CN107956517B - 一种用于深度热电解耦的热力系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于深度热电解耦的热力系统，包括主蒸汽管道、汽轮机高压缸、解耦分流管道、增汽机解耦系统、锅炉再热器、汽轮机中压缸；主蒸汽管道与解耦分流管道相连接，主蒸汽管道与汽轮机高压缸相连接；解耦分流管道与增汽机解耦系统的动力蒸汽入口相连，汽轮机高压缸排汽管道与增汽机解耦系统的抽吸汽口相连，增汽机解耦系统的排汽管道与再热器的冷端相连；再热器热端排出的再热蒸汽分成两路；一路通过中压蒸汽管道与供热或工业供汽系统相连接；另一路蒸汽通过中压缸进汽管道与汽轮机中压缸相连接；系统和设备改动量小，改造周期短，风险小，投资少；供热系统各设备蒸汽运行参数匹配合理；适用于保证供热和工业供汽的前提下，深度热电解耦。

Description

一种用于深度热电解耦的热力系统和方法

技术领域

本发明属于火力发电厂热电解耦领域，具体涉及一种用于深度热电解耦的热力系统。

背景技术

冬季供热期，城市集中供热主要依靠热电厂的热电联产机组，既供热又发电，供热为主，发电为辅。热电厂常规供热方式，供热热量主要来自汽轮机中压缸抽汽，加热热网循环水。供热量对应的是中压缸抽汽量。中压缸排汽，是已经在汽轮机高压缸和中压缸做完功的蒸汽。如果用中排蒸汽供热，这股蒸汽必须在高压缸和中压缸中做功。也就是说，为了实现和保证供热，必须发出一定量的电量，这就是所谓的“热电耦合”。

采用中排蒸汽供热，热电耦合很严重。由于中国当前发电量产能严重过剩，当前的热电联产的技术改造方向和目标是：在保证正常供热的前提下，尽可能少发电。要实现这个目标，热电解耦就成为了关键技术。

回收利用汽轮机低压缸排汽(乏汽)供热，可以减少供热所需中排蒸汽量，从而减少主蒸汽流量。但无法实现深度解耦作用，不能适用于机组的大幅减少发电量。

对于工业供汽的情况，跟城市集中供热情况类似，也存在所谓的“热电耦合”。

如果用主蒸汽供热或者工业供汽，相当于将主蒸汽旁路掉了。这样，部分主蒸汽就不在汽轮机(高中低压缸)中做功了。在保证供热负荷的前提下，发电量就可以大大减少，从而可实现深度热电解耦。

但是，由于主蒸汽温度压力都比较高，如果直接用于供热或者工业供汽，肯定存在诸多问题。比如供热设备压力等级要求高、耐温等级要求高、投资大、有运行安全风险、经济性也未必合理。所以，需要将部分主蒸汽适当处理后再用于供热、工业供汽和驱动汽轮机中压缸。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于深度热电解耦的热力系统。

一种用于深度热电解耦的热力系统，包括主蒸汽管道、汽轮机高压缸、解耦分流管道、增汽机解耦系统、锅炉再热器、汽轮机中压缸；其特征在于：电厂主蒸汽管道与解耦分流管道相连接，电厂主蒸汽管道与汽轮机高压缸相连接；解耦分流管道与增汽机解耦系统的动力蒸汽入口相连，汽轮机高压缸排汽管道与增汽机解耦系统的抽吸汽口相连，增汽机解耦系统的排汽管道与再热器的冷端相连；再热器热端排出的再热蒸汽分成两路；其中一路通过中压蒸汽管道与供热或工业供汽系统相连接；另一路蒸汽通过中压缸进汽管道与汽轮机中压缸相连接。

深度热电解耦的热力系统的运行方式如下：

(a1)来自电厂主蒸汽管道的主蒸汽，分成两路；一路与汽轮机高压缸相连接，部分主蒸汽进入汽轮机高压缸做功；另一路进入解耦分流管道，经过喷淋减温系统后，送往增汽机解耦系统的多台增汽机；

(a2)高压缸排汽管道和解耦分流管道分别与多台增汽机相连接；解耦分流管道来的减温后的蒸汽作为多台增汽机的动力蒸汽；高压缸排汽管道来的高排蒸汽作为增汽机吸入蒸汽；

(a3)增汽机排汽管道与再热器冷端相连接；再热器热端排出的再热蒸汽管道分成两路：其中一路中压蒸汽通过中压蒸汽管道与供热或工业供汽系统相连接；另一路蒸汽通过中压缸进汽管道与汽轮机中压缸相连接，用于驱动汽轮机中压缸做功；

(a4)增汽机动力蒸汽管路也引出一路高压蒸汽与工业供汽系统相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：锅炉本体和汽轮机本体不做改动，锅炉辅机和汽轮机回热系统不做改动。系统和设备改动量小，改造周期短，风险小，投资少。供热和工业供汽系统各设备蒸汽运行参数匹配合理。在保证供热和工业供汽的前提下，实现深度热电解耦。

附图说明

图1为一种用于深度热电解耦的热力系统示意图。

图中：主蒸汽管道(1)、解耦分流管道(2)、汽轮机高压缸(3)、喷水减温系统(4)、增汽机解耦系统(5)、高压缸排汽管道(6)、增汽机排汽管道(7)、再热器(8)、高压供汽管路(9)、中压供热/供汽蒸汽管道(10)、汽轮机中压缸(11)、锅炉给水管路(12)、中压缸进汽管道(13)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的技术方案，不受电厂机组容量的限制。

本发明的技术方案，不受电厂机组参与深度热电解耦和供热台数的限制。

本发明的技术方案，不受电厂机组蒸汽参数的限制。

本发明的技术方案，不受电厂机组乏汽冷却方式的限制。

本发明的技术方案，不受电厂供热热力系统的限制。

在实际应用中，当采用部分主蒸汽去供热时，系统内的蒸汽量(从再热器冷端前)被抽走了一部分，进入锅炉再热器里的蒸汽流量就会减少。如果进入再热器冷端(冷再)的流量不足，会导致再热器超温被烧坏。如果直接从再热器热端(热再)抽汽去供热或工业供汽，进入再热器的蒸汽流量就会足够。

综合考虑各因素：第一，再热器冷端对应的是汽轮机高压缸排汽。想要保证进入再热器冷端的蒸汽流量足够，就需要保证汽轮机高压缸排汽量足够。如果按照传统的“主蒸汽-高压缸--高压缸排汽--锅炉冷再”配置，那么，锅炉蒸发量(主蒸汽)与汽轮机高压缸就必须耦合。第二，由于汽轮机高压缸排汽压力较低(低于增汽机排汽压力)，蒸汽比容大，容积流量大，流过再热器的质量流量相对较小。采用增汽机，用喷淋减温后的主蒸汽作为动力蒸汽，把再热器冷端蒸汽的压力升高，蒸汽比容减小，容积流量变小，流过再热器的质量流量也可以随着压力的升高而增大。第三，采用增汽机后，流过再热器的质量流量增大。在同样烟气热负荷(相当于锅炉负荷)的情况下，再热器热端排出蒸汽蒸汽升温小，再热器不会被烧坏，更适合供热、工业供汽。

因此，如果能基于“锅炉和汽轮机一体化”角度考虑，对主蒸汽和汽轮机高压缸排汽采用“增汽机解耦系统”进行调整后再用于供热、工业供汽和驱动汽轮机中压缸，既可以用于集中供热、工业供汽，也可以将“主蒸汽与高压缸解耦”，从而实现深度热电解耦。同时，供热和工业供汽设备压力等级、耐温等级也都能合理使用，投资小、运行安全、经济性也合理。

深度热电解耦方式如下：将主蒸汽分流，一路进汽轮机高压缸发电，另一路进入解耦分流管道，喷水减温后作为增汽机的动力蒸汽，引射高压缸排汽，根据增汽机的设备特性，将高压缸排汽的压力提升后回到再热冷端，进入锅炉，从锅炉再热器热端输出蒸汽。锅炉再热器热端蒸汽有三种输出模式；其中一种蒸汽输出模式是通过中压蒸汽管道与供热系统相连接；另一种蒸汽输出模式是通过中压缸进汽管道与汽轮机中压缸相连接；第三种蒸汽输出模式是通过工业供汽管道与工业用汽装置相连接。

另外，如果解耦分流管道的主蒸汽量如果超出了增汽机驱动所需，可以直接对外工业供汽，从而还实现了主蒸汽喷淋减温后直接工业供汽功能。

采用三种蒸汽输出模式，既可以三种蒸汽输出模式同时设置，也可以是三种蒸汽输出模式中的任意两种输出模式或者三种蒸汽输出模式中的任意一路蒸汽输出模式。

每一种蒸汽输出模式下，既可以是一路蒸汽输出，也可以是多路蒸汽输出。

系统参数配置中，增汽机去往锅炉再热器冷端的排汽压力Pc高于吸入的高压缸排汽Pb。同时对应的增汽机排汽量Mc也要高于高压缸排汽量Mb。Pc的取值与进入锅炉再热器冷端的增汽机排汽量Mc匹配，Mc的值与要与锅炉的主蒸汽量M0匹配。

汽轮机高压缸的进汽量与中压缸的进汽量也要有一定的匹配度，以保持轴向推力平衡。

实施例一：

某电厂装机为2台600MW级机组，每台锅炉和汽轮机作为独立单元参与深度热电解耦和工业供汽、供热运行。

将部分主蒸汽分流、喷水减温，然后作为增汽机的动力蒸汽，抽吸高压缸排汽(高排)，增汽机排汽进入再热器冷端。再热器热端排汽分别用于供热、工业供汽和中压缸进汽。另外，如果解耦分流管道的主蒸汽量如果超出了增汽机驱动所需，可以直接对外工业供汽，从而还实现了主蒸汽喷淋减温后直接工业供汽功能。

如图1，锅炉本体和汽轮机本体不做改动设计，锅炉辅机和汽轮机回热系统不做改动设计，锅炉可以按照高负荷或者额定负荷运行，主蒸汽不需要减量。

系统组成配置如下：主蒸汽管道(1)、解耦分流管道(2)、汽轮机高压缸(3)、喷水减温系统(4)、增汽机解耦系统(5)、高压缸排汽管道(6)、增汽机排汽管道(7)、再热器(8)、高压供汽管路(9)、中压供热/供汽蒸汽管道(10)、汽轮机中压缸(11)、锅炉给水管路(12)、中压缸进汽管道(13)。

电厂主蒸汽管道(1)与解耦分流管道(2)相连接，电厂主蒸汽管道(1)与汽轮机高压缸(3)相连接。来自主蒸汽管道的高温高压主蒸汽，一部分进入汽轮机高压缸(3)，另一部分进入解耦分流管道(2)。

增汽机解耦系统包括多台增汽机，解耦分流管道(2)与多台增汽机的动力蒸汽入口相连接，高压缸排汽管道(6)分两路，其中一路与多台增汽机的吸入蒸汽口相连接。解耦分流管道(2)来的蒸汽作为增汽机的动力蒸汽；高压缸排汽管道(6)来的高排蒸汽作为增汽机吸入蒸汽。高压缸排汽管道(6)还通过另一旁路连接到锅炉再热器冷端进汽管道。在增汽机动力蒸汽管路、增汽机吸入蒸汽管路、增汽机排汽管道和高压缸排汽管道旁路上分别设有截止阀和调节阈，实现开启、关闭和调节流量作用。

增汽机解耦系统中配置了多台增汽机。

多台增汽机的排出蒸汽流量配比方案一如下：

假如多台增汽机合计排出的最大流量为M t/h。选取数值G＝7M/6，系统中安装三台排出蒸汽流量分别为1G/7，2G/7，4G/7的增汽机。这三台增汽机通过不同的组合方式运行，可以匹配出1/6～1M(1/6、1/3、1/2、2/3、5/6、1)的排出蒸汽流量，以适应深度热电解耦和供热系统的变工况运行。

多台增汽机的排出蒸汽流量配比方案二如下：

假如多台增汽机合计排出的最大流量为M t/h。选取数值G＝7M/6，系统中安装两台排出蒸汽流量分别为1G/3，2G/3的增汽机。这两台增汽机通过不同的组合方式运行，可以匹配出1/3～1M的排出蒸汽流量，以适应深度热电解耦和供热系统的变工况运行。

多台增汽机中每一台的排出蒸汽流量配比方案，也可以是其它任意流量组合。

系统中配置的多台增汽机，既可以全部都是可调喷嘴结构，也可以全部都是固定喷嘴结构，还可以是部分可调喷嘴结构和部分固定喷嘴结构。

增汽机排汽管道(7)与再热器(8)冷端相连接。再热器(8)热端排出的再热蒸汽管道分成两路。再热器(8)热端排出的其中一路中压蒸汽通过中压供热/供汽蒸汽管道(10)与供热/工业供汽系统相连接，蒸汽参数压力1.5MPa，温度270度，中压供热/供汽蒸汽管道(10)上设有截止阀和调节阈，实现开启、关闭和调节流量作用；再热器(8)热端排出的另一路蒸汽通过中压缸进汽管道(13)与汽轮机中压缸(11)相连接，用于驱动汽轮机中压缸(11)做功；增汽机动力蒸汽管路也可以引出一路高压供汽管路(9)与工业供汽系统相连，蒸汽参数压力P＞5MPa。

系统中设置有多个喷水减温装置，喷水减温系统(4)分别连接于解耦分流管路、增汽机吸入蒸汽管路、中压供热/供汽蒸汽管道(10)上，多个喷水减温装置的喷淋水连接于锅炉给水管路(12)，分别对主蒸汽、吸入蒸汽和中压蒸汽进行喷淋减温处理。

一种用于深度热电解耦的热力系统的工作运行方法如下：

(a1)来自电厂主蒸汽管道(1)的主蒸汽，分成两路。一路与汽轮机高压缸(3)相连接，部分主蒸汽进入汽轮机高压缸(3)做功；另一路进入解耦分流管道(2)，经过喷淋减温系统(4)后，送往多台增汽机。

(a2)高压缸排汽管道(6)和解耦分流管道(2)分别与多台增汽机相连接。解耦分流管道(2)来的减温后的蒸汽作为增汽机的动力蒸汽；高压缸排汽管道(6)来的高排蒸汽作为增汽机吸入蒸汽。

(a3)增汽机排汽管道(7)与再热器(8)冷端相连接。再热器(8)热端排出的再热蒸汽管道分成两路。再热器(8)热端排出的其中一路中压蒸汽通过中压供热/供汽蒸汽管道(10)与供热或工业供汽系统相连接；再热器(8)热端排出的另一路蒸汽通过中压缸进汽管道(13)与汽轮机中压缸(11)相连接，用于驱动汽轮机中压缸(11)做功；

(a4)增汽机动力蒸汽管路也引出一路高压供汽管路(9)与工业供汽系统相连。

利用本发明中的热力系统，锅炉可以按照高负荷或者额定负荷运行，主蒸汽不需要减量。主蒸汽产量高意味着主炉膛的热负荷高，后部烟道的烟气负荷也高。对于中间再热机组，如果直接用主蒸汽去供热，且不说蒸汽参数高造成的浪费和安全性，系统内的蒸汽量被抽走了一部分，进入锅炉再热器里的蒸汽流量就会减少。如果再热器冷端(冷再)的流量不足，会导致再热器被烧坏。采用增汽机解耦之后，用喷淋减温后的主蒸汽作为动力蒸汽，将冷再进汽升压，从而匹配出了足够的压力和流量的蒸汽，进入再热器冷端。再热器冷端由于有足够的蒸汽流量，不存在超温烧坏现象。整个热力系统运行自如。这样在保证供热和工业供汽的前提下，同时可以实现：

1、汽轮机高压缸进汽量与主蒸汽量(即锅炉蒸发量)不再一一对应。锅炉负荷与汽轮机组发电负荷之间的耦合关系被很大程度解除。2、汽轮机高压缸排汽量与汽轮机中压缸进汽量也不再一一对应。汽轮机中压缸与汽轮机高压缸之间的耦合关系被很大程度解除。3、由于供热蒸汽来自热再(再热器热端)，不再依赖于汽轮机中压缸排汽，汽轮机中压缸排汽量与供热抽汽量之间不再一一对应。汽机的中压缸进汽量、排汽量、做功与供热之间的耦合关系被很大程度解除。4、由于工业用蒸汽来自热再(再热器热端)，不再依赖于汽轮机某一段抽汽，汽轮机抽汽参数(压力温度流量)与工业用汽参数(压力温度流量)之间不再一一对应。汽轮机抽汽与工业用汽之间的耦合关系被很大程度解除。5、实现深度热电解耦运行。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于深度热电解耦的热力系统，包括主蒸汽管道、汽轮机高压缸、解耦分流管道、增汽机解耦系统、锅炉再热器、汽轮机中压缸；其特征在于：电厂主蒸汽管道与解耦分流管道相连接，电厂主蒸汽管道与汽轮机高压缸相连接；解耦分流管道与增汽机解耦系统的动力蒸汽入口相连，汽轮机高压缸排汽管道与增汽机解耦系统的抽吸汽口相连，增汽机解耦系统的排汽管道与再热器的冷端相连；再热器热端排出的再热蒸汽分成两路；其中一路通过中压蒸汽管道与供热或工业供汽系统相连接；另一路蒸汽通过中压缸进汽管道与汽轮机中压缸相连接；

具有多个喷水减温装置，分别连接在解耦分流管道、增汽机吸入蒸汽管路、再热器热端排出蒸汽管道上，多个喷水减温装置的喷淋水连接于锅炉给水管路，分别对主蒸汽、吸入蒸汽和再热器热端排出蒸汽进行喷水减温处理；

高压缸排汽管道还通过另一旁路连接到锅炉再热器冷端；

增汽机解耦系统动力蒸汽管路也引出一路高压蒸汽与供热或工业供汽系统相连。

2.根据权利要求1所述的用于深度热电解耦的热力系统，其特征在于，所述增汽机解耦系统是多台增汽机并列设置；解耦分流管道与多台增汽机的动力蒸汽入口相连接，高压缸排汽管道与多台增汽机的抽吸汽口相连接；解耦分流管道来的蒸汽作为增汽机的动力蒸汽；高压缸排汽管道来的蒸汽作为增汽机吸入蒸汽。

3.根据权利要求2所述的用于深度热电解耦的热力系统，其特征在于，多台增汽机的排出蒸汽流量配比如下：多台增汽机合计排出的最大流量为M t/h，选取数值G＝7M/6，系统中选用安装三台排出蒸汽流量分别为1G/7、2G/7、4G/7的增汽机，匹配出1 M /6、1M/3、1M/2、2M/3、5M/6、1M的排出蒸汽流量，以适应深度热电解耦和供热系统的变工况运行。

4.根据权利要求2所述的用于深度热电解耦的热力系统，其特征在于，多台增汽机的排出蒸汽流量配比如下：多台增汽机合计排出的最大流量为M t/h，选取数值G＝7M/6，系统中选用安装两台排出蒸汽流量分别为1G/3、2G/3的增汽机，匹配出1M/3～1M的排出蒸汽流量，以适应深度热电解耦和供热系统的变工况运行。

5.根据权利要求1所述的用于深度热电解耦的热力系统，其特征在于，在增汽机解耦系统动力蒸汽管路、吸入蒸汽管路、排汽管道和高压缸排汽管道旁路上分别设有截止阀和调节阀，用于开启、关闭和调节流量。

6.一种根据权利要求1所述一种用于深度热电解耦的热力系统的工作方法，其特征在于，

(a1)来自电厂主蒸汽管道的主蒸汽，分成两路；一路与汽轮机高压缸相连接，部分主蒸汽进入汽轮机高压缸做功；另一路进入解耦分流管道，经过喷淋减温系统后，送往增汽机解耦系统的多台增汽机；

(a2)高压缸排汽管道和解耦分流管道分别与多台增汽机相连接；解耦分流管道来的减温后的蒸汽作为多台增汽机的动力蒸汽；高压缸排汽管道来的蒸汽作为增汽机吸入蒸汽；

(a3)增汽机排汽管道与再热器冷端相连接；再热器热端排出的再热蒸汽管道分成两路：其中一路中压蒸汽通过中压蒸汽管道与供热或工业供汽系统相连接；另一路蒸汽通过中压缸进汽管道与汽轮机中压缸相连接，用于驱动汽轮机中压缸做功；

(a4)增汽机动力蒸汽管路也引出一路高压蒸汽与供热或工业供汽系统相连。