[发明专利]一种多级供热背压式汽轮机、热力系统及其供热方法

说明书

本发明公开了一种多级供热背压式汽轮机、热力系统及其供热方法，属于热电联产设备领域，包括背压式汽轮机本体、进汽端和排汽端，在所述进汽端与排汽端之间的通流内设有至少一个抽汽调节装置；抽汽调节装置与进汽端之间、相邻两个抽汽调节装置之间分别设置有各级供热抽汽口，且以排汽端作为末级供热抽汽口；并通过各抽汽调节装置调整对应供热抽汽口的蒸汽流量和压力，以达到同时提供多级不同参数的供热蒸汽；各级供热蒸汽在背压机中膨胀做功后按需求分别抽出，能实现更合理的参数匹配，能量梯级利用也更充分；采用与上述多级供热背压式汽轮机和与之匹配的可变式回热系统后，当无排汽端的末级供热负荷时，该类的多级供热背压式汽轮机仍能连续运行。

技术领域

本发明属于热电联产设备领域，具体而言，涉及一种多级供热背压式汽轮机、热力系统及其供热方法，其适用于园区的工业供热及采暖供热综合节能项目，较为典型的是同时带高参数工业热负荷和采暖热负荷的工程，一台该类型背压机即可实现采暖季带工业、采暖热负荷运行；非采暖季只带工业热负荷持续运行，无传统背压机因排汽端热负荷切除后无法消纳排汽而需停用的问题，拓展了背压机的应用，极大地提高了设备利用率并节省了工程投资。

背景技术

热电联产汽轮机可有效地实现能量梯级利用，是公认的节能减排最有效技术之一。其中的背压式汽轮机因无能源损失，经济性更优，有利于二氧化碳减排等环保目标的实现，目前国家大力倡导发展。国家能源局发布的《热电联产管理办法》(能源局【2016】617号)第十七条明确指出，对于城区常住人口50万以下的城市，采暖型热电联产项目原则上采用单机5万千瓦及以下背压热电联产机组；第十八条提到，对于城市常住人口50万及以上的城市，采暖型热电联产项目优先采用5万千瓦及以上背压热电联产机组。《能源发展“十三五”规划》中提出“实施多能互补集成优化工程”，在既有工业园区等用能区域，推进能源综合梯级利用改造，推广应用“热、电、冷、气等能源生产耦合集成和互补利用”的供能模式，加强余热余压、工业副产品、生活垃圾等能源资源回收及综合利用。

现有带两级或以上不同供热参数的背压式汽轮机，当排汽端末级供热需求不连续时，背压机无法持续运行；针对此类问题，常规方式是配置几台不同类型的背压式汽轮机，以满足各种工况的需求。

目前的背压式汽轮机主要分工业供热与采暖供热两大类，机组选型设计需根据不同的供热参数确定排汽压力，背压机的设计及应用受工程条件局限较多。而抽凝式热电联产机组热电比低，热电解耦能力有限，致使运行灵活性受限。热电联产汽轮机的进一步发展主要受以下几个方面的制约：

(1)采暖背压式汽轮机排汽通往采暖热网，仅可在采暖季运行，非采暖季停运造成设备利用率低下。国内采暖期较长的东北三省、新疆等地的采暖时间约5～6个月，其它地区的采暖季约3～4个月，低设备利用率造成工程投资回收期较长，一定程度上影响了采暖背压式汽轮机的进一步推广。工业供热背压式汽轮机在热用户成熟的地区有较多应用。但许多工业园区规划筹建时，大部分用汽企业要求热电联产机组具备供热能力时才愿意投资建设。而背压式汽轮机需要在热网达到一定负荷要求时才能运行；若热用户不落实，则存在建成后设备闲置的巨大风险。用汽企业与热电联产项目投资方都希望将风险降至最低，供需衔接困难造成了背压式汽轮机发展迟缓。目前已有的背压式汽轮机组多数为各企业自备形式，专业的电力企业投资积极性仍未充分调动，不利于工业园等新增功能区域新建终端一体化集成供能工程。

(2)抽凝式热电联产机组运行虽然不受季节限制，但其热电比较低，供热量受机组负荷限制(热电解耦范围小)，采暖季较高负荷运行势必抢占风能等可再生能源的发电份额，与国家的能源发展方向不符。以“三北采暖地区”为例，传统的大型抽凝机组占比过大，以至采暖季出现大规模的“弃风”情况。目前的抽凝机组灵活性改造(低压缸零功率改造)，一定程度上解决了“热电解耦”的问题，但低压末级动叶存在着水蚀等较大运行风险，其安全可靠性还需通过长期运行检验；且仍有一定量的冷却蒸汽排向凝汽器，存在冷端损失。抽凝机改为低压双转子的高背压供热，则存在更换转子期间的发电量损失。