一种基于耗煤成本最低的多源工业供汽切换系统及方法与流程

本发明属于工业供汽技术领域，涉及一种基于耗煤成本最低的多源工业供汽切换系统及方法。

背景技术：

煤电深度调峰对运行效率、污染控制甚至设备安全会产生不利影响，可谓“牵一发而动全身”。随着煤电功能定位的转变，低利用小时数、宽负荷运行、负荷跟踪、快速响应等新需求使得煤电在电力系统中的传统功能定位、设计理念、设备性能、高效运行和寿命等方面面临着新的问题和挑战。

同时，低成本的煤电是全社会降低用电、用热成本的基础，对促进经济社会发展、提升人民幸福感具有重要意义。

煤电从汽水热力循环某处抽取蒸汽外供，满足外部用汽企业的生产需求，以高效环保的大容量热电联产机组对外集中工业供热，替代污染重、能耗高的分散燃煤燃油小锅炉，在增加煤电经营方式、提高煤电盈利能力以及降低企业用汽成本的同时，有利于降低地区大气污染物排放。

煤电工业供汽技术种类繁多，应以“温度对口、压力匹配、梯级利用”为原则进行技术方案综合比选。供汽压力1.8～3.3mpa的工业用热需求，基于中压缸进汽调门参调的热再可调整抽汽技术，

煤电实施供热改造后，在燃煤发电机组低电功率时通过关小中压缸进汽调门开度抬升热再蒸汽压力以满足用户需求，具有供汽流量大的优点，但同时存在低负荷节流损失大、供热经济性差、供汽能力急剧下降等问题。在电网深度调峰期间，工业供热能力不满足外界需求，供热方式单一、安全可靠性差，经济性低。目前尚未有兼顾可靠性和经济性的稳定工业供热方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于耗煤成本最低的多源工业供汽切换系统及方法。本发明在基于中压缸进汽调门参调的热再可调整抽汽技术的基础上，增加了一段抽汽直供、主蒸汽抽汽直供和蒸汽发生器三种供汽技术，在复杂多变的电-热双重调度条件下，增加了工业供汽系统的可靠性。燃煤发电机组工业供汽改造后，受电网电负荷和热用户供汽量的双重调度，电负荷由电网根据地区用电供电形势实时调度，供汽量受用户生产特性影响实时变化，故燃煤发电机组处于宽负荷的电-热双重调度方式下运行。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于耗煤成本最低的多源工业供汽切换系统，包括：

燃煤发电机组，所述燃煤发电机组的高压缸、中压缸和低压缸同轴连接，共同驱动发电机发电；

供汽系统，所述供汽系统包括再热蒸汽供汽管路、一段抽汽供汽管路、主蒸汽供汽管路以及电驱蒸汽供汽管路；再热蒸汽供汽管路的一端与锅炉再热蒸汽管路相连，另一端连接工业供汽联箱；一段抽汽供汽管路的一端与一段抽汽管道相连，另一端连接工业供汽联箱；主蒸汽供汽管路的一端与主蒸汽管道相连，另一端连接工业供汽联箱；电驱蒸汽供汽管路包括蒸汽发生器和蒸汽混合器，蒸汽发生器连接燃煤发电机组的给水系统，蒸汽出口连接蒸汽混合器，蒸汽混合器将锅炉的主蒸汽与蒸汽发生器输入的饱和蒸汽混合后输送至工业供汽联箱。

本发明进一步的改进在于：

所述燃煤发电机组包括锅炉，所述锅炉的新蒸汽出口连接高压缸的进汽口，高压缸的排汽口与锅炉的再热器入口相连，锅炉的再热器出口连接中压缸的进汽口，中压缸的排汽口连接低压缸的进汽口；低压缸排汽口依次连接凝汽器、凝结水泵、低压加热器组、给水泵组以及高压加热器组，高压加热器组的出口与锅炉相连。

所述中压缸的进汽处设置进汽调门组，锅炉与进汽调门组之间的管道上引出部分再热蒸汽，经再热抽汽减温减压阀门组和第一阀门组进入工业供汽联箱。

所述高压缸的一段抽汽管道上引出部分一段蒸汽，经一段抽汽减温减压阀门组和第二阀门组进入工业供汽联箱。

所述主蒸汽管道上引出部分主蒸汽，经主汽抽汽减温减压阀门组和第三阀门组进入工业供汽联箱。

所述高压加热器组出口引出部分给水至蒸汽发生器，蒸汽混合器的主蒸汽来自锅炉的主蒸汽管道；蒸汽发生器的电源来自变压器，变压器通过电气开关与发电机相连。

所述凝汽器设置有除盐水补水口，用于向给水系统补水。

所述蒸汽混合器包括中部的蒸汽管道，蒸汽管道外侧设置蒸汽环管，蒸汽管道的外围沿其径向和高度方向均匀布置若干雾化喷嘴，所述雾化喷嘴均与蒸汽环管相连通；蒸汽管道的入口与蒸汽发生器的蒸汽出口相连，出口通过第四阀门组与工业供汽联箱相连；蒸汽环管的出口通过主汽抽汽调节阀门组与主蒸汽管道相连，蒸汽发生器通过高温给水阀门组连接至高压加热器组出口处的管道上。

所述给水泵组出口处引出部分给水分别通过再热蒸汽减温水阀门组至再热蒸汽供汽管路，通过一段抽汽减温水阀门组至一段蒸汽供汽管路，通过主汽抽汽减温水阀门组至主蒸汽供汽管路。

一种基于耗煤成本最低的多源工业供汽切换方法，包括以下供汽方式：

方式一：利用进汽调门组参调的热再抽汽

经再热抽汽减温减压阀门组减温调压后汇入工业供汽联箱，减温水由给水泵组出口的给水提供，开启再热蒸汽减温水阀门组参与调整；

方式二：一段抽汽

一段抽汽经一段抽汽减温减压阀门组减温调压后汇入工业供汽联箱，减温水由给水泵组出口的给水提供，开启一段抽汽减温水阀门组参与调整；

方式三：主蒸汽抽汽

主蒸汽抽汽经主汽抽气减温减压阀门组减温调压后汇入工业供汽母管，减温水由给水泵组出口的给水提供，开启主汽抽气减温水阀门组参与调整；

方式四：蒸汽发生器供汽

采用发电机出口经变压器调压的电能为热源，引高压加热器组的出口的给水至蒸汽发生器吸热相变，输出饱和蒸汽，其压力通过高温给水阀门组和蒸汽发生器内部水侧流程进行调整；在蒸汽发生器的出口蒸汽管道设置蒸汽混合器，将主蒸汽和饱和蒸汽混合，以工业供汽联箱设置的压力、温度测点为目标，通过调整高温给水阀门组和主汽抽气调节阀组的开度以进行饱和蒸汽和过热蒸汽的比例分配。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

为满足1.8～3.3mpa、大流量(单机～200t/h)的工业供汽需求，燃煤发电机组多实施基于中压缸进汽调门参调的热再可调整抽汽，然该技术在低负荷、小流量工况存在节流损失大、供热耗煤成本急剧上升的缺点。在此基础上，本发明增加了一段抽汽直供、主蒸汽抽汽直供和蒸汽发生器三种供汽技术，在复杂多变的电-热双重调度条件下，增加了工业供汽系统的可靠性，同时提出了不同电功率和工业供汽流量下基于供热耗煤成本最低的多源工业供汽方式切换方法。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的热力系统示意图；

图2为本发明蒸汽混合器的结构示意图。

其中，1-锅炉，2-高压缸，3-中压缸，4-低压缸，5-发电机，6-凝汽器，7-凝结水泵，8-低压加热器组，9-给水泵组，10-高压加热器组，11-进汽调门组，12-再热抽汽减温减压阀门组，13-一段抽汽减温减压阀门组，14-主汽抽汽减温减压阀门组，15-再热蒸汽减温水阀门组，16-一段抽汽减温水阀门组，17-主汽抽汽减温水阀门组，18-高温给水阀门组19-电气开关，20-变压器，21-蒸汽发生器，22-蒸汽混合器，23-主汽抽汽调节阀组，24-第一阀门组，25-第二阀门组，26-第三阀门组，27-第四阀门组。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明基于耗煤成本最低的多源工业供汽切换系统，包括燃煤发电机组和供汽系统；燃煤发电机组的高压缸2、中压缸3和低压缸4同轴连接，共同驱动发电机5发电；供汽系统，供汽系统包括再热蒸汽供汽管路、一段抽汽供汽管路、主蒸汽供汽管路以及电驱蒸汽供汽管路；再热蒸汽供汽管路的一端与锅炉1再热蒸汽管路相连，另一端连接工业供汽联箱；一段抽汽供汽管路的一端与一段抽汽管道相连，另一端连接工业供汽联箱；主蒸汽供汽管路的一端与主蒸汽管道相连，另一端连接工业供汽联箱；电驱蒸汽供汽管路包括蒸汽发生器21和蒸汽混合器22，蒸汽发生器21连接燃煤发电机组的给水系统，蒸汽出口连接蒸汽混合器22，蒸汽混合器22将锅炉1的主蒸汽与蒸汽发生器21输入的饱和蒸汽混合后输送至工业供汽联箱。

燃煤发电机组包括锅炉1，锅炉1的新蒸汽出口连接高压缸2的进汽口，高压缸2的排汽口与锅炉1的再热器入口相连，锅炉1的再热器出口连接中压缸3的进汽口，中压缸3的排汽口连接低压缸4的进汽口；低压缸4排汽口依次连接凝汽器6、凝结水泵7、低压加热器组8、给水泵组9以及高压加热器组10，高压加热器组10的出口与锅炉1相连。

中压缸3的进汽处设置进汽调门组11，锅炉1与进汽调门组11之间的管道上引出部分再热蒸汽，经再热抽汽减温减压阀门组12和第一阀门组24进入工业供汽联箱。高压缸2的一段抽汽管道上引出部分一段蒸汽，经一段抽汽减温减压阀门组13和第二阀门组25进入工业供汽联箱。主蒸汽管道上引出部分主蒸汽，经主汽抽汽减温减压阀门组14和第三阀门组26进入工业供汽联箱。高压加热器组10出口引出部分给水至蒸汽发生器21，蒸汽混合器22的主蒸汽来自锅炉1的主蒸汽管道；蒸汽发生器21的电源来自变压器20，变压器20通过电气开关19与发电机5相连。凝汽器6设置有除盐水补水口，用于向给水系统补水。

蒸汽混合器22包括中部的蒸汽管道28，蒸汽管道28外侧设置蒸汽环管29，蒸汽管道28的外围沿其径向和高度方向均匀布置若干雾化喷嘴30，雾化喷嘴30均与蒸汽环管29相连通；蒸汽管道28的入口与蒸汽发生器21的蒸汽出口相连，出口通过第四阀门组27与工业供汽联箱相连；蒸汽环管29的出口通过主汽抽汽调节阀门组23与主蒸汽管道相连，蒸汽发生器21通过高温给水阀门组18连接至高压加热器组10出口处的管道上。给水泵组9出口处引出部分给水分别通过再热蒸汽减温水阀门组15至再热蒸汽供汽管路，通过一段抽汽减温水阀门组16至一段蒸汽供汽管路，通过主汽抽气减温水阀门组17至主蒸汽供汽管路。

本发明的原理：

在进汽调门组11前的再热蒸汽母管设置三通，引部分再热蒸汽经再热抽汽减温减压阀门组12调节后至全厂工业供汽联箱，煤电高负荷时热再蒸汽压力大于热用户需求压力，热再蒸汽同时需要减压和减温，进汽调门组11可不参与调节，保持全开；低负荷时热再蒸汽压力低于热用户需求压力，进汽调门组11参与调节，关小开度以抬升热再蒸汽压力，此时热再抽汽仅需减温即可。减温水取自给水泵组9出口的给水。由于工业供汽的凝结水不予回收利用，在凝汽器6处补入等工业供汽量的除盐水以维持燃煤发电机组汽水质量平衡。

不对外供热时，燃煤发电机组维持纯凝状态运行。锅炉1出口蒸汽经高压缸2做功后在锅炉1二次加热升温，新蒸汽进入中压缸3做功，排汽进入低压缸4，三缸同轴驱动发电机5发电。低压缸4排汽进入凝汽器6冷凝后，依次经凝结水泵7、低压加热器组8、给水泵9和高压加热器组10实现升温升压后进入锅炉1，完成汽水循环。

本发明在一段抽汽管道设置三通，引部分一段抽汽经一段抽汽减温减压阀门组13调节后至全厂工业供汽联箱。在主蒸汽管道设置三通，引部分主蒸汽经主汽抽气减温减压阀门组14调节后至全厂工业供汽联箱。在燃煤发电厂内设置蒸汽发生器21，利用发电机5出口变压后的电能将入口高温热水加热汽化，出口为高压、饱和态的蒸汽，为避免蒸汽管道汽中带水引起水击风险以及满足用户对蒸汽的过热度要求，在蒸汽发生器21的出口蒸汽管道设置蒸汽混合器22，将高过热度的主蒸汽和饱和蒸汽混合，以工业供汽联箱设置的压力、温度测点为目标，通过调整高温给水阀门组18和主汽抽汽调节阀组23的开度以进行饱和蒸汽和过热蒸汽的比例分配。

如图2所示，图2为蒸汽混合器22的结构示意图，蒸汽混合器22为圆柱形结构，高过热度的蒸汽以环管形式环绕，圆筒内通入饱和蒸汽，圆筒外围沿径向和高度方向均匀布置雾化喷嘴，通入高过热度的蒸汽，两股蒸汽密切接触混合，出口为具备一定过热度的蒸汽。

本发明燃煤发电机组具备四种工业供汽方式，大大提升了工业供汽的安全可靠性。具体供汽方式如下：

方式1：基于进汽调门组11参调的热再抽汽，经再热抽汽减温减压阀门组12减温调压后汇入全厂工业供汽联箱，减温水由给水泵组9出口的给水提供，阀门组15开启参与调整。

方式2：一段抽汽抽汽，一段抽汽管道设置三通，抽汽经一段抽汽减温减压阀门组13减温调压后汇入全厂工业供汽联箱，减温水由给水泵组9出口的给水提供，一段抽汽减温水阀门组16开启参与调整。

方式3：主蒸汽抽汽，锅炉1出口，在高压缸2进汽前的主蒸汽管道设置三通，抽汽经主汽抽汽减温减压阀门组14减温调压后汇入全厂工业供汽母管，减温水由给水泵组9出口的给水提供，主汽抽汽减温水阀门组17开启参与调整。

方式4：蒸汽发生器21供汽，采用发电机5出口经变压器20调压的电能为热源，在高压加热器组10的出口给水母管设置三通，引部分高温高压给水至蒸汽发生器21吸热相变，出口为饱和蒸汽，其压力通过高温给水阀门组18和蒸汽发生器21内部水侧流程进行调整以满足用户对工业蒸汽的压力需求。为避免蒸汽管道汽中带水引起水击风险以及满足用户对蒸汽的过热度要求，在蒸汽发生器21的出口蒸汽管道设置蒸汽混合器22，将高过热度的主蒸汽和饱和蒸汽混合，以工业供汽联箱设置的压力、温度测点为目标，通过调整高温给水阀门组18和主汽抽汽调节阀组23的开度以进行饱和蒸汽和过热蒸汽的比例分配。

任何一种方式出现故障时，另外三种方式仍可以提供稳定的工业供汽。

此外，四种工业供汽方式的供汽耗煤成本不尽相同。以纯凝状态为基准，煤电对外供出一定流量的工业蒸汽，单位蒸汽量的标煤成本增加量称之为供汽耗煤成本。

宜以现场试验和理论建模分析为手段，得出四种供汽方式的供汽运行边界、在不同电负荷和供汽量条件下的耗煤成本分布特性。以供汽耗煤成本最低为目标，进行工业供汽方式的切换。

实施例

以某300mw等级热电联产机组为例，对外供出2.8mpa、310℃的工业蒸汽，基于进汽调门组参调的热再抽汽方案的设计供汽负荷200t/h，最小运行电负荷50％额定；一段抽汽管道抽汽外供方案的设计供汽负荷50t/h，最小运行电负荷50％额定；主蒸汽抽汽外供方案的设计供汽负荷50t/h，最小运行电负荷30％额定；蒸汽发生器方案不受煤电机组电负荷影响，设计供汽负荷100t/h。

以电负荷和供汽量为因变量的供汽方式切换策略如下：

1)电负荷＞80％额定负荷，采用基于进汽调门组参调的热再抽汽方案。

2)50％额定负荷＜电负荷＜80％额定负荷，且工业供汽流量＜50t/h，采用一段抽汽管道抽汽外供方案。

3)50％额定负荷＜电负荷＜80％额定负荷，且200t/h＞工业供汽流量＞50t/h，采用进汽调门组参调的热再抽汽方案。

4)30％额定负荷＜电负荷＜50％额定负荷，且工业供汽流量＜50t/h，采用主蒸汽抽汽外供方案。

5)30％额定负荷＜电负荷＜50％额定负荷，且工业供汽流量＞50t/h，采用主蒸汽抽汽外供方案提供50t/h供汽，其余由蒸汽发生器方案补充。

6)电负荷＜30％额定负荷，且工业供汽流量＜100t/h，采用蒸汽发生器方案。

7)电负荷＜30％额定负荷，且工业供汽流量大于100t/h，无法满足要求。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。