CN108104890A - 一种深度热电解耦的供汽供热系统 - Google Patents

Abstract

一种用于深度热电解耦的供汽供热系统，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；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；解耦分流管道还同时对外提供高参数工业供汽；再热器热端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还通过中压缸进汽管道与汽轮机中压缸相连接；即达到深度热电解耦的目的，又能大幅度提高机组的工业供汽或供热能力。

Description

一种深度热电解耦的供汽供热系统

技术领域

本发明属于火力发电厂领域，具体涉及用于火力发电厂灵活性改造一种深度热电解耦供汽供热系统。

背景技术

随着国内风电、太阳能以及其它新能源领域发电机组装机容量的增大(都已位居世界第一)，加之其他形式的发电机组的大规模建成投运，中国电力产能出现了过剩，不少地方出现了弃风弃光严重现象。为此，国家要求：燃煤机组要实行灵活性改造(低电负荷运行)，为非水新能源电量让路，充分消纳风电、太阳能电量。我国的风电、太阳能，主要集中在北方地区。这些地区的煤电机组大多数采用热电联产机组。供热关系到民生，必须首先予以保证。但在传统以热定电的运行方式下，热电是耦合的，电厂的发电负荷无法随意降低，否则将引起供热量的不足。实现热电解耦成为了大幅接纳风电太阳能电量的基本前提要求。热电解耦能力也就成为了一个电厂是否具有灵活性调峰能力的标志。在实际中发现，很多热电厂，还向周边工业园区提供一定参数一定流量的工业蒸汽，而工业供汽又有很好的经济收益。实现消纳非水新能源电量、火电机组灵活性调峰、供热、供汽、发电，势必要求电厂同时作到兼顾，这样在参与灵活性改造的过程中需要充分做到深度热电解耦，能够符合国家能源局当前对火电机组的要求，符合国家当前及今后的方针政策。

目前电厂系统在需要热电机组调峰、低电负荷运行，而同时又需要外供高压蒸汽和居民供热时，现有技术中就显得力不从心了。单纯只通过对主蒸汽或者冷再蒸汽进行减温减压后输出应用，引起不良后果：①会使过热器和再热器流量偏差增大；②使再热器的流量和压力偏小，再热器容易烧坏；③无法实现热电解耦。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述发电厂机组的矛盾而提供一种适应灵活性改造、深度热电解耦并兼顾供汽供热的系统及方案，该系统及方案不仅能够做到提高接纳风电太阳能电量的能力，达到深度热电解耦的目的，而且能大幅度提高机组的工业供汽(或供热)能力；既能实现深度热电解耦，又具有最直接、最节能等优点。

一种用于深度热电解耦的供汽供热系统，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；解耦分流管道还同时对外提供高参数工业供汽；再热器热端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还通过中压缸进汽管道与汽轮机中压缸相连接。

还提供一种用于深度热电解耦的供汽供热系统的工作方法，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，对外提供工业用汽并同时送往多台增汽机；

(a2)再热器热端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增汽机的动力蒸汽；再热器热端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；通过增汽机利用主蒸汽减压后的蒸汽来抽取再热蒸汽，回送至再热器冷端蒸汽管，形成了再循环；使得再热器流量增大到所需流量。

与现有技术相比，其优点在于：

采用深度热电解耦的供汽供热系统，大量蒸汽实现了对外工业供汽，进入汽轮机高压缸和中压缸做功的蒸汽比较少，锅炉可以较高负荷运行，但发电量较小，炉、机之间是完全解耦的，电厂可以达到深度热电解耦。

采用深度热电解耦的供汽供热系统，用减压后的主蒸汽抽取热再出口蒸汽，升温升压后重新回到再热冷段，使得再热器流量增大到所需流量，锅炉的前后炉膛热量是完全平衡的，满足设备和系统安全运行要求。

锅炉可以较高负荷运行，效率高，排放少，具有一定的节能减排效果。

增汽机系统高压蒸汽为减温减压后的蒸汽，对材质要求也同时降低。

附图说明

图1为一种用于深度热电解耦的供汽供热系统示意图。

图中：锅炉(1)、主蒸汽管道(2)、高压缸进汽管道(3)、高压缸(4)、解耦分流管道(5)、高参数工业供汽管道A(6)、增汽机动力蒸汽管道(7)、再热器冷端(冷再)(8)、中压缸(9)、中压缸进汽管道(10)、中压蒸汽调节旁路(11)、节流阀(12)、再热蒸汽分流管(13)、再热蒸汽工业供汽(供热)管(14)、增汽机(15)、增汽机排汽管道(16)、增汽机排汽工业供汽(供热)管(17)、增汽机排汽进冷再管(18)、再热蒸汽进增汽机管(19)、工业用汽装置或集中供热首站(20)、高压缸排汽管道(21)、再热器热端(热再)(22)、蒸汽减压器(23)、喷水减温器(23)、增汽机工作蒸汽进口(A)、增汽机抽汽进口(B)、增汽机排汽口(C)、高参数蒸汽设备(X)、中参数蒸汽设备(Y)。

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，不受电厂工业供汽或供热热力系统的限制。

对于热电厂而言，一般情况是灵活性调峰、热电解耦、满足供汽供热多种需求同时存在。在热电厂实际运行过程，电网明确要求汽轮发电机在某个低负荷工况运行(比如35％)。此时因为存在热电耦合，满足了发电量低负荷指标，相应的供汽供热量必须也得随之减量，工业供汽或供热就无法满足。就必须炉机深度解耦，从而实现热电解耦。炉机深度解耦的原理是：当汽轮机按电网要求低负荷运行(比如35％)，锅炉要适当高负荷运行(比如70％)。锅炉来的蒸汽，一部分送往汽轮机(高压缸、中压缸)做功，实现要求负荷的电量(比如35％)；锅炉来的相当一部分蒸汽，不进汽轮机，不发电，蒸汽经过适当调整后用于工业供汽或供热。

实施例：

某热电厂装机为2台300MW级水冷机组，每台机组都参与灵活性调峰和工业供汽、供热运行。

将部分主蒸汽分流、喷水减温，用于工业供汽；同时还作为增汽机的动力蒸汽，抽吸再热器热端部分排汽；增汽机排汽回送进入再热器冷端，同时对外提供相应参数的工业供汽或集中供热用蒸汽。再热器热端排汽也分别可用于中压缸进汽和供热、工业供汽。

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：锅炉(1)、主蒸汽管道(2)、高压缸进汽管道(3)、高压缸(4)、解耦分流管道(5)、高参数工业供汽管道(6)、增汽机动力蒸汽管道(7)、再热器冷端(8)、中压缸(9)、中压缸进汽管道(10)、中压蒸汽调节旁路(11)、节流阀(12)、再热蒸汽分流管(13)、再热蒸汽工业供汽、供热管(14)、增汽机(15)、增汽机排汽管道(16)、增汽机排汽工业供汽、供热管(17)、增汽机排汽进冷再管(18)、再热蒸汽进增汽机管(19)、工业用汽装置或集中供热首站(20)、高压缸排汽管道(21)、再热器热端(22)、蒸汽减压器(23)、喷水减温器(23)、增汽机工作蒸汽进口(A)、增汽机抽汽进口(B)、增汽机排汽口(C)、高参数蒸汽设备(X)、中参数蒸汽设备(Y)。

电厂主蒸汽管道(2)与高压缸进汽管道(3)、解耦分流管道(5)相连接，高压缸进汽管道(3)与汽轮机高压缸4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，另一部分进入解耦分流管道。

增汽机解耦系统包括多台增汽机，解耦分流管道(5)与多台增汽机的动力蒸汽入口A相连接。再热器热端22排汽管道分两路，其中一路与多台增汽机的吸入蒸汽口B相连接。解耦分流管道(2)来的蒸汽作为增汽机的动力蒸汽；再热器热端排汽管道来的蒸汽作为增汽机吸入蒸汽。再热器热端排汽管道另一路还连接到中压缸9，其中设置有节流阀12和中压蒸汽调节旁路11。在增汽机动力蒸汽管道7、再热蒸汽进增汽机管19、增汽机排汽管道16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。

增汽机排汽管道16与再热器冷端8相连接。再热器热端排出的再热蒸汽管道可多路应用。再热器热端排出的一路蒸汽通过中压缸进汽管道10与汽轮机中压缸9相连接，用于驱动汽轮机中压缸做功；再热器热端排出的其中另一路蒸汽通过再热蒸汽工业供汽、供热管(14)与供热或工业供汽系统相连接。

其中锅炉来的主蒸汽直接去工业供汽或供热，其蒸汽参数很难直接对接最终用户。需要在蒸汽系统上做相应的系统结构改进和优化，炉机深度解耦的技术方案就是要对蒸汽系统改进和适当调整。第一，来自锅炉的主蒸汽，分成两路；其中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5，此路蒸汽通过高参数工业供汽管道6对外提供。如果工业用汽参数(温度压力)比较高，可以在高参数工业供汽管道6上经减压、喷淋减温系统后，将蒸汽参数调整到合适参数，向高参数蒸汽设备X直接供汽。通过高参数蒸汽设备X还可间接向中参数蒸汽设备Y提供降低品质的蒸汽。

另外，此路蒸汽还同时经过减压、喷淋减温系统后，送往多台增汽机作为动力蒸汽，

第二，再热器热端22的排汽管道分成两路，其中一路蒸汽通过中压缸进汽管道10与汽轮机中压缸9相连接，用于驱动汽轮机中压缸做功；第二路经过喷淋减温系统后与多台增汽机15相连接，作为增汽机吸入蒸汽；第二路还同时向中参数蒸汽设备Y对外提供相应参数的工业供汽或集中供热用蒸汽。

如果工业用汽参数(温度压力)跟热再排汽参数基本匹配，可以经减压、喷淋减温系统后，将蒸汽参数调整到合适参数，经过再热蒸汽工业供汽(供热)管14，向工业用户直接供汽或集中供热用蒸汽。

第三，利用增汽机，来自解耦分流管道5的蒸汽(主蒸汽)经减压、喷淋减温系统后作为动力蒸汽，引射来自热再排出蒸汽。增汽机排汽管道分成两路，其中一路与再热器冷端相连接，利用增汽机引射再热蒸汽，升温升压后的增汽机排汽回送至再热器冷端，使得再热器冷端流量增大到所需流量。另一路可同时对外提供相应参数的工业供汽或集中供热用蒸汽。如果工业用汽参数(温度压力)跟增汽机排汽参数基本匹配，可以经减压、喷淋减温系统后，将蒸汽参数调整到合适参数，经过增汽机排汽工业供汽(供热)管17，向工业用户直接供汽或集中供热用蒸汽。

工业供汽过程中，由于系统内的蒸汽量被抽走了一部分，供出去的蒸汽不再返回再热器，进入锅炉再热器冷端的蒸汽流量就会减少。通常过热器与再热器要求流量不能有太大偏差。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。为此，除了计算控制对外所供蒸汽流量，还需将增汽机排出的稍高压力的蒸汽回送往冷再。一方面，增加冷再蒸汽流量；另一方面，提高冷再蒸汽压力，减小比容，提高相同容积流量下的质量流量。这样会导致高压缸排汽压力稍有抬高，减少发电量，对提高热电解耦是有贡献的。

此外，对于其他不同的工业供汽或供热，如果所需蒸汽为低压蒸汽，其低压蒸汽源还可以取自冷再蒸汽、各段抽汽，可根据外界工业用户的蒸汽需求参数与锅炉再热器的热平衡计算。

系统中设置有多个减压、喷水减温系统，多个减压、喷水减温系统处于高参数工业供汽管道(6)、增汽机动力蒸汽管道(7)、再热蒸汽工业供汽、供热管(14)、再热蒸汽进增汽机管(19)、增汽机排汽工业供汽(供热)管17上，用于对蒸汽进行减压减温处理，调整蒸汽参数。

其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，对外提供工业用汽并同时送往多台增汽机。

(a2)再热器热端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增汽机的动力蒸汽；再热器热端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应用。再热器热端排出的其中一路中压蒸汽通过中压供热/供汽蒸汽管道与供热或工业供汽系统相连接；再热器热端排出的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)增汽机排汽管道的另一路同时对外提供相应参数的工业供汽或集中供热用蒸汽。

实际工程中，经过热器加热后的主蒸汽分流，部分去高压缸发电，另一部分经减压去对外供工业蒸汽，此过程中可以根据负荷情况，尤其是低负荷供热工况，最合理的根据工业客户需求压力等级，核算所有的蒸汽量与压力以及设备选型；

经过高压缸发电后的蒸汽，即高压缸排汽(冷再蒸汽)，到锅炉再热器加热成为再热蒸汽，送入到中压缸做功发电。

在上述流程中，由于过热器后的主蒸汽对外供汽，导致到了再热器的蒸汽压力与流量都会降低，形成了流量差，这在实际运行中是不允许发生的，此时引入了增汽机系统，来弥补流量差，增汽机以主蒸汽减压后的蒸汽为动力蒸汽，引射再热器热端蒸汽，获得中压蒸汽(通过对增压机系统设计选型，压力升高)，然后送至再热器冷端，提高冷再蒸汽整体压力的同时减少了过热器与再热器蒸汽流量差，满足了运行和设备安全的要求。

利用本发明中的热力系统，采用增汽机系统，用减压后的主蒸汽(降低增汽机的产品制造难度)抽取热再出口重新回到再热冷段，使得再热器流量增大到所需流量，再热器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。

系统整体上做到了低负荷时候既不影响参与调峰发电，又保证了对外稳定工业供汽，还兼顾供热供暖，同时又满足了运行的安全要求。真正意义上做到了深度热电解耦。

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 (10)

1.一种用于深度热电解耦的供汽供热系统，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；解耦分流管道还同时对外提供高参数工业供汽；再热器热端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还通过中压缸进汽管道与汽轮机中压缸相连接。

2.根据权利要求1所述的用于深度热电解耦的供汽供热系统，其特征在于，再热器热端排出的再热蒸汽管道分成两路：其中一路通过中压缸进汽管道与汽轮机中压缸相连接，部分再热蒸汽进入汽轮机中压缸做功；另一路与增汽机相连接，作为增汽机吸入蒸汽，同时还对外提供相应参数的工业供汽或集中供热用蒸汽。

3.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采用单台增汽机或多台增汽机并列设置。

4.根据权利要求3所述的用于深度热电解耦的热力系统，其特征在于，当多台增汽机并列设置时，解耦分流管道与多台增汽机的的动力蒸汽入口相连接，再热器热端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；再热器热端排汽管道来的低压蒸汽作为增汽机吸入蒸汽。

5.根据权利要求2所述的用于深度热电解耦的供汽供热系统，其特征在于，增汽机系统的排汽管道同时也对外提供相应参数的工业供汽或集中供热用蒸汽。

6.根据权利要求5所述的用于深度热电解耦的热力系统，其特征在于，设置有多个减压、喷水减温系统，多个减压、喷水减温系统处于增汽机动力蒸汽管道、再热蒸汽进增汽机管、高参数工业供汽管道、再热蒸汽工业供汽供热管、增汽机排汽工业供汽供热管上，用于对各路蒸汽进行减压减温处理。

7.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、排汽管道上分别设有截止阀和调节阈，用于开启、关闭和调节流量。

8.根据权利要求3所述的用于深度热电解耦的热力系统，其特征在于，再热器热端排汽管道与汽轮机中压缸相连接的管道上设有调节旁路和节流阀，用于调节蒸汽参数。

9.一种根据权利要求1所述用于深度热电解耦的供汽供热系统的工作方法，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，对外提供工业用汽并同时送往多台增汽机；

(a2)再热器热端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增汽机的动力蒸汽；再热器热端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；通过增汽机利用主蒸汽减压后的蒸汽来抽取再热蒸汽，回送至再热器冷端蒸汽管，形成了再循环；使得再热器流量增大到所需流量。

10.根据权利要求9所述用于深度热电解耦的供汽供热系统的工作方法，其特征在于，(a4)再热器热端排出的其中一路中压蒸汽通过中压供热/供汽蒸汽管道与供热或工业供汽系统相连接；再热器热端排出的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；

增汽机排汽管道的另一路同时对外提供相应参数的工业供汽或集中供热用蒸汽。