CN105783080A - 大型空冷发电机组高背压供热配套热压机组供热系统及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大型空冷发电机组高背压供热配套热压机组供热系统及调节方法，所述系统配置主要包括第一级热压机组、第二级热压机组、采暖中排抽汽管道、汽轮机乏汽管道、第一级加热器、第二级加热器、热网加热器以及相关装置阀门和管件。本发明系统利用后，对机组电负荷与热负荷不匹配情况有较强的适应性，调节方法主要是精确控制几级热压机的投入、高背压乏汽与中排抽汽等之间的切换，以及各加热器的投入时机等，提出主要目的是为了解决机组电负荷与热负荷不匹配时经济性差，结合调节方法后的热压机供热系统整个供热周期经济性与高背压加中排抽汽供热方式比较经济性显著提高。

Description

大型空冷发电机组高背压供热配套热压机组供热系统及调节方法

技术领域

本发明涉及热压机组供热系统及调节方法，尤其是涉及大型空冷发电机组高背压供热配套热压机组供热系统及调节方法

背景技术

汽轮机排汽热损失是火电厂热损失中最大一项损失，如果能有效利用对汽轮机组热效率的提高，节能减排，污染物控制都有较大贡献，而随着国家步入城镇化，当前城市集中供暖热源短期短缺问题日益凸显，若能够利用汽轮机排汽热损失供热，将全面解决这两个问题。

近几年，空冷高背压供热技术日趋成熟也得到了有效推广，空冷高背压供热技术在火力发电厂供热改造也有了相关应用，但是新技术的应用相应也出现了很多问题，空冷高背压供热技术有很大的局限性，改造后机组经济性对热负荷以及电负荷变化较敏感。

空冷高背压供热技术需要供热负荷较大，若供热负荷相对较小即不适合进行高背压改造；即便改造应用后若机组电负荷较高，热负荷较低时，就会有较多高背压乏汽上空冷岛冷却被白白浪费；若机组电负荷较低，热负荷较高时，机组乏汽量较少，需要大量的中排抽汽加热热网循环水，此时经济性较差。

申请号:CN201520011643.6中国专利公开了一种空冷机组乏汽余热多级串联供热系统，通过多级背压机组与尖峰加热器之间顺序连接，热网循环水依次通过各级机组实现梯级加热。虽然可加热热网循环水至热用户需求温度，但较多背压机组的串联对供热安全性和机组安全保障有一定影响，并且该技术对空冷高背压供热技术对供热负荷较小以及电负荷和热负荷变化较大时经济性较差的问题没有解决。申请号：CN201210576499.1空冷机组低温热源采暖加热系统，对空冷机组低温热源加热系统的相关原理及改造效果进行了论述，但是并未对空冷高背压供热技术对供热负荷较小以及电负荷和热负荷变化较大时经济性较差的问题进行说明和解决。

现有技术的缺陷主要体现在：

1、空冷高背压机组最高背压受限，乏汽对热网循环水温升受限，当热网循环水供水温度较高时，需大量中排抽汽加热，乏汽供热比例较低。

2、空冷高背压机组无法适应供热负荷较小的机组。

3、空冷高背压技术对机组电负荷与热负荷波动不匹配适应性差，当机组电负荷较高，而热负荷较低时有大量高背压乏汽上空冷岛冷却，被白白浪费；当机组电负荷较低，而热负荷较高时需大量中排抽汽加热热网循环水，高品位蒸汽利用较高经济性较差。

附图说明

接下来将参考附图对本发明作进一步的描述，图中：

图1：本发明的大型空冷发电机组高背压供热配套热压机组供热系统的原理图；

图2：随时间变化的参数特征图，包括机组电负荷即乏汽量随时间变化线201，热负荷稳定时乏汽量随时间变化匹配线202，机组电负荷较热负荷大高背压蒸汽需上空冷岛时区域A、C、D、E，机组电负荷较热负荷小需中排抽汽补充时区域B。

其中：

#2机组低背压乏汽来1、

中排抽汽2，

第一级真空热压机组3，

第二级真空热压机组4，

#1机组高背压乏汽来5，

第一级加热器6，

第二级加热器7，

热网加热器8，

热网循环水回水9，

热网循环水供水10，

中排抽汽11。

具体实施方式

本发明提供一种大型空冷发电机组高背压供热配套热压机组供热系统及调节方法，所述系统配置主要包括第一级热压机组、第二级热压机组、采暖中排抽汽管道、汽轮机乏汽管道、第一级加热器、第二级加热器、热网加热器以及相关装置阀门和管件。本发明系统利用后，对机组电负荷与热负荷不匹配情况有较强的适应性，当第一级加热器消纳不完高背压乏汽，需要高背压乏汽上空冷岛时，本系统第二级真空热压机组可利用这部分高背压乏汽匹配成更高背压蒸汽在第二级加热器继续加热热网循环水；当高背压乏汽不足以满足第一级加热器，需增加中排抽汽量时，本系统可用第一级真空热压机组利用中排抽汽喷射抽取#2低背压乏汽匹配成高背压乏汽补充；本系统也可不依靠#1机组高背压乏汽独立加热热网循环水至热用户需求温度供出。

调节方法主要是精确控制几级热压机的投入、高背压乏汽与中排抽汽等之间的切换，以及各加热器的投入时机等，提出主要目的是为了解决机组电负荷与热负荷不匹配时经济性差，结合调节方法后的热压机供热系统整个供热周期经济性与高背压加中排抽汽供热方式比较经济性显著提高。

1、本发明所述系统通过第二级热压机利用中排抽汽喷射抽取高背压乏汽可以匹配出更高压力的蒸汽，尽可能多的利用乏汽加热热网循环水，使乏汽加热温升进一步提高，较空冷机组乏汽加热温度高15℃左右。

2、针对供热负荷较小，空冷高背压技术无法适应的空冷机组，利用本发明系统，利用少量中排抽汽喷射抽取低压缸正常排汽匹配成高背压蒸汽加热热网循环水，相对高背压技术，本系统改造后上空冷岛乏汽为正常背压，经济性较好。

3、利用本发明系统，机组能适应电负荷与热负荷不匹配波动工况，当机组电负荷较高，而热负荷较低时，利用第二级热压机通过少量中排抽汽喷射抽取需上空冷岛的高背压乏汽匹配出更高压力的蒸汽加热热网循环水利用；当机组电负荷较低，而热负荷较高时利用第一级热压机通过少量中排抽汽喷射抽汽#2机组低背压乏汽匹配出高背压蒸汽补充至第一级加热器加热热网循环水。

本发明提供了一种大型空冷发电机组高背压供热配套热压机组供热调节系统和调节方法，所述系统配置主要包括第一级热压机组3、第二级热压机组4、汽轮机低背压乏汽管道1、采暖中排抽汽管道2、11、汽轮机高背压乏汽管道5、第一级加热器6、第二级加热器7、热网加热器8、以及相关装置阀门和管件。本专利系统示意图为附图1，机组乏汽量即电负荷与热负荷匹配图为附图2。

本发明系统可单独供热运行、也可配合空冷高背压供热机组运行。根据功能不同可分为以下三个典型工况流程：

一、本系统单独运行，利用#2正常背压乏汽与中排抽汽配合热压机与加热器供热。

本系统单独运行，第一级热压机组3利用中排抽汽2喷射抽取#2机组正常背压乏汽匹配成高背压蒸汽进入第一级加热器6加热热网循环水回水9至TA温度，第二级热压机组4利用中排抽汽2喷射抽取第一级热压机组3后蒸汽匹配成更高背压蒸汽进入第二级加热器7加热热网循环水至TB温度，热网加热器8利用中排抽汽11加热热网循环水至TC温度供出。TR为热用户需求温度，在供暖不同时期投入相应的加热器与其对应的热压机及相关抽汽与乏汽：TR<TA时，只投入第一级加热器；TA<TR<TB时，投入第一级、第二级加热器；TB<TR<TC，投入所有加热器。

二、本系统与空冷高背压供热机组配合运行，电负荷与热负荷不匹配出现附图2区域B情况时

与空冷高背压供热机组配合运行，当#1机组电负荷较高，而热负荷较低时，#1机组低压缸排汽量大于第一级加热器6所需乏汽量，部分高背压乏汽需上空冷岛冷却时，本系统流程：#1机组部分高背压乏汽5进入第一级加热器6加热热网循环水回水9至TA温度，第一级热压机组3利用中排抽汽2喷射抽取#2机组正常背压乏汽匹配成高背压蒸汽与剩余#1机组高背压乏汽由第二级热压机通过中排抽汽2喷射抽取匹配成高背压蒸汽进入第二级加热器7加热热网循环水至TB温度，热网加热器8利用中排抽汽11加热热网循环水至TC供出。TR为热用户需求温度，在供暖不同时期投入相应的加热器与其对应的热压机及相关抽汽与乏汽：TR<TA时，只投入第一级加热器；TA<TR<TB时，投入第一级、第二级加热器；TB<TR<TC，投入所有加热器。

三、本系统与空冷高背压供热机组配合运行，电负荷与热负荷不匹配出现附图2区域A或区域C情况时

与空冷高背压供热机组配合运行，当#1机组电负荷较低，而热负荷较高时，#1高背压乏汽量不能满足热网加热器需求时，本系统流程：第一级热压机组3利用中排抽汽2喷射抽取#1正常背压乏汽1匹配成高背压蒸汽与#2机组高背压乏汽5一同进入第一级加热器6加热热网循环水回水9至TA温度，第二级热压机组4利用中排抽汽2喷射抽取第一级热压机组3后蒸汽匹配成更高背压蒸汽进入第二级加热器7加热热网循环水至TB温度，热网加热器8利用中排抽汽11加热热网循环水至TC供出。TR为热用户需求温度，在供暖不同时期投入相应的加热器与其对应的热压机及相关抽汽与乏汽：TR<TA时，只投入第一级加热器；TA<TR<TB时，投入第一级、第二级加热器；TB<TR<TC，投入所有加热器。

机组乏汽量即电负荷与热负荷匹配图为附图2。

利用本发明大型空冷发电机组背压供热配套热压机组系统与调节方法与原背压供热加中排抽汽方式，机组乏汽量即电负荷与热负荷随时间变化匹配图为附图2，机组电负荷即乏汽量随时间变化线201，热负荷稳定时乏汽量随时间变化匹配线202，机组电负荷高乏汽量多本系统无法完全消纳需上空冷岛完区域D、E，机组电负荷高乏汽量多高背压供热技术无法利用需上空冷岛区域A+D、C+E，高背压供热技术机组电负荷低乏汽量无法满足第一级加热需中排抽汽补充加热区域B。对电负荷与热负荷随时间波动不匹配多消耗热量情况分析如下；

(1)高背压加中排抽汽供热方式在机组电负荷与热负荷不匹配时多消耗热量：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}{Q}_1=\underset{0}{\overset{1t}{\&Integral;}}G\left(t\right)(h\left(t\right)-h_0)dt\\ \mathrm{\&Delta;}{Q}_2=\underset{1t}{\overset{2t}{\&Integral;}}\left|G\right(t\left)\right|(h_{zp}-h_{by})dt\\ \mathrm{\&Delta;}{Q}_3=\underset{2t}{\overset{3t}{\&Integral;}}G\left(t\right)(h\left(t\right)-h_0)dt\\ Q_b=\mathrm{\&Delta;}{Q}_1+\mathrm{\&Delta;}{Q}_2+\mathrm{\&Delta;}{Q}_3\end{array}\right.$

式中：ΔQ₁为A+D区域高背压乏汽上空冷岛多消耗热量；ΔQ₂为B区域高背压乏汽不足需中排抽汽补充多消耗热量；ΔQ₃为C+E区域高背压乏汽上空冷岛多消耗热量；Q_b为整个时间段高背压加中排抽汽供热方式多消耗热量；G(t)为乏汽量随时间变化曲线函数；h(t)为乏汽量(同电负荷)随时间变化时高背压乏汽焓值；h₀为机组正常背压下乏汽焓值；h_zp为机组中排抽汽焓值；h_by为机组高背压乏汽焓值。

(2)本系统供热方式在机组电负荷与热负荷不匹配时多消耗热量：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}{Q}_D=\underset{0}{\overset{1t^{\&prime;}}{\&Integral;}}G\left(t\right)(h\left(t\right)-h_0)dt\\ \mathrm{\&Delta;}{Q}_E=\underset{3t^{\&prime;}}{\overset{3t^{\&prime;}}{\&Integral;}}G\left(t\right)(h\left(t\right)-h_0)dt\\ Q_r=\mathrm{\&Delta;}{Q}_D+\mathrm{\&Delta;}{Q}_E\end{array}\right.$

式中：ΔQ_D为D区域高背压乏汽上空冷岛多消耗热量；ΔQ_E为E区域高背压乏汽上空冷岛多消耗热量；Q_r为整个时间段本系统供热方式多消耗热量。

Q_b＞Q_r表明本专利系统经济性明显优于高背压加中排抽汽供热技术。

本系统中热压机级数和压缩比等参数可根据中压缸排汽、辅机小机乏汽以及匹配目标蒸汽参数选取，热压机所用蒸汽喷射器也可选用可调式。

具体地，参考图1，所述第一级热压机利用中排抽汽喷射抽取低背压机组乏汽匹配成可进入第一级加热器或第二级热压机的目标蒸汽。

所述第二级热压机利用中排抽汽喷射抽取第一级热压机匹配后的蒸汽或高背压机组乏汽匹配出适合第二级加热器可利用的目标蒸汽。

所述第一级加热器可利用高背压乏汽加热热网循环水，也可利用部分第一级热压机利用中排抽汽喷射抽取的低背压乏汽匹配出的蒸汽。

所述第二级加热器利用第二级热压机匹配后蒸汽加热第一级加热器出水。

所述热网加热器利用中排抽汽加热第二级加热器出水至热用户需求温度后供出。

再参考图2，机组电负荷即乏汽量随时间变化线201，热负荷稳定时乏汽量随时间变化匹配线202，机组电负荷较热负荷大高背压蒸汽需上空冷岛时区域A、C、D、E，机组电负荷较热负荷小需中排抽汽补充时区域B。

Q_b为空冷高背压机组电负荷与热负荷不匹配时多消耗热量Q_r为本专利系统在电负荷与热负荷不匹配时多消耗热量

利用本发明，通过两级热压机组匹配后的蒸汽比高背压机组乏汽温度高，乏汽利用率高。本发明的系统改造对机组电负荷和热负荷无匹配要求，可适应供热负荷较小的空冷机组进行供热改造，而且本系统通过特有的调节方法，经济性较现有技术有较大提高，节能减排效果更显著。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的保护范围由权利要求书所限定。

Claims (5)

1.一种大型空冷发电机组高背压供热配套热压机组供热调节系统的调节方法，所述系统主要包括第一级热压机组3、第二级热压机组4、汽轮机低背压乏汽管道1、采暖中排抽汽管道2、11、汽轮机高背压乏汽管道5、第一级加热器6、第二级加热器7、热网加热器8、以及相应的阀门和管件；

其中#2正常背压乏汽与中排抽汽配合热压机与加热器供热；

本系统单独运行，第一级热压机组3利用中排抽汽2喷射抽取#2机组正常背压乏汽匹配成高背压蒸汽进入第一级加热器6加热热网循环水回水9至TA温度，第二级热压机组4利用中排抽汽2喷射抽取第一级热压机组3后蒸汽匹配成更高背压蒸汽进入第二级加热器7加热热网循环水至TB温度，热网加热器8利用中排抽汽11加热热网循环水至TC温度供出；

其中TR为热用户需求温度，在供暖不同时期投入相应的加热器与其对应的热压机及相关抽汽与乏汽：

并且参考下列运行条件：

(1)、当TR<TA时，只投入第一级加热器；

(2)、TA<TR<TB时，投入第一级、第二级加热器；

(3)、TB<TR<TC，投入所有加热器。

2.一种大型空冷发电机组高背压供热配套热压机组供热调节系统的调节方法，所述系统主要包括第一级热压机组3、第二级热压机组4、汽轮机低背压乏汽管道1、采暖中排抽汽管道2、11、汽轮机高背压乏汽管道5、第一级加热器6、第二级加热器7、热网加热器8、以及相应的阀门和管件；其中本系统与空冷高背压供热机组配合运行；

当#1机组电负荷较高，而热负荷较低时，#1机组低压缸排汽量大于第一级加热器6所需乏汽量，部分高背压乏汽需上空冷岛冷却时，本系统的工作流程为：

#1机组部分高背压乏汽5进入第一级加热器6加热热网循环水回水9至TA温度，第一级热压机组3利用中排抽汽2喷射抽取#2机组正常背压乏汽匹配成高背压蒸汽与剩余#1机组高背压乏汽由第二级热压机通过中排抽汽2喷射抽取匹配成高背压蒸汽进入第二级加热器7加热热网循环水至TB温度，热网加热器8利用中排抽汽11加热热网循环水至TC供出；

其中TR为热用户需求温度；

在供暖不同时期投入相应的加热器与其对应的热压机及相关抽汽与乏汽：

(1)、TR<TA时，只投入第一级加热器；

(2)、TA<TR<TB时，投入第一级、第二级加热器；

(3)、TB<TR<TC，投入所有加热器。

3.一种大型空冷发电机组高背压供热配套热压机组供热调节系统的调节方法，所述系统主要包括第一级热压机组3、第二级热压机组4、汽轮机低背压乏汽管道1、采暖中排抽汽管道2、11、汽轮机高背压乏汽管道5、第一级加热器6、第二级加热器7、热网加热器8、以及相应的阀门和管件；其中本系统与空冷高背压供热机组配合运行；

当#1机组电负荷较低，而热负荷较高时，#1高背压乏汽量不能满足热网加热器需求时，本系统的工作流程为：

第一级热压机组3利用中排抽汽2喷射抽取#1正常背压乏汽1匹配成高背压蒸汽与#2机组高背压乏汽5一同进入第一级加热器6加热热网循环水回水9至TA温度，第二级热压机组4利用中排抽汽2喷射抽取第一级热压机组3后蒸汽匹配成更高背压蒸汽进入第二级加热器7加热热网循环水至TB温度，热网加热器8利用中排抽汽11加热热网循环水至TC供出，其中TR为热用户需求温度；

在供暖不同时期投入相应的加热器与其对应的热压机及相关抽汽与乏汽：

(1)、TR<TA时，只投入第一级加热器；

(2)、TA<TR<TB时，投入第一级、第二级加热器；

(3)、TB<TR<TC，投入所有加热器。

4.根据权利要求1-3的任一项所述的大型空冷发电机组高背压供热配套热压机组供热调节方法，其中对电负荷与热负荷随时间波动不匹配多消耗热量情况分析如下；

(1)高背压加中排抽汽供热方式在机组电负荷与热负荷不匹配时多消耗热量：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}{Q}_1=\underset{0}{\overset{1t}{\&Integral;}}G\left(t\right)\left(h\right(t)-h_0)dt\\ \mathrm{\&Delta;}{Q}_2=\underset{1t}{\overset{2t}{\&Integral;}}\left|G\right(t\left)\right|(h_{zp}-h_{by})dt\\ \mathrm{\&Delta;}{Q}_3=\underset{2t}{\overset{3t}{\&Integral;}}G\left(t\right)\left(h\right(t)-h_0)dt\\ Q_b=\mathrm{\&Delta;}{Q}_1+\mathrm{\&Delta;}{Q}_2+\mathrm{\&Delta;}{Q}_3\end{array}\right.$

式中：ΔQ₁为A+D区域高背压乏汽上空冷岛多消耗热量；ΔQ₂为B区域高背压乏汽不足需中排抽汽补充多消耗热量；ΔQ₃为C+E区域高背压乏汽上空冷岛多消耗热量；Q_b为整个时间段高背压加中排抽汽供热方式多消耗热量；G(t)为乏汽量随时间变化曲线函数；h(t)为乏汽量(同电负荷)随时间变化时高背压乏汽焓值；h₀为机组正常背压下乏汽焓值；h_zp为机组中排抽汽焓值；h_by为机组高背压乏汽焓值；

(2)本系统供热方式在机组电负荷与热负荷不匹配时多消耗热量：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;Q}}_D=\underset{0}{\overset{1t^{\&prime;}}{\&Integral;}}G\left(t\right)\left(h\right(t)-h_0)dt\\ {\mathrm{\&Delta;Q}}_E=\underset{3t^{\&prime;}}{\overset{3t^{\&prime;}}{\&Integral;}}G\left(t\right)\left(h\right(t)-h_0)dt\\ Q_r={\mathrm{\&Delta;Q}}_D+{\mathrm{\&Delta;Q}}_E\end{array}\right.$

式中：ΔQ_D为D区域高背压乏汽上空冷岛多消耗热量；ΔQ_E为E区域高背压乏汽上空冷岛多消耗热量；Q_r为整个时间段本系统供热方式多消耗热量。

5.一种实施如权利要求1-4的任一项所述的大型空冷发电机组高背压供热配套热压机组供热调节系统的调节方法的大型空冷发电机组高背压供热配套热压机组供热调节系统，该系统主要包括第一级热压机组3、第二级热压机组4、汽轮机低背压乏汽管道1、采暖中排抽汽管道2、11、汽轮机高背压乏汽管道5、第一级加热器6、第二级加热器7、热网加热器8、以及相应的阀门和管件。