CN106968734A - 一种汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，包括热电联产机组汽机旁路系统、跨季节自然水体系统以及供热管网系统，所述跨季节自然水体系统包括蓄水坑、蓄热水体、布水器、水底保护层和水体表面保温覆盖层、雨水收集和排水系统；所述汽机旁路系统包括主蒸汽旁路、高压缸旁路、再热前旁路和再热后旁路、中压缸旁路和低压缸旁路、各旁路对应的喷水减温减压器系统和热网加热器。通过跨季节蓄热水体将汽机旁路和供热管网结合为一个大的调峰系统，实现夏季的深度调峰和夏季供热生产，并将其热量跨季节性地储存于大型自热水体之中，显著提升热电机组的上网调峰能力并实现全年的深度调峰。
Description
技术领域
本发明涉及利用汽机旁路进行热电厂热电解耦、跨季节储能和电网深度调峰领域，尤其涉及夏季热电厂深度调峰领域。
背景技术
在中国三北地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电及核电等新能源的能力不足，弃风现象严重。目前，随着东北电力辅助服务交易的实施，越来越多的热电厂通过火电灵活性技术实现了冬季的热电解耦和深度调峰。但在夏季，由于没有供热服务，无论是汽机旁路还是汽机旁路等热电解耦和调峰方案，都无法实现。
目前热电厂内部调峰主要依靠锅炉减负荷或汽机旁路减温减压供热、汽机旁路和蓄热水罐储热等技术实现供热机组热电短期解耦来实现，此类技术虽然能达到一定的调峰作用，但是受锅炉及汽机安全性和技术本身的限制，以及大型蓄热水罐或固体蓄热的蓄热体积和安全性的限制，无法实现深度调峰的目的，最大的问题是这些技术和方案的前提是必须对外供热，因此，在夏季完全无法运行，一般热电厂在夏季是无法通过固体蓄热锅炉、电极锅炉和蓄热水罐及汽机旁路进行深度调峰的，唯一可行的方案就是机组纯凝减负荷，但锅炉负荷过低或长时间低负荷运行，会带来脱硫脱硝系统排放超标，锅炉熄火等一系列问题。
如申请号为CN201610007552.4的中国专利，提供了一种具有深度调峰功能的汽轮机及热力系统，包括中压缸、同步自动离合器、高压缸、低压缸、中压旁路阀等，中压缸、同步自动离合器、高压缸、低压缸依此通过联轴器相连接，并通过低压转子输出端与发电机相连接，机组深度调峰时，高压进汽调节阀和中压进汽调节阀关闭，通过同步自动离合器将中压缸切除，高压缸通过通风阀抽真空，机组高压旁路阀和中压旁路阀开启，来自锅炉的蒸汽直接进入低压缸做功，维持机组在较低出力运行。该专利虽在一定程度上实现了机组深度调峰，但是该调峰设备及方法只能应用于有供热需求的冬季，无法满足非供热季火电厂深度调峰的需求。
发明内容
为了满足电网调峰需求，以及电厂在激烈竞争中的生存需要，深度调峰势在必行。本发明通过火电供热机组运行灵活性技术及汽机旁路热电解耦和供暖技术，并结合夏季的跨季节自然水体蓄热，可以实现夏季的火电厂深度调峰，从而显著提升热电机组夏季的上网调峰能力，既可有效缓解可再生能源消纳困境，又可以实现供热热水的大体量跨季节蓄热，未来必将拥有广阔的市场发展前景。
为了克服现有技术中存在的问题，本发明所采用的技术方案是：一种汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，包括热电联产机组汽机旁路系统、跨季节自然水体系统以及供热管网系统，所述跨季节自然水体系统包括蓄水坑、蓄热水体、布水器、水底保护层和水体表面保温覆盖层、雨水收集和排水系统；所述汽机旁路系统包括主蒸汽旁路、高压缸旁路、再热前旁路和再热后旁路、中压缸旁路和低压缸旁路、各旁路对应的喷水减温减压器系统和热网加热器。
优选的是，所述汽机旁路系统中的各旁路，依据实际情况可以单独实施各旁路系统或选择两种或两种以上旁路系统进行组合，实现热电厂的热电解耦。
上述任一方案优选的是，所述蓄水坑为土木工程开挖形成，横切面形状包括梯形。
上述任一方案优选的是，所述蓄水坑底部和四周斜边土壤做平整处理。
上述任一方案优选的是，所述蓄热水体的水质达一次供热循环水标准，水量大于1万吨，水温最高温度低于85℃。
上述任一方案优选的是，所述布水器设置在蓄热水体中，包括充放热的立式布水器，可用于水体进出水和充放热。
上述任一方案优选的是，所述水底保护层设置于蓄水坑底部和四周，包括保温和防水隔热层。
上述任一方案优选的是，所述保温覆盖层设置于蓄热水体表面，包括浮动式保温覆盖层。
上述任一方案优选的是，所述汽机旁路系统流量范围为主蒸汽流量的0%~100%，可以实现热电联产机组上网电量从100%负荷降至0%上网电量。
上述任一方案优选的是，所述热网加热器的体积和面积随着与之相连的旁路系统流量和参数变化。
上述任一方案优选的是，所述的喷水减温减压器包括减压阀、喷水减温器、温度传感器、压力传感器。
上述任一方案优选的是，进入热网加热器汽侧的蒸汽压力和温度参数由喷水减温减压器控制。电站锅炉内的蒸汽进入汽轮机进而进入各汽机旁路，通过喷水减温减压器的控制，经过带有切换阀的管路进入热网加热器，对传热介质进行加热。
上述任一方案优选的是，所述热网加热器加热的热网循环水与自然水体内的蓄热水体水质相同，循环水与蓄热水体管路直接相连，管路中的三通、阀门控制自然水体的充放热过程。
上述任一方案优选的是，所述供热管网系统包括热网加热器供热进、出水管路，跨季节自然水体系统进、出水管路，一次供热管网供、回水管路；各管路之间通过多个三通、水泵及阀门连接。
上述任一方案优选的是，一次供热管网供水管路设置一个三通，所述三通一端连接跨季节自然水体系统，另两端作为供热热水的入口和出口；一次供热管网回水管路设置另一个三通，所述另一个三通一端连接汽机旁路系统，第二端连接跨季节自然水体系统，第三端连接一次供热管网回水管路入口。
上述任一方案优选的是，跨季节自然水体系统蓄热时，来自汽机旁路的蒸汽在热网加热器内对集中供热热水进行一级加热，流经供热出水管路，进入蓄热水体，将热量跨季节储存于自然水体内；跨季节自然水体系统放热时，蓄热水体中的热水通过管道流入一次供热管网，释放热量供给用户端。
上述任一方案优选的是，夏季调峰时段，通过汽机旁路系统实现热电厂夏季发电负荷从100%深度调峰至0%负荷，蓄热水体可直接进行蓄热模式，通过热网加热器高效地将锅炉蒸汽热量传热给热网循环水，并将此热能跨季节储存于蓄热水体中，也可以直接对热网中的生活热水用户供热；冬季供热期，通过供热管网系统将蓄热水体中储存的热能释放出来用于供热，可以保证热电厂冬季100%地满足供热管网的供热服务。
本发明中，所述热网加热器根据与之相连的旁路系统流量和参数，加热器的体积和面积要远大于常规热电联产机组的热网加热器。所述的汽机旁路也包括常规热电联产机组的启动旁路与热网加热器结合的应用情景。在夏季调峰时段，通过汽机旁路实现热电厂夏季发电负荷从100%深度调峰至0%负荷；在冬季供热期，通过热网循环水系统将蓄热水体中储存的热能释放出来用于供热，可以保证热电厂冬季100%地满足供热管网的供热服务。
上述跨季节蓄热调峰系统的核心为跨季节蓄热水体和汽机旁路系统，通过跨季节蓄热水体将汽机旁路和供热管网结合为一个大的调峰系统，实现夏季的深度调峰和夏季供热生产，并将其热量跨季节性地储存于大型自热水体之中，显著提升热电机组的上网调峰能力并实现全年的深度调峰，既可有效缓解可再生能源消纳困境，又有广阔的市场发展空间。
本发明中，汽机旁路系统的表现形成十分多样，包括而不仅限于主蒸汽旁路、高压缸旁路、再热前旁路和再热后旁路、中压缸旁路和低压缸旁路及对应的喷水减温减压器系统等，不同电厂根据现场实际情况可以单独实施上述旁路系统或选择两种或两种以上旁路系统进行组合，从而实现热电厂的热电解耦。
目前电厂内部调峰在冬季主要依靠锅炉减负荷或汽机旁路减温减压供热、汽机旁路、蓄热水罐储热和固体蓄热电锅炉及电极锅炉配蓄热水罐等技术实现供热机组热电短期解耦来实现，此类技术虽然能达到一定的调峰作用，但是受锅炉及汽机安全性和技术本身的限制，以及大型蓄热水罐和固体蓄热体蓄热体积和安全性的限制，无法实现深度调峰的目的，最大的问题是这些技术和汽机旁路及蓄热水罐本身，在夏季完全无法运行，因此一般热电厂在夏季是无法通过汽机旁路和蓄热水罐进行深度调峰的，结合上述说明本发明相比于现有技术具有以下优点：
1）通过引入跨季节自热水体结合汽机旁路系统，可以实现夏季的火电灵活性调峰功能，这样可大大提高热电厂的经济效益。而且跨季节自然水体的单位体积蓄热成本远远低于大型蓄热水罐、固体蓄热和其他相变储能技术，其安全性也远大于蓄热水罐、固体蓄热和相变储能。
2）适度配置汽机旁路特别是主蒸汽旁路，可以使机组达到最小发电负荷的情况下，上网电量趋近于0，基本上实现调峰时段没有上网负荷，达到深度调峰的目的，最大程度的为清洁能源让出上网空间，有效缓解可再生能源消纳困境。
3）自然蓄热水体可以作为最佳的应急备用热源，提高供热的可靠性。
4）随着调峰服务费、峰谷电价等政策的逐步落实，特别是未来电力现货市场的建立和负上网电价的出现，必然会促进热电厂的深度调峰需求，未来的市场发展空间将会越来越大。
附图说明
图1为按照本发明的汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统的一优选实施例的示意图。
图示：
1-电站锅炉，2-主蒸汽旁路，3-冷再旁路，4-再热后旁路，5-低压缸旁路，6-切换阀，7-减压阀，8-热网加热器，9-保温覆盖层，10-布水器，11-蓄热水体，12-水底保护层。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例对本发明作更为详细的描述，实施例只对本发明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本发明的基础上作出的非实质性修改，都应属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，包括热电联产机组汽机旁路系统、跨季节自然水体系统以及供热管网系统，所述跨季节自然水体系统包括蓄水坑、蓄热水体11、布水器10、水底保护层12和水体表面保温覆盖层9、雨水收集和排水系统；优选的汽机旁路系统包括主蒸汽旁路2、冷再旁路3、再热后旁路4、低压缸旁路5进行组合，实现热电厂的热电解耦。汽机旁路系统还包括各旁路对应的喷水减温减压器系统和热网加热器8。
在本实施例中，所述蓄水坑为土木工程开挖形成，横切面形状包括梯形。
在本实施例中，所述蓄水坑底部和四周斜边土壤做平整处理。
在本实施例中，所述蓄热水体11的水质达一次供热循环水标准，水量大于1万吨，水温最高温度低于85℃。
在本实施例中，所述布水器10设置在蓄热水体11中，为充放热的立式布水器，可用于水体进出水和充放热。
在本实施例中，所述水底保护层12设置于蓄水坑底部和四周，包括保温和防水隔热层。
在本实施例中，所述保温覆盖层9设置于蓄热水体11表面，包括浮动式保温覆盖层9。
在本实施例中，所述汽机旁路系统流量范围为主蒸汽流量的0%~100%，可以实现热电联产机组上网电量从100%负荷降至0%上网电量。
在本实施例中，所述热网加热器8的体积和面积随着与之相连的旁路系统流量和参数变化。
在本实施例中，所述的喷水减温减压器包括减压阀7、喷水减温器、温度传感器、压力传感器。
在本实施例中，进入热网加热器8汽侧的蒸汽压力和温度参数由喷水减温减压器控制。电站锅炉1内的蒸汽进入汽轮机进而进入各汽机旁路，通过喷水减温减压器的控制，经过带有切换阀6的管路进入热网加热器8，对传热介质进行加热。
在本实施例中，所述热网加热器8加热的热网循环水与自然水体内的蓄热水体11水质相同，循环水与蓄热水体11管路直接相连，管路中的三通、阀门控制自然水体的充放热过程。
在本实施例中，所述供热管网系统包括热网加热器8供热进、出水管路，跨季节自然水体系统进、出水管路，一次供热管网供、回水管路；各管路之间通过多个三通、水泵及阀门连接。
在本实施例中，一次供热管网供水管路设置一个三通，所述三通一端连接跨季节自然水体系统，另两端作为供热热水的入口和出口；一次供热管网回水管路设置另一个三通，所述另一个三通一端连接汽机旁路系统，第二端连接跨季节自然水体系统，第三端连接一次供热管网回水管路入口。
在本实施例中，跨季节自然水体系统蓄热时，来自汽机旁路的蒸汽在热网加热器8内对集中供热热水进行一级加热，流经供热出水管路，进入蓄热水体11，将热量跨季节储存于自然水体内；跨季节自然水体系统放热时，蓄热水体11中的热水通过管道流入一次供热管网，释放热量供给用户端。
在本实施例中，夏季调峰时段，通过汽机旁路系统实现热电厂夏季发电负荷从100%深度调峰至0%负荷，蓄热水体11可直接进行蓄热模式，通过热网加热器8高效地将锅炉蒸汽热量传热给热网循环水，并将此热能跨季节储存于蓄热水体11中，也可以直接对热网中的生活热水用户供热；冬季供热期，通过供热管网系统将蓄热水体11中储存的热能释放出来用于供热，可以保证热电厂冬季100%地满足供热管网的供热服务。
在本实施例中，在夏季通过供热抽汽，可以降低夏季火电厂的上网电量，从而实现夏季的火电厂的调峰，并且可以实现夏季的热电联产运行方式，极大地提高整个机组的热效率。
本发明相比于现有技术具有以下优点：
1）通过引入跨季节自热水体结合汽机供热抽汽热电联产运行方式，可以实现夏季的火电灵活性调峰功能，这样可大大提高热电厂的经济效益和夏季运行热效率。而且跨季节自然水体的单位体积蓄热成本远远低于大型蓄热水罐和其他相变储能技术，其安全性也远大于蓄热水罐和相变储能。
2）在夏季，通过增加供热抽汽量，可以使机组实现热电联产的高效运行方式，而且可以降低上网电量，达到夏季火电灵活性调峰的目的，最大程度的为清洁能源让出上网空间，有效缓解可再生能源消纳困境。
3）自然蓄热水体11可以作为最佳的应急备用热源，提高供热的可靠性。
4）随着调峰服务费、峰谷电价等政策的逐步落实，特别是未来电力现货市场的建立和负上网电价的出现，必然会促进热电厂的深度调峰需求，未来的市场发展空间将会越来越大。
实施例2
一种汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，包括热电联产机组汽机旁路系统、跨季节自然水体系统以及供热管网系统，所述跨季节自然水体系统包括蓄水坑、蓄热水体11、布水器10、水底保护层12和水体表面保温覆盖层9、雨水收集和排水系统；优选了主蒸汽旁路2实现的单供热运行方式，实现热电厂的热电解耦。
在本实施例中，所述蓄水坑为土木工程开挖形成，横切面形状包括梯形。
在本实施例中，所述蓄水坑底部和四周斜边土壤做平整处理。
在本实施例中，所述蓄热水体11的水质达一次供热循环水标准，水量大于1万吨，水温最高温度低于85℃。
在本实施例中，所述布水器10设置在蓄热水体11中，为充放热的立式布水器，可用于水体进出水和充放热。
在本实施例中，所述水底保护层12设置于蓄水坑底部和四周，包括保温和防水隔热层。
在本实施例中，所述保温覆盖层9设置于蓄热水体11表面，包括浮动式保温覆盖层9。
在本实施例中，所述汽机旁路系统流量范围为主蒸汽流量的100%，可以实现热电联产机组上网电量负荷降至0%上网电量。
在本实施例中，所述热网加热器8的体积和面积随着与之相连的旁路系统流量和参数变化。
在本实施例中，所述的喷水减温减压器包括减压阀7、喷水减温器、温度传感器、压力传感器。
在本实施例中，进入热网加热器8汽侧的蒸汽压力和温度参数由喷水减温减压器控制。
在本实施例中，所述热网加热器8加热的热网循环水与自然水体内的蓄热水体11水质相同，循环水与蓄热水体11管路直接相连，管路中的三通、阀门控制自然水体的充放热过程。
在本实施例中，所述供热管网系统包括热网加热器8供热进、出水管路，跨季节自然水体系统进、出水管路，一次供热管网供、回水管路；各管路之间通过多个三通、水泵及阀门连接。
在本实施例中，一次供热管网供水管路设置一个三通，所述三通一端连接跨季节自然水体系统，另两端作为供热热水的入口和出口；一次供热管网回水管路设置另一个三通，所述另一个三通一端连接汽机旁路系统，第二端连接跨季节自然水体系统，第三端连接一次供热管网回水管路入口。
在本实施例中，跨季节自然水体系统蓄热时，来自汽机旁路的蒸汽在热网加热器8内对集中供热热水进行一级加热，流经供热出水管路，进入蓄热水体11，将热量跨季节储存于自然水体内；跨季节自然水体系统放热时，蓄热水体11中的热水通过管道流入一次供热管网，释放热量供给用户端。
在本实施例中，夏季调峰时段，通过汽机旁路系统实现热电厂夏季发电负荷从100%深度调峰至0%负荷，蓄热水体11可直接进行蓄热模式，通过热网加热器8高效地将锅炉蒸汽热量传热给热网循环水，并将此热能跨季节储存于蓄热水体11中，也可以直接对热网中的生活热水用户供热；冬季供热期，通过供热管网系统将蓄热水体11中储存的热能释放出来用于供热，可以保证热电厂冬季100%地满足供热管网的供热服务。
本发明相比于现有技术具有以下优点：
1）通过引入跨季节自热水体结合汽机旁路可实现夏季热电联产运行方式，可以实现夏季的火电灵活性调峰功能，这样可大大提高热电厂的经济效益和夏季运行热效率。而且跨季节自然水体的单位体积蓄热成本远远低于大型蓄热水罐和其他相变储能技术，其安全性也远大于蓄热水罐和相变储能。
2）在夏季，通过更高压力和温度的汽机旁路系统，可以使实现最低0%的电力负荷生产方式，即主蒸汽旁路2实现的单供热运行方式，可以最大限度地实现0上网电量，达到夏季火电灵活性深度调峰的目的，最大程度的为清洁能源让出上网空间，有效缓解可再生能源消纳困境。
3）自然蓄热水体11可以作为最佳的应急备用热源，提高供热的可靠性。
4）随着调峰服务费、峰谷电价等政策的逐步落实，特别是未来电力现货市场的建立和负上网电价的出现，必然会促进热电厂的深度调峰需求，未来的市场发展空间将会越来越大。
尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，可以作出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本发明的范围。以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，包括热电联产机组汽机旁路系统、跨季节自然水体系统以及供热管网系统，其特征在于：所述跨季节自然水体系统包括蓄水坑、蓄热水体（11）、布水器（10）、水底保护层（12）和水体表面保温覆盖层（9）、雨水收集和排水系统；所述汽机旁路系统包括主蒸汽旁路（2）、高压缸旁路、冷再旁路（3）、再热前旁路、再热后旁路（4）、中压缸旁路、低压缸旁路（5）、各旁路对应的喷水减温减压器系统和热网加热器（8）。
2.根据权利要求1所述的汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，其特征在于：所述汽机旁路系统中的各旁路，依据实际情况可以单独实施各旁路系统或选择两种或两种以上旁路系统进行组合，实现热电厂的热电解耦。
3.根据权利要求1所述的汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，其特征在于：所述蓄水坑为土木工程开挖形成，横切面形状包括梯形。
4.根据权利要求3所述的汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，其特征在于：所述蓄水坑底部和四周斜边土壤做平整处理。
5.根据权利要求1所述的汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，其特征在于：所述蓄热水体（11）的水质达一次供热循环水标准，水量大于1万吨，水温最高温度低于85℃。
6.根据权利要求1所述的汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，其特征在于：所述布水器（10）设置在蓄热水体（11）中，包括充放热的立式布水器，可用于水体进出水和充放热。
7.根据权利要求1所述的汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，其特征在于：所述水底保护层（12）设置于蓄水坑底部和四周，包括保温和防水隔热层。
8.根据权利要求1所述的汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，其特征在于：所述保温覆盖层（9）设置于蓄热水体（11）表面，包括浮动式保温覆盖层（9）。
9.根据权利要求1所述的汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，其特征在于：所述汽机旁路系统流量范围为主蒸汽流量的0%~100%，可以实现热电联产机组上网电量从100%负荷降至0%上网电量。
10.根据权利要求1所述的汽机旁路和跨季节自然水体结合的蓄热调峰系统，其特征在于：所述热网加热器（8）的体积和面积随着与之相连的旁路系统流量和参数变化。
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