一种深度调峰供热机组供热蒸汽参数提升系统及方法与流程

本发明属于能源技术领域，尤其涉及一种深度调峰供热机组供热蒸汽参数提升系统及方法。

背景技术：

近年来国家规划并建设了大量热电厂，积极发展热电联产是节约能源、改善环境质量的有效方法，同时能够创造可观的经济效益。为满足用电负荷和负荷峰值的增长，火电装机量仍在持续增加。而负荷尖峰化特性变得更加显著，及峰谷负荷差的不断拉大，导致大量火电机组需要参与到调峰中来。热电联产机组在发电的同时对外抽汽供热，当参与电网调峰时，以降低机组负荷的方法减少发电量，这样使得机组运行参数下降，蒸汽压力和温度参数达不到供热标准，用汽企业无法进行正常生产，影响社会经济效益。在此情况下，满足机组调峰的同时保证供热蒸汽参数要求的矛盾亟需解决。

现有解决热电联产机组调峰供热时保证蒸汽参数的方法，有学者提出通过抽取高压缸主蒸汽，采用直接喷水节流方式减温减压至所需参数，但对于汽轮机无高压抽汽口的情况新增高压抽汽管道可行性较小，电厂改造难度大，代价高。同时直接抽取主蒸汽喷水节流的方式造成蒸汽在汽轮机内做功减少，机组效率下降，高品位蒸汽的直接转化供热蒸汽，能级梯度利用不合理。另外直接减小高压缸前调节阀开度以提高抽汽供热参数的方式会引起机组运行参数变化，偏离最佳效率点，蒸汽节流损失增大。中国专利201710305147.5提出对于蒸汽参数不足时采用电加热的方式提升蒸汽温度，并供热管道上加装压气机提升蒸汽压力，而离心式压缩机的转速极高，约40000转/分，压缩介质的参数相对较高，这就对转动部件如叶轮、转子、高速电机等的设计、加工、制造提出了较高的要求，目前仍有许多技术问题亟待解决，技术尚不成熟。中国专利202010301664.7为满足调峰时工业蒸汽压力温度需求，采用抽取中压缸蒸汽一部分在凝汽器中对低压缸排汽进行加热，一部分在增设的换热器中对排汽再次加热。并在供热管道上增加压装置提升蒸汽压力，这在一定程度上能满足热电机组调峰供热需求，但它未考虑能量的梯级利用，采用单一中压缸抽汽作为加热热源，造成蒸汽的大量浪费，进而造成系统效率的降低，中国专利201820234348.0利用锅炉烟道中高温烟气对给水进行加热并在供水管路中增设加压泵以提供高参数、大流量工业供汽量，这使得锅炉燃煤量增加，同时由于烟气温度过高还需进一步喷水减温。改造复杂、能量利用率低，经济性差。

因此，设计一种具有较高可行性，且可靠性强、经济性好的提高供热蒸汽温度和压力参数的系统及方法以解决现有热电联产机组调峰时蒸汽参数不足的现状，对热电联产机组安全稳定高效运行具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述问题，提供一种设计合理、结构简单、技术可行、安全可靠、经济性高的深度调峰供热机组供热蒸汽参数提升系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种深度调峰供热机组供热蒸汽参数提升系统，其包括除盐装置、给水箱、一级给水泵、表面式给水加热器、除氧器、二级给水泵、蒸汽转换器、蒸汽过热器、过热蒸汽隔离阀、机组凝汽器、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、供热主管路、供汽主管路隔离阀、抽汽旁路隔离阀和抽汽旁路，除盐装置进口连接水源，除盐装置出口连接给水箱进口，给水箱出口连接一级给水泵进口，一级给水泵出口连接表面式给水加热器低温侧进口，表面式给水加热器低温侧出口连接除氧器低温侧进口，除氧器出口连接二级给水泵进口，二级给水泵出口连接蒸汽转换器低温侧进口，蒸汽转换器低温侧出口连接蒸汽过热器进口，蒸汽过热器出口连接至供热主管路，蒸汽过热器与供热主管路之间的连接管路上装有过热蒸汽隔离阀，汽轮机高压缸与汽轮机中压缸相连，连接汽轮机高压缸排汽出口或汽轮机中压缸抽汽出口的管路末端分为供热主管路和抽汽旁路，并在供热主管路和抽汽旁路上分别设置供热主管路隔离阀和抽汽旁路隔离阀，抽汽旁路分两路分别连接蒸汽转换器高温侧进口和除氧器高温侧进口，蒸汽转换器高温侧出口连接表面式给水加热器高温侧进口，表面式给水加热器高温侧出口连接机组凝汽器。

优选的，所述蒸汽过热器采用电加热蒸汽过热器或混合式蒸汽过热器；所述的电加热蒸汽过热器包括过热器本体和电源加热系统；所述混合式蒸汽过热器包括混合式蒸汽过热器本体、高压缸抽汽旁路、高压缸抽汽隔离阀和减压器，所述的汽轮机高压缸抽汽出口连接高压缸抽汽旁路进口，高压缸抽汽旁路出口连接至混合式蒸汽过热器本体高温蒸汽入口侧，高压缸抽汽旁路上装有高压缸抽汽隔离阀和减压器。

优选的，所述表面式给水加热器利用蒸汽转换器高温侧出口冷凝水，对一级给水泵出口的给水进行一次加热；蒸汽转换器高温侧出口冷凝水在表面式给水加热器中换热后进入机组凝汽器。

优选的，所述蒸汽转换器利用抽汽旁路供应的机组抽汽对二级给水泵出口的给水进行二次加热，蒸汽转换器内分为两部分即蒸发段和过热段，在蒸发段内给水吸收机组抽汽的汽化潜热产生饱和蒸汽，饱和蒸汽进入过热段进一步吸热成为过热蒸汽；机组抽汽在蒸汽转换器内换热后以冷凝水形式进入表面式给水加热器。

优选的，所述除氧器出口给水经二级给水泵升压后压力高于机组抽汽压力。

优选的，所述蒸汽过热器对所述蒸汽转换器低温侧出口的过热蒸汽进行三次加热，使其过热度进一步提升。

优选的，蒸汽过热器有两种加热热源方式；若汽轮机无高压抽汽级，蒸汽过热器采用电加热蒸汽过热器，通过电加热的方式进一步提升蒸汽转换器出口的蒸汽；若汽轮机有高压抽汽级，蒸汽过热器采用混合式蒸汽过热器本体，通过将汽轮机高压缸抽出的高温蒸汽经减压器减压后与蒸汽转换器出口的蒸汽在混合式蒸汽过热器本体中混合，将温度提升至目标蒸汽温度；所述的汽轮机高压缸抽汽输入蒸汽转换器前减压至给水经二级给水泵升压后的出口压力。

优选的，所述抽汽旁路管径小于供热主管路管径。

本发明还提供了一种深度调峰供热机组供热蒸汽参数提升方法，其采用如前述任一项方案所述的深度调峰供热机组供热蒸汽参数提升系统实现，所述方法包括如下步骤：

步骤1：机组由正常运行工况切换至调峰工况时，关闭供热主管路隔离阀，打开过热蒸汽隔离阀和抽汽旁路隔离阀，汽轮机抽汽流动路径由供热主管路切换至抽汽旁路；

步骤2：除盐装置开始提供除盐水，低压给水经一级给水泵在表面式给水加热器中被蒸汽转换器高温侧出口冷凝水进行一次表面式加热；

步骤3：表面式给水加热器低温侧出口给水进入除氧器中进行混合式热力除氧，除氧热源为由抽汽旁路输送的汽轮机高压缸排汽或汽轮机中压缸抽汽；

步骤4：除氧器出口给水经二级给水泵升压后介质压力高于机组抽汽压力；

步骤5：二级给水泵出口给水进入蒸汽转换器中进行二次表面式加热，蒸汽转换器的热源为调峰工况下的汽轮机高压缸排汽或汽轮机中压缸抽汽；蒸汽转换器内分蒸发段和过热段进行两段式加热，二级给水泵出口给水首先在蒸发段内产生饱和蒸汽，饱和蒸汽进入过热段进一步吸热成为过热蒸汽；

步骤6：蒸汽转换器低温侧出口过热蒸汽进入蒸汽过热器进行三次表面式加热进一步提升过热度；其中蒸汽过热器可使用电加热蒸汽过热器，也可使用混合式蒸汽过热器本体，混合式蒸汽过热器本体的加热热源为汽轮机高压缸抽汽；

步骤7：蒸汽过热器出口处达到所需压力和温度的过热蒸汽进入供热主管路，经长输热网对外供热。

与现有技术相比，本发明的主要创新和优点在于：

(1)本发明利用能量梯级利用的原理，通过间接换热的形式，将低负荷工况导致的品位下降的高压缸排汽或中压缸抽汽作为主要热源，同时利用一部分高品位热源，如高压缸抽汽或电加热，来实现供热蒸汽的温度品位提升，同时通过循环泵实现压力品位的提升。在保证供热参数的基础上，更好的解决了供热的经济性问题。

(2)本发明系统结构简单，投资成本低，可靠性高，经济效益明显。

附图说明

图1为本实施例提供的汽轮机无高压抽汽级时深度调峰热蒸汽参数提升系统示意图；

图2为本实施例提供的汽轮机有高压抽汽级时深度调峰热蒸汽参数提升系统示意图；

图中：除盐装置1，给水箱2，一级给水泵3，表面式给水加热器4，除氧器5，二级给水泵6，蒸汽转换器7，蒸汽过热器8，电加热蒸汽过热器8-1，混合式蒸汽过热器本体8-2，高压缸抽汽旁路8-3，高压缸抽汽隔离阀8-4、减压器8-5、过热蒸汽隔离阀9、机组凝汽器10，汽轮机高压缸11，汽轮机中压缸12，供热主管路13，供汽主管路隔离阀14，抽汽旁路隔离阀15、抽汽旁路16。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。

本发明提供一种深度调峰供热机组供热蒸汽参数提升系统，若汽轮机无高压抽汽则系统包括除盐装置1，给水箱2，一级给水泵3，表面式给水加热器4，除氧器5，二级给水泵6，蒸汽转换器7，蒸汽过热器8，过热蒸汽隔离阀9、机组凝汽器10，汽轮机高压缸11，汽轮机中压缸12，供热主管路13，供汽主管路隔离阀14，抽汽旁路隔离阀15、抽汽旁路16

其中，本发明的蒸汽过热器8有两种形式，其分别利用不同的供热热源。参见图1所示，若汽轮机无高压抽汽级，则蒸汽过热器8采用连接有电源的电加热蒸汽过热器8-1，以内部的电加热器提供高品位热源；参见图2所示，若汽轮机有高压抽汽级，则蒸汽过热器8包括混合式蒸汽过热器本体8-2、高压缸抽汽旁路8-3、高压缸抽汽隔离阀8-4和减压器8-5。

图1和图2所示的深度调峰供热机组供热蒸汽参数提升系统中，除了蒸汽过热器8部分外其余结构均相同，具体如下：

除盐装置1进口连接水源，系统水源采用市政供水，除盐装置1出口连接给水箱2进口，进水经过除盐装置1净化后接至给水箱2，向蒸汽供应系统提供除盐水。给水箱2出口连接一级给水泵3进口，一级给水泵3出口连接表面式给水加热器4低温侧进口，表面式给水加热器4低温侧出口连接除氧器5低温侧进口，除氧器5出口连接二级给水泵6进口，二级给水泵6出口连接蒸汽转换器7低温侧进口，蒸汽转换器7低温侧出口连接蒸汽过热器8进口，蒸汽过热器8出口连接至供热主管路13，蒸汽过热器8与供热主管路13之间的连接管路上装有过热蒸汽隔离阀9。汽轮机高压缸11排汽出口或汽轮机中压缸12抽汽出口管路末端分为供热主管路13和抽汽旁路16，并在靠近排汽出口或抽汽出口处的供热主管路13和抽汽旁路16上分别设置供热主管路隔离阀14和抽汽旁路隔离阀15。抽汽旁路16分两路分别连接蒸汽转换器7高温侧进口和除氧器5高温侧进口，蒸汽转换器7高温侧出口连接表面式给水加热器4高温侧进口，表面式给水加热器4高温侧出口连接机组凝汽器10。供热主管路13连接外部长输热网。

本实施例中，表面式给水加热器4的被加热工质来自一级给水泵3出口的低压给水，给水进入表面式给水加热器4的低温侧进行第一次加热后进入除氧器5，加热工质来自蒸汽转换器7高温侧出口的冷凝水，这部分冷凝水在表面式给水加热器4中换热后排入机组凝汽器10。

除氧器5的被加热工质来自表面式给水加热器4低温侧出口的给水，加热工质为来自抽汽旁路16输送的蒸汽，给水和蒸汽在除氧器5中进行混合式热力除氧。除氧器5出口给水经二级给水泵6升压后压力高于机组抽汽压力，因此蒸汽转换器7产生的蒸汽压力高于机组抽汽压力。

蒸汽转换器7的被加热工质来自二级给水泵6出口给水，加热工质取自抽汽旁路16供应的机组抽汽，蒸汽转换器7利用抽汽旁路16供应的机组抽汽对二级给水泵6出口的给水进行第二次加热。其中蒸汽转换器7内部分别蒸发段和过热段两部分，被加热工质首先在蒸发段内吸收机组抽汽的汽化潜热沸腾变为饱和蒸汽，饱和蒸汽进入过热段并在过热段继续吸收机组抽汽的汽化潜热成为过热蒸汽；加热工质在蒸汽转换器7内换热后变为冷凝水流入表面式给水加热器4，用于加热一级给水泵3出口的低压给水。

蒸汽转换器7低温侧出口的蒸汽过热度较低，无法满足长距离供热的需要，因此在蒸汽过热器8中继续提升过热度再对外供热。如图1和图2所示，本发明中可选的蒸汽过热器8具有两种形式，若汽轮机无高压抽汽级，蒸汽过热器可使用图1所示的电加热蒸汽过热8-1，若汽轮机有高压抽汽级，可使用图2所示的混合式蒸汽过热器本体8-2。图1所示的电加热蒸汽过热8-1直接利用电能对蒸汽转换器7低温侧出口的过热蒸汽进行第三次加热，使其过热度进一步提升，达到温度要求。而图2所示的混合式蒸汽过热器本体8-2则以汽轮机高压缸11内抽出的高温蒸汽作为高品位热源对蒸汽转换器7低温侧出口的过热蒸汽进行第三次加热。此时，蒸汽转换器7低温侧出口的过热蒸汽接入混合式蒸汽过热器本体8-2内的低温蒸汽入口，汽轮机高压缸11抽汽出口连接高压缸抽汽旁路8-3进口，高压缸抽汽旁路8-3出口连接至混合式蒸汽过热器本体8-2高温蒸汽入口，高压缸抽汽旁路8-3上装有高压缸抽汽隔离阀8-4和减压器8-5。通过将汽轮机高压缸11高温蒸汽抽出，经减压器8-5减压后与蒸汽转换器7出口的蒸汽在混合式蒸汽过热器本体8-2中混合，将蒸汽温度进一步提升至所需蒸汽温度参数。减压器8-5的作用是将汽轮机高压缸11抽汽在输入蒸汽转换器7前预先减压至给水经过二级给水泵6升压后的出口压力。

深度调峰时机组负荷下降，抽汽流量随之降低，因此抽汽旁路16管径小于供热主管路13管径。

考虑到企业对用汽量可能的变化要求，为实现供热蒸汽供应量的可调节，二级给水泵6采用调速泵。

基于上述两种深度调峰供热机组供热蒸汽参数提升系统，本实施例提供的深度调峰供热机组供热蒸汽参数提升方法步骤如下：

步骤1、机组由正常运行工况切换至调峰工况时，关闭供热主管路隔离阀14，打开过热蒸汽隔离阀9和抽汽旁路隔离阀15，此时汽轮机供热抽汽流动路径由供热主管路13切换至抽汽旁路16；

步骤2、除盐装置1开始提供除盐水，低压给水被蒸汽转换器7高温侧出口冷凝水一次表面式加热。该系统的低压给水由给水箱2经一级给水泵3引出，首先经过表面式给水加热器4进行一次加热，加热热源为蒸汽转换器7高温侧出口冷凝水。

步骤3、表面式给水加热器4低温侧出口给水进入除氧器5中进行混合式热力除氧，除氧热源为来自抽汽旁路16的汽轮机低负荷工况下品位下降的蒸汽，即汽轮机高压缸11排汽或汽轮机中压缸12抽汽。

步骤4、除氧器5出口给水经二级给水泵6升压，升压后介质压力高于机组抽汽压力，因此给水进入蒸汽转换器7后产生的蒸汽压力高于机组抽汽压力。

步骤5、二级给水泵6出口给水进入蒸汽转换器7中被机组抽汽二次表面式加热。此过程中，经过升压后的给水进入蒸汽转换器7，加热热源为调峰工况下的汽轮机高压缸11排汽级抽汽。蒸汽转换器7内分为蒸发段和过热段，在蒸发段内给水主要吸收机组抽汽的汽化潜热产生饱和蒸汽；饱和蒸汽进入过热段进一步吸热成为过热蒸汽，此过程主要吸收机组抽汽的显热。机组抽汽经蒸汽转换器7后冷凝为饱和水进入表面式给水加热器4。当然，此处蒸汽转换器7的蒸汽来源也可以采用汽轮机中压缸12抽汽。

步骤6、蒸汽转换器7低温侧出口过热蒸汽经蒸汽过热器8三次表面式加热进一步提升过热度。若汽轮机无高压抽汽级，蒸汽过热器可使用电加热蒸汽过热8-1，若汽轮机有高压抽汽级，可使用混合式蒸汽过热器本体8-2。若采用混合式蒸汽过热器本体8-2，打开高压缸抽汽隔离阀8-4，汽轮机高压缸11高温蒸汽抽出，经减压器8-5减压后与蒸汽转换器7出口的蒸汽在混合式蒸汽过热器本体8-2中混合，将温度提升至需蒸汽温度参数。汽轮机高压缸11排汽需减压至二级给水泵6升压后出口压力。

步骤7、由此，经过前述步骤，蒸汽转换器7产生的过热蒸汽进入蒸汽过热器8进一步提升过热度，蒸汽过热器8出口处的蒸汽已达到所需压力和温度，升温升压后的蒸汽进入供热主管路13，经长输热网对外供热。

需注意，要完成蒸汽转换器7内低压蒸汽转换为高压蒸汽的过程，需保证机组抽汽具有一定过热度，例如热电联产机组调峰运行时抽汽参数1.4mpa，220～300℃，可由蒸汽转换器7转换为1.8mpa，180～250℃的过热蒸汽，再经电加热蒸汽过热器8，可将过热蒸汽温度提升至300～350℃左右。

本发明利用能量梯级利用的原理，通过间接换热的形式，将低负荷工况导致的品位下降的高压缸排汽或中压缸抽汽作为主要热源，同时利用一部分高品位热源，如高压缸抽汽或电加热，来实现供热蒸汽的温度品位提升，同时通过循环泵实现压力品位的提升。在保证供热参数的基础上，更好的解决了供热的经济性问题。该系统结构简单，投资成本低，可靠性高，经济效益明显。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。