變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統以及一種蒸汽發電機組。該系統包括背壓式小汽機、給水泵和變頻發電機，其中，背壓式小汽機、給水泵和變頻發電機同軸相連。通過調節變頻發電機的輸出，從而控制背壓式小汽機的轉速，進而控制給水泵的轉速。本實用新型的背壓式小汽機驅動給水泵系統能夠減少小汽機進汽節流的損失，提高運行效率，同時充分發揮小汽機的做功能力，增加運行收益。
【專利說明】變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及發電系統的節能【技術領域】，具體地涉及一種變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統。
【背景技術】
[0002]在大容量高參數汽輪機發電廠中，通常配置汽動給水泵系統組。這些給水泵系統組通過如背壓式小汽機來驅動，將給水提高壓力，供給后續工藝系統。
[0003]根據機組負荷變化，需要給水泵系統的出力相應變化，通常通過給水泵系統轉速的相應變化滿足，而給水泵系統轉速由同軸連接的背壓式小汽機的轉速決定。
[0004]為了滿足長期夏季機組滿發，背壓式小汽機的額定出力通常比給水泵系統的額定出力大，給水泵系統的額定出力比機組額定負荷所需要的出力大，故背壓式小汽機的額定出力有較大裕量，一般為20%以上。現有技術中，背壓式小汽機配置進汽調節閥，通過調節閥的開度，可以控制背壓式小汽機的轉速。然而，這種配置導致背壓式小汽機進汽調節閥大多運行時間開度較小，造成節流損失。
[0005]此外，由于發電機組的負荷隨電網需求每天都在不斷變化，負荷有高有低，因此在低負荷時，背壓式小汽機的進汽調節閥的開度會更小，從而造成的節流損失更大。并且由于背壓式小汽機的做功的能力不能充分發揮，因此也存在相對較大的經濟損失。
[0006]圖1?3示出現有的背壓式小汽機驅動給水泵系統的3種典型布置的系統流程圖。如圖1所示，背壓式小汽機I與給水泵系統4同軸連接，背壓式小汽機的進汽管道101上裝有調節閥I。正常運行時，高壓蒸汽進入背壓式小汽機1，蒸汽推動背壓式小汽機I轉動，從而拖動同軸的給水泵系統4轉動，做功后的低壓排汽或抽汽到排汽管道102或抽汽管道3。給水泵系統4使給水的壓力提高，供給后續工藝系統。排汽管道或抽汽管道的級數可選，抽汽級數為η，η = 1、2、3、4、5或6。調節背壓式小汽機進汽管道101上的調節閥2的開度改變進汽量，從而改變背壓式小汽機I的輸出功率，進而改變給水泵系統4的轉速，以滿足不同的發電機組負荷要求。
[0007]如圖2所示,給水泵組200由前置泵系統5和給水泵系統4組成，分別有給水泵系統4與前置泵系統5同軸連接于背壓式小汽機I的兩個軸端，根據轉速匹配，需要在前置泵系統5和背壓式小汽機I的輸出端之間裝有定速比齒輪箱6。高壓蒸汽進入背壓式小汽機1，蒸汽推動背壓式小汽機I轉動，從而拖動同軸的給水泵系統4和前置泵系統5轉動，前置泵系統5和給水泵系統4先后使給水的壓力提高，供給后續工藝系統。調節背壓式小汽機I進汽管道101上的調節閥2的開度來控制給水泵組200中前置泵系統5和給水泵系統4的轉速，以滿足不同的機組負荷要求。
[0008]圖3所示系統組成與工作原理與圖2類似，不同的是，給水泵系統4與前置泵系統5位于小汽機I的同側輸出端，根據轉速匹配，需要在給水泵系統4和前置泵系統5的輸出端之間裝有定速比齒輪箱6。
[0009]為了滿足長期夏季機組滿發，背壓式小汽機的額定出力通常比給水泵的額定出力大，給水泵的額定出力比機組額定負荷所需要的出力大，故背壓式小汽機的額定出力有較大裕量，一般為20%以上。現有技術中，背壓式小汽機配置進汽調節閥，通過調節閥的開度，可以控制背壓式小汽機的轉速。
[0010]例如對I臺1000MW蒸汽發電機組，通常配置2臺50%容量的汽動給水泵組。給水泵的額定工況所需功率約為17000kW，而配套的背壓式小汽機最大出力約為22000kW，每臺機組背壓式小汽機出力裕量為(22000-17000)x2=10000kW。這是為了滿足機組長年夏季滿發而配置。
[0011]這種裕量配置存在以下現有問題:
[0012]1、背壓式小汽機需要節流，降低出力，與給水泵組所需功率匹配，存在明顯節流損失。背壓式小汽機的調節閥開度較小，常見開度在60%以下，影響背壓式小汽機運行效率5%以上；
[0013]2、全年大多數運行時間，特別是機組低負荷時，背壓式小汽機出力都未充分利用。每臺機組的背壓式小汽機平均未利用功率為IOOOOkW以上。
[0014]因此，如何針對現有背壓式小汽機驅動給水泵系統的節流調速問題，開發一種既能有效減少背壓式小汽機進汽節流的損失，又能充分利用背壓式背壓式小汽機出力的驅動給水泵系統是目前汽輪機發電廠在節能領域亟待解決的問題。
實用新型內容
[0015]本實用新型的目的在于提供一種節流損失小，小汽機出力利用率高的變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統。
[0016]本實用新型第一方面提供了一種變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統，所述系統包括背壓式小汽機、給水泵和變頻發電機，其中，
[0017]所述背壓式小汽機、給水泵和變頻發電機同軸相連；
[0018]通過調節所述變頻發電機的輸出，從而控制所述背壓式小汽機的轉速，進而控制所述給水泵的轉速。
[0019]在另一優選例中，所述背壓式小汽機還包括抽汽出口 ；
[0020]在另一優選例中，所述抽汽出口通過抽汽管道與高溫熱源加熱器或熱交換器連接；
[0021]在另一優選例中，所述抽汽管道包括η級抽汽管道，所述η = 1、2、3、4、5或6。
[0022]在另一優選例中，所述變頻發電機的輸出端與變流器相連。
[0023]在另一優選例中，所述背壓式小汽機設有進汽管道，所述進汽管道上設有調節閥；
[0024]在另一優選例中，所述背壓式小汽機設有排汽管道，所述排汽管道與低溫熱源加熱器或熱交換器連接。
[0025]在另一優選例中，所述調節閥的開度長期保持高開度，開度的范圍為70% -100%。
[0026]在另一優選例中，所述給水泵和變頻發電機分別與所述背壓式小汽機兩側的軸端相連。
[0027]在另一優選例中，所述系統還包括定速比齒輪箱，所述的定速比齒輪箱同軸連接于所述背壓式小汽機和變頻發電機之間。[0028]在另一優選例中，所述的定速比齒輪箱具有離合器功能。
[0029]在另一優選例中，所述的定速比齒輪箱為離合器。
[0030]在另一優選例中，所述的定速比齒輪箱的輸入端與所述的背壓式小汽機的一側的軸端相連，所述的給水泵系統的輸入端與所述背壓式小汽機的另一側的軸端相連。
[0031]在另一優選例中，所述的系統還包括前置泵，所述前置泵與所述給水泵連接于所述背壓式小汽機的同一軸端，所述前置泵的輸入端與所述給水泵的輸出端相連。
[0032]在另一優選例中，在所述前置泵與所述給水泵之間設有定速比齒輪箱，所述定速比齒輪箱與所述前置泵和給水泵同軸相連。
[0033]在另一優選例中，所述定速比齒輪箱的輸入端與所述給水泵的輸出端相連，所述定速比齒輪箱的輸出端與所述前置泵系統的輸入端相連。
[0034]在另一優選例中，所述給水泵和變頻發電機連接于所述背壓式小汽機的同一軸端。
[0035]在另一優選例中，所述的給水泵的輸入端與所述背壓式小汽機的一側的軸端相連，所述的變頻發電機的輸入端與所述的給水泵系統的輸出端相連。
[0036]在另一優選例中，所述系統還包括定速比齒輪箱，所述定速比齒輪箱同軸連接于所述給水泵和變頻發電機之間。
[0037]在另一優選例中，所述定速比齒輪箱的輸入端與所述給水泵的輸出端相連，所述定速比齒輪箱的輸出端與所述變頻發電機的輸入端相連。
[0038]在另一優選例中，所述系統還包括前置泵，所述前置泵同軸連接于所述定速比齒輪箱與變頻發電機之間。
[0039]在另一優選例中，所述前置泵的輸入端與所述定速比齒輪箱的輸出端相連，所述前置泵的輸出端與所述變頻發電機的輸入端相連。
[0040]在另一優選例中，所述系統還包括前置泵，所述前置泵位于所述變頻發電機的外偵牝前置泵的輸入端與所述變頻發電機的輸出端相連。
[0041 ] 本實用新型第二方面提供了 一種蒸汽發電機組，所述發電機組配置有第一方面所述的系統。
[0042]本發明第三方面提供了一種調節背壓式小汽機驅動給水泵系統中給水泵轉速的方法，所述系統包括背壓式小汽機和給水泵，在所述系統中增設變頻發電機，通過調節所述變頻發電機的輸出，從而控制所述背壓式小汽機的轉速，進而控制所述給水泵的轉速。
[0043]應理解，在本實用新型范圍內中，本實用新型的上述各技術特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術特征之間都可以互相組合，從而構成新的或優選的技術方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0044]圖1?3為現有技術中背壓式小汽機驅動給水泵系統示意圖。
[0045]圖4為根據本實用新型第一實施例的變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統的系統流程示意圖。
[0046]圖5為根據本實用新型第二實施例的變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統的系統流程示意圖。[0047]圖6為根據本實用新型第三實施例的變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統的系統流程示意圖。
[0048]圖7為根據本實用新型第四實施例的變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統的系統流程示意圖。
[0049]圖8為根據本實用新型第五實施例的變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統的系統流程示意圖。
[0050]圖9為根據本實用新型第六實施例的變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統的系統流程示意圖。
【具體實施方式】
[0051]發明人經過深入廣泛的研究，發現通過與背壓式小汽機同軸連接變頻發電機，不僅可通過控制變頻發電機的出力方式，部分或全部代替調節閥方式，以控制小汽機的轉速，從而控制給水泵的轉速，而且可利用變頻發電機進行發電，從而充分利用了小汽機的出力。本實用新型小汽機的調節閥的開度可長期保持高開度(開度范圍為70% -100%)，大大減少了節流造成的損失，并且充分利用小汽機的出力，使得小汽機的運行效率的提高了8%-20%。在此基礎上完成了本發明實用新型。
[0052]如本文所用，“變頻發電機”是指相對于常規發電為固定頻率的發電機而言，發電的頻率隨時在較大范圍變化的發電機。
[0053]如本文所用，“背壓式小汽機”、“背壓式小汽輪機”、“小汽機”和“小汽輪機”可互換使用，是指排汽到高于大氣壓的換熱器或熱網的汽輪機稱為背壓式小汽機。
[0054]如本文所用，“同軸相連”是指各設備連接在同一轉動軸系上。
[0055]與現有技術相比，本實用新型具有以下主要優點:
[0056](I)將目前系統中背壓式小汽機調節閥的常見開度從60%以下提高至70%-100%，并且能夠長期保持高開度水平，顯著減少了小汽機因與驅動設備所需功率相匹配而節流所造成的損失。
[0057](2)本實用新型的背壓式小汽機的運行效率可提高5%_20%，每臺1000MW機組年節約標煤5000噸以上，大幅降低運行成本，并達到減少污染物排放的綜合效益。
[0058](3)本實用新型的系統充分利用小汽機的做功能力，通過變頻發電機發電，每臺1000MW機組每年可對外多供電7500萬千瓦，直接經濟收益1500萬元以上。
[0059]以下將結合附圖對本實用新型的較佳實施例進行詳細說明，以便更清楚理解本實用新型的目的、特點和優點。應理解的是，附圖所示的實施例并不是對本實用新型范圍的限制，而只是為了說明本實用新型技術方案的實質精神。
[0060]圖4?9分別為本實用新型變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統6個實施例的系統流程示意圖。變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統由背壓式小汽機100、給水泵4或者給水泵組200、變頻發電系統300以及定速比齒輪箱6等幾大部分組成。其中，背壓式小汽機100包括小汽機1、進汽管道101、調節閥2和排汽管道102 ;給水泵組200包括給水泵4和前置泵5 ;變頻發電系統300包括變頻發電機7、變流器8和可選的變壓器9。背壓式小汽機100、給水泵4或者給水泵組200、變頻發電機7以及定速比齒輪箱6同軸連接。在部分實施例中，變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統中可根據需要安裝另一定速比齒輪箱6或者離合器11。本技術也可應用于其他大功率水泵。
[0061]圖4示出本實用新型變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統的第一實施例的系統流程圖。正常運行時，背壓式小汽機100的調節閥2保持較大(甚至全開)開度，高壓蒸汽進入小汽機1，蒸汽推動小汽機I轉動，從而在背壓式小汽機的一個輸出端拖動同軸的給水泵4轉動，做功后的低壓通過排汽管道102排到低溫熱源(低壓汽源)加熱器或熱交換器。給水泵4使給水的壓力提高，供給后續工藝系統。
[0062]本實用新型的系統中，背壓式小汽機還可包括抽汽出口，背壓式小汽機可根據需要，配置抽汽管道3。抽汽出口通過抽汽管道3與高溫熱源(高壓汽源)加熱器或熱交換器連接。排氣管道和抽汽管道的級數可選，抽汽級數為η，η = 1、2、3、4、5。
[0063]背壓式小汽機的另一輸出端拖動變頻發電機7，小汽機I和變頻發電機7之間可以根據需要選配定速比齒輪箱6。變頻發電機7所發出的變頻電可以直接全部或部分供給變頻電用戶，也可全部或部分通過變流器8，變成與電網匹配的工頻電(頻率一般為50Hz或者60Hz )，供給廠內或廠外電網。如果變頻發電機與電網之間電壓不同，可以設置變壓器9，將所發的電變壓到與電網匹配的電壓。
[0064]通過調節變頻發電機7的激勵系統改變其負載，從而使得小汽機I承受的總負載發生變化，由于小汽機I的進汽量不變，總負載的變化將導致小汽機I的轉速變化，進而滿足小汽機I另一側的給水泵4的轉速要求，以適應發電機組的不同工況要求。
[0065]換言之，即通過控制變頻發電機7的輸出(出力)，可以部分或全部代替調節閥2節流方式，控制小汽機I的轉速，從而在滿足給水泵4轉速控制要求的同時，提高了背壓式小汽機的運行效率。
[0066]圖5所示的第二實施例與圖4所示的第一實施例基本工作原理相同，不同的是，變頻發電系統300與給水泵4同軸連接布置于小汽機I的同一輸出端，其中，給水泵4靠近小汽機I的輸出端。給水泵4和變頻發電機7之間可以根據需要選配定速比齒輪箱6。
[0067]正常運行時，背壓式小汽機100的調節閥2保持較大(甚至全開)開度，高壓蒸汽進入小汽機1，蒸汽推動小汽機I轉動，從而拖動給水泵4和變頻發電機7同時轉動。給水泵4使給水的壓力提高，供給后續工藝系統。變頻發電機7所發出的變頻電可以直接全部或部分供給變頻電用戶，也可全部或部分通過變流器8，變成與電網匹配的工頻電(頻率一般為50Hz或者60Hz )，供給廠內或廠外電網。如果變頻發電機與電網之間電壓不同，可以設置變壓器9，將所發的電變壓到與電網匹配的電壓。
[0068]發電機組負荷變大或變小時，調節變頻發電機7的勵磁系統改變其負載變小或變大，從而使小汽機I輸出端總負載變小或變大，由于小汽機I的進汽量不變，總負載的變化將導致小汽機I的轉速變大或變小，給水泵4的轉速相應地變大或變小,從而滿足發電機組工況變化要求。
[0069]圖6-8所示的本實用新型第三、四、五實施例與圖4、圖5所示的第一、二實施例的基本工作原理相同，給水泵組200包括給水泵4和前置泵5。
[0070]如圖6所示，本實用新型的第三實施例中，給水泵組200與變頻發電系統300分別同軸布置于小汽機I的不同輸出端。小汽機I 一側的給水泵組200中，給水泵4靠近小汽機I的輸出端，給水泵4與前置泵5之間根據轉速匹配的需要配置合適的定速比齒輪箱6。而在小汽機I的另一側，小汽機I和變頻發電機7之間可以根據需要選配定速比齒輪箱6。[0071]正常運行時，背壓式小汽機100的調節閥2保持較大(甚至全開)開度，高壓蒸汽進入小汽機1，蒸汽推動小汽機I轉動，從而拖動給水泵組200和變頻發電機7同時轉動。經過前置泵5 —級加壓的水進入給水泵4進行二級加壓過后，供給后續工藝系統。變頻發電機7所發出的變頻電可以直接全部或部分供給變頻電用戶，也可全部或部分通過變流器8，變成與電網匹配的工頻電(頻率一般為50Hz或者60Hz )，供給廠內或廠外電網。如果變頻發電機與電網之間電壓不同，可以設置變壓器9，將所發的電變壓到與電網匹配的電壓。
[0072]發電機組負荷變大或變小時，調節變頻發電機7的勵磁系統使其負載變小或變大，從而使小汽機I輸出端總負載變小或變大，進而使小汽機I的轉速變大或變小，與小汽機I輸出端直接相連的給水泵4的轉速相應地變大或變小，前置泵5的轉速也依定速比齒輪箱的減速比相應縮倍地變大或變小，因而滿足發電機組工況變化要求。
[0073]如圖7所示，本實用新型的第四實施例中，給水泵組200與變頻發電系統300同軸布置于小汽機I的同一輸出端，給水泵4直接與小汽機I輸出端相連,變頻發電機7同軸布置于給水泵4和前置泵5之間。根據轉速匹配，需要在給水泵4和前置泵5之間安裝定速比齒輪箱6，圖7所示的本實施例中，定速比齒輪箱6同軸布置于給水泵4和變頻發電機7之間。根據實際情況變化要求，定速比齒輪箱6也可同軸布置于變頻發電機7與前置泵5之間，圖未示。
[0074]與以上實施例類似地，小汽機I轉動拖動給水泵組200和變頻發電機7同時轉動，當發電機組工況發生變化時，通過調節變頻發電機7的輸出(出力)，部分或全部代替調節閥2節流方式，控制小汽機I的轉速，從而調節前置泵5和給水泵4的轉速使之滿足工況變化要求。
[0075]如圖8所示，本實用新型的第五實施例中，給水泵組200與變頻發電系統300同軸布置于小汽機I的同一輸出端，給水泵4直接與小汽機I輸出端相連，前置泵5同軸布置于給水泵4和變頻發電機7之間。根據轉速匹配，在給水泵4和前置泵5之間安裝有定速比齒輪箱6。
[0076]與以上實施例類似地，小汽機I轉動拖動給水泵組200和變頻發電機7同時轉動，當發電機組工況發生變化時，通過調節變頻發電機7的輸出(出力)，部分或全部代替調節閥2節流方式，控制小汽機I的轉速，從而調節前置泵5和給水泵4的轉速使之滿足工況變化要求。
[0077]圖9所示的第六實施例與圖4所示的第一實施例基本工作原理相同，不同的是，在變頻發電機7和小汽機I之間可根據需要選配離合器11。離合器11連接時起到定速比齒輪箱的功能，離合器11斷開時，變頻發電系統300與背壓式小汽機100分離，系統回到如圖1所示的現有技術。
[0078]本實用新型針對現有背壓式小汽機驅動給水泵技術的節流調速的技術問題，增加與背壓式小汽機驅動給水泵組同軸連接的變頻發電機，通過控制變頻發電機的出力來調節給水泵轉速，不但能減少小汽機進汽節流的損失，而且能充分利用小汽機的出力，通過變頻發電機多發電，提高電廠的售電收益。
[0079]對I臺1000MW超超臨界發電機組，采用本實用新型，小汽機的調節閥開度可長期保持在大開度甚至100%全開度，顯著減少節流損失，小汽機運行效率提高5%以上，年節約標煤5000噸以上，可大幅降低運行成本，并達到減少污染物排放的綜合效益；另外，可充分利用小汽輪機的做功能力，通過變頻發電機發電，每年可對外多供電7500萬千瓦，直接經濟收益1500萬元以上。
[0080]在本實用新型提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本實用新型的上述講授內容之后，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
【權利要求】
1.一種變頻發電機調速的背壓式小汽機驅動給水泵系統，其特征在于，所述系統包括背壓式小汽機、給水泵和變頻發電機，其中， 所述背壓式小汽機、給水泵和變頻發電機同軸相連； 通過調節所述變頻發電機的輸出，從而控制所述背壓式小汽機的轉速，進而控制所述給水泵的轉速。
2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述背壓式小汽機設有進汽管道，所述進汽管道上設有調節閥。
3.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述給水泵和變頻發電機分別與所述背壓式小汽機兩側的軸端相連。
4.如權利要求3所述的系統，其特征在于，所述系統還包括定速比齒輪箱，所述的定速比齒輪箱同軸連接于所述背壓式小汽機和變頻發電機之間。
5.如權利要求3所述的系統，其特征在于，所述的系統還包括前置泵，所述前置泵與所述給水泵連接于所述背壓式小汽機的同一軸端，所述前置泵的輸入端與所述給水泵的輸出端相連。
6.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述給水泵和變頻發電機連接于所述背壓式小汽機的同一軸端。
7.如權利要求6所述的系統，其特征在于，所述系統還包括定速比齒輪箱，所述定速比齒輪箱同軸連接于所述給水泵和變頻發電機之間。
8.如權利要求7所述的系統，其特征在于，所述系統還包括前置泵，所述前置泵同軸連接于所述定速比齒輪箱與變頻發電機之間。
9.如權利要求7所述的系統，其特征在于，所述系統還包括前置泵，所述前置泵位于所述變頻發電機的外側，前置泵的輸入端與所述變頻發電機的輸出端相連。
10.一種蒸汽發電機組，其特征在于，所述發電機組配置有權利要求1所述的系統。
【文檔編號】F04B49/20GK203394697SQ201320494115
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年8月13日 優先權日:2013年8月13日
【發明者】申松林, 施剛夜, 葉勇健, 林磊 申請人:中國電力工程顧問集團華東電力設計院