CN107631288A - 一种火电机组深度调峰和回热节能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了火电机组深度调峰和回热节能的方法，通过在火电机组系统中设置热水储热系统的方式，在需要参与深度调峰的时段，抽取机组中压缸排汽蒸汽，通过换热器加热冷水，并将加热后的水储存在储热水罐中，实现深度调峰，同时降低发电负荷并保证机组的连续稳定运行；在不需要参与深度调峰的时段，将储热水罐内的热水通过水泵供至除氧器前的凝结水管道中，以此充分利用深度调峰时段存储的热量，从而大幅减少此时低压加热器系统的加热蒸汽量，实现增加发电负荷、回收利用储热水罐内存储热量、降低煤耗的目的。在整个调峰过程中，运用热水储热技术，提升机组上网调峰的能力，节约了机组运行能耗，又有效缓解了清洁能源消耗的困境。

Description

一种火电机组深度调峰和回热节能的方法

技术领域

本发明属于电力能源领域，具体涉及一种火电机组深度调峰和回热节能的方法。

背景技术

近年来，能源需求的增加和非可再生资源的枯竭，使得可再生资源相关技术发展迅速。在电力方面，风电获得了持续、快速的发展，但是，也普遍存在技术难题，如严重的弃风问题。而导致弃风问题的一个主要因素是风电消纳能力的限制。消纳成为制约国内风电发展的关键因素且形势日趋严峻。破解风电消纳问题，可从提升电源调峰能力、调整风电布局、加强电网互济和负荷侧管理等多个方面采取措施。尤其是弃风较为严重的东北地区，灵活性电源相对短缺，提高部分火电机组灵活性、深挖其深度调峰潜力，成为提高系统调峰和新能源消纳能力最具现实意义的关键举措。

另外，在我国三北地区，热电联产机组比重大，水电、纯凝机组等可调峰电源稀缺，调峰困难已经成为电网运行中最为突出的问题。以东北电网为例，其目前的电源结构中，火电占总装机的70％，风电占总装机的20％，核电机组也在陆续投运。在冬季采暖期，供热机组运行容量占火电机组运行总容量的70％，热电机组按“以热定电”方式运行，调峰能力仅为10％左右，使得风电消纳问题更为突出。上述情况导致了东北电网调峰困难的三个严重后果：一是电网低谷电力平衡异常困难，调度压力巨大，增加了电网安全运行风险；二是电网消纳风电、光电及核电等新能源的能力严重不足，弃风问题十分突出，不利于地区节能减排和能源结构转型升级；三是电网调峰与火电机组供热之间矛盾突出，影响居民冬季供暖安全，存在引发民生问题的风险。

国家能源局东北监管局下发《东北电力调峰辅助服务市场监管办法(试行)》(东北监能市场[2014]374号)并于2014年10月1日起施行。2016年3月东北能源监管局下发《<东北电力调峰辅助服务市场监管办法(试行)>补充规定》，补充规定中对有偿调峰基准以及调峰补偿档级进行了修订，其中最明显的变化是拉开了普通调峰与深度调峰的补偿差距。

国家政策正逐步加大对火电机组调峰能力的补偿力度；同时要求火电机组在进行电网调峰之时，一定要保证居民的供热质量，这就进一步加大了火电机组调峰的难度。因此，如何有效的进行火电机组电力调峰，并对热网负荷削峰填谷，从而保证供热的品质，对火电厂来说，是需要亟待解决的至关重要的问题。加快能源技术创新，挖掘燃煤机组调峰潜力，提升我国火电运行灵活性，全面提高系统调峰和新能源消纳能力，充分发挥火电灵活性改造在提高系统调峰能力和建立清洁低碳、安全高效的现代能源体系，促进我国能源结构调整。是我国推进高效智能电力系统建设的重要内容。

现有技术中，火电灵活性改造技术主要针对深度调峰(低电负荷运行)、提高爬坡速率、快速启停、燃料灵活性等方面。相应的解决方案有：

1.热电解耦：通过增加大型储热系统，在调峰困难时段通过储热装置热量参与供热补齐热力短缺；在调峰有裕量的时段储存富裕热量。主要有蓄热罐方案，电热锅炉，抽汽减温减压等。

2.低负荷脱硝：给水旁路，烟气旁路，省煤器分级，省煤器热水再循环技术等。

3.优化燃烧器及给水流量的控制策略，提高负荷调节速率：离子燃烧器，火焰监视器，磨煤机改造等。

4.增加稳燃设备：无油点火、微油点火等。

5.汽机改造：汽机旁路减温减压、低压缸改造等。

以上技术虽然能达到一定的调峰作用，但受锅炉、汽机等安全性的问题，无法达到深度调峰的目的。例如，电锅炉技术只是将用电负荷进行内部消耗，再转化为供热，并不节能；低负荷运行会造成脱硫脱硝等系统设备的超标排放。同时，现有的抽汽供热电厂，调峰系统进行电力调峰时还存在供热浪费或供热不足的问题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中电力系统中深度调峰的问题，提出了一种火电机组深度调峰的方法，在保证机组连续稳定动行、增加发电负荷、降低煤耗的基础上，实现深度调峰。

根据本发明一个方面，提供了一种火电机组深度调峰和回热节能的方法，所述方法包括以下步骤：

在火电机组中设置储热水罐；

在深度调峰时段，从中压缸排汽抽取蒸汽，通过换热器加热冷水并储存在所述储热水罐中；

在不需要参与深度调峰时段，将储热水罐内的热水供至除氧器前的凝结水管道中，以减少此时低压加热器的加热蒸汽量。

上述方案中，所述方法还包括：当所述火电机组为热电联产机组时，进行深度调峰时段，实现热电解耦，按照热电联产机组的特性，随着发电功率的降低，机组供热量也相应减少，不足的供热量由储热水罐进行补充。

上述方案中，所述储热水罐带有循环泵；

所述冷水位于储热水罐下部；

所述通过换热器加热冷水并储存在所述储热水罐中，进一步为，通过所述循环泵将储热水罐下部的冷水通过汽水换热器加热并存储在储热水罐上部。

上述方案中，所述方法还包括：

对中压缸至低压加热器的系统进行改造，通过在中低压连通管上安装抽汽蝶阀来控制中压缸的抽汽参数及排汽流量。

本发明具有如下有益效果：

本发明的火电机组深度调峰和回热节能方法，通过在火电机组系统中设置热水储热系统的方式，在需要参与深度调峰的时段，抽取机组中压缸排汽蒸汽，通过换热器加热储热水罐下部排出的冷水，并将加热后的水储存在储热水罐中，实现深度调峰，同时减少发电上网负荷并保证机组的连续稳定运行；在不需要参与深度调峰的时段，将储热水罐内的热水通过水泵供至除氧器前的凝结水管道中，以此充分利用深度调峰时段存储的热量，从而大幅减少此时低压加热器系统的加热蒸汽量，实现回收利用储热水罐内存储热量、降低煤耗的目的。在整个调峰过程中，运用热水储热技术，提升机组上网调峰的能力，节约了机组运行能耗，又有效缓解了清洁能源消耗的困境。

附图说明

图1为本发明第一实施例火电机组深度调峰和回热节能方法所基于的火电机组系统结构示意图；

图2为本发明第二实施例火电机组深度调峰和回热节能方法所基于的火电机组系统结构示意图。

附图标记说明：

1—中压缸；2—低压缸；3—凝汽器；4—除氧器；5—低压加热器；6—精处理器；7—汽水换热器；8—布水器；9—储热水罐；10—一次管网。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明技术问题、技术方案和优点将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

本发明通过在火电机组中设置热水储热系统的方式，实现深度调峰，同时降低发电负荷并保证机组的连续稳定运行。这里的热水储热系统通过储热水罐实现。在需要参与深度调峰的时段，抽取机组中压缸排汽蒸汽，通过换热器加热储热水罐下部排出的冷水，并将加热后的水储存在储热水罐中；在不需要参与深度调峰的时段，将储热水罐内的热水通过水泵供至除氧器前的凝结水管道中，以此充分利用深度调峰时段存储的热量，从而大幅减少此时低压加热器系统的加热蒸汽量，实现增加发电负荷、回收利用储热水罐内存储热量、降低煤耗的目的。

优选的，本发明可应用于采用微油点火系统改造后的火电机组。通过对机组完成微油点火系统改造，可实现锅炉低负荷稳燃。此时，锅炉自身低负荷连续运行的能力已接近极限，因此，采用本发明的热水储热系统及深度调峰方法，可进一步降低发电负荷并保证机组的连续稳定运行。

下面通过具体的实施例对本发明作进一步说明。

第一实施例

本实施例的火电机组深度调峰和回热节能方法基于如图1所示的系统。本实施例的火电机组，以经过微油点火稳燃系统改造后的火电机组系统为例进行说明。如图1所示，所述火电机组系统包括：中压缸1；低压缸2；凝汽器3；除氧器4；低压加热器5；精处理器6；汽水换热器7；布水器8；储热水罐9；一次管网10。

其中，所述中压缸1同时与低压缸2一侧和汽水换热器7一侧相连，所述低压缸2另一侧与凝汽器3一侧相连；所述凝汽器3另一侧与汽水换热器7另一侧同时再与精处理器6一侧相连；所述精处理器6另一侧再与低压加热器5一侧相连，所述低压加热器5另一侧与所述除氧器4相连；在汽水换热器7中，由中压缸2进蒸汽并由精处理器排出，与所述蒸汽进行热交换的水由储热水罐提供，因此，汽水换热器7同时与储热水罐9的下部和上部相连，进行热交换时，冷水从储热水罐9下部泵入汽水换热器7中，在汽水换热器7中进行热交换后由汽水换热器中排出进入储热水罐9的上部；在储热水罐9下部设置布水器8，用于控制进入汽水换热器7中的冷水；所述储热水罐9还与一次管网10相连。

为了充分利用机组热量，本实施例中的储热水罐9选用承压型斜温层热水储热罐。此时，冷热工质可同时储存在储热水罐9中。低负荷状态下的中压缸1排汽压力仍较高。储热水罐9的设计压力根据热水侧温度选择，优选的，储热水罐中所储热水温度范围为70-250℃，以最大水温250℃时水的压力为储热水罐的最大承受压力值。

通过在中低压连通管上安装抽汽蝶阀来控制中压缸1的抽汽参数及排汽流量，低压加热器5疏水可以按常规方式回收至火电机组凝汽器3或除氧器4。这里对中压缸1至低压加热器5的系统进行改造，与常规热电联产机组打孔抽汽改造基本相同，包括对连接管道及阀门的改造。

对本实施例的经过微油点火稳燃系统改造后的单台机组而言，当所述单台机组投运时，锅炉符合最低稳燃负荷。在确保低压缸2最小冷却流量的前提下，考虑平均工业蒸汽流量，可以由中压缸1排汽抽取蒸汽用于加热储热水罐9中的冷水。抽汽工况下发电负荷率为20～30％，优选的，发电负荷为22.8％。

所述火电机组系统还包括储热水罐循环泵。在储热过程中，利用储热水罐循环泵将储热水罐9下部的冷水逐渐通过汽水换热器7加热并存储在储热水罐9上部，可提高汽轮机10％负荷，提高汽轮机进气量，降低机组发电煤耗10-12g/kWh。在放热过程中，储热水罐9放出凝结水，在不参与深度调峰、发电负荷较高的工况下，所述火电机组系统能够全部回收储热水罐9放出的热量。

在热电联产机组在供热期的情况下，根据电网调度指令，进行深度调峰时段，实现热电解耦，按照热电联产机组的特性，随着发电功率的降低，机组供热量也相应减少，为满足热网热负荷需求，不足的供热量需要由热水储热系统进行补充，储热水罐9启动放热过程，冷水由储热水罐9下部布水器进入汽水换热器7，再由汽水换热器7排出热水进入储热水罐9上部，并供至一次管网10使用。

当热电联产机组不在供热期时，对于所述火电机组的所有机组而言，将储热水罐9内的热水供至除氧器4前的凝结水管道中，以此充分利用深度调峰时段存储的热量，从而大幅减少此时低压加热器5的加热蒸汽量，实现增加发电负荷、回收利用热水储热罐内存储热量、降低煤耗的目的。这里的供水过程可通过水泵实现。

在整个调峰过程中，运用热水储热技术，提升机组上网调峰的能力，节约了机组供电煤耗，保证了对清洁能源的合理利用。

第二实施例

本实施例的火电机组深度调峰和回热节能方法基于如图2所示的系统。如图2所示，所述火电机组系统包括：中压缸1；低压缸2；凝汽器3；除氧器4；低压加热器5；精处理器6；汽水换热器7；布水器8；储热水罐9。

本实施例的火电机组深度调峰和回热节能方法与第一实施例基本相同，所不同的是，本实施例的火电机组深度调峰方法基于如图2所示的系统。图2所示的系统与图1所示的系统不同之处在于，第一实施例中所述储热水罐9上部的热水供至一次管网使用，本实施例中所述储热水罐9不与一次管网相连，与低压加热器5相连，所述储热水罐9上部的热水供至所述低压加热器5使用。以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种火电机组深度调峰和回热节能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

在火电机组中设置储热水罐；

在深度调峰时段，从中压缸排汽抽取蒸汽，通过换热器加热冷水并储存在所述储热水罐中；

在不需要参与深度调峰时段，将储热水罐内的热水供至除氧器前的凝结水管道中，以减少此时低压加热器的加热蒸汽量。

2.根据权利要求1所述的火电机组深度调峰方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述火电机组为热电联产机组时，进行深度调峰时段，实现热电解耦，按照热电联产机组的特性，随着发电功率的降低，机组供热量也相应减少，不足的供热量由储热水罐进行补充。

3.根据权利要求1或2所述的火电机组深度调峰方法，其特征在于，

所述储热水罐带有循环泵；

所述冷水位于储热水罐下部；

所述通过换热器加热冷水并储存在所述储热水罐中，进一步为，通过所述循环泵将储热水罐下部的冷水通过汽水换热器加热并存储在储热水罐上部。

4.根据权利要求3所述的火电机组深度调峰方法，其特征在于，所述方法还包括：

对中压缸至低压加热器的系统进行改造，通过在中低压连通管上安装抽汽蝶阀来控制中压缸的抽汽参数及排汽流量。