CN107461728B - 一种用于调峰的电蓄热锅炉回热系统 - Google Patents

一种用于调峰的电蓄热锅炉回热系统 Download PDF

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Abstract

一种用于调峰的电蓄热锅炉回热系统属于发电设备技术领域，包括电站锅炉、汽轮机抽汽回热系统、电蓄热炉、水‑水换热器、冷却塔循环水系统及热网连接管道。本发明的核心是提供一种用于调峰的电蓄热锅炉回热系统，在冬季供热期可将电厂多余发电量及弃风电储存至电蓄热炉，与热网水换热供给热用户，在夏季无热用户时，吸纳电厂的深度调峰剩余电量及电网低谷期弃风电。当电网处于波峰或正常区间时，抽取部分冷却塔循环水进入所述电蓄热炉吸热，吸热后的高温循环水经水‑水换热器与部分凝结水换热，所述凝结水被加热至与经所述低压加热器加热的凝结水相同的温度，以保证系统的稳定性，此方式减少了各缸的抽汽量。

Description

一种用于调峰的电蓄热锅炉回热系统
技术领域
本发明属于发电设备技术领域，特别是涉及到一种用于调峰的电蓄热锅炉回热系统。
背景技术
目前固体电蓄热调峰机组的运行原理为在电网低谷时间段亦是风力发电的弃风电时段，将高压电网的部分电能转化为热能储存于蓄热体，在电网高峰期正常供电，不进行能量转换，以达到调峰目的。所储热能可转化为热水、蒸汽等产品供给热用户。
在夏季等用热低谷期，当电网所供电量低于电厂稳定燃烧最低发电功率时，剩余电量无处供给，弃风电无法利用，造成能源的浪费。
因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于电厂调峰的电蓄热锅炉回热系统，用来解决目前固体电蓄热调峰机组夏季等用热低谷期弃风电无法利用，造成能源的浪费的技术问题。
一种用于调峰的电蓄热锅炉回热系统，包括电站锅炉、汽轮机抽汽回热系统、电蓄热炉、水-水换热器、冷却塔循环水系统及热网连接管道，
所述电站锅炉通过主蒸汽管道与高压缸的进汽口固定连接，电站锅炉通过再热蒸汽管道分别与高压缸的排汽口以及中压缸的进汽口固定连接；所述中压缸通过管道和低压缸连接；
所述汽轮机抽汽回热系统包括低压加热器、抽汽阀、除氧器、给水泵以及高压加热器；
所述低压加热器的数量为四组并且顺次连接，相邻两组低压加热器之间均分别通过凝结水管道和疏水管道连接，其中第一组低压加热器通过凝结水管道与凝结水水泵固定连接，第一组低压加热器通过凝结水管道与凝汽器固定连接，第一组低压加热器、第二组低压加热器以及第三组低压加热器均分别通过设置有抽汽阀的抽汽管道与低压缸固定连接，第四组低压加热器通过凝结水管道与除氧器固定连接，第四组低压加热器通过设置有抽汽阀的抽汽管道与中压缸固定连接；
所述高压加热器的数量为三组并且顺次连接，相邻两组高压加热器分别通过给水管道和疏水管道连接，第一组高压加热器通过给水管道与给水泵固定连接，第一组高压加热器通过给水管道与除氧器固定连接，第一组高压加热器通过给水管道与中压缸固定连接，第二组高压加热器和第三组高压加热器均分别通过抽汽管道与高压缸固定连接，第三组高压加热器通过给水管道与电站锅炉固定连接；
所述除氧器通过抽汽管道分别与中压缸以及给水泵固定连接；
所述冷却塔循环水系统包括冷却塔、集水池、循环水第一给水泵、循环水第二给水泵、第五电动阀以及第六电动阀；
所述冷却塔的下部与集水池连接，冷却塔的入口通过设置有第五电动阀的循环水管道与凝汽器固定连接，冷却塔的入口通过管道与水-水换热器固定连接；所述循环水第二给水泵的一端通过管道与凝汽器固定连接，循环水第二给水泵的另一端通过设置有第六电动阀的管道与电蓄热炉的入口连接；所述集水池通过管道与循环水第一给水泵固定连接；所述循环水第一给水泵通过循环水管道与凝汽器固定连接；
所述电蓄热炉的入口处设置有三通，电蓄热炉通过电热丝与氧化镁蓄热砖连接；所述三通的一个口与设置有第六电动阀的管道固定连接，第二个口连通至电蓄热炉的内部与热网水供水管道固定连接，第三个口与热网水回水管道固定连接；
所述热网连接管道包括热网水回水管道和热网水供水管道；所述热网水供水管道通过管道与水-水换热器固定连接；
所述凝汽器通过管道与凝结水水泵固定连接；所述凝结水水泵通过凝结水管道与第一组低压加热器固定连接，凝结水水泵通过凝结水管道与水-水换热器固定连接；所述水-水换热器通过管道连接至第四组低压加热器与除氧器之间的凝结水管道上。
所述凝结水水泵与第一组低压加热器之间的凝结水管道上设置有第一电动阀。
所述凝结水水泵与水-水换热器之间的凝结水管道上设置有第二电动阀。
所述热网水回水管道上设置有第三电动阀。
所述热网水供水管道上设置有第四电动阀。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
本发明在冬季等有热用户的时期，所述第二电动阀关闭，第一电动阀、第三电动阀、第四电动阀、第五电动阀和第六电动阀开启，在电网低谷时将电网多余电量和弃风电转化为热能蓄存在所述电蓄热炉，热网水通过所述热网水进口管道进入电蓄热炉后吸热，供给热用户，以达到调峰目的。在夏季等无热用户的时期，当电网处于波谷时，电网所需电量低于电厂稳定燃烧最低发电功率，所述第二电动阀、第三电动阀、第四电动阀和第六电动阀关闭，第一电动阀和第五电动阀开启，多余电量与弃风电转化为热能储蓄在所述电蓄热炉；当电网处于波峰或正常区间时，所述第三电动阀和第四电动阀关闭，第一电动阀、第二电动阀、第五电动阀和第六电动阀开启，抽取部分冷却塔循环水进入所述电蓄热炉吸热，吸热后的高温循环水经水-水换热器与部分凝结水换热，所述凝结水被加热至与经所述低压加热器加热的凝结水相同的温度，以保证系统的稳定性，此方式减少了各缸的抽汽量，即所述抽汽阀开度降低，间接增加了汽轮机发电量，循环水在所述水-水换热器换热后经过换热器出口水泵进入所述冷却塔冷却。
本发明以现有电蓄热锅炉为基础进行创新，在供热期与非供热期，电蓄热炉内所储热量可通过不同方式加以利用，并可以在电网低谷期较大容量地吸纳弃风电，极大地降低了能源浪费；电蓄热锅炉的较大容量及系统各处阀门的联合控制保证了系统对变负荷的良好适应性，确保系统的高效稳定运行。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明一种用于调峰的电蓄热锅炉回热系统的结构示意图。
图中1-高压缸，2-中压缸，3-低压缸，4-低压加热器，5-抽汽阀，6-除氧器，7-给水泵，8-高压加热器，9-凝汽器，10-凝结水水泵，11-凝结水管道，12-第一电动阀，13-第二电动阀，14-水-水换热器，15-电蓄热锅炉，16-电热丝，17循环水第一给水泵，18热网水进口管道，19-热网水回口管道，20-第三电动阀，21-第四电动阀，22-电站锅炉，23-循环水第二给水泵，24-第五电动阀，25-第六电动阀，26-集水池，27-冷却塔，28-冷却塔循环水系统，29-主蒸汽管道，30-再热蒸汽管道，31-汽轮机抽汽回热系统，32-热网连接管道。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种用于调峰的电蓄热锅炉回热系统，在冬季供热期可将电厂多余发电量及弃风电储存至电蓄热炉，与热网水换热供给热用户，在夏季无热用户时，吸纳电厂的深度调峰剩余电量及电网低谷期弃风电。
下面结合附图1与具体实施方式对本发明作详细介绍：
一种用于调峰的电蓄热锅炉回热系统，包括电站锅炉22、汽轮机抽汽回热系统31、电蓄热炉15、水-水换热器14、冷却塔循环水系统28及热网连接管道32。
所述电站锅炉22用于加热在高压加热器8中被加热的热水，经主蒸汽管道29进入高压缸1，做功后通过再热蒸汽管道30进入电站锅炉22，被再热后进入中压缸2，做功后进入低压缸3，低压缸3所排乏汽进入凝汽器9，被经冷却塔27冷却的循环水冷却后变成凝结水，经凝结水管道11分别进入所述低压加热器4，除氧器6和高压加热器8，被加热后的热水进入电站锅炉22，如此循环。
汽轮机抽汽回热系统31包括有四组低压加热器4，所述低压加热器4后连接有除氧器6、给水泵7及三组高压加热器8。所述低压缸3的三段抽汽全部加热所述低压加热器4，所述中压缸2的三段抽汽分别用于一组低压加热器4、除氧器7及一组高压加热器8，所述高压缸1的两段抽汽用于加热所高压加热器8；在所述低压加热器4对应的抽汽管道上设置有抽汽阀5；所述低压缸3所排乏汽进入凝汽器9，被经冷却塔27冷却的循环水冷却后，凝结水经凝结水管道11进入所述低压加热器4；在所述凝结水管道11上设有旁路，并联连接有水-水换热器14，所述水-水换热器14出口管路连接至所述除氧器6前凝结水管路；在所述凝结水水泵10后的两条分支管路上设置有第一电动阀12及第二电动阀13。
所述电蓄热锅炉15由电热丝16将电厂多余发电量及弃风电转化为热能引入氧化镁蓄热砖，通过风机吹风与所述蓄热砖换热，所得热风与所述循环水换热，被加热的循环水进入所述水-水换热器14加热凝结水。
经过所述电蓄热锅炉的管道上并联有所述热网连接管道32，包括热网水回水管道18和热网水供水管道19，上述管道上各设置有第三电动阀20和第四电动阀21。
经所述凝汽器9被加热的循环水分为两部分，一部分经第五电动阀24后直接进入冷却塔27冷却，另一部分经循环水第二给水泵23及第六电动阀25后进入所述电蓄热炉15，被加热后进入水-水换热器14作为放热介质，后经换热器出口水泵22加压进入冷却塔27冷却，循环水在冷却塔集水池26汇集后经循环水第一给水泵17进入凝汽器9，如此循环往复。
在冬季等有热用户时期，所述第二电动阀13关闭，第三电动阀20、第四电动阀21、第五电动阀24和第六电动阀25开启，在电网低谷时弃风电转化为热能储蓄在所述电蓄热炉15，热网水通过所述热网水进口18进入电蓄热锅炉吸热后，供给热用户，以达到调峰目的。
在夏季等无热用户时期，当电网处于用电波谷时，电网所需电量低于电厂稳定燃烧最低发电功率，所述第一电动阀12和第五电动阀24开启，第二电动阀13、第三电动阀20、第四电动阀21和第六电动阀25关闭，所述述水-水换热器14不运行，多余电量与弃风电转化为热能储蓄在所述电蓄热炉中。
在夏季等无热用户时期，当电网处于用电波峰或正常区间时，所述第一电动阀12、第二电动阀13、第五电动阀24和第六电动阀25开启，第三电动阀20和第四电动阀21关闭，抽取部分循环水进入所述电蓄热炉吸热，循环水的流量通过第六电动阀25控制，随后进入所述水-水换热器14中与部分凝结水换热，所述部分凝结水流量由第二电动阀13控制，所述凝结水被加热至与经所述低压加热器4加热的凝结水相同温度，以保证系统的稳定性，此方式减少了各缸的抽汽量，即所述抽汽阀5开度降低，间接增加了汽轮机发电量，循环水在所述水-水换热器14换热后进入所述冷却塔27冷却。
以下结合应用实例对所述系统的具体应用加以说明：
以某350MW机组为例，在非供热期时，该机组电蓄热炉蓄热功率为70MW,该机组最低可在30％THA工况下稳定运行，电网所需电量低于电厂稳定燃烧最低发电功率时，多余电量及弃风电储蓄至电蓄热炉，按每日电网低谷期为5小时计算，每日蓄热5小时，蓄热效率为95％，则该电蓄热炉每日可对外放热最大为33250kW·h。
系统正常运行工况为50％THA，该工况下凝结水流量为390t/h,凝结水水泵10出口水温为33℃，除氧器6前凝结水温度为128℃，凝结水水泵10的出口至除氧器6前凝结水焓差为400kJ/kg,假设在电蓄热炉放热期通过第二电动阀13的凝结水量占总凝结水量比例为40％，综上所述水-水换热器14的换热功率为17.7MW。
设电蓄热锅炉15出口循环水温度为200℃，循环水进入冷却塔27前温度为50℃，所述水-水换热器14为逆流换热传热系数K为800W/(m2·K)；凝汽器9的出口凝结水温度为33℃，低压加热器4的出口凝结水温度为128℃。综上所述，水-水换热器14冷端进口水温t'2为33℃，出口水温t″22为128℃，流量为G2160t/h，热端进口水温t'1为200℃，出口水温t″1为50℃，流量G1为100.8t/h，以水的比热容按4.2×103J/(kg℃)计算，热端热容量W1为117200W/℃，冷端热容量W2为185900W/℃。
热容量比
Figure BDA0001395705690000061
传热有效度
Figure BDA0001395705690000062
根据公式
Figure BDA0001395705690000063
传热单元数NTU为3.612。
水-水换热器换热面积
Figure BDA0001395705690000064
考虑所述水-水换热器14含5％散热损失，若将电蓄热锅炉15每日蓄热全部换热，每日换热量为315000kW，可供放热约18小时，考虑到电蓄热锅炉15在蓄热砖温度较低时换热效果较差，每日换热时间仍可达10小时以上。

Claims (1)

1.一种用于调峰的电蓄热锅炉回热系统，其特征是：包括电站锅炉（22）、汽轮机抽汽回热系统（31）、电蓄热炉（15）、水-水换热器（14）、冷却塔循环水系统（28）及热网连接管道（32），
所述电站锅炉（22）通过主蒸汽管道（29）与高压缸（1）的进汽口固定连接，电站锅炉（22）通过再热蒸汽管道（30）分别与高压缸（1）的排汽口以及中压缸（2）的进汽口固定连接；所述中压缸（2）通过管道和低压缸（3）连接；
所述汽轮机抽汽回热系统（31）包括低压加热器（4）、抽汽阀（5）、除氧器（6）、给水泵（7）以及高压加热器（8）；
所述低压加热器（4）的数量为四组并且顺次连接，相邻两组低压加热器（4）之间均分别通过凝结水管道（11）和疏水管道连接，其中第一组低压加热器（4）通过凝结水管道（11）与凝结水水泵（10）固定连接，第一组低压加热器（4）通过凝结水管道（11）与凝汽器（9）固定连接，第一组低压加热器（4）、第二组低压加热器（4）以及第三组低压加热器（4）均分别通过设置有抽汽阀（5）的抽汽管道与低压缸（3）固定连接，第四组低压加热器（4）通过凝结水管道（11）与除氧器（6）固定连接，第四组低压加热器（4）通过设置有抽汽阀（5）的抽汽管道与中压缸（2）固定连接；
所述高压加热器（8）的数量为三组并且顺次连接，相邻两组高压加热器（8）分别通过给水管道和疏水管道连接，第一组高压加热器（8）通过给水管道与给水泵（7）固定连接，第一组高压加热器（8）通过给水管道与除氧器（6）固定连接，第一组高压加热器（8）通过给水管道与中压缸（2）固定连接，第二组高压加热器（8）和第三组高压加热器（8）均分别通过抽汽管道与高压缸（1）固定连接，第三组高压加热器（8）通过给水管道与电站锅炉（22）固定连接；
所述除氧器（6）通过抽汽管道分别与中压缸（2）以及给水泵（7）固定连接；
所述冷却塔循环水系统（28）包括冷却塔（27）、集水池（26）、循环水第一给水泵（17）、循环水第二给水泵（23）、第五电动阀（24）以及第六电动阀（25）；
所述冷却塔（27）的下部与集水池（26）连接，冷却塔（27）的入口通过设置有第五电动阀（24）的循环水管道与凝汽器（9）固定连接，冷却塔（27）的入口通过管道与水-水换热器（14）固定连接；所述循环水第二给水泵（23）的一端通过管道与凝汽器（9）固定连接，循环水第二给水泵（23）的另一端通过设置有第六电动阀（25）的管道与电蓄热炉（15）的入口连接；所述集水池（26）通过管道与循环水第一给水泵（17）固定连接；所述循环水第一给水泵（17）通过循环水管道与凝汽器（9）固定连接；
所述电蓄热炉（15）的入口处设置有三通，电蓄热炉（15）通过电热丝（16）与氧化镁蓄热砖连接；所述三通的一个口与设置有第六电动阀（25）的管道固定连接，第二个口连通至电蓄热炉（15）的内部与热网水供水管道（19）固定连接，第三个口与热网水回水管道（18）固定连接；
所述热网连接管道（32）包括热网水回水管道（18）和热网水供水管道（19）；所述热网水供水管道（19）通过管道与水-水换热器（14）固定连接；
所述凝汽器（9）通过管道与凝结水水泵（10）固定连接；所述凝结水水泵（10）通过凝结水管道（11）与第一组低压加热器（4）固定连接，凝结水水泵（10）通过凝结水管道（11）与水-水换热器（14）固定连接；所述水-水换热器（14）通过管道连接至第四组低压加热器（4）与除氧器（6）之间的凝结水管道（11）上；
所述凝结水水泵（10）与第一组低压加热器（4）之间的凝结水管道（11）上设置有第一电动阀（12）；
所述凝结水水泵（10）与水-水换热器（14）之间的凝结水管道（11）上设置有第二电动阀（13）；
所述热网水回水管道（18）上设置有第三电动阀（20）；
所述热网水供水管道（19）上设置有第四电动阀（21）；
在有热用户时期，所述第二电动阀（13）关闭，第三电动阀（20）、第四电动阀（21）、第五电动阀（24）和第六电动阀（25）开启，在电网低谷时弃风电转化为热能储蓄在电蓄热炉（15），热网水通过热网水回水管道（18）进入电蓄热锅炉吸热后，供给热用户，以达到调峰目的；
在无热用户时期，电网处于用电波谷时，电网所需电量低于电厂稳定燃烧最低发电功率，所述第一电动阀（12）和第五电动阀（24）开启，第二电动阀（13）、第三电动阀（20）、第四电动阀（21）和第六电动阀（25）关闭，所述水-水换热器（14）不运行，多余电量与弃风电转化为热能储蓄在电蓄热炉（15）中；
在无热用户时期，电网处于用电波峰或正常区间时，所述第一电动阀（12）、第二电动阀（13）、第五电动阀（24）和第六电动阀（25）开启，第三电动阀（20）和第四电动阀（21）关闭，抽取部分循环水进入电蓄热炉（15）吸热，循环水的流量通过第六电动阀（25）控制，随后进入水-水换热器（14）中与部分凝结水换热，所述部分凝结水流量由第二电动阀（13）控制，凝结水被加热至与经低压加热器（4）加热的凝结水相同温度，以保证系统的稳定性，此方式减少了各缸的抽汽量，相应的所述抽汽阀（5）开度降低，间接增加了汽轮机发电量，循环水在水-水换热器（14）换热后进入冷却塔（27）冷却。
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