CN108757066B - 用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统及运行方法。对于火电机组，挖掘调峰潜力、提升负荷响应率将有效增加其市场竞争力。本发明中锅炉、汽轮机高中压缸、汽轮机低压缸、凝汽器、凝结水泵、低压回热加热器、除氧器、给水泵和高压回热加热器依次连接，热水蓄热装置的低温水端口分别与凝结水泵的给水出口及汽水换热器的热水进口连接，热水蓄热装置的高温水出口分别与除氧器的给水进口及汽水换热器的热水出口连接，汽水换热器的蒸汽进口与汽轮机高中压缸的排汽口连接。本发明避免了高品质电能的做功能力损失，利用汽轮机高中压缸做功后的中低温蒸汽来蓄放热，改变汽轮机低压缸出力来实现机组负荷响应，实现了高参数蒸汽的梯级利用。

Description

用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统及运行方法

技术领域

本发明涉及一种用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统及运行方法，属于火电机组灵活性提升技术领域，尤其适用于火电机组。

背景技术

目前，我国政策逐渐重视新能源的推广，降低火电机组的比例。截止2012年底，我国已有44.8GW的风电装机容量。但是风电具有很强的随机性、间歇性、不可控性及反调峰特性，这就逐渐增大了火电机组进行电网调峰的难度。为了能有效的消纳新能源资源，国家逐渐加大了火电机组调峰的政策性要求，如国家能源局东北监管局关于印发《东北电力调峰辅助服务市场监管办法（试行）》及其补充规定要求要提升清洁能源消纳空间，同时规定了“阶梯式”补偿机制。由此可见，国家政策正逐步加大对火电机组调峰能力的补偿力度。

对于火电机组，如何挖掘机组调峰潜力，提升机组的负荷响应率，将能有效增加火电机组的盈利能力，提升火电机组的市场竞争力。目前，针对通过蓄热调峰的主要解决技术手段是：（1）申请号为201710774789.X的中国专利“一种用于调峰的电蓄热锅炉回热系统”，通过利用固体电蓄热式方式，将用电低谷期的多余电量转化为热量进行储存，在用电高峰期再进行释放；但其弊端是，电能转化为热量储存，严重浪费了高品位能的做功能力。（2）申请号为2001610340023.6的中国专利“一种用于火电厂调峰蓄热的蓄热系统及运行方法”，通过蓄热装置，在用电低谷期，对机组增加抽汽进行热量储存，从而降低机组出力；在用电高峰期，则储存的热量释放来进行供热，减少机组的供热抽汽，从而增加机组出力；但其技术弊端是：仅适用于热电机组，而对纯凝机组无法使用该技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、性能可靠、实现机组负荷快速响应的用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统及运行方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统，其特征在于，包括锅炉、汽轮机高中压缸、汽轮机低压缸、凝汽器、凝结水泵、低压回热加热器、除氧器、给水泵、高压回热加热器、汽水换热器、热水蓄热装置、第一循环水泵和第二循环水泵；所述锅炉的蒸汽出口通过高压蒸汽管与汽轮机高中压缸的进汽口连接，所述汽轮机高中压缸的排汽口通过中排连通管与汽轮机低压缸的进汽口连接，所述汽轮机低压缸的排汽口与凝汽器连接，所述凝汽器的凝结水出口与凝结水泵连接，所述凝结水泵的给水出口通过锅炉给水管与锅炉的给水进口连接，所述锅炉给水管上沿着给水流动方向依次安装有低压回热加热器、除氧器、给水泵和高压回热加热器，所述低压回热加热器的进汽口通过低压回热抽汽管与汽轮机低压缸的回热抽汽口连接，且在低压回热抽汽管上安装有第一阀门，所述除氧器的进汽口通过除氧抽汽管与汽轮机高中压缸的除氧抽汽口连接，所述高压回热加热器的进汽口通过高压回热抽汽管与汽轮机高中压缸的回热抽汽口连接，所述汽水换热器的低温水进口与第一低温水支管的一端连接，所述第一低温水支管的另一端与低温水连通管连接，且在第一低温水支管上安装有第六阀门，所述汽水换热器的蒸汽进口通过中排抽汽管与中排连通管连接，且在中排抽汽管上安装有第五阀门，所述汽水换热器的高温水出口通过第一高温水支管与热水蓄热装置的高温水进口连接，且在第一高温水支管上安装有第七阀门，所述热水蓄热装置的低温水端口与第二低温水支管的一端连接，所述第二低温水支管的另一端与低温水连通管连接，且在第二低温水支管上安装有第八阀门，所述热水蓄热装置的高温水出口通过第二高温水支管与除氧器的给水进口连接，且在第二高温水支管上沿着水流动方向依次安装有第十阀门和第二循环水泵。

进一步而言，所述汽轮机低压缸的进汽口安装有第四阀门，该第四阀门具有调节功能。

进一步而言，所述热水蓄热装置的低温水端口还与第三低温水支管的一端连接，所述第三低温水支管的另一端与低温水连通管连接，且在第三低温水支管上沿着水流动方向依次安装有第九阀门和第一循环水泵。

进一步而言，所述低温水连通管还与凝结水泵的给水出口连接，且在低温水连通管上安装有第十一阀门。

进一步而言，所述低压回热加热器的给水进口和给水出口分别安装有第二阀门和第三阀门，所述第一阀门、第二阀门和第三阀门具有截止功能。

进一步而言，所述第五阀门、第六阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门和第十一阀门均具有调节功能和截止功能。

进一步而言，所述第一低温水支管与第三低温水支管连接。

进一步而言，所述汽水换热器是间接间壁式换热设备或直接接触式换热设备。

一种上所述的用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统的运行方法，其特征在于，其运行方法如下：

当火电机组输出电负荷需要快速降低时，关闭第八阀门、第十阀门和第十一阀门，打开第一阀门、第二阀门和第三阀门，打开并调节第五阀门、第六阀门、第七阀门和第九阀门的开度，调节第四阀门的开度，汽轮机高中压缸的部分排汽通过中排抽汽管输送至汽水换热器，与来自热水蓄热装置中的低温水进行换热，换热后形成的高温水再通过第一高温水支管输送至热水蓄热装置；此时，进入汽轮机低压缸的蒸汽量减少，降低了汽轮机低压缸的发电输出负荷，从而降低火电机组的输出电负荷；

当火电机组输出电负荷需要快速升高时，全开第四阀门，关闭第一阀门、第二阀门、第三阀门、第五阀门、第六阀门、第七阀门和第九阀门，打开第八阀门、第十阀门和第十一阀门，凝结水泵输出的凝结水不再进入低压回热加热器，而是依次通过低温水连通管和第二低温水支管进入热水蓄热装置，热水蓄热装置中的高温水通过第二高温水支管输送至除氧器；此时，汽轮机低压缸不再抽汽，增加了汽轮机低压缸的发电输出负荷，从而升高火电机组的输出电负荷。

进一步而言，所述火电机组是热电机组或纯凝机组。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：（1）本发明设计合理，结构简单，性能可靠，基于热水蓄热装置，合理设计实现火电厂负荷快速响应的要求，满足了电网的电力调峰要求。（2）本发明既适用于纯凝机组，也适用于对外供热的热电机组，应用范围广阔。（3）本发明利用中压缸的排汽来蓄放热，通过改变低压缸内的做功蒸汽量，来改变汽轮机低压缸出力，从而实现机组的负荷快速响应；既避免了高品质能的做功能力损失，又实现了能的梯级利用，可以在热电机组或纯凝机组上进行推广应用，具有较高的实际运用价值。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图。

图2是本发明实施例中火电机组回热蓄热系统蓄热过程的结构示意图。

图3是本发明实施例中火电机组回热蓄热系统放热过程的结构示意图。

图中：锅炉1、汽轮机高中压缸2、汽轮机低压缸3、凝汽器4、凝结水泵5、低压回热加热器6、除氧器7、给水泵8、高压回热加热器9、汽水换热器10、热水蓄热装置11、第一循环水泵12和第二循环水泵13、第一阀门21、第二阀门22、第三阀门23第四阀门24、第五阀门25、第六阀门26、第七阀门27、第八阀门28、第九阀门29、第十阀门30、第十一阀门31、高压蒸汽管41、中排连通管42、锅炉给水管43、低压回热抽汽管44、除氧抽汽管45、高压回热抽汽管46、第一低温水支管47、中排抽汽管48、第一高温水支管49、第二低温水支管50、第三低温水支管51、第二高温水支管52、低温水连通管53。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例

参见图1，本实施例中的用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统包括锅炉1、汽轮机高中压缸2、汽轮机低压缸3、凝汽器4、凝结水泵5、低压回热加热器6、除氧器7、给水泵8、高压回热加热器9、汽水换热器10、热水蓄热装置11、第一循环水泵12和第二循环水泵13。

锅炉1的蒸汽出口通过高压蒸汽管41与汽轮机高中压缸2的进汽口连接，汽轮机高中压缸2的排汽口通过中排连通管42与汽轮机低压缸3的进汽口连接，汽轮机低压缸3的排汽口与凝汽器4连接，凝汽器4的凝结水出口与凝结水泵5连接，凝结水泵5的给水出口通过锅炉给水管43与锅炉1的给水进口连接，锅炉给水管43上沿着给水流动方向依次安装有低压回热加热器6、除氧器7、给水泵8和高压回热加热器9，低压回热加热器6的进汽口通过低压回热抽汽管44与汽轮机低压缸3的回热抽汽口连接，且在低压回热抽汽管44上安装有第一阀门21，除氧器7的进汽口通过除氧抽汽管45与汽轮机高中压缸2的除氧抽汽口连接，高压回热加热器9的进汽口通过高压回热抽汽管46与汽轮机高中压缸2的回热抽汽口连接，汽水换热器10的低温水进口与第一低温水支管47的一端连接，第一低温水支管47的另一端与低温水连通管53连接，且在第一低温水支管47上安装有第六阀门26，汽水换热器10的蒸汽进口通过中排抽汽管48与中排连通管42连接，且在中排抽汽管48上安装有第五阀门25，汽水换热器10的高温水出口通过第一高温水支管49与热水蓄热装置11的高温水进口连接，且在第一高温水支管49上安装有第七阀门27，热水蓄热装置11的低温水端口与第二低温水支管50的一端连接，第二低温水支管50的另一端与低温水连通管53连接，且在第二低温水支管50上安装有第八阀门28，热水蓄热装置11的低温水端口还与第三低温水支管51的一端连接，第三低温水支管51的另一端与低温水连通管53连接，且在第三低温水支管51上沿着水流动方向依次安装有第九阀门29和第一循环水泵12，低温水连通管53与凝结水泵5的给水出口连接，且在低温水连通管53上安装有第十一阀门31，热水蓄热装置11的高温水出口通过第二高温水支管52与除氧器7的给水进口连接，且在第二高温水支管52上沿着水流动方向依次安装有第十阀门30和第二循环水泵13。

在本实施例中，汽轮机低压缸3的进汽口安装有第四阀门24，且第四阀门24具有调节功能。低压回热加热器6的给水进、出口分别安装有第二阀门22和第三阀门23，第一阀门21、第二阀门22和第三阀门23具有截止功能。第五阀门25、第六阀门26、第七阀门27、第八阀门28、第九阀门29、第十阀门30和第十一阀门31均具有调节功能和截止功能。第一低温水支管47还与第三低温水支管51连接。汽水换热器10可以是间接间壁式换热设备，也可以直接接触式换热设备。

本实施案例的运行方法如下：

参见图2，当火电机组输出电负荷需要快速降低时，通过关闭相应阀门，第二低温水支管50、第二高温水支管52和低温水连通管53处于关闭状态，然后打开第一阀门21、第二阀门22和第三阀门23，打开并调节第五阀门25、第六阀门26、第七阀门27和第九阀门29的开度，调节第四阀门24的开度，汽轮机高中压缸2的部分排汽通过中排抽汽管48输送至汽水换热器10，与来自热水蓄热装置11中的低温水进行换热，换热后形成的高温水再通过第一高温水支管49输送至热水蓄热装置11。

此时，进入汽轮机低压缸3的蒸汽量减少，降低了汽轮机低压缸3的发电输出负荷，从而降低火电机组的输出电负荷。

参见图3，当火电机组输出电负荷需要快速升高时，通过关闭相应阀门，低压回热抽汽管44、第一低温水支管47、中排抽汽管48、第一高温水支管49和第三低温水支管51处于关闭状态，低压回热加热器6和汽水换热器10处于停运状态，然后全开第四阀门24，打开第八阀门28、第十阀门30和第十一阀门31，凝结水泵5输出的凝结水不再进入低压回热加热器6，而是依次通过低温水连通管53、第二低温水支管50进入热水蓄热装置11，热水蓄热装置11中的高温水通过第二高温水支管52输送至除氧器7。

此时，汽轮机低压缸3不再抽汽，增加了汽轮机低压缸3的发电输出负荷，从而升高火电机组的输出电负荷。

另外，在本实施例中，火电机组可以是热电机组，也可以是纯凝机组。

虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统，其特征在于，包括锅炉（1）、汽轮机高中压缸（2）、汽轮机低压缸（3）、凝汽器（4）、凝结水泵（5）、低压回热加热器（6）、除氧器（7）、给水泵（8）、高压回热加热器（9）、汽水换热器（10）、热水蓄热装置（11）、第一循环水泵（12）和第二循环水泵（13）；所述锅炉（1）的蒸汽出口通过高压蒸汽管（41）与汽轮机高中压缸（2）的进汽口连接，所述汽轮机高中压缸（2）的排汽口通过中排连通管（42）与汽轮机低压缸（3）的进汽口连接，所述汽轮机低压缸（3）的排汽口与凝汽器（4）连接，所述凝汽器（4）的凝结水出口与凝结水泵（5）连接，所述凝结水泵（5）的给水出口通过锅炉给水管（43）与锅炉（1）的给水进口连接，所述锅炉给水管（43）上沿着给水流动方向依次安装有低压回热加热器（6）、除氧器（7）、给水泵（8）和高压回热加热器（9），所述低压回热加热器（6）的进汽口通过低压回热抽汽管（44）与汽轮机低压缸（3）的回热抽汽口连接，且在低压回热抽汽管（44）上安装有第一阀门（21），所述除氧器（7）的进汽口通过除氧抽汽管（45）与汽轮机高中压缸（2）的除氧抽汽口连接，所述高压回热加热器（9）的进汽口通过高压回热抽汽管（46）与汽轮机高中压缸（2）的回热抽汽口连接，所述汽水换热器（10）的低温水进口与第一低温水支管（47）的一端连接，所述第一低温水支管（47）的另一端与低温水连通管（53）连接，且在第一低温水支管（47）上安装有第六阀门（26），所述汽水换热器（10）的蒸汽进口通过中排抽汽管（48）与中排连通管（42）连接，且在中排抽汽管（48）上安装有第五阀门（25），所述汽水换热器（10）的高温水出口通过第一高温水支管（49）与热水蓄热装置（11）的高温水进口连接，且在第一高温水支管（49）上安装有第七阀门（27），所述热水蓄热装置（11）的低温水端口与第二低温水支管（50）的一端连接，所述第二低温水支管（50）的另一端与低温水连通管（53）连接，且在第二低温水支管（50）上安装有第八阀门（28），所述热水蓄热装置（11）的高温水出口通过第二高温水支管（52）与除氧器（7）的给水进口连接，且在第二高温水支管（52）上沿着水流动方向依次安装有第十阀门（30）和第二循环水泵（13）；所述汽轮机低压缸（3）的进汽口安装有第四阀门（24），该第四阀门（24）具有调节功能；所述热水蓄热装置（11）的低温水端口还与第三低温水支管（51）的一端连接，所述第三低温水支管（51）的另一端与低温水连通管（53）连接，且在第三低温水支管（51）上沿着水流动方向依次安装有第九阀门（29）和第一循环水泵（12）；所述低温水连通管（53）还与凝结水泵（5）的给水出口连接，且在低温水连通管（53）上安装有第十一阀门（31）；所述低压回热加热器（6）的给水进口和给水出口分别安装有第二阀门（22）和第三阀门（23），所述第一阀门（21）、第二阀门（22）和第三阀门（23）具有截止功能。

2.根据权利要求1所述的用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统，其特征在于，所述第五阀门（25）、第六阀门（26）、第七阀门（27）、第八阀门（28）、第九阀门（29）、第十阀门（30）和第十一阀门（31）均具有调节功能和截止功能。

3.根据权利要求1所述的用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统，其特征在于，所述第一低温水支管（47）与第三低温水支管（51）连接。

4.根据权利要求1所述的用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统，其特征在于，所述汽水换热器（10）是间接间壁式换热设备或直接接触式换热设备。

5.一种如权利要求1-4中任一项权利要求所述的用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统的运行方法，其特征在于，其运行方法如下：

当火电机组输出电负荷需要快速降低时，关闭第八阀门（28）、第十阀门（30）和第十一阀门（31），打开第一阀门（21）、第二阀门（22）和第三阀门（23），打开并调节第五阀门（25）、第六阀门（26）、第七阀门（27）和第九阀门（29）的开度，调节第四阀门（24）的开度，汽轮机高中压缸（2）的部分排汽通过中排抽汽管（48）输送至汽水换热器（10），与来自热水蓄热装置（11）中的低温水进行换热，换热后形成的高温水再通过第一高温水支管（49）输送至热水蓄热装置（11）；此时，进入汽轮机低压缸（3）的蒸汽量减少，降低了汽轮机低压缸（3）的发电输出负荷，从而降低火电机组的输出电负荷；

当火电机组输出电负荷需要快速升高时，全开第四阀门（24），关闭第一阀门（21）、第二阀门（22）、第三阀门（23）、第五阀门（25）、第六阀门（26）、第七阀门（27）和第九阀门（29），打开第八阀门（28）、第十阀门（30）和第十一阀门（31），凝结水泵（5）输出的凝结水不再进入低压回热加热器（6），而是依次通过低温水连通管（53）和第二低温水支管（50）进入热水蓄热装置（11），热水蓄热装置（11）中的高温水通过第二高温水支管（52）输送至除氧器（7）；此时，汽轮机低压缸（3）不再抽汽，增加了汽轮机低压缸（3）的发电输出负荷，从而升高火电机组的输出电负荷。

6.根据权利要求5所述的用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统的运行方法，其特征在于，所述火电机组是热电机组或纯凝机组。