用于热电厂的电锅炉与首站并联热电调峰系统的制作方法

1.本实用新型属于热电厂技术领域，具体涉及一种用于热电厂的电锅炉与首站并联电调峰系统。


背景技术：

2.2019年底全国风电累计装机2.1亿千瓦，风电装机占全部发电装机的10.4%。2019年底光伏发电累计装机达到20430万千瓦，同比增长17.3%。2019年上半年，全国新增水电并网容量182万千瓦。国内电力行业装机容量持续增加，其中新能源装机容量增长迅速，电力行业装机已经明显出现产能过剩问题，部分地区弃风弃光弃水现象严重，造成新能源极大浪费。为了响应国家政策要求，提高新能源利用率，需要火电机组参与调峰辅助服务。各个地区分别出台文件，鼓励火电机组进行深度调峰，为新能源发电让路。尤其在北方地区采暖季，由于大部分机组需要供热， 热负荷限定了火电机组的最低出力能力，导致冬季新能源发电困难，弃电率教高。为此，需要新型供热系统可以在采暖季能够满足机组调峰辅助服务的需要。
3.调峰是由于用电负荷是不均匀的，在用电高峰时，电网往往超负荷，此时需要投入在正常运行以外的发电机组以满足需求，这些发电机组称调峰机组；因为他用于调节用电的高峰，所以称调峰机组，调峰机组的要求是启动和停止方便快捷，并网时同步调整容易，一般调峰机组有燃气轮机机组和抽水蓄能机组。
4.电能不能大量储存，电能的发出和使用是同步的，所以需要多少电量，发电部门就必须同步发出多少电量，电力系统中的用电负荷是经常发生变化的，为了维持用功功率平衡，保持系统频率稳定，需要发电部门相应改变发电机的出力以适应用电负荷的变化
5.热电厂一般采用高背压换热器，将热电厂低压缸的冷端余热回收用以加热热网循环水。由于低压缸排汽压力较低温度较低，加热能力有限，热网循环水还需要在热网首站内通过汽轮机抽汽进一步加热至热网循环水供水温度。由于抽汽压力抽汽温度及高背压要求，机组发电负荷很难降低，一般都要维持在60%以上的发电负荷，增加了汽轮机的发电负荷，不利于热电调峰的顺利进行。


技术实现要素：

6.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于热电厂的电锅炉与首站并联电调峰系统。
7.本实用新型的具体方案如下：
8.用于热电厂的电锅炉与首站并联热电调峰系统，包括供热管网、汽轮机组和背压凝汽器，所述汽轮机组至少为一组，所述背压凝汽器至少为一个，每个汽轮机组均包括汽轮机中压缸和汽轮机低压缸，所述汽轮机中压缸和汽轮机低压缸管道连接，所述汽轮机低压缸与所述背压凝汽器管道连接，所述汽轮机中压缸上设置有排气支路，不同组的汽轮机中压缸之间还设置有联通管路，所述排气支路上设置有高背压汽轮发电机组，不同的高背压
汽轮发电机组通过联通管路管道连接，所述高背压汽轮发电机组的排气口上设置有加热器，所述加热器至少为一个，所述加热器与背压凝汽器管道连接，所述加热器两端还并联连接有至少一组电锅炉加热系统，所述汽轮机组与电锅炉加热系统电连接，所述电锅炉加热系统与背压凝汽器管道连接，所述背压凝汽器与供热管网管道连接。
9.所述汽轮机组中还包括有第一发电机，所述汽轮机低压缸与第一发电机转动连接，所述第一发电机与电锅炉加热系统电连接。
10.所述高背压汽轮发电机组包括高背压汽轮机和第二发电机，所述高背压汽轮机与第二发电机转动连接，所述高背压汽轮机上设置有第一调节阀，不同的高背压汽轮机通过第一调节阀与不同的加热器管道连接。
11.所述电锅炉加热系统包括板式换热器、电锅炉和炉水循环泵，所述板式换热器包括第一换热进口、第二换热进口、第一换热出口和第二换热出口，所述第二换热出口与电锅炉管道连接，所述电锅炉与炉水循环泵管道连接，所述炉水循环泵与第二换热进口管道连接，所述电锅炉与第一发电机电连接。
12.所述第一换热进口和第一换热出口上均设置有第一换热调节阀，所述加热器上设置有换热进液端、换热出液端、换热进气端和换热排水端，所述换热进液端和换热出液端上均设置有第二换热调节阀，所述加热器通过第一换热调节阀和第二换热调节阀与板式换热器并联连接。
13.不同的背压凝汽器之间管道连接，所述背压凝汽器上设置有背压进气端、背压排水端、背压进液端和背压出液端，所述背压进气端与汽轮机低压缸管道连接，所述供热管网包括供热管网回水端和供热管网供水端，所述供热管网回水端与背压进液端管道连接，所述背压出液端分别与换热进液端和第一换热进口管道连接，所述第一换热出口和换热出液端均与供热管网供水端管道连接。
14.所述背压凝汽器和加热器之间还设置有热网循环泵，所述背压出液端通过热网循环泵分别与换热进液端和第一换热进口管道连接。
15.所述系统中还包括有空冷岛，所述汽轮机低压缸和背压凝汽器之间设置有支路管道，所述支路管道上设置有空冷岛。
16.所述系统中还设置有阀门组，所述阀门组包括第二调节阀门、第三调节阀门、第四调节阀门和第五调节阀门，所述汽轮机中压缸通过第二调节阀门与汽轮机低压缸管道连接，所述汽轮机中压缸通过第三调节阀门与排气支路管道连接，所述第四调节阀门设置在联通管路上，不同的高背压汽轮发电机组通过第四调节阀门管道连接，第五调节阀门设置在支路管道上，所述汽轮机低压缸通过第五调节阀门与空冷岛管道连接。
17.本实用新型公开了一种用于热电厂的电锅炉与首站并联电调峰系统，在所述系统中采用多组汽轮机，汽轮机中的排气在凝汽器中与热网回水进行换热，换热后的热网回水经过并联的电锅炉加热系统对进一步对热网循环水进行加热，电锅炉加热系统替代了机组加热抽汽、有效降低了汽轮机发电负荷，同时电锅炉与第二发电机电连接，电锅炉消耗汽轮机的发电，可以降低发电机组上的上网电负荷，达到满足过供热需要的情况下降低发电负荷参与采暖季调峰辅助服务。
附图说明
18.图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施，而不是全部的实施，基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.如图1所示，所述图1中的细实线表示水路管道，粗实线表示电缆线，虚线表示气路管道，水路管道中流通的是水流，气路管道中流通的是蒸汽，所述电缆线中流通的是电流。
21.用于热电厂的电锅炉与首站并联热电调峰系统，包括供热管网、汽轮机组和背压凝汽器13，所述汽轮机组至少为一组，所述背压凝汽器13至少为一个，每个汽轮机组均包括汽轮机中压缸1和汽轮机低压缸8，所述汽轮机中压缸1和汽轮机低压缸8管道连接，所述汽轮机低压缸8与所述背压凝汽器13管道连接，所述汽轮机中压缸1上设置有排气支路，不同组的汽轮机中压缸1之间还设置有联通管路，所述排气支路上设置有高背压汽轮发电机组，不同的高背压汽轮发电机组通过联通管路管道连接，所述高背压汽轮发电机组的排气口上设置有加热器20，所述加热器20至少为一个，所述加热器20与背压凝汽器13管道连接，所述加热器20两端还并联连接有至少一组电锅炉加热系统，所述汽轮机组与电锅炉加热系统电连接，所述电锅炉加热系统与背压凝汽器13管道连接，所述背压凝汽器13与供热管网管道连接。
22.汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种以蒸汽为动力，并将蒸气的热能转化为机械功的旋转机械，是现代火力发电厂中应用最广泛的原动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功，汽轮机是现代火力发电厂的主要设备之一，也用于冶金工业、化学工业、舰船动力装置中，所述汽轮机的转子和汽缸具有很高的加工精度，主要部件在高温、高压环境中工作，所述汽轮机具有单机功率大、效率高、寿命长等优点。
23.汽轮机根据工作特点可以分为汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸。
24.汽轮机高压缸是主蒸汽进入汽缸的最初阶段，此时的蒸汽压力大，温度高，所以相对应的高压缸叶片短，叶轮直径大。通常汽轮机中压缸、汽轮机高压缸、汽轮机低压缸并列设置，区别就在内部压力的不同。
25.所述背压凝汽器13是将汽轮机的排气冷能成水的一种换热器，凝汽器除将汽轮机的排汽冷凝成水，还能在汽轮机排汽处建立真空和维持真空，所述背压凝汽器13可以提高凝汽器真空的，降低汽轮机的排汽压力，从而增加汽机的效率。
26.在本实施例中，所述汽轮机组优选为两组，所述背压凝汽器13优选为两个，所述加热器20优选为两个，两组汽轮机组之间并联连接，两个背压凝汽器13之间串联连接，两个加热器之间并联连接，具体为，所述汽轮机低压缸8排出的乏气在背压凝汽器13中凝结为水，所述乏气是间接用蒸汽设备排放的高温凝结水中夹带没有被污染的低温蒸汽，所述乏气在背压凝汽器13中凝结为水的过程为放热过程，此时可将供热管网中的回水通入至背压凝汽器13中，供热管网中的水在背压凝汽器13中进行换热，提升了供热管网中的水的温度，同时
也有效利用了汽轮机低压缸8中排出的乏气，采用汽轮机低压缸8中排出的余热进行加热热网管道中的水。
27.在本实施例中还采用高背压发电机组来从汽轮机中压缸1中进行抽气，所述高背压发电机组将抽出的气通过加热器20与供热网管中的水进行再次换热，提升了供热管网中的水温。
28.同时，本实施例中的电锅炉加热系统，也可以对供热管网中的水进行加热，进一步提升供热管网中的水温，使得能够有效提升供热管网中的水温。
29.在实际工作过程中，若有调峰的需求时，可以停止高背压发电机组从汽轮机中压缸1中抽气，仅采用锅炉加热系统来对供热管网中的水进行加热，采用电锅炉加热系统来替代汽轮机中压缸1中的抽气，此时，汽轮机中压缸1中的抽气量为零，降低了汽轮机发电负荷，而且，在本实施例中，电锅炉加热系统还与汽轮机组电连接，电锅炉加热系统消耗汽轮机组发的电，因此可以进一步降低机组上网电负荷，所述系统在满足供热需要的情况下降低了汽轮机组上的上网电负荷，同时所述系统在冬季采暖季参与调峰辅助服务，增大了汽轮机组的调峰能力，增加了电网对新能源的消纳能力，提高了机组盈利能力，所述上网电负荷是发电厂对电网承担的供电负荷，即输送到线路上的负荷称为上网电负荷。
30.所述汽轮机组中还包括有第一发电机9，所述汽轮机低压缸1与第一发电机8转动连接，所述第一发电机9与电锅炉加热系统电连接。
31.发电机是指将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它可以由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能，发电机的工作原理是基于电磁感应定律和电磁力定律，所述发电机是用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的，在本实施例中优选采用汽轮机来为发电机提供机械能。
32.所述高背压汽轮发电机组包括高背压汽轮机5和第二发电机6，所述高背压汽轮机5与第二发电机6转动连接，所述高背压汽轮机5上设置有第一调节阀7，不同的高背压汽轮机5通过第一调节阀7与不同的加热器20管道连接。
33.所述高背压汽轮机5是一种排汽压力大于大气压力的汽轮机，高背压式汽轮机的排汽压力高,蒸汽的焓降较小,与排汽压力很低的汽轮机相比，发出同样的功率，所需蒸汽量大，高背压式汽轮机排汽所含的热量可以供给热用户，不存在冷源损失，所以从燃料的热利用系数来看，高背压式汽轮机的热效率较高。
34.在本实施例中，所述高背压汽轮机5通过排气支路与汽轮机中压缸1管道连接，所述高背压汽轮机5可以从汽轮机中压缸1中进行抽气，抽气后高背压汽轮机5可以驱动第二发电机6进行发电，所述高背压汽轮机5的排气也可以输送至加热器20中，在加热器20中与供热管网的水进行热交换，提高供热管网中水的温度，可以满足冬季采暖时节的用热需求。
35.所述第一调节阀7设置在高背压汽轮机5的排气口上，所述第一调节阀7可以调节进入加热器20中的蒸汽量，也可以通过第一调节阀7的关闭来使得高背压汽轮机5停止输送蒸汽至加热器20中。
36.所述第一调节阀7可以采用截止阀或蝶阀，所述截止阀，也称为截门阀，是使用最广泛的一种阀门之一，所述截止阀由于开闭过程中密封面之间摩擦力小，比较耐用，开启高度不大，制造容易，维修方便，不仅适用于中低压，而且适用于高压，所述截止阀实现了介质
输送、截止、调节等功能。
37.所述蝶阀又叫翻板阀，是通过围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的一种阀，是一种结构简单的调节阀，所述蝶阀不仅结构简单、体积小、重量轻、材料耗用省、安装尺寸小、驱动力矩小、操作简便、迅速，并且还可以同时具有良好的流量调节功能和关闭密封特性，在本实施例中所述第一调节阀7优选为蝶阀。
38.所述电锅炉加热系统包括板式换热器25、电锅炉29和炉水循环泵28，所述板式换热器25包括第一换热进口27、第二换热进口32、第一换热出口26和第二换热出口31，所述第二换热出口31与电锅炉29管道连接，所述电锅炉29与炉水循环泵28管道连接，所述炉水循环泵28与第二换热进口32管道连接，所述电锅炉29与第一发电机9电连接。
39.所述板式换热器25是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。板式换热器25中各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3
‑
5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率较高。
40.所述电锅炉29也称电加热锅炉、电热锅炉，是利用电阻发热或电磁感应发热，通过锅炉的换热部位把热媒水或有机热载体加热到一定温度和压力时，向外输出具有额定工质的一种热能机械设备，所述电锅炉29在结构上易于叠加组合，控制灵活，安全系数更高，维修更换方便的有益效果，在本实施例中，所述电锅炉29优选采用电磁感应发热来进行加热。
41.所述电锅炉29中加热后的水可以通过炉水循环泵28输送至板式换热器25中，在板式换热器25中电锅炉29加热的水与供热管网的水进行热交换。
42.所述电锅炉29与第一发电机9电连接，如图1中所示，图中用粗实现表示电缆线，第一发电机9中产生的电能通过电缆线输送至电锅炉29中，为电锅炉29对水进行加热提供电能。所述电锅炉29消耗第一发电机9中的产生的电能，可以减少第一发电机9的上网电负荷。
43.所述电锅炉29得电后，通过电磁感应来对电锅炉29中的水进行加热，当加热到所需温度后，所述炉水循环泵28将电锅炉29中的水通过第二换热进口32将高温水泵入至板式换热器25中，高温水在板式换热器25中换热后，温度降低，降温后的水通过第二换热出口31再次回流至电锅炉29中进行加热至所需要的水温，以进行下次的热交换。
44.所述第一换热进口27和第一换热出口26上均设置有第一换热调节阀33，所述加热器20上设置有换热进液端21、换热出液端23、换热进气端22和换热排水端24，所述换热进液端21和换热出液端23上均设置有第二换热调节阀19，所述加热器20通过第一换热调节阀33和第二换热调节阀19与板式换热器25并联连接，在本实施例中，所述第一换热调节阀33和第二换热调节阀19优选为蝶阀。
45.高背压汽轮机5排出的蒸汽通过换热进气端22输送至换热器20中，在换热器20中，所述蒸汽与换热进液端21流入的热网回水进行换热，换热后热网回水的水温升高，升高的水温通过换热排水端24再次进入热网管网中，以为热用户进行再次供热；进入换热器20中的蒸汽通过换热后蒸汽温度降低并冷凝成水，冷凝后的水从换热出液端23流出。
46.不同的背压凝汽器13之间管道连接，所述背压凝汽器13上设置有背压进气端15、背压排水端17、背压进液端14和背压出液端16，所述背压进气端15与汽轮机低压缸8管道连接，所述供热管网包括供热管网回水端12和供热管网供水端30，所述供热管网回水端12与
背压进液端14管道连接，所述背压出液端16分别与换热进液端21和第一换热进口27管道连接，所述第一换热出口26和换热出液端23均与供热管网供水端30管道连接。
47.所述背压凝汽器13和加热器20之间还设置有热网循环泵18，所述背压出液端16通过热网循环泵18分别与换热进液端21和第一换热进口27管道连接。
48.从汽轮机低压缸8中排出的乏气通过背压进气端15输送至背压凝汽器13中，所述背压凝汽器13将乏气冷凝为液体并通过背压排水端17将冷凝后的液体排出，在乏气冷凝为液体的过程为放热过程，在背压凝汽器13中，供热管网回水端12中的水通过背压进液端14流入至背压凝汽器13中完成换热，升温后的水通过背压出液端16流出，并输送至换热进液端21和第一换热进口27管道处，通过调节第一换热调节阀33和第二换热调节阀19的开启或关闭来将升温后的水再次与加热器20或板式换热器25进行换热，进一步提升水温。
49.在本实施例中，优选采用两个背压凝汽器13串联的方式来将汽轮机低压缸8排出的乏气进行冷凝。
50.所述系统中还包括有空冷岛11，所述汽轮机低压缸8和背压凝汽器13之间设置有支路管道，所述支路管道上设置有空冷岛11。所述空冷岛11包括多台冷却风机，可以将多余的乏气通过空冷岛11进行降温冷却。
51.所述系统中还设置有阀门组，所述阀门组包括第二调节阀门2、第三调节阀门3、第四调节阀门4和第五调节阀门10，所述汽轮机中压缸1通过第二调节阀门2与汽轮机低压缸8管道连接，所述汽轮机中压缸1通过第三调节阀门3与排气支路管道连接，所述第四调节阀门4设置在联通管路上，不同的高背压汽轮发电机组通过第四调节阀门4管道连接，第五调节阀门10设置在支路管道上，所述汽轮机低压缸8通过第五调节阀门10与空冷岛11管道连接。
52.所述第二调节阀门2、第三调节阀门3、第四调节阀门4和第五调节阀门10优选为蝶阀。
53.所述第二调节阀门2可以调节汽轮机中压缸1与汽轮机低压缸8之间的流通的蒸汽量，所述第三调节阀3可以调节汽轮机中压缸1的抽气量，所述第四调节阀门4可以调节不同汽轮机组之间的蒸汽流通量。
54.所述热电厂的电锅炉与首站并联热电调峰系统的具体工作过程如下：
55.在不需要调峰辅助服务时，所述系统正常运行，供热管网回水端12处的回水首先进入背压凝汽器13中进行换热，换热蒸汽采用汽轮机低压缸8的部分排汽，所述系统中包括两个背压凝汽器13，首先在第一个高背压凝气器13中进行换热，换热完成后进入第二个背压凝汽器进行继续换热。经过背压凝汽器加热后的回水再进入加热器20中，在加热器20中通过抽取汽轮机中压缸1的排汽来加热热网回水至需要的温度后输出至供热管网供水端30为热用户供热。
56.在需要调峰辅助服务时，首先将第一调节阀7和第二换热调节阀19关闭，将第三调节阀3的开度调小，使得有少量蒸汽能从汽轮机中压缸1中输送至高背压汽轮机5中。此时，汽轮机中压缸1的抽汽量减小，加热器20的出力减小，但供热管网中循环水的水温度将会降低不满足供热需要,所以此时，将第一换热调节阀33开启，启动电锅炉29，开启炉水循环泵28，电锅炉29从第一发电机9中获取电能。电锅炉29将炉水加热并通过炉水循环泵28进行循环，同时在板式换热器25中释放热量，释放的热量将供热管网中的循环水进行加热。
57.所述系统中通过调整加热器20上的第一调节阀7和第二换热调节阀19的开度来调整加热器20上的进汽量和进水量，通过调整来调整第一换热调节阀33的开度来调节板式换热器25的进水量来调整抽汽加热和电锅炉加热的热量分配，在实际工作中，可以根据调峰辅助服务的需要，可以通过第一调节阀7、第二换热调节阀19和第一换热调节阀33的开度大小以实现灵活调峰。
58.本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。