CN107939463A - 一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组 - Google Patents

一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组。基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组不对主机进行改造，不减小主机的最大出力。在电网深调的过程中关小LCV阀，调整至吸收式热泵的驱动蒸汽流量。通过控制低压缸进汽流量，保持低压缸安全蒸汽流量，通过低温热泵余热回收系统将低压缸排汽余热回收，在不切除低压缸的情况下将中压缸排汽全部用于供热。控制LCV阀开度与机组负荷相匹配，通过对汽轮机高中压缸及低压缸进汽量的匹配，既满足低压缸转子安全性，又满足供热抽汽需要。同时利用吸收式低温热泵余热回收系统，将汽轮机冷端排气余热全部回收，用于供热系统。

Description

一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组
技术领域
本发明涉及大型火电机组供热技术领域，具体而言，涉及一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组。
背景技术
当前，国内电力需求增长缓慢，电力过剩矛盾日益凸显，随着清洁能源风电技术、水电技术、光伏技术的快速发展，在电力调度过程中，应优先考虑清洁能源发电技术。但是，部分地区由于电网无法足额消纳，弃风、弃水、弃光问题日趋严重，己经成为长期影响中国清洁能源健康发展的主要矛盾。
当前热电解耦技术：
1.低压缸光轴方案：将纯凝机组的高中压缸改为背压机，低压缸转子实质成为联轴器。
优点：可在发电低负荷下带供热，满足深度调峰带供热的要求。
缺点：机组出力下降，例300MW机组改光轴后最大电负荷降至230MW。电网有电负荷要求时不能及时响应。
2.汽轮机低压缸转子改短叶片，提高排汽背压将凝汽器改为热网加热器，对外供热带热网负荷。
优点：可在冬季低负荷带供热
缺点：机组出力下降，凝汽器改造大、冷却面积减小，无法在非供热季带满出力。热网与循环水系统切换系统复杂，隔断难度大。
3.汽轮机低压缸与中压缸转子采用3S联轴器连接，冬季供热时解列低压缸，采用中压排汽供热。
优点：可在冬季低负荷带供热
缺点：只能在新建机组安装，不能在老机组进行改造，不具备大面积推广。
4.其他技术：热水储罐、熔盐储罐、主再热蒸汽辅助供热、四段抽汽蒸汽改造、电锅炉、电热泵。
现行各种方案是通过切除低压缸降低机组出力，来实现电网深度调峰(低负荷)的目的，但在电网调高负荷时，因低压缸已切除，达不到原设计出力。深层次原因为供热机组在响应电网深调的过程中，低负荷下满足热负荷的要求就要加大供热抽汽量，这时低压缸进汽流量下降，未级叶片因冷却流量小，发生鼓风效应，低压缸处于危险工况。但在电网调高负荷工况，因排汽量大，供热抽汽量大，供热温度高于热网调度要求，此工况在供热初未期尤其明显。热电解耦只是解决了低负荷热电矛盾，不能解决高负荷工况下热电矛盾。
由此可知，以上各种解耦方案以牺牲机组出力及经济性为代价，改造投资大，在供热初未期调整难度大。虽然增加灵活性，但能耗同时增加。不符合当前节能减排环保要求。当前需要一种即能响应电网深度调峰又能满足供热需求，还要达到节能减排要求的技术。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供了一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组，包括依次串联的锅炉、高压缸、中压缸、低压缸和发电机；
所述中压缸连接有低温热泵余热回收系统；
所述低压缸连接有与所述低温热泵余热回收系统连通的余热回收装置；
所述中压缸的排汽用于为所述低温热泵余热回收系统供热；
所述余热回收装置用于回收所述低压缸排放的余热，并将该余热供给所述低温热泵余热回收系统；
所述中压缸和所述低压缸之间设有LCV阀。
在某些实施方式中，所述低温热泵余热回收系统包括热泵和热网加热器；
所述热泵和所述热网加热器通过热网循环水相互连通。
在某些实施方式中，所述余热回收装置包括凝汽器和水塔；
所述凝汽器和所述水塔通过余热水连通。
在某些实施方式中，由所述凝汽器导出的所述余热水经所述热泵回流至所述水塔；
所述余热水加热所述热泵循环水。
在某些实施方式中，所述余热回收装置还包括用于驱动所述余热水流动的水泵。
在某些实施方式中，所述水泵设置于所述凝汽器和所述水塔之间。
在某些实施方式中，所述中压缸与所述低温热泵余热回收系统之间设有EV阀。
在某些实施方式中，还包括中控装置；
所述LCV阀与所述中控装置连接。
在某些实施方式中，所述EV阀与所述中控装置连接。
在某些实施方式中，还包括与所述中控装置连接的第一温度检测装置；
所述第一温度检测装置设置于所述热网循环水中；
所述第一温度检测装置预存有第一温度阈值；
当所述第一温度检测装置检测到的温度低于所述第一温度阈值时，所述中控装置控制所述LCV阀门减少所述低压缸的进汽流量。
本发明提供的一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组相对于现有技术而言，有益效果是：基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组不对主机进行改造，不减小主机的最大出力。在电网深调的过程中关小LCV阀，调整至吸收式热泵的驱动蒸汽流量。通过控制低压缸进汽流量，保持低压缸安全蒸汽流量，通过低温热泵余热回收系统将低压缸排汽余热回收，在不切除低压缸的情况下将中压缸排汽全部用于供热。控制LCV阀开度与机组负荷相匹配，通过对汽轮机高中压缸及低压缸进汽量的匹配，既满足低压缸转子安全性，又满足供热抽汽需要。同时利用吸收式热泵，将汽轮机冷端排气余热全部回收，用于供热系统。
该装置提供了一种低温热泵余热回收技术。优选的，利用溴化锂热泵将主机循环水中的热量进行提取，加热热网循环水。提取热比(COP值)达到1.7，即在提取低温热源热能的过程中输入10个单位的能量，从循环水的余热中提取7个单位的能量。
可以理解的是，低温热泵余热回收系统可回收主机余热水11500吨/小时，加热10800吨/小时热网循环水，余热水温降达到9～10℃，对应提升热网循环水9～10℃温升，日回收余热10000GJ。提取汽轮机排放至大气的余热，减少了对环境的热排放，在响应电网深度调峰的同时保证供热要求，实现机组在供暖季能满足热负荷的前提下，将机组的电负荷降至最低。缓解北方地区供热期内的热电矛盾，增加电网调度的灵活性和弹性，适于大力推广。
可以理解的是，此项技术能够在满足供热需求的情况下，降低机组电负荷，充分挖掘释放电网系统的调峰潜能。在将来很长一段时间内，火电厂深度调峰作为清洁能源的消纳技术，将是一个稀缺资源，势必成为火电厂新的盈利增长点。
总之，该种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组提供了一种新的控制方法，该装置及方法使用方便，结构稳定性佳，易于操作。极大提高了操作的便利性，降低了后期的维护成本。更为符合实际应用过程中的需求。
综上所述，本发明提供的一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组的结构及操作方法其具有上述诸多的优点及价值，并在同类产品中未见有类似的方法公开发表或使用而确属创新，产生了好用且实用的效果，较现有的技术具有增进的多项功效，从而较为适于实用，并具有广泛的产业价值。
附图说明
应当理解的是，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施方式公开的一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组的结构示意图；
图2为本发明实施方式公开的一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组的电路图；
图3为本发明实施方式公开的热电解耦电网深度调峰供热技术试验的结果。
附图标记：
具体实施方式
在下文中，将结合附图更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。因此，将参照在附图中示出的特定实施例更详细地描述本公开。然而，应理解：不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。结合附图的描述，同样的附图标号标示同样的元件。
在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。
在本公开的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。
参见图1至图2，在本发明某些实施例中，一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组1，包括依次串联的锅炉11、高压缸12、中压缸13、低压缸14和发电机15；
所述中压缸13连接有低温热泵余热回收系统16；
所述低压缸14连接有与所述低温热泵余热回收系统16连通的余热回收装置17；
所述中压缸13的排汽用于为所述低温热泵余热回收系统16供热；
所述余热回收装置17用于回收所述低压缸14排放的余热，并将该余热供给所述低温热泵余热回收系统16；
所述中压缸13和所述低压缸14之间设有LCV阀18A。
上述，基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组1不对主机进行改造，不减小主机的最大出力。在电网深调的过程中关小LCV阀18A，调整至吸收式热泵161的驱动蒸汽流量。通过控制低压缸14进汽流量，保持低压缸14安全蒸汽流量，通过低温热泵余热回收系统16将低压缸14排汽余热回收，在不切除低压缸14的情况下将中压缸13排汽全部用于供热。控制LCV阀18A开度与机组负荷相匹配，通过对汽轮机高中压缸13及低压缸14进汽量的匹配，既满足低压缸14转子安全性，又满足供热抽汽需要。同时利用低温热泵余热回收系统16，将汽轮机冷端排气余热全部回收，用于供热系统。
该装置提供了一种低温热泵余热回收技术。优选的，利用溴化锂热泵161将主机循环水中的热量进行提取，加热热网循环水。提取热比(COP值)达到1.7，即在提取低温热源热能的过程中输入10个单位的能量，从循环水的余热中提取7个单位的能量。
可以理解的是，低温热泵余热回收系统16可回收主机余热水11500吨/小时，加热10800吨/小时热网循环水，余热水温降达到9～10℃，对应提升热网循环水9～10℃温升，日回收余热10000GJ。提取汽轮机排放至大气的余热，减少了对环境的热排放，在响应电网深度调峰的同时保证供热要求，实现机组在供暖季能满足热负荷的前提下，将机组的电负荷降至最低。缓解北方地区供热期内的热电矛盾，增加电网调度的灵活性和弹性，适于大力推广。
可以理解的是，此项技术能够在满足供热需求的情况下，降低机组电负荷，充分挖掘释放电网系统的调峰潜能。在将来很长一段时间内，火电厂深度调峰作为清洁能源的消纳技术，将是一个稀缺资源，势必成为火电厂新的盈利增长点。
在本发明某些实施例中，所述低温热泵余热回收系统16包括热泵161和热网加热器162；
所述热泵161和所述热网加热器162通过热网循环水相互连通。
在本发明某些实施例中，所述余热回收装置17包括凝汽器171和水塔172；
所述凝汽器171和所述水塔172通过余热水连通。
在本发明某些实施例中，由所述凝汽器171导出的所述余热水经所述热泵161回流至所述水塔172；
所述余热水加热所述热泵循环水。
在本发明某些实施例中，所述余热回收装置17还包括用于驱动所述余热水流动的水泵173。
在本发明某些实施例中，所述水泵173设置于所述凝汽器171和所述水塔172之间。
在本发明某些实施例中，所述中压缸13与所述低温热泵余热回收系统16之间设有EV阀18b。
在本发明某些实施例中，还包括中控装置18c；
所述LCV阀18A与所述中控装置18c连接。
在本发明某些实施例中，所述EV阀18b与所述中控装置18c连接。
在本发明某些实施例中，还包括与所述中控装置18c连接的第一温度检测装置18d；
所述第一温度检测装置18d设置于所述热网循环水中；
所述第一温度检测装置18d预存有第一温度阈值；
当所述第一温度检测装置18d检测到的温度低于所述第一温度阈值时，所述中控装置18c控制所述LCV阀18A门减少所述低压缸14的进汽流量。
需要理解的是，本发明还提供了热电解耦电网深度调峰供热技术试验的结果，参见图3。
图中为热电解耦电网深度调峰供热技术试验简要结果，可以看到在相同供热量的情况下，投入热泵161运行后，机组发电负荷范围有明显的增加，尤其是对于低限负荷工况。
典型工况对比：
热网供热前升温阶段，热网循环水温升20℃(40/60℃)，单台机组供热，折合抽汽量约340t/h，按照2015年天津市电科院受电网委托进行的供热调峰能力试验，对应电负荷230～270MW；使用热泵161供热，抽汽量200t/h，电负荷调节范围132～300MW。
正常供热初末期，热网循环水温升35℃(50/85℃)，折合抽汽量580t/h，如果两台机组平均分配热负荷，抽汽量290t/h，机组电负荷调节范围220～280MW；使用热泵161，单机供热，实际抽汽量440t/h，对应电负荷250MW，另一台机组可以实现深度调峰。
深冷期，热网循环水温升45℃(55/100℃)，折合抽汽量750t/h，如果两台机组平均分配热负荷，抽汽量375t/h，机组电负荷调节范围230～270MW；使用热泵161，#2机最大抽汽工况运行，对应电负荷260MW，1号机组抽汽量160t/h，电负荷调节范围132～300MW。
本技术在节能环保方面也极具优势，采用低温热泵余热回收系统16可回收汽轮机冷端排汽余热，减少对大气排放，回收240T/H排汽量热量可减少水塔172蒸发量120T/H。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
发明人声明，本发明通过上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程。并且即不意味着本发明应依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组，其特征在于：包括依次串联的锅炉、高压缸、中压缸、低压缸和发电机；
所述中压缸连接有低温热泵余热回收系统；
所述低压缸连接有与所述低温热泵余热回收系统连通的余热回收装置；
所述中压缸的排汽用于为所述低温热泵余热回收系统供热；
所述余热回收装置用于回收所述低压缸排放的余热，并将该余热供给所述低温热泵余热回收系统；
所述中压缸和所述低压缸之间设有LCV阀。
2.如权利要求1所述的一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组，其特征在于：所述低温热泵余热回收系统包括热泵和热网加热器；
所述热泵和所述热网加热器通过热网循环水相互连通。
3.如权利要求2所述的一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组，其特征在于：所述余热回收装置包括凝汽器和水塔；
所述凝汽器和所述水塔通过余热水连通。
4.如权利要求3所述的一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组，其特征在于：由所述凝汽器导出的所述余热水经所述热泵回流至所述水塔；
所述余热水加热所述热泵循环水。
5.如权利要求4所述的一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组，其特征在于：所述余热回收装置还包括用于驱动所述余热水流动的水泵。
6.如权利要求5所述的一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组，其特征在于：所述水泵设置于所述凝汽器和所述水塔之间。
7.如权利要求1所述的一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组，其特征在于：所述中压缸与所述低温热泵余热回收系统之间设有EV阀。
8.如权利要求7所述的一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组，其特征在于：还包括中控装置；
所述LCV阀与所述中控装置连接。
9.如权利要求8所述的一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组，其特征在于：所述EV阀与所述中控装置连接。
10.如权利要求8所述的一种基于吸收热泵的凝汽式汽轮机组，其特征在于：还包括与所述中控装置连接的第一温度检测装置；
所述第一温度检测装置设置于所述热网循环水中；
所述第一温度检测装置预存有第一温度阈值；
当所述第一温度检测装置检测到的温度低于所述第一温度阈值时，所述中控装置控制所述LCV阀门减少所述低压缸的进汽流量。
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