施例2
38.由于机组低压缸1零出力运行时，低压缸1通流部分运行条件大幅偏离设计工况，处于极低容积流量条件下运行，容易产生鼓风发热现象而危及机组运行安全性，为充分监视低压缸1通流部分运行状态，确保机组安全运行，需增加运行监视测点。如图2所示，所述低压缸1上设有位于末级动叶出口处的末级测温装置17，所述低压缸1内设有温水减温喷头组16，所述温水减温喷头组16沿低压缸1排汽流动方向布置，所述温水减温喷头组16均连接温水供水管路(图中未示出)，所述温水供水管路上设置有温水调节阀和温水流量计，所述末级测温装置17、温水流量计及温水调节阀均连接控制系统18，所述控制系统18用于将末级测温装置17采集的数据与温度阈值进行对比，以及控制温水减温喷头组16的启闭。还可增加次末级动叶片出口处的次末级测温装置17，所述次末级测温装置17连接控制系统18，用于采集低压缸1次末级动叶片温度，便于监控该位置动叶片是否出现高温情况，已进行相应的降温调节。
39.低压缸1小容积流量工况运行时，末两级处于鼓风工况运行，导致低压缸1末两级的温度和低压排汽端温度升高，因此需要持续喷水减温，维持低压排汽缸温度在安全范围内。而小容积流量条件下，末级叶片出现的涡流会卷吸减温水至动叶流道，加剧动叶出汽边根部区域水蚀情况，威胁机组安全运行。因此，对所述低压缸1的末级叶片实施金属耐磨层喷涂处理，本实施例中金属耐磨涂层采用德国进口ta粉(nicr金属陶瓷粉末)，进行现场超音速火焰喷涂防护处理，粉末粒度为250～350目。
40.实施例3
41.如图3所示，一种使用所述长叶片进口机组低压缸1零出力供热机组及耦合供热系统的双机组耦合供热系统，包括第一供热机组19、第二供热机组20、热网换热器21、供热循环水22及热泵机组23，所述第一供热机组19为热网换热器21供热，所述第二供热机组20为热泵机组23供热，所述热泵机组23对供热循环水22初步加热，所述热网换热器21对供热循环水22再次加热。
42.具体的，所述第一供热机组19包括第一低压缸1、第一中压缸2及第一凝汽器24，所述第二供热机组20包括第二低压缸1、第二中压缸2及第二凝汽器25，所述第一低压缸1、第一中压缸2及第一凝汽器24之间的蒸汽传输方式以及所述第二低压缸1、第二中压缸2及第二凝汽器25之间的蒸汽传输方式均与实施例1中阐述的技术相同，本文不再赘述。
43.所述第二供热机组20的中压缸2排出部分蒸汽为热泵机组23供热，使中压缸2排出多于的蒸汽进入到热泵机组23供热，实现热量的再利用，降低后期处理废气的难度，从而降低处理成本，实现节能环保的有益效果。
44.实施例4
45.如图4所示，所述供热循环水22包括第一支路26与第二支路27，所述第一支路26经过热泵机组23的初步加热，再与第二支路27的供热循环水22混合后进入到热网换热器21。如热网循环水流量为10000t/h，热网回水温度为45℃，其中第一支路26的7500t/h通过热泵机组23进行初步加热至76℃，而后第一支路26与第二支路27的2500t/h混合进入热网换热器21，经过高温蒸汽加热后升温至115℃输出热水。第二支路27上可设置液压蝶阀，控制第二支路27启闭，若供水需求不大，则关闭液压蝶阀，断开第二支路27，仅第一支路26中供水，从而实现调节供应热水量。
46.所述第二凝汽器25的换热介质流出后，先经过热泵机组23换热，再回流冷凝塔冷却，使凝汽器8换热后先为热泵机组23供热，然后将低温的换热介质进入冷凝塔冷凝，实现热量的再利用，降低能耗，实现节能环保的有益效果。
47.耦合供热系统的控制方法包括：
48.耦合供热系统在供热中动态微调机组负荷上下限，灵活调整供热运行方式，协调平衡发电、供热、深调三种盈利模式，保障供热期间效益最大化。第一供热机组19拥有切缸和非切缸两种工况，第二供热机组20有多台热泵机组23，制定以下五种组合供热方式：
49.a)第二供热机组20的热泵机组23投入调节；
50.b)第一供热机组19非切缸调节(深调峰130mw)+第二供热机组20的热泵机组23逐台投入调节；
51.c)第一供热机组19切缸调节(深调峰140mw)+第二供热机组20的热泵机组23全运行调节；
52.d)第一供热机组19切缸调节(深调峰120mw)+第二供热机组20的热泵机组23运行台数调节；
53.e)第一供热机组19非切缸调节或第二供热机组20的热泵机组23逐台退出调节。
54.(1)供热初期
55.①
供热初期开始阶段，采取第a种运行方式，在第一供热机组19不供热的情况下，第二供热机组20负荷175mw～290mw区间，其可满足800gj/h的热量，当供热量需求＞800gj/h时，为了保证第二供热机组20的灵活性，投入第一供热机组19组供热。
56.②
供热初期，日供热瞬时值最大1934gj/h、平均1405gj/h。供热量需求在1400～1900gj/h区间时，采取第b种运行方式，第一供热机组19组负荷最佳范围130mw～310mw，第二供热机组20负荷最佳范围175mw～290mw，在此区间既能保证第二供热机组20全部热泵机组23的高效运行，又不影响第一供热机组19组调峰区间。
57.(2)供热中期
58.供热中期，日供热瞬时值最大2813gj/h、平均2278gj/h，最小值1694gj/h。12月份供热量需求＞1900gj/h时进入第一供热机组19组切缸供热模式，采取第c种运行方式，第一供热机组19组负荷最佳范围140mw～200mw，第二供热机组20负荷最佳范围175mw～310mw，期间进行负荷动态微调，协调平衡发电、供热、及深调。2月份供热量需求＜1900gj/h时，退出第一供热机组19组低压缸1零出力运行，保证机组灵活性。
59.(3)春节期间
60.在春节期间，采取第d种运行方式，第一供热机组19组切缸模式深调峰至120mw，第二供热机组20通过切除部分热泵将负荷调至300mw，充分释放第一供热机组19与第二供热
机组20的顶峰压谷资源，实现同电网双赢的目标。
61.(4)供热末期
62.①
供热末期，日供热瞬时值最大1809gj/h、平均1688gj/h。此阶段供热量需求逐渐降低，积极采取第b种运行方式，超前网内其他机组提前释放深调峰资源，提高辅助服务市场收益。
63.②
临近供热结束，根据一期机组检修计划选择供热退出方式，采取第e种运行方式，即单机供热模式，第一供热机组19组非切缸调节或第二供热机组20热泵退出调节。
64.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

技术特征：
1.一种长叶片进口机组低压缸零出力供热机组，其特征在于：包括低压缸与中压缸，所述中压缸的排汽口分别连接第一连通管与第二连通管，所述第一连通管与第二连通管的末端均连接低压缸的进汽口，所述第一连通管上设有供热蝶阀，所述第二连通管上设有孔板流量计与冷却蒸汽调节阀，所述低压缸的出汽口连接凝汽器。2.根据权利要求1所述的长叶片进口机组低压缸零出力供热机组，其特征在于：所述第一连通管上设有第一蒸汽压力计与第一测温装置。3.根据权利要求1所述的长叶片进口机组低压缸零出力供热机组，其特征在于：所述第二连通管上设有第二蒸汽压力计与第二测温装置。4.根据权利要求1所述的长叶片进口机组低压缸零出力供热机组，其特征在于：所述第一连通管与第二连通管的末端均连接总连通管，所述总连通管上设有第三蒸汽压力计与第三测温装置。5.根据权利要求1所述的长叶片进口机组低压缸零出力供热机组，其特征在于：所述低压缸上设有位于末级动叶出口处的末级测温装置，所述低压缸内设有温水减温喷头组，所述温水减温喷头组沿低压缸排汽流动方向布置，所述温水减温喷头组均连接温水供水管路，所述温水供水管路上设置有温水调节阀和温水流量计，所述末级测温装置、温水流量计及温水调节阀均连接控制系统，所述控制系统用于将末级测温装置采集的数据与温度阈值进行对比，以及控制温水减温喷头组的启闭。6.根据权利要求5所述的长叶片进口机组低压缸零出力供热机组，其特征在于：对所述低压缸的末级叶片实施金属耐磨层喷涂处理。7.一种使用权利要求1-6中任意一项所述长叶片进口机组低压缸零出力供热机组的双机组耦合供热系统，其特征在于：包括第一供热机组、第二供热机组、热网换热器、供热循环水及热泵机组，所述第一供热机组为热网换热器供热，所述第二供热机组为热泵机组供热，所述热泵机组对供热循环水初步加热，所述热网换热器对供热循环水再次加热。8.根据权利要求7所述耦合供热系统，其特征在于：所述供热循环水包括第一支路与第二支路，所述第一支路经过热泵机组的初步加热，再与第二支路的供热循环水混合后进入到热网换热器。9.根据权利要求7所述耦合供热系统，其特征在于：所述第二供热机组的凝汽器的换热介质流出后，先经过热泵机组换热，再回流冷凝塔冷却。10.根据权利要求7所述耦合供热系统，其特征在于：所述第二供热机组的中压缸排出部分蒸汽为热泵机组供热。

技术总结
本发明实施例公开了一种长叶片进口机组低压缸零出力供热机组，包括低压缸与中压缸，中压缸的排汽口分别连接第一连通管与第二连通管，第一连通管与第二连通管的末端均连接低压缸的进汽口，第一连通管上设有供热蝶阀，所述第二连通管上设有孔板流量计与冷却蒸汽调节阀，低压缸的出汽口连接凝汽器。本发明采用切除低压缸原进汽管道进汽，低压缸运行状态变为小容积流量工况，采取喷水减温系统和抗水蚀金属耐磨层喷涂处理来保障机组在零出力工况下实现长期稳定安全运行，在此基础上实现了低压转子的冷却蒸汽消耗量大幅降低，汽轮机电调峰能力和供热抽汽能力极大提高，从而解决了低压缸冷却蒸汽流量限值、电调峰能力有限、供热抽汽能力受限的问题。抽汽能力受限的问题。抽汽能力受限的问题。


技术研发人员：赵晏博 刘喆 彰金宝 徐宪龙 陈荣轩 杨双华 沈成喆
受保护的技术使用者：三河发电有限责任公司
技术研发日：2022.02.10
技术公布日：2023/8/24