CN106437875B - 火电机组工质分流循环调峰系统 - Google Patents

火电机组工质分流循环调峰系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种火电机组工质分流循环调峰系统,根据汽轮机原理,在常规汽轮机设置高压缸、中压缸和低压缸的基础上,增设0号汽缸,本系统设置0号高压加热器、0号除氧器及其附属前置加热器等管路和阀门附件,与汽轮机机组构成一种火电机组工质分流循环调峰灵活性技术。机组工质分流为以0号汽缸构成的高效小循环,以及以设置高压缸、中压缸和低压缸的常规汽轮机构成的基础大循环,共同实现工质的热力循环。充分利用高效小循环的优势,以及基础大循环工质分流的灵活性,实现火电机组深度调峰性能的明显提升和调峰循环总体较高的热效率。该系统对于凝汽式机组或供热机组均是适用的,用于现役汽轮发电机组节能和调峰性能改造,都有显著的现实意义。

Description

火电机组工质分流循环调峰系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种热力发电系统,特别涉及一种火电机组工质分流循环调峰系统。
背景技术
[0002] 能源生产和消费革命要求推动能源供给侧革命,建立多元供应体系,为了满足可 再生能源的快速发展需要,电网必须完善调峰电源结构,提高可再生能源消纳能力,其中提 升火电运行灵活性是亟待解决的重点问题之一。“十三五”期间,我国火电将面临降电价、降 利用小时、低电量增长率、低负荷率的“双降双低”的电力市场背景,开发火电机组灵活性能 力,加快能源技术创新,挖掘燃煤机组调峰潜力,提升我国电网的运行灵活性,提高系统新 能源消纳能力,是建立清洁低碳、安全高效的现代能源体系的必然要求。
[0003] 近日,国家能源局颁布了《可再生能源调峰机组优先发电试行办法》,提出“谁调 峰,谁受益”的原则,建立了调峰机组激励机制,给火电机组开展技术创新提高灵活性,实现 深度调峰,并且保持高效运行,提供了政策的支持和效益保障。
[0004] 研究开发一种火电机组工质分流循环调峰灵活性技术,使新建火电机组或现役火 电机组改造为在宽负荷范围内能够做到稳定高效率运行,一直是热能动力学科和能源工程 领域尚未解决的重要课题。本发明的应用实施对电网改善调峰电源结构,大幅度吸纳可再 生能源入网提供技术保障,并将产生巨大的节能减排效益和社会效益。
发明内容
[0005] 本发明是针对现代火力发电机组普遍需要具备深度调峰能力,以及调峰机组低负 荷时运行效率低和难于保证减排达标的向题,提出了一种火电机组工质分流循环调峰系 统,该系统循环工质分流为以0号汽缸构成的高效小循环,以及以设置高压缸、中压缸和低 压缸的汽轮机构成的基础大循环,共同实现工质的热力循环。充分利用高效小循环的优势, 以及基础大循环工质分流的灵活性,实现火电机组调峰性能的明显提升和调峰运行总体较 尚的循环热效率。
[0006] 本发明的技术方案为:一种火电机组工质分流循环调峰系统,包括火电机组的热 源锅炉、0号汽缸、高压汽缸、中压汽缸、低压汽缸、过热器、两组高压加热器组、低压加热器 组、0号除氧器、0号高压加热器、除氧器、高压和低压旁路、热用户、储热装置、机组冷源凝汽 器以及发电机,
[0007]机组冷源凝汽器的冷源工质经过低压加热器组后分流,一路工质经过除氧器,第 一组高压加热器组,进入0号高压加热器,依次送入热源锅炉和过热器,热源过热器出来后 的工质进入高压汽缸、中压汽缸和低压汽缸做功后回到机组冷源凝汽器,完成基础大循环; [ooos]经过低压加热器组后分流的另一路工质依次经过〇号除氧器、第二组高压加热器 组,进入0号高压加热器,依次送入热源锅炉、第一过热器、第二过热器,从热源两个过热器 输出的工质进入0号汽缸做功后回到0号除氧器或回热加热器,完成小循环;
[0009] 0号汽缸做功以后的蒸汽除了回到〇号除氧器外,还流向〇号高压加热器、0号汽缸 的其他抽汽、供热用户、储热装置、回热加热器或机组冷源凝汽器; A
[0010]高压缸做功后的蒸汽有两种流向,一种是流向热源锅炉再热器,第二种是流向高 压汽缸、中压汽缸和低压汽缸的回热抽汽,进入中压缸做功的蒸汽来自锅炉再热器出口,该 蒸汽进入中压缸做功后的蒸汽有两种流向,一种是流向中压汽缸和低压汽缸的回热抽汽或 除氧器或低压加热器,第二种是流向低压缸继续做功,进入低压缸做功后的蒸汽有两种流 向,一种是流向低压加热器,第二种是流向凝汽器凝结成凝结水;
[0011]基础大循环和小循环的热动力分别或共同驱动发电机,0号汽缸的排汽作为供热 汽流送热用户,进入0号汽缸与高压汽缸、中压汽缸、低压汽缸的部分蒸汽,经过串连的高压 和低压旁路组成的减温减压旁路装置,送回冷源机组凝汽器或者储热装置,进行蒸汽流量 调节。
[0012] 所述火电机组工质分流循环调峰系统,所述〇号汽缸与高压汽缸的汽源均为锅炉 同源输出的过热蒸汽,该过热蒸汽升温通过锅炉内置的过热器或者外置式的受热面完成。 [0013]所述0号汽缸为工作压力是宽范围的汽缸,所谓宽范围为覆盖高压缸工作压力范 围与中压缸工作压力范围,或覆盖高、中、低缸工作压力范围,系统独立设置所述0号汽缸, 并驱动一台发电机。
[0014]所述两组高压加热器组、低压加热器组、〇号汽缸的抽汽、排汽以及高压汽缸、中压 汽缸和低压汽缸的回热抽汽的级数及其压力、流量参数由系统综合优化结果决定。
[0015]所述0号汽缸及其配置的0号除氧器或回热加热器、〇号加热器,通过给水分流调节 与加热器焓升调节及其两者的配合调节,以及凝结水再循环回流的配合调节共同实现小循 环高效稳定。
[0016]所述火电机组工质分流循环调峰系统,用于凝汽式机组或用于供热机组。
[0017]本发明的有益效果在于:本发明火电机组工质分流循环调峰系统,运用汽轮机原 理,通过循环工质分流调节和回热加热器焓升的配合调节,实现汽轮机由高效小循环与基 础大循环构成的热力循环,大大提升火力发电机组的调峰能力和运行效率;该新颖热力系 统对于凝汽式机组或供热机组均是适用的,用于新建火力发电机组可以提升汽轮发电机组 深度调峰能力,用于现役汽轮发电机组节能和调峰性能改造,都有巨大的现实意义,带来巨 大的经济效益和社会效益。
附图说明
[0018]图1为本发明火电机组工质分流循环调峰系统结构示意图;
[0019]图2为本发明火电机组工质分流循环调峰系统连接图。
具体实施方式
[0020]如图1所示火电机组工质分流循环调峰系统结构示意图,系统包括火电机组的热 源锅炉5及其过热器6、7,0号汽轮机〇 (或称〇号汽缸)及其常规汽轮机丨、2、3 (或称高压汽缸 1、中压汽缸2、低压汽缸3),机组冷源凝汽器35,高压加热器组A0PB1,低压加热器组他,〇号 除氧器I6, 0号高压加热器14,除氧器37,高压、低压旁路29、30,热用户23、以及储热装置34 等。
[0021]来自机组冷源凝汽器35的冷源工质经过低压加热器组A2后分流,一路工质经过除 氧器37,高压加热器组A1,进入0号高压加热器14,依次送入热源锅炉5和过热器6,热源过热 器6出来后的工质进入汽轮机1、2、3做功后回到机组冷源凝汽器35,完成基础大循环。
[0022]来自机组冷源凝汽器35的冷源工质经过低压加热器组A2后分流,另一路工质依次 经过0号除氧器16、高压加热器组B1,进入0号高压加热器14,依次送入热源热源锅炉5、过热 器6、过热器7,从热源过热器6或过热器7输出的工质进入0号汽轮机〇做功后回到0号除氧器 16,完成尚效小循环。
[0023]高效小循环和基础大循环的热动力可以分别驱动发电机,也可以共同驱动一台发 电机。0号汽轮机0的排汽可以作为供热汽流送热用户23。机组调峰时,进入0号汽轮机0与汽 轮机1、2、3号缸的部分蒸汽,可以经过减温减压旁路装置29、30后,送回机组冷源凝汽器35, 或者送入储热装置34。
[0024]本发明火电机组工质分流循环调峰系统是一种火电机组工质分流循环调峰灵活 性技术,适用于凝汽式机组和供热机组,可以用于一次再热机组的新建或改造,也可以用于 二次再热机组的新建或改造现役火电机组,其中一个实施例如图2所示。
[0025]如图2所示火电机组工质分流循环调峰系统连接图,此为本发明将火电机组工质 分流循环调峰灵活性技术运用在一次再热机组上的应用例。冷源凝汽器35的热井33的凝结 水,经过凝结水泵36升压后,把凝结水送入低压加热器组A2,然后分流成两路,一路凝结水 经过阀门52,进入除氧器37,除氧器37的给水由给水栗38升压后,经过若干级高压加热器组 A1加热,由给水管39通过阀门53控制引入0号高压加热器14的进口;另一路凝结水由管路40 通过调节阀18控制流量后,由管路41把凝结水引入0号除氧器16,0号除氧器16的给水由给 水泵15升压后,经过若干级前置高压加热器组B1加热,与来自阀门53控制的给水混合后送 入〇号高压加热器14吸热,然后,该给水由高压给水管路17送入热源锅炉5、过热器6。阀门54 是0号除氧器16的调峰阀,阀门51是除氧器37的调峰阀。供热管道输送热化气流至储热热力 系统HS。
[0026]热源锅炉5和过热器6产生的过热蒸汽,经过主蒸汽管路8和阀门11,由管路12引入 〇号汽轮机0做功,过热蒸汽进入0号汽缸做功,做功以后的蒸汽有四种流向,一是通过管路 13流向0号高压加热器14,第二是经过调峰阀门54控制后流向0号除氧器16,第三种是流向 若干级高压加热器(与0号汽缸的抽汽B的级数匹配),第四是由管路20引入供热用户23或由 管路21引入储热管路HS,然后通过减温减压控制引入,并经过阀门55送入储热装置34或通 过阀门47引入凝汽器35。
[0027]主蒸汽管路8的主蒸汽另一路,把主蒸汽引入常规汽轮机高压缸1做功,在高压缸1 做功后的蒸汽有两种流向,一种是经过管路25流向锅炉再热器24,第二种是作为高压汽缸 1、中压汽缸2和低压汽缸3的回热抽汽A的组成部分。再热器24出来的蒸汽经过管路27进入 中压缸2做功,做功后的蒸汽有两种流向,一种是作为高压汽缸1、中压汽缸2和低压汽缸3的 回热抽汽A的组成部分,第二种是流向低压缸3继续做功。进入低压缸3做功后的蒸汽有两种 流向,一种是作为高压汽缸1、中压汽缸2和低压汽缸3的回热抽汽A的组成部分,第二种是通 过排汽管流向凝汽器35。
[0028] 0号汽缸的汽源与高压汽缸1的汽源是锅炉5同源输出的过热蒸汽,0号汽缸的汽源 根据需要可以是锅炉过热器分流的,并且经过升温后的过热蒸汽,该过热蒸汽升温的方法, 可以通过锅炉内置的,也可以外置式的受热面完成。
[0029]本应用例的0号汽轮机与带有高压、中压、低压汽缸的汽轮机同轴驱动一台发电机 4〇
[0030]调节阀19的上游管路42连接管路41,其下游管路43连接到凝汽器35,调节阀19调 节凝结水回流并配合调节阀18共同完成控制进入〇号除氧器16的凝结水量。
[0031]根据新建机组选型或现役机组改造需要,过热器6引出的过热蒸汽可以分流,一路 由主蒸汽管路8直接引主蒸汽进入常规汽轮机高压汽缸1、中压汽缸2和低压汽缸3。另一路 过热蒸汽经过过热器7继续升温,经由隔离阀9 (打开),隔离阀10 (打开),经过管路12 (隔离 阀11关闭)进入0号汽轮机0做功。
[0032]配合机组深度调峰,高压旁路29与低压旁路30为两级串联减温减压,把汽轮机旁 路蒸汽通过管路31,内置式减温减压器32,送入凝汽器35。通过管路44把储热减温减压器45 与低压旁路30并联,通过管路46把旁路蒸汽送入储热装置34,以满足机组深度调峰平衡工 质流量的需要。
[0033]该机组回热抽汽△、八1、八2、13、]32(或为回热加热器)的级数(或为台数)及其参数由 综合优化结果决定。
[0034] 0号汽缸技术可用于新建的一次再热或两次再热汽轮机机组,包括7〇〇°C等级初参 数的火电机组;0号汽缸技术用于现役火电机组改造的进汽参数是宽范围的,即可以是超超 临界、超临界初压初温的配合参数或初压初温按需特定的配合参数。
[0035] 0号汽缸的工作压力是宽范围的,即可以同时覆盖高压缸工作压力范围与中压缸 工作压力范围,必要时其工作压力可以覆盖到低压缸压力范围。根据需要,〇号汽缸可以独 立设置并驱动一台发电机。
[0036]该机组可以适应宽负荷调峰运行,特别是低负荷运行时,在锅炉技术上允许的最 低负荷下,0号汽轮机保持稳定运行,汽轮机高、中、低压缸保持循环流量平衡,机组运行仍 可以在低负荷下维持较高的循环热效率。
[0037] 〇号汽缸配置的〇号除氧器与0号加热器之间的回热加热级数和回热方式通过方案 优化确定,配合工质分流循环确保0号加热器的汽源参数稳定,使机组调峰时继续保持在最 佳给水温度下运行。
[0038] 0号汽缸及其配置的0号除氧器、0号加热器、〇号给水泵,通过给水分流调节与加热 器焓升调节及其两者的配合调节,包括调峰阀门51、54的调节,以及凝结水再循环回流的配 合调节共同实现小循环高效稳定。新建机组可以设计流量不对称双列回热加热器,其中一 列凝结水进入0号除氧器、0号加热器、0号给水泵以及若千台相关回热加热器,另一列凝结 水进入常规除氧器;改造现役机组的0号汽缸可以只设〇号加热器,原机组除氧器可以用作 代替0号除氧器,0号汽缸设置的回热抽汽级数与原机组回热抽汽级数必须整体综合优化确 定,实现小循环与基本循环的合理配合,提升机组灵活调峰的能力。
[0039]本发明涉及火力发电机组新机组热力系统优化或在现役机组节能改造方面,既可 以用于凝汽式机组,也可以用于供热机组,通过火电机组工质分流循环实现机组高效深度 调峰和提升调峰灵活性,并且高效小循环,与常规汽轮机构成的基础大循环组合成复合循 环保证机组调峰的经济性。本发明的应用实施对电网改善调峰电源结构,大幅度吸纳可再 生能源入网提供技术保障,带来巨大的节能减排效益和社会效益。

Claims (6)

1.一种火电机组工质分流循环调峰系统,其特征在于,包括火电机组的热源锅炉、0号 汽缸、高压汽缸、中压汽缸、低压汽缸、第一和第二过热器、两组高压加热器组、低压加热器 组、0号除氧器、0号高压加热器、除氧器、高压和低压旁路、热用户、储热装置、机组冷源凝汽 器以及发电机, 机组冷源凝汽器的冷源工质经过低压加热器组后分流,一路工质经过除氧器,第一组 高压加热器组,进入0号高压加热器,依次送入热源锅炉和第一过热器,第一过热器出来后 的工质进入高压汽缸、中压汽缸和低压汽缸做功后回到机组冷源凝汽器,完成基础大循环; 经过低压加热器组后分流的另一路工质依次经过0号除氧器、第二组高压加热器组,进 入0号高压加热器,依次送入热源锅炉、第一过热器、第二过热器,从第一过热器或第二过热 器输出的工质进入0号汽缸做功后回到0号除氧器,完成小循环; 〇号汽缸做功以后的蒸汽除了回到0号除氧器外,还流向0号高压加热器、供热用户、储 热装置、回热加热器或机组冷源凝汽器; 高压汽缸做功后的蒸汽有两种流向,一种是流向热源锅炉再热器,第二种是流向高压 汽缸、中压汽缸和低压汽缸的回热抽汽,进入中压汽缸做功的蒸汽来自锅炉再热器出口,该 蒸汽进入中压汽缸做功后的蒸汽有两种流向,一种是流向中压汽缸和低压汽缸的回热抽汽 或除氧器或低压加热器,第二种是流向低压汽缸继续做功,进入低压汽缸做功后的蒸汽有 两种流向,一种是流向低压加热器,第二种是流向机组冷源凝汽器凝结成凝结水; 基础大循环和小循环的热动力分别或共同驱动发电机,0号汽缸的排汽作为供热汽流 送热用户,进入0号汽缸与高压汽缸、中压汽缸、低压汽缸的部分蒸汽,经过高压旁路和低压 旁路串连组成的减温减压旁路装置,送回机组冷源凝汽器或者储热装置,进行蒸汽流量调 节。
2.根据权利要求1所述火电机组工质分流循环调峰系统,其特征在于,所述0号汽缸与 高压汽缸的汽源均为锅炉同源输出的过热蒸汽,该过热蒸汽升温通过锅炉内置的过热器或 者外置式的受热面完成。
3.根据权利要求1所述火电机组工质分流循环调峰系统,其特征在于,所述0号汽缸为 工作压力是宽范围的汽缸,所谓宽范围为覆盖高压汽缸工作压力范围与中压汽缸工作压力 范围,或覆盖高、中、低汽缸工作压力范围,系统独立设置所述0号汽缸,并驱动一台发电机。
4. 根据权利要求1所述火电机组工质分流循环调峰系统,其特征在于,所述两组高压加 热器组、低压加热器组、0号汽缸的抽汽、排汽以及高压汽缸、中压汽缸和低压汽缸的回热抽 汽的级数及其压力、流量参数由系统综合优化结果决定。
5. 根据权利要求1所述火电机组工质分流循环调峰系统,其特征在于,所述0号汽缸及 其配置的0号除氧器或回热加热器、0号高压加热器,通过给水分流调节、加热器焓升调节及 其两者的配合调节,以及凝结水再循环回流的配合调节共同实现小循环高效稳定。
6. 根据权利要求1至5中任意一项所述火电机组工质分流循环调峰系统,其特征在于, 所述火电机组工质分流循环调峰系统用于凝汽式机组或用于供热机组。
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