CN107269331A - 实现能量梯级利用且参与深度调峰的供热抽汽系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种实现能量梯级利用且参与深度调峰的供热抽汽系统，它属于热电联产领域。本发明包括汽轮机、发电机、背压小汽轮机，热网循环泵，一级热网，凝汽器、换热首站，板式换热器，蓄热罐，蓄热泵，放热泵，蓄热抽汽阀和蓄放热控制阀，发电机和汽轮机相连，蓄热罐与汽轮机抽汽之间有蓄热抽汽阀，蓄热罐上有蓄放热控制阀，蓄热罐下层有蓄热泵和放热泵，汽轮机中压缸抽汽与背压小汽轮机动作驱动热网循环泵，背压小汽轮机与换热首站相连，换热首站与一级热网相通，换热首站与板式换热器相连，板式换热器与凝汽器相连；本发明还提供操作灵活合理的抽汽方法。本发明系统简单合理，安全可靠，操作灵活，保证机组运行和参数的稳定性。

Description

实现能量梯级利用且参与深度调峰的供热抽汽系统及方法
技术领域
本发明涉及一种供热抽汽系统和方法，尤其是涉及一种实现能量梯级利用且参与深度调峰的供热抽汽系统和方法，适用于大型新建或供热改造机组，它属于热电联产领域。
背景技术
根据中国电力企业联合会发布的《2016-2017年度全国电力供需形势分析预测报告》，截至2016年底，全国发电设备利用小时3785小时、同比降低203小时。其中火电设备利用小时4165小时、比上年降低199小时。预计2017年全年全国电力供应能力总体富余，全国发电设备利用小时3600小时左右，其中火电设备利用小时将下降至4000小时左右。在设备利用小时数持续下降的情况下，发电机组低位运行，火电机组深度调峰、频繁启停。尤其是供热机组在采暖期也要受电网调度的制约，参与电网调峰，在夜间机组一般以低负荷运行，造成采暖抽汽量下降，机组供热量不足，不能满足外界热负荷需求。从机组运行经济性和稳定性考虑，亟需一种具有“削峰填谷”作用的蓄热系统，满足机组调峰需求的同时，保证机组运行的安全稳定性。
另外一般供热电厂承担的城市采暖供热的一级热网循环水供水温度为110℃或130℃，回水温度70℃，且供热首站大都设在电厂区域内。大型机组的采暖抽汽口一般设在中压缸排汽口，中压缸排汽压力为1.1MPa-0.8MPa(不同的汽机制造厂设计的机组中排压力有所不同)。为满足热网循环水的供水温度，供热机组采用的抽汽压力一般为0.2 MPa-0.55MPa，用中压缸排汽直接加热一级热网或经过减温减压满足抽汽参数后，都存在很大的能量损失。因此有必要在保证最大供热量的基础上，挖掘机组节能降耗的潜力，寻求一种实现能量梯级利用的方法。
公开日为2015年04月22日，公开号为103452611B的中国专利中，公开了一种名称为“一种联合循环的热电联供系统”的发明专利。该专利包括汽轮机、余热锅炉、热网抽汽系统；高压缸的排汽管道上设有一高排逆止阀，热网抽汽系统包括两个并联的调节阀，其中第一调节阀连接实现汽轮机一级调整抽汽的第一级减温减压装置，第二调节阀通过一冷再热管道连接中压蒸汽发生器和中压过热器之间的管道。虽然该系统具有较高运行效率，但是存在很大的能量损失，故其还是存在上述缺陷。
因此，提供一种系统简单合理，操作灵活，不仅能保证机组在低负荷参与深度调峰时的运行稳定性，而且保证一级热网侧的供热参数的稳定性的供热抽汽系统，显得尤为必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种系统简单合理，安全可靠，操作灵活，不仅能保证机组在低负荷参与深度调峰时的运行稳定性，而且保证一级热网侧的供热参数的稳定性的供热抽汽系统和方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该实现能量梯级利用且参与深度调峰的供热抽汽系统，包括汽轮机和发电机，所述发电机和汽轮机相连，其特征在于：还包括背压小汽轮机，热网循环泵，一级热网，凝汽器，换热首站，板式换热器，蓄热罐，蓄热泵，放热泵，蓄热抽汽阀和蓄放热控制阀，所述蓄热罐的入口与汽轮机抽汽之间设有蓄热抽汽阀，蓄热罐上层连接有蓄放热控制阀，蓄热罐下层并联有蓄热泵和放热泵，汽轮机的中压缸抽汽与背压小汽轮机动作驱动热网循环泵，背压小汽轮机的出口端与换热首站的入口端相连，换热首站与一级热网相通，换热首站的下端与板式换热器相连，板式换热器与凝汽器相连。
作为优选，本发明所述蓄热罐内介质为水，该蓄热罐上层为热水，蓄热罐下层为冷水，蓄热罐中间为过渡层。
作为优选，本发明所述换热首站排出的疏水温度为80℃左右。
作为优选，本发明所述一级热网的供水温度130℃，回水温度70℃。
本发明还提供一种可实现能量梯级利用且参与深度调峰的供热抽汽方法，其特征在于：抽汽方法如下：从汽轮机中压缸排汽口抽汽，高品位蒸汽进入背压小汽轮机做功，驱动热网循环泵，背压小汽轮机排汽中低品位蒸汽用来加热换热首站中的一级热网循环水，从换热首站中排出的疏水直接进入板式换热器，进行主凝结水加热，再排入凝汽器；若白天机组负荷率较高时，打开蓄热抽汽阀，汽轮机中压缸排汽口中的部分蒸汽进入蓄热罐上部加热热水进行蓄热，同时蓄热泵启动，蓄热罐下部的冷水排出，冷热水中间过渡层下移；当机组参与调峰，负荷率较低，抽汽量不足，供热量不能保证一级热网供热参数时，放热泵启动，热水从蓄热罐上部流出，进入换热首站加热一级热网循环水，保证一级热网的供热参数。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：该系统不仅能保证机组在低负荷参与深度调峰时的运行稳定性，而且保证一级热网侧的供热参数的稳定性；另外抽汽系统中设置驱动热网循环泵用的背压小汽轮机，设置板式换热器加热主凝结水，合理实现了抽汽高品质热量的梯级利用；本系统结构简单，可操作灵活性较大，具有一定的实用价值。
附图说明
图1是本发明实施例的系统结构示意图。
图中：汽轮机1，发电机2，背压小汽轮机3，热网循环泵4，一级热网5，凝汽器6，换热首站7，板式换热器8，蓄热罐9，蓄热泵10，放热泵11，蓄热抽汽阀12，蓄放热控制阀13，主凝结水14。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1，本实施例实现能量梯级利用且参与深度调峰的供热抽汽系统，包括汽轮机1、发电机、背压小汽轮机3，热网循环泵4，一级热网5，凝汽器6，换热首站7，板式换热器8，蓄热罐9，蓄热泵10，放热泵11，蓄热抽汽阀12和蓄放热控制阀13。
本实施例中的发电机和汽轮机1相连，蓄热罐9的入口与汽轮机1抽汽之间设有蓄热抽汽阀12，蓄热罐9上层连接有蓄放热控制阀13，蓄热罐9下层并联有蓄热泵10和放热泵11，汽轮机1的中压缸抽汽直接进入背压小汽轮机3做功来驱动热网循环泵4，做功后，背压小汽轮机3的出口端排汽进入换热首站7加热一级热网5循环水，经过一次换热从换热首站7排出的疏水排入板式换热器8，在板式换热器8内加热主凝结水14，二次换热后再排入凝汽器6，实现能量的梯级利用。
本实施例中的蓄热罐9内介质为水，利用冷水和热水的密度差来实现蓄热，上层为热水，下层为冷水，中间为过渡层。
本实施例中的蓄热罐9在蓄热时，蓄热抽汽阀12、蓄放热控制阀13打开，蓄热泵10启动，冷水从蓄热罐9下层排出，吸收一级热网5循环水中多余的热量，过渡层下移。
本实施例中的蓄热罐9在放热时，蓄放热控制阀13打开，放热泵11启动，热水从蓄热罐9上层排出，加热一级热网5循环水，过渡层上移。
本实施例中的蓄热泵10和放热泵11，蓄热时，蓄热泵10启动，放热泵11停运；放热时，放热泵11启动，蓄热泵10停运。
本实施例中的背压小汽轮机3用来驱动热网循环泵4，节省了部分厂用电，背压小汽轮机3排汽直接进入换热首站7加热一级热网5循环水。
本实施例中的换热首站7排出的疏水温度在80℃左右，用来加热低压加热器进口的凝结水。
本实施例中的一级热网5侧的供水温度130℃，回水温度70℃。
本实施例的可实现能量梯级利用且参与深度调峰的供热抽汽过程如下：供热抽汽系统从汽轮机1中压缸排汽口抽汽，高品位蒸汽进入背压小汽轮机3做功，驱动热网循环泵4，背压小汽轮机3排汽中低品位蒸汽用来加热换热首站7中的一级热网5循环水。从换热首站7中排出的疏水直接进入板式换热器8，用来加热主凝结水14，之后排入凝汽器6，实现热量的梯级利用。另外白天机组负荷率较高时，打开蓄热抽汽阀12，汽轮机1中压缸排汽口中的部分蒸汽进入蓄热罐9上部加热热水进行蓄热，同时蓄热泵10启动，蓄热罐9下部的冷水排出，冷热水中间过渡层下移，实现蓄热。当机组参与调峰，负荷率较低，抽汽量不足，供热量不能保证一级热网5供热参数时，放热泵11启动，热水从蓄热罐9上部流出，进入换热首站7加热一级热网5循环水，保证一级热网5的供热参数。
具体实施过程一：当机组负荷高于额定抽汽负荷时，汽轮机1的中压缸抽汽一部分通过蓄热抽汽阀12进入蓄热罐9内，另一部分直接进入背压小汽轮机3内做功。进入蓄热罐9内的抽汽加热蓄热罐9上层热水，同时蓄热泵10启动，从蓄热罐9下层排出冷水，经过换热首站7吸收一级热网5循环水和背压小汽轮机3排汽中部分多余的热量，通过蓄放热控制阀13进入蓄热罐9上层热水中，实现热量的储存。当机组参与调峰，低于额定供热负荷，抽汽供热不足时，放热泵11启动，蓄热罐9上层热水经过蓄放热控制阀13进入换热首站7内加热一级热网5循环水，放热后的冷水经由放热泵11送入蓄热罐9下层冷水中，实现热量的释放，保证一级热网5侧供热参数的稳定性。
具体实施过程二：汽轮机1的中压缸出来的高品质蒸汽直接进入背压小汽轮机3内做功，驱动热网循环泵4，带动一级热网5循环水，与常规供热机组中的电动循环泵相比节省了部分厂用电。背压小汽轮机3做功后的低品位蒸汽进入换热首站7加热一级热网5循环水，经过一次换热后从换热首站7中排出的疏水温度在80℃左右，还存在一定的热量利用空间，因此疏水直接排入板式换热器8加热主凝结水14，二次换热之后再排入凝汽器6，实现热量的梯级利用。
通过上述阐述，本领域的技术人员已能实施。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种实现能量梯级利用且参与深度调峰的供热抽汽系统，包括汽轮机和发电机，所述发电机和汽轮机相连，其特征在于：还包括背压小汽轮机，热网循环泵，一级热网，凝汽器，换热首站，板式换热器，蓄热罐，蓄热泵，放热泵，蓄热抽汽阀和蓄放热控制阀，所述蓄热罐的入口与汽轮机抽汽之间设有蓄热抽汽阀，蓄热罐上层连接有蓄放热控制阀，蓄热罐下层并联有蓄热泵和放热泵，汽轮机的中压缸抽汽与背压小汽轮机动作驱动热网循环泵，背压小汽轮机的出口端与换热首站的入口端相连，换热首站与一级热网相通，换热首站的下端与板式换热器相连，板式换热器与凝汽器相连。
2.根据权利要求1所述的实现能量梯级利用且参与深度调峰的供热抽汽系统，其特征在于：所述蓄热罐内介质为水，该蓄热罐上层为热水，蓄热罐下层为冷水，蓄热罐中间为过渡层。
3.根据权利要求1所述的实现能量梯级利用且参与深度调峰的供热抽汽系统，其特征在于：所述换热首站排出的疏水温度为80℃左右。
4.根据权利要求1所述的实现能量梯级利用且参与深度调峰的供热抽汽系统，其特征在于：所述一级热网的供水温度130℃，回水温度70℃。
5.一种实现能量梯级利用且参与深度调峰的供热抽汽方法，采用权利要求1-4所述的实现能量梯级利用且参与深度调峰的供热抽汽系统，其特征在于：抽汽方法如下：从汽轮机中压缸排汽口抽汽，高品位蒸汽进入背压小汽轮机做功，驱动热网循环泵，背压小汽轮机排汽中低品位蒸汽用来加热换热首站中的一级热网循环水，从换热首站中排出的疏水直接进入板式换热器，进行主凝结水加热，再排入凝汽器；若白天机组负荷率较高时，打开蓄热抽汽阀，汽轮机中压缸排汽口中的部分蒸汽进入蓄热罐上部加热热水进行蓄热，同时蓄热泵启动，蓄热罐下部的冷水排出，冷热水中间过渡层下移；当机组参与调峰，负荷率较低，抽汽量不足，供热量不能保证一级热网供热参数时，放热泵启动，热水从蓄热罐上部流出，进入换热首站加热一级热网循环水，保证一级热网的供热参数。
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