一种储热耦合切缸热电联供机组及其运行方法与流程

1.本发明属于电站锅炉及汽轮机系统领域，具体涉及一种储热耦合切缸热电联供机组及其运行方法。


背景技术：

2.为了应对风、光等资源的间歇性和波动性，解决弃风、弃光难题2010年以来我国弃风率最高达17％以上，最近火电机组2.15亿千瓦的改造目标。在此背景下，形成了以锅炉低负荷稳燃、汽轮机低压缸零出力等为代表的机组灵活性提升技术。此时，火电机组负荷响应速率大幅降低，20
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30％负荷区间响应速率由1.5％pe/min下降至1.0％pe/min以下。
3.因此，在未来高频次宽负荷场景下，如何进一步提高切缸机组的电负荷调节能力、提升供热能力和增加热电比调节上限具有重要意义。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种储热耦合切缸热电联供机组及其运行方法，通过对机组进行低压缸近零出力改造，并增设储热系统，储热系统和低压缸近零出力系统相互配合联合调节湿冷机组的热电负荷，增加了机组的电负荷调节能力，提升供热能力，增加热电比调节上限，增加了湿冷机组灵活性调节的手段和效率，节能潜力巨大。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种储热耦合切缸热电联供机组及其运行方法，基于进行了切缸改造的热电联供机组，中低压连通管的抽汽管道连接储热系统，储热系统连接热网循环水系统中；储热系统包括储热换热器、储热装置、储热装置进口阀门和储热装置出口阀门，储热换热器的蒸汽入口连接中低压连通管的抽汽管道，储热换热器还连接储热装置，储热装置连接间壁式换热器，间壁式换热器连接混合换热器，储热换热器连接混合换热器。
6.中低压连通管的抽汽管道至储热系统的蒸汽管路上设置阀门、温度传感器以及压力传感器。
7.中低压连通管的抽汽管道设置在中压缸至低压缸联通管道的阀前。
8.所述机组为直接空冷机组或湿冷机组。
9.储热装置包括冷区和热区，热区储存热的储热介质，冷区储存冷的储热介质，冷区的储热介质在储热换热器中与蒸汽进行热交换吸热后存储在储热装置的热区，热区的储热介质在间壁式换热器中释放热量加热热网循环水后回到储热装置的冷区，储热装置的热区的入口和出口分别对应连通储热换热器热介质出口和间壁式换热器的热介质入口，储热装置的冷区的出口和入口分别对应连通储热换热器的待加热介质入口和间壁式换热器的冷介质出口；储热装置中的储热介质为油、水或熔盐。
10.储热换热器与储热装置的连接管路上设置储热装置进口阀门和储热装置出口阀门，储热装置与间壁式换热器的连接管路上设置间壁式换热器进口阀门和间壁式换热器出
口阀门。
11.储热换热器与混合换热器的管路上设置阀门、温度传感器以及压力传感器。
12.汽轮机中压缸与汽轮机低压缸之间设置冷却蒸汽旁路，所述冷却蒸汽旁路上设置冷却蒸汽旁路调节阀，汽轮机中压缸的入口处设中压缸进汽调门。
13.基于本发明所述热电联供空冷机组的运行方法，具体如下：
14.当热电联供机组需要供给的热电比增大时，则通过储热系统放热给热网循环水，热网循环水吸收储热系统的热量后与蒸汽混合后对外供热，以满足用户的用热需求；
15.当热电联供机组需要供给的热电比减小时，则通过储热系统储存蒸汽热量，储热系统吸收多余的热量存储，以满足用户的用热用电需求。
16.当热电联供机组需要供给的热电比增大时，则通过储热装置放热给热网循环水，打开间壁式换热器进口阀门，打开间壁式换热器出口阀门，热网循环水在间壁式换热器中吸收储热介质的放热后进入混合加热器，与蒸汽混合后对外供热，以满足用户的用热需求；
17.当热电联供机组需要供给的热电比减小时，则通过储热装置储存多余的热量，打开储热装置出口阀门，打开储热装置进口阀门，储热介质在换热器中吸收多余的热量，存储在储热装置中，同时关闭间壁式换热器进口阀门和间壁式换热器出口阀门，以满足用户的用热用电需求。
18.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
19.相比于单纯的低压缸近零出力调节系统，本发明储热耦合切缸协同调节方法增大了机组热电比的调节上限，增大了机组的热电运行域，能提高机组的电负荷调节能力，同时还能提升供热能力；本发明所述储热装置可以实时储热、放热，相比于单纯的低压缸近零出力调节供热，本发明基于储热系统耦合切缸协同调节，极大地提高机组热电调节的灵活性和调节效率；本发明储热耦合切缸协同调节方法的操作简单，可靠性高，系统简单，可用性强。
附图说明
20.图1是本发明一种储热耦合切缸热电联供空冷机组灵活性调节系统示意图；
21.图2是本发明一种储热耦合切缸热电联供湿冷机组灵活性调节系统示意图；
22.图3是本发明实施例2机组进行了低压缸近零出力和储热耦合切缸后的的热电比；
23.图4是本发明实施例2机组储热耦合低压缸近零出力的热电运行域。
24.图中，1、锅炉，2、汽轮机高压缸，3、汽轮机中压缸，4、汽轮机低压缸，5、中压缸进汽调门，6、冷却蒸汽旁路调节阀，7、储热换热器，8、高压缸进器调节阀，9、蝶阀，10、储热装置进口阀门，11、储热装置出口阀门，12、空冷岛风机，13、空冷岛，14、给水泵，15、储热装置，16、间壁式换热器进口阀门，17、间壁式换热器出口阀门，18、间壁式换热器，19、混合换热器，20、给水泵出口阀门，21、给水泵进口阀门，22、凝汽器，23、凉水塔，24、循环水泵。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明的优选实施示例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
26.实施示例1
27.某东方汽轮机有限公司制造的nzk600－24.2/5668/566型超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机组，tha工况时，主蒸汽压力24.2mpa，主蒸汽温度566℃，再热蒸汽温度566℃，低压缸进汽压力1.06mpa，进汽焓值3193.4kj/kg。近些年新能源光伏、风电装机容量增速发展，光伏、风电等新能源具有间歇性和不稳定性的特征，因此火电机组的调节任务凸显。该直接空冷机组进行了低压缸零出力改造后，负荷响应速率大幅降低，20
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30％负荷区间响应速率由1.5％pe/min下降至1.0％pe/min以下。
28.现对该直接空冷机组实施一种储热耦合切缸热电联供机组灵活性调节系统和方法，对直接热电联供机组增设储热装置、储热换热器及其附属设备。储热装置内储存有储热介质，分为冷区和热区。储热介质可以是所有储热介质，包括水、油等。热电联供机组可以通过储热系统和低压缸近零出力系统协同调节机组热电出力，增加了机组的电负荷调节能力、提升供热能力、增加热电比调节上限。如果热电联供机组需要供给的热电比增大，则可以通过储热装置放热给热网循环水回水，热网循环水被加热以后进入混水加热器与抽汽混合继续被加热，然后对外供热，以满足用户的用热需求。如果热电联供机组需要供给的热电比减小，则可以通过储热装置储存多余的热量，此时储热装置不再对热网循环水供热，通过抽汽在混水加热器中加热，以满足用户的用热需求。当直接空冷机组需要供给的热电比在一定范围内波动时，可以通过储热装置储存或者释放多余的热量，以满足用户的用热需求，相比于单纯低压缸近零出力，减少了机组的调节次数，提高了切缸直接空冷机组运行的安全性，增大了直接空冷机组的热电比的调节上限，增大了机组的热电运行域，增加了机组的电负荷调节能力，提升供热能力。
29.参考图1，储热耦合切缸热电联供机组灵活性调节系统和方法的运行方式：
30.1、如果热电联供机组需要供给的热电比增大，则可以通过储热装置15放热给热网循环水，打开间壁式换热器进口阀门16，打开间壁式换热器出口阀门17，热网循环水在间壁式换热器18中吸收储热介质的放热后进入混合加热器21，与蒸汽混合后对外供热，以满足用户的用热需求，相比于低压缸近零出力，减少机组的调节次数，提高机组运行的安全性，提高机组的热电比的调节上限，增大直接空冷机组的热电运行域，增加机组的电负荷调节能力，提升供热能力。
31.2、如果热电联供机组需要供给的热电比减小，则可以通过储热装置15储存多余的热量，打开储热装置出口阀门11，打开储热装置进口阀门10，储热介质在换热器7中吸收多余的热量，存储在储热装置15中，同时关闭间壁式换热器进口阀门16和间壁式换热器出口阀门17，以满足用户的用热需求，相比于低压缸近零出力，减少了机组的调节次数，提高了机组运行的安全性，增大了直接空冷机组的热电比的调节下限，增大了直接空冷机组的热电运行域。
32.实施示例2
33.某东方汽轮机有限公司制造的n330－16.7/537/537型亚临界、一次中间再热、单轴、两缸两排汽、凝汽式汽轮机组，额定功率330mw，最大功率350.6mw，额定主蒸汽量999.6t/h，最大主蒸汽量：1079.0t/h，额定蒸汽参数16.7mpa/537℃主汽门前，再热蒸汽参数3.191mpa/537℃(中联门前)，背压5.2kpa。该机组进行了低压缸零出力改造后，负荷响应速率及综合能效大幅降低。
34.现对该湿冷机组实施本发明所述方案，对该湿冷机组增设储热装置、储热换热器
及其附属设备。储热装置内储存有储热介质，分为冷区和热区。储热介质可以是水或油。湿冷机组可以通过储热系统和低压缸近零出力系统协同调节机组热电出力，增加机组的电负荷调节能力、提升供热能力、增加热电比调节上限，提高机组热电调节的灵活性和调节效率。如果湿冷机组需要供给的热电比增大，则可以通过储热装置放热给热网循环水回水，热网循环水被加热以后进入混水加热器与抽汽混合继续被加热，然后对外供热，以满足用户的用热需求。如果湿冷机组需要供给的热电比减小，则可以通过储热装置储存多余的热量，此时储热装置不再对热网循环水供热，热网循环水与抽汽在混水加热器中混合被加热，以满足用户的用热需求。当湿冷机组需要供给的热电比在一定范围内波动时，可以通过储热装置储存或者释放多余的热量，以满足用户的用热需求，相比于单纯低压缸近零出力，减少了湿冷机组的调节次数，提高了切缸湿冷机组运行的安全性，增大了湿冷机组的热电比的调节上限，增大了湿冷机组的热电运行域，增加了湿冷机组的电负荷调节能力，提升供热能力。
35.图3为机组进行了低压缸近零出力和储热耦合切缸后的的热电比。图4为机组储热耦合低压缸近零出力的热电运行域。该300mw机组配置的相变储热罐的容量为20mwh，储放热功率容量为20mw的大容量中温相变储热装置。从图3可知，相变储热耦合低压缸近零出力系统可以增大机组的热电比的域值范围，低压缸近零出力运行时，随着锅炉蒸发量的增大，热电比逐渐增大，机组热电比域值范围为2.38
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2.54；相变相变储热耦合低压缸近零出力运行时，随着锅炉蒸发量的增大，热电比先增大然后逐渐减小，机组的热电比为2.64
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2.71，相变储热耦合低压缸近零出力后，机组的热电比的阈值范围增大了4％
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12％。从图4可知，低压缸近零出力运行时，机组的供热功率为158mw
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494mw，电功率为67mw
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195mw；相变储热耦合低压缸近零出力运行时，机组的热电运行域增大，机组的供热功率为178mw
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514mw，电功率为67mw
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195mw。
36.参考图3，对于湿冷机组，循环冷却水在凉水塔23中冷却后进入凝汽器22吸收乏汽热量，冷凝后的乏汽变为冷凝水经给水泵进口阀门21、给水泵14和给水泵出口阀门20后进入锅炉1转变为主蒸汽和再热蒸汽，吸收热量的冷却循环水经循环水泵入口阀门、循环水泵24以及循环水泵出口阀门进入凉水塔23进行冷却。
37.储热耦合切缸热电联供湿冷机组灵活性调节系统和方法的运行方式：
38.1、如果机组需要供给的热电比增大，则可以通过储热装置15放热给热网循环水，打开间壁式换热器进口阀门16，打开间壁式换热器出口阀门17，热网循环水在间壁式换热器18中吸收储热介质的放热后进入混合加热器19，与蒸汽混合后对外供热，以满足用户的用热需求，相比于低压缸近零出力，减少了湿冷机组的调节次数，提高了湿冷机组运行的安全性，增大了湿冷机组的热电比的调节上限，增大了机组的热电运行域。
39.2、如果机组需要供给的热电比减小，则可以通过储热装置15储存多余的热量，打开储热装置出口阀门11，打开储热装置进口阀门10，储热介质在换热器7中吸收多余的热量，存储在储热装置15中，同时关闭间壁式换热器进口阀门16和间壁式换热器出口阀门17，以满足用户的用热需求，相比于低压缸近零出力，减少湿冷机组的调节次数，提高湿冷机组运行的安全性，增大湿冷机组的热电比的调节下限，增大湿冷机组的热电运行域。