凝汽与背压可切换汽轮发电系统
技术领域
本实用新型涉及热电技术领域，尤其涉及一种凝汽与背压可切换汽轮发电系统。
背景技术
在热电联产汽轮发电机组中，背压机由于消除了凝汽器的冷源损失，具有较高的热力循环效率，降低了发电供热煤耗、节约能源，得到广泛应用。然而，背压机亦有下述缺点：对负荷变化的适应性差，机组发电量受制于热负荷变化。当低热负荷时，汽轮机效率下降，从而使经济效益降低；且非采暖季背压机组由于缺乏热用户无法正常运行，造成非采暖季机组闲置。
现有技术中，有一种纯凝机组改背压机运行供热系统，改造后有两种运行模式：一种是采暖季背压机运行供热模式：用连接轴代替原低压缸转子，连接发电机和高中压转子。中压缸出口蒸汽不再进入低压缸，而是通过管道直接进入热网加热器加热热网回水，蒸汽凝结水进入凝结水罐回收。这种模式下低压缸采用抽风冷却，设置抽风机通过凝汽器抽出低压缸内热空气，冷风从管道进入低压缸；另一种是非采暖季纯凝方式运行：汽轮机低压连接轴更换为原低压转子，中压缸排汽经低压转子做功后进入凝汽器冷凝回收。该系统存在以下问题：两种运行模式切换时，低压缸转子需更换连接轴，工作量大，安装要求高；另背压机供热运行模式时，需设置抽风机对低压缸进行抽风冷却，增加能耗。
现有技术中，还有一种多低压缸的凝抽背供热系统，系统较为复杂，主要以两种模式运行：一种是抽凝模式：从中压缸排汽口抽汽管道输出一部分蒸汽供给热网加热器，同时中压缸的另一部分排汽通过中压连通管进入低压缸做功后再进入凝汽器冷凝回收；另一种是背压供热模式：中压缸排汽的大部分蒸汽通过管道供给热网加热器，中压连通管上阀门关闭，低压缸不再做功，仅为冷却需要，往低压缸通入少量低压蒸汽。该系统存在以下问题：系统较复杂，背压供热时为冷却低压缸，需设置压力匹配器、蒸汽冷却器、蒸汽加热器和多个阀门，以适应系统变工况运行。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种凝汽与背压可切换汽轮发电系统，以克服现有技术的缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种凝汽与背压可切换汽轮发电系统，非采暖季不用更换低压缸转子，通过设置离合器实现低压缸脱离，系统简单可靠，既保证冬季供热发电的能源高效利用，实现机组的灵活调节，同时又保证非采暖季机组的正常运行。
本实用新型的目的是这样实现的，一种凝汽与背压可切换汽轮发电系统，包括发电机、中高压缸和低压缸，其中：所述发电机同轴连接于所述中高压缸的转轴一端，所述中高压缸的转轴另一端与所述低压缸的转轴通过离合器连接；所述中高压缸的排汽口设置第一支路和第二支路，所述第一支路能与所述低压缸的进汽口连通，所述第二支路能与热网加热器连通；所述离合器闭合，所述第一支路连通，所述第二支路断开，所述凝汽与背压可切换汽轮发电系统处于非采暖季纯凝发电模式；所述离合器闭合，所述第一支路和所述第二支路均连通，所述凝汽与背压可切换汽轮发电系统处于采暖季抽凝供热模式；所述离合器和所述第一支路均断开，所述第二支路连通，所述凝汽与背压可切换汽轮发电系统处于采暖季纯背压供热模式。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述低压缸的排汽口连通凝汽器，所述凝汽器的出口连通锅炉系统的入口；所述热网加热器内设置蒸汽换热通道和热网流体通道，所述第二支路与所述蒸汽换热通道的入口连通，所述蒸汽换热通道的出口连通凝结水箱，所述凝结水箱的出口连通锅炉系统的入口。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述蒸汽换热通道内流体方向与所述热网流体通道内流体方向相反设置，所述热网流体通道的入口连通热网回水通道，所述热网流体通道的出口连通热网供水通道。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第一支路由中压蒸汽连通管道构成，所述第一支路上设置控制通断的第一切断阀。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第二支路由蒸汽管道构成，所述第二支路上设置控制通断的第二切断阀。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第二支路上位于所述第二切断阀和所述热网加热器之间设置能控制流量的调节阀。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述调节阀为气动调节阀。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述凝汽与背压可切换汽轮发电系统处于非采暖季纯凝发电模式时，所述离合器呈闭合状态，所述低压缸的转轴与所述中高压缸的转轴连接；所述第二切断阀控制所述第二支路断开，所述第一切断阀控制所述第一支路连通，所述中高压缸的排汽口通过所述第一支路与所述低压缸连通，所述低压缸的转轴通过所述中高压缸的转轴带动发电机同轴转动发电，所述低压缸的排汽口通过所述凝汽器连通锅炉系统。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述凝汽与背压可切换汽轮发电系统处于采暖季抽凝供热模式时，所述离合器呈闭合状态，所述低压缸的转轴与所述中高压缸的转轴连接；所述第一切断阀控制所述第一支路连通，所述第二切断阀控制所述第二支路连通；所述低压缸的转轴通过所述中高压缸的转轴带动发电机同轴转动发电，所述低压缸的排汽口通过所述凝汽器连通锅炉系统；所述第二支路连通所述热网加热器的蒸汽换热通道，所述蒸汽换热通道通过所述凝结水箱连通锅炉系统。
在本实用新型的一较佳实施方式中，所述凝汽与背压可切换汽轮发电系统处于采暖季纯背压供热模式时，所述离合器呈断开状态，所述低压缸的转轴与所述中高压缸的转轴呈断开状态；所述第一切断阀控制所述第一支路断开，所述第二切断阀控制所述第二支路连通，所述中高压缸的排汽口通过所述第二支路与所述热网加热器的蒸汽换热通道连通，所述蒸汽换热通道通过所述凝结水箱连通锅炉系统。
由上所述，本实用新型提供的凝汽与背压可切换汽轮发电系统具有如下有益效果：
本实用新型提供的凝汽与背压可切换汽轮发电系统中，非采暖季不用更换低压缸转子，通过设置离合器实现低压缸脱离，系统简单可靠；系统能够实现三种运行模式的切换运行，满足供热和发电多种需求，调节灵活；采暖季供热需要最大负荷运行时，系统处于采暖季纯背压供热模式，能够完全回收汽化潜热，实现冬季供热时系统高效率运行，热效率高；
第一切断阀和第二切断阀可靠无泄漏，能够安全可靠地控制中高压缸的排汽口与低压缸或热网加热器的通断状态；通过调整调节阀的开度，满足各种需求的供热负荷，适应供热负荷随初寒、严寒、末寒变化，系统调节灵活，避免了部分供热负荷时以热定电降低系统机组效率；
本实用新型提供的凝汽与背压可切换汽轮发电系统既保证冬季供热发电的能源高效利用，实现机组的灵活调节，同时又保证非采暖季机组的正常运行。
附图说明
以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：
图1：为本实用新型的凝汽与背压可切换汽轮发电系统的示意图。
图中：
100、凝汽与背压可切换汽轮发电系统；
1、发电机；
2、中高压缸；
3、低压缸；
4、离合器；
51、第一支路；511、第一切断阀；52、第二支路；521、第二切断阀；522、调节阀；
6、热网加热器；61、蒸汽换热通道；62、热网流体通道；
7、凝汽器；
8、凝结水箱；
91、锅炉系统；92、热网回水通道；93、热网供水通道。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。
在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本实用新型提供一种凝汽与背压可切换汽轮发电系统100，包括发电机1、中高压缸2和低压缸3(在本实用新型的一具体实施例中，中高压缸的进汽口压力范围3.2～13.2MPa，低压缸的进汽口压力范围0.6～1.2MPa，前述压力范围还可以是其他适应于实际应用的数值)，其中：发电机1同轴连接于中高压缸2的转轴一端，中高压缸2的转轴另一端与低压缸3的转轴通过离合器4连接；中高压缸2的排汽口设置第一支路51和第二支路52，第一支路51能与低压缸3的进汽口连通，第二支路52能与热网加热器6连通；
凝汽与背压可切换汽轮发电系统100具有三种运行模式，第一种，离合器4闭合，第一支路51连通，第二支路52断开，凝汽与背压可切换汽轮发电系统100处于非采暖季纯凝发电模式；第二种，离合器4闭合，第一支路51和第二支路52均连通，凝汽与背压可切换汽轮发电系统100处于采暖季抽凝供热模式；第三种，离合器4和第一支路51均断开，第二支路52连通，凝汽与背压可切换汽轮发电系统100处于采暖季纯背压供热模式。
本实用新型提供的凝汽与背压可切换汽轮发电系统中，非采暖季不用更换低压缸转子，通过设置离合器实现低压缸脱离，系统简单可靠；系统能够实现三种运行模式的切换运行，满足供热和发电多种需求，调节灵活；采暖季供热需要最大负荷运行时，系统处于采暖季纯背压供热模式，能够完全回收汽化潜热，实现冬季供热时系统高效率运行，热效率高；本实用新型提供的凝汽与背压可切换汽轮发电系统既保证冬季供热发电的能源高效利用，实现机组的灵活调节，同时又保证非采暖季机组的正常运行。
进一步，如图1所示，低压缸3的排汽口连通凝汽器7，凝汽器7的出口连通锅炉系统91(现有技术)的入口；热网加热器6内设置蒸汽换热通道61和热网流体通道62，第二支路52与蒸汽换热通道61的入口连通，蒸汽换热通道61的出口连通凝结水箱8，凝结水箱8的出口连通锅炉系统91的入口。
进一步，如图1所示，蒸汽换热通道61内流体方向与热网流体通道62内流体方向相反设置，热网流体通道62的入口连通热网回水通道92，热网流体通道62的出口连通热网供水通道93。为使用端供暖降温后的低温水经热网回水通道92流入热网流体通道62，蒸汽换热通道61内的蒸汽流体为热网流体通道62内流体供热，使其升温，升温后的高温水经热网供水通道93流向使用端，满足采暖季供热需要。
进一步，如图1所示，第一支路51由中压蒸汽连通管道构成，第一支路51上设置控制通断的第一切断阀511。第一切断阀511可靠无泄漏，能够安全可靠地控制中高压缸2的排汽口与低压缸3的入口的通断状态。
进一步，如图1所示，第二支路52由蒸汽管道构成，第二支路52上设置控制通断的第二切断阀521。第二切断阀521可靠无泄漏，能够安全可靠地控制中高压缸2的排汽口与热网加热器6(蒸汽换热通道61)的通断状态。在本实施方式中，第二支路52上位于第二切断阀521和热网加热器6之间设置能控制流量的调节阀522。在本实用新型的一具体实施例中，调节阀522为气动调节阀。调整调节阀522的开度，满足各种需求的供热负荷，适应供热负荷随初寒、严寒、末寒变化。系统调节灵活，避免了部分供热负荷时以热定电降低系统机组效率。
进一步，凝汽与背压可切换汽轮发电系统100处于非采暖季纯凝发电模式时，离合器4呈闭合状态，低压缸3的转轴与中高压缸2的转轴连接；第二切断阀521控制第二支路52断开，第一切断阀511控制第一支路51连通，中高压缸2的排汽口通过第一支路51与低压缸3连通，低压缸3的转轴通过中高压缸2的转轴带动发电机1同轴转动发电，低压缸3的排汽口通过凝汽器7连通锅炉系统91。
凝汽与背压可切换汽轮发电系统100处于采暖季抽凝供热模式时，离合器4呈闭合状态，低压缸3的转轴与中高压缸2的转轴连接；第一切断阀511控制第一支路51连通，第二切断阀521控制第二支路52连通；低压缸3的转轴通过中高压缸2的转轴带动发电机1同轴转动发电，低压缸3的排汽口通过凝汽器7连通锅炉系统91；第二支路52连通热网加热器的蒸汽换热通道61，蒸汽换热通道61通过凝结水箱8连通锅炉系统91。
凝汽与背压可切换汽轮发电系统100处于采暖季纯背压供热模式时，离合器4呈断开状态，低压缸3的转轴与中高压缸2的转轴呈断开状态；第一切断阀511控制第一支路51断开，第二切断阀521控制第二支路52连通，中高压缸2的排汽口通过第二支路52与热网加热器的蒸汽换热通道61连通，蒸汽换热通道61通过凝结水箱8连通锅炉系统91。
本实用新型的使用方法如下：
非采暖季纯凝发电模式：离合器4闭合，低压缸3的转轴与中高压缸2的转轴连接；第二切断阀521控制第二支路52断开，第一切断阀511控制第一支路51连通，中高压缸2的排汽通过第一支路51进入低压缸3做功，低压缸3的转轴通过中高压缸2的转轴带动发电机1同轴转动发电，低压缸3内做功后的乏汽进入凝汽器7冷凝，最终返回锅炉系统91；
采暖季抽凝供热模式：此模式适用于供热部分负荷，此时离合器4闭合，低压缸3的转轴与中高压缸2的转轴连接；第一切断阀511控制第一支路51连通，第二切断阀521控制第二支路52连通，根据供热负荷调整调节阀522的开度；一部分中高压缸2的排汽通过第一支路51进入低压缸3做功，低压缸3的转轴通过中高压缸2的转轴带动发电机1同轴转动发电，低压缸3内做功后的乏汽进入凝汽器7冷凝，最终返回锅炉系统91；一部分中高压缸2的排汽通过第二支路52进入热网加热器6的蒸汽换热通道61，使用端供暖降温后的低温水经热网回水通道92流入热网流体通道62，蒸汽换热通道61内的蒸汽流体为热网流体通道62内流体供热，蒸汽换热通道61内蒸汽换热后冷凝进入凝结水箱8，最终返回锅炉系统91；
采暖季纯背压供热模式：离合器4断开，低压缸3的转轴与中高压缸2的转轴断开连接(分离)；第一切断阀511控制第一支路51断开，第二切断阀521控制第二支路52连通，中高压缸2的排汽通过第二支路52进入热网加热器6的蒸汽换热通道61，使用端供暖降温后的低温水经热网回水通道92流入热网流体通道62，蒸汽换热通道61内的蒸汽流体为热网流体通道62内流体供热，蒸汽换热通道61内蒸汽换热后冷凝进入凝结水箱8，最终返回锅炉系统91。
由上所述，本实用新型提供的凝汽与背压可切换汽轮发电系统具有如下有益效果：
本实用新型提供的凝汽与背压可切换汽轮发电系统中，非采暖季不用更换低压缸转子，通过设置离合器实现低压缸脱离，系统简单可靠；系统能够实现三种运行模式的切换运行，满足供热和发电多种需求，调节灵活；采暖季供热需要最大负荷运行时，系统处于采暖季纯背压供热模式，能够完全回收汽化潜热，实现冬季供热时系统高效率运行，热效率高；
第一切断阀和第二切断阀可靠无泄漏，能够安全可靠地控制中高压缸的排汽口与低压缸或热网加热器的通断状态；通过调整调节阀的开度，满足各种需求的供热负荷，适应供热负荷随初寒、严寒、末寒变化，系统调节灵活，避免了部分供热负荷时以热定电降低系统机组效率；
本实用新型提供的凝汽与背压可切换汽轮发电系统既保证冬季供热发电的能源高效利用，实现机组的灵活调节，同时又保证非采暖季机组的正常运行。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
