CN106123086A - 带有蓄热装置的热电联产机组及其调峰方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热电技术领域，涉及一种带有蓄热装置的热电联产机组及其调峰方法，热电联产机组包括汽轮机、热网加热器、蓄热装置、热网循环水泵，蓄热装置采用相变材料斜温层蓄热罐及其调节系统，放置在热网加热器后，热网加热器部分出水作为蓄热热源。在机组参与调峰产热量变化时，通过启闭阀门，改变蓄热装置的工作状态。当机组产热量大时通过热网加热器供热，蓄热装置蓄热；当产热量少时，蓄热装置放热，替代热网加热器部分抽汽加热热网回水，与热网加热器出水混合后送往热力站，保证机组产热量变化时供热品质不变，以提高热电联产机组参与电网调峰的能力，对消纳如风电可再生能源具有积极意义。本发明适用于参与电网调峰的热电联产机组。

Description

带有蓄热装置的热电联产机组及其调峰方法
技术领域
本发明属于热电技术领域，特别涉及一种带有蓄热装置的热电联产机组及其调峰方法。
背景技术
随着生活水平的提高，电力系统的峰谷差呈逐渐增加趋势，而近年来大规模发展的风电、太阳能等新能源，存在着能量供求在时间和空间上不匹配的问题。这些都对电网的调峰能力提出了更高的要求。
近年来热电联产机组发展较快，装机容量已达3.0亿千瓦，占火电装机容量的近30％。2016年3月，国家发改委、能源局等联合颁布了《热电联产管理办法》针对热电联产发展滞后问题，要求北方大中型城市热电联产集中供热率达到60％以上。随着节能减排的不断推进，我国集中供热面积仍在逐年增加，预计未来将有更多燃煤机组进行供热改造或新增热电联产机组。
传统热电机组供热期采取“以热定电”的运行方式，调峰能力受限。而热电机组占比较大的集中采暖地区往往拥有丰富的风能、太阳能等资源，新能源发电发展迅速。受目前电网调峰能力的限制，新能源弃风弃能现象严重。因此，积极发展多热源供热系统，提高热电联产机组的调峰能力，从而增大新能源发电利用率，是当前热电联产机组面临的关键问题之一。
《热电联产管理办法》明确指出为提高热电联产机组的调峰能力，保证系统的安全，热电联产机组推行安装蓄热装置。
基于蓄热的热电联产机组充分利用蓄热装置的储热密度大，效率高，蓄热稳定的特点，在电网负荷需求量大且产热量也较大时，利用抽汽加热后的部分热网水通过相变潜热储存热量，当电网调峰电负荷下降产热量降低时，蓄热装置储存的热量释放出来加热热网水，替代部分供热抽汽，保证机组参与电网调峰产热量变化时供热品质不变。基于蓄热的热电联产系统，由于其蓄热单罐的相变材料具有储能密度高、放热过程中温度波动范围小等优点，可以满足热网加热器热电联产机组调峰时用热需求。通过增加相变蓄热装置扩大了热电联产机组的供热能力，提高了机组调峰裕度，可增加电网消纳风电等新能源发电的能力。
发明内容
本发明的目的在于为了解决背景技术中所述问题，提供一种带有蓄热装置的热电联产机组及其调峰方法。本发明基于多热源供热，能增加机组的供热能力，适用于热电联产机组的参与电网调峰，利于电网消纳如风电新能源发电。本发明专利采用如下技术方案：
带有蓄热装置的热电联产机组包括汽轮机中压缸1、热网循环水泵2、热网加热器3、汽轮机低压缸4和蓄热装置5；
汽轮机中压缸1和汽轮机低压缸4同轴设置，汽轮机中压缸1排汽口与汽轮机低压缸4进汽口连接，汽轮机中压缸1抽汽口与热网加热器3进汽口连接，热网加热器3水侧出口与蓄热装置5热水进口连接，蓄热装置5热水出口与热网供水管14连接，热网回水管15与蓄热装置5冷水进口连接，蓄热装置5冷水出口与热网循环水泵2进水口连接，热网循环水泵2出水口与热网加热器3水侧入口连接，热网加热器3疏水出口与回热系统连接；
所述蓄热装置5由热水旁路阀门6、热水入口节流阀门7、热水出口阀门11、冷水旁路阀门13、冷水入口阀门12、蓄热入口水泵10、冷水出口阀门8和蓄热罐9组成；热水旁路阀门6进口和热水入口节流阀门7进口与蓄热装置5热水进口连接，热水入口节流阀门7出口与蓄热罐9热水进口连接，蓄热罐9热水出口与热水出口阀门11进口连接，热水旁路阀门6出口和热水出口阀门11出口与蓄热装置5热水出口连接；蓄热入口水泵10进水口和冷水旁路阀门13进口与蓄热装置5冷水进口连接，蓄热入口水泵10出水口与冷水入口阀门12进口连接，冷水入口阀门12出口与蓄热罐9冷水进口连接，蓄热罐9冷水出口与冷水出口阀门8进口连接，蓄热罐9冷水出口与冷水出口阀门8进口连接，冷水出口阀门8出口和冷水旁路阀门13出口与蓄热装置5冷水出口连接；
所述蓄热罐9为由密封的罐体和相变胶囊组成的相变材料斜温层蓄热罐，罐体为承压罐，承受压力为0.2～0.25MPa，罐体上部的两个对称设置的连接口分别为蓄热罐9热水进口和蓄热罐9热水出口，罐体下部的两个对称设置的连接口分别为蓄热罐9冷水进口和蓄热罐9冷水出口，相变胶囊堆积在罐体内部并将罐体内部空间充满；所述相变胶囊为内部填充相变材料的金属小球；所述相变材料为微晶石蜡，微晶石蜡的固液相变温度为90～95℃；
相变材料斜温层蓄热罐工作时，水在罐体内的相变胶囊之间流动，水既用于蓄热也作为传热流体；由于冷热流体的密度不同，热流体在罐体上部，冷流体在下部，冷热流体之间有一个温度跃层，即斜温层。蓄热时，热水从罐体上部向下流动，温度跃层向罐体下部移动直至罐内温度与热水温度保持一致；放热时，冷水从罐体下部向上流动，温度跃层向罐体上部移动直至罐内温度稳定在回水温度40℃；相变胶囊内部的相变材料的选择视供热地区情况而定，供热温度高的地区使用相变温度高的材料，供热温度较低的地区则选择相变温度较低的材料。
所述热网加热器3，其热源来自汽轮机中压缸1的排汽，蒸汽压力为0.4～0.9MPa，蒸汽温度为250～350℃，热网加热器3水侧出口的热网水出口水温为100～120℃。
带有蓄热装置的热电联产机组的调峰方法为：
A.在电网负荷需求量大且产热量充足，需要蓄热装置进行蓄热时，蓄热装置5中，热水旁路阀门6、热水入口节流阀门7、冷水出口阀门8和冷水旁路阀门13开启，并按蓄热要求用热水入口节流阀门7调节进入蓄热罐9的热水流量，热水出口阀门11、蓄热入口水泵10和冷水入口阀门12关闭；热网加热器3水侧出口的热水分为两股，一股通过热水旁路阀6和热网供水管14输送到热力站，另一股通过热水入口节流阀门7进入蓄热罐9，在罐体内部与相变材料进行换热，相变材料液化，同时罐体下方冷水通过冷水出口阀门8与经过冷水旁路阀门13的热网回水汇合，经热网循环水泵2升压后进入热网加热器3；
B.当电网调峰，电负荷下降产热量降低，需要蓄热装置放热时，蓄热装置5中，热水旁路阀门6、蓄热入口水泵10、热水出口阀门11、冷水入口阀门12和冷水旁路阀门13开启，并按放热要求用蓄热入口水泵10调节进入蓄热罐9的热网回水流量，热水入口节流阀门7和冷水出口阀门8关闭；从热网回水管15回来的热网回水在蓄热装置5内分为两股，一股通过冷水旁路阀门13进入热网循环水泵2，另一股由蓄热入口水泵10升压后，经过冷水入口阀门12进入蓄热罐9与相变材料进行热交换，吸收相变材料放出的潜热，相变材料固化，同时罐体上方热水通过热水出口阀门11与经过热水旁路阀门6的热水混合后进入热网供水管14，作为热网供水输送到热力站。
本发明的有益效果为：带有蓄热装置的热电联产机组充分利用蓄热装置的储热密度大、效率高和蓄热稳定的特点，在电负荷大且产热量也较大时，利用汽轮机中压缸抽汽加热后的部分热水，通过相变材料的相变潜热储存热量；当机组参与电网调峰，电负荷下降产热量降低时，蓄热装置释放储存的热量加热部分热网回水，与热网加热器输出的热水混合后作为热网供水输送到热力站，替代部分中压缸供热抽汽，保证机组参与电网调峰产热量变化时供热品质不变。
附图说明
图1为带有蓄热装置的热电联产机组示意图；
图中1—汽轮机中压缸，2—热网循环水泵，3—热网加热器，4—汽轮机低压缸，5—蓄热装置，6—热水旁路阀门，7—热水入口节流阀门，8—冷水出口阀门，9—蓄热罐，10—蓄热入口水泵，11—热水出口阀门，12—冷水入口阀门，13—冷水旁路阀门，14—热网供水管，15—热网回水管。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
图1为带有蓄热装置的热电联产机组示意图，带有蓄热装置的热电联产机组包括汽轮机中压缸1、热网循环水泵2、热网加热器3、汽轮机低压缸4和蓄热装置5。汽轮机中压缸1和汽轮机低压缸4同轴设置，汽轮机中压缸1排汽口与汽轮机低压缸4进汽口连接，汽轮机中压缸1抽汽口与热网加热器3进汽口与连接，热网加热器3水侧出口与蓄热装置5热水进口连接，蓄热装置5热水出口与热网供水管14连接，热网回水管15与蓄热装置5冷水进口连接，蓄热装置5冷水出口与热网循环水泵2进水口连接，热网循环水泵2出水口与热网加热器3水侧入口连接，热网加热器3疏水出口与回热系统连接。
蓄热装置5由热水旁路阀门6、热水入口节流阀门7、热水出口阀门11、冷水旁路阀门13、冷水入口阀门12、蓄热入口水泵10、冷水出口阀门8和蓄热罐9组成；热水旁路阀门6进口和热水入口节流阀门7进口与蓄热装置5热水进口连接，热水入口节流阀门7出口与蓄热罐9热水进口连接，蓄热罐9热水出口与热水出口阀门11进口连接，热水旁路阀门6出口和热水出口阀门11出口与蓄热装置5热水出口连接；蓄热入口水泵10进水口和冷水旁路阀门13进口与蓄热装置5冷水进口连接，蓄热入口水泵10出水口与冷水入口阀门12进口连接，冷水入口阀门12出口与蓄热罐9冷水进口连接，蓄热罐9冷水出口与冷水出口阀门8进口连接，冷水出口阀门8出口和冷水旁路阀门13出口与蓄热装置5冷水出口连接。
蓄热罐9为由密封的罐体和相变胶囊组成的相变材料斜温层蓄热罐，罐体为承压罐，承受压力为0.2～0.25MPa，罐体上部的两个对称设置的连接口分别为蓄热罐9热水进口和蓄热罐9热水出口，罐体下部的两个对称设置的连接口分别为蓄热罐9冷水进口和蓄热罐9冷水出口，相变胶囊堆积在罐体内部并将罐体内部空间充满；相变胶囊为内部填充相变材料的金属小球；相变材料为微晶石蜡，微晶石蜡的固液相变温度为90～95℃。
相变材料斜温层蓄热罐工作时，水在罐体内的相变胶囊之间流动，水既用于蓄热也作为传热流体；由于冷热流体的密度不同，热流体在罐体上部，冷流体在下部，冷热流体之间有一个温度跃层，即斜温层。蓄热时，热水从罐体上部向下流动，温度跃层向罐体下部移动直至罐内温度与热水温度保持一致；放热时，冷水从罐体下部向上流动，温度跃层向罐体上部移动直至罐内温度稳定在回水温度40℃。相变胶囊内部的相变材料的选择视供热地区情况而定，供热温度高的地区使用相变温度高的材料，供热温度较低的地区则选择相变温度较低的材料。
热网加热器3的热源来自汽轮机中压缸1的排汽，蒸汽压力为0.4～0.9MPa，蒸汽温度为250～350℃，热网加热器3水侧出口的热网水出口水温为100～120℃。
带有蓄热装置的热电联产机组的调峰方法为：
A.在电网负荷需求量大且产热量充足，需要蓄热装置进行蓄热时，蓄热装置5中，热水旁路阀门6、热水入口节流阀门7、冷水出口阀门8和冷水旁路阀门13开启，并按蓄热要求用热水入口节流阀门7调节进入蓄热罐9的热水流量，热水出口阀门11、蓄热入口水泵10和冷水入口阀门12关闭；热网加热器3水侧出口的热水分为两股，一股通过热水旁路阀6和热网供水管14输送到热力站，另一股通过热水入口节流阀门7进入蓄热罐9，在罐体内部与相变材料进行换热，相变材料液化，同时罐体下方冷水通过冷水出口阀门8与经过冷水旁路阀门13的热网回水汇合，经热网循环水泵2升压后进入热网加热器3；
B.当电网调峰，电负荷下降产热量降低，需要蓄热装置放热时，热水旁路阀门6、蓄热入口水泵10、热水出口阀门11、冷水入口阀门12和冷水旁路阀门13开启，并按放热要求用蓄热入口水泵10调节进入蓄热罐9的热网回水流量，热水入口节流阀门7和冷水出口阀门8关闭；从热网回水管15回来的热网回水在蓄热装置5内分为两股，一股通过冷水旁路阀门13进入热网循环水泵2，另一股由蓄热入口水泵10升压后，经过冷水入口阀门12进入蓄热罐9与相变材料进行热交换，吸收相变材料放出的潜热，相变材料固化，同时罐体上方热水通过热水出口阀门11与经过热水旁路阀门6的热水混合后进入热网供水管14，作为热网供水输送到热力站。
在机组参与调峰产热量变化时，通过启闭阀门，改变蓄热装置的工作状态。当机组产热量大时通过热网加热器供热，蓄热装置蓄热；当产热量少时，蓄热装置放出热量加热部分热网回水，与热网加热器出水混合后送往热力站，蓄热装置替代热网加热器的部分抽汽，机组产热量变化时保证供热品质不变，提高热电联产机组参与电网调峰的能力，对消纳风电、太阳能发电可再生能源具有积极意义。本发明适用于参与电网调峰的热电联产机组。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种带有蓄热装置的热电联产机组，其特征在于，带有蓄热装置的热电联产机组包括汽轮机中压缸(1)、热网循环水泵(2)、热网加热器(3)、汽轮机低压缸(4)和蓄热装置(5)；汽轮机中压缸(1)和汽轮机低压缸(4)同轴设置，汽轮机中压缸(1)排汽口与汽轮机低压缸(4)进汽口连接，汽轮机中压缸(1)抽汽口与热网加热器(3)进汽口连接，热网加热器(3)水侧出口与蓄热装置(5)热水进口连接，蓄热装置(5)热水出口与热网供水管(14)连接，热网回水管(15)与蓄热装置(5)冷水进口连接，蓄热装置(5)冷水出口与热网循环水泵(2)进水口连接，热网循环水泵(2)出水口与热网加热器(3)水侧入口连接，热网加热器(3)疏水出口与回热系统连接；
所述蓄热装置(5)由热水旁路阀门(6)、热水入口节流阀门(7)、热水出口阀门(11)、冷水旁路阀门(13)、冷水入口阀门(12)、蓄热入口水泵(10)、冷水出口阀门(8)和蓄热罐(9)组成；热水旁路阀门(6)进口和热水入口节流阀门(7)进口与蓄热装置(5)热水进口连接，热水入口节流阀门(7)出口与蓄热罐(9)热水进口连接，蓄热罐(9)热水出口与热水出口阀门(11)进口连接，热水旁路阀门(6)出口和热水出口阀门(11)出口与蓄热装置(5)热水出口连接；蓄热入口水泵(10)进水口和冷水旁路阀门(13)进口与蓄热装置(5)冷水进口连接，蓄热入口水泵(10)出水口与冷水入口阀门(12)进口连接，冷水入口阀门(12)出口与蓄热罐(9)冷水进口连接，蓄热罐(9)冷水出口与冷水出口阀门(8)进口连接，冷水出口阀门(8)出口和冷水旁路阀门(13)出口与蓄热装置(5)冷水出口连接；
所述蓄热罐(9)为由密封的罐体和相变胶囊组成的相变材料斜温层蓄热罐，罐体为承压罐，罐体上部的两个对称设置的连接口分别为蓄热罐(9)热水进口和蓄热罐(9)热水出口，罐体下部的两个对称设置的连接口分别为蓄热罐(9)冷水进口和蓄热罐(9)冷水出口，相变胶囊堆积在罐体内部并将罐体内部空间充满。
2.根据权利要求1所述的带有蓄热装置的热电联产机组，其特征在于，所述相变胶囊为内部填充相变材料的金属小球。
3.根据权利要求2所述的带有蓄热装置的热电联产机组，其特征在于，所述相变材料为微晶石蜡。
4.一种如权利要求1所述的带有蓄热装置的热电联产机组的调峰方法，其特征在于：
A.在电网负荷需求量大且产热量充足，需要蓄热装置进行蓄热时，蓄热装置(5)中，热水旁路阀门(6)、热水入口节流阀门(7)、冷水出口阀门(8)和冷水旁路阀门(13)开启，并按蓄热要求用热水入口节流阀门(7)调节进入蓄热罐(9)的热水流量，热水出口阀门(11)、蓄热入口水泵(10)和冷水入口阀门(12)关闭；
B.当电网调峰，电负荷下降产热量降低，需要蓄热装置放热时，蓄热装置(5)中，热水旁路阀门(6)、蓄热入口水泵(10)、热水出口阀门(11)、冷水入口阀门(12)和冷水旁路阀门(13)开启，并按放热要求用蓄热入口水泵(10)调节进入蓄热罐(9)的热网回水流量，热水入口节流阀门(7)和冷水出口阀门(8)关闭。
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