CN108800651A - 一种基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，包括吸收式制冷系统、火电空冷凝汽器组件，在夏天启用冬季供热用的溴化锂/水为工质的吸收式(热泵)系统，在晚上环境温度相对较低时采用汽轮机级间抽汽驱动，制得冷水储存在蓄冷罐中，白天环境温度升高时，用蓄冷罐中的冷水对环境高温空气进行预冷，提升凝汽器的换热性能，提高火电机组的发电效率，保证机组安全度夏。
Description
技术领域
本发明属于燃煤火力发电机组的空冷领域，具体涉及一种基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，用以解决火电空冷机组安全度夏问题。
背景技术
燃煤火力发电机组占所有电力供应的73％，是我国电力供应的根本保障。由于空冷系统具有明显的节水优势，已经成为我国富煤少水地区的首选。空冷凝汽器的传热性能极易受到气象条件的影响，如环境空气温度升高极大得恶化着凝汽器的换热性能，使汽轮机排汽背压升高，进而恶化了发电机组的效率。研究表明：环境温度升高1℃，汽轮机机组真空度下降约2kPa，发电量下降约4MW；除此之外，环境空气高温有可能威胁系统的安全运行。当环境温度过高引起汽轮机排汽背压升高时，锅炉必须加煤以维持主汽压力，但当凝汽器背压波动下降时，由于减煤调节的滞后性，会引起主汽压力过高，进而造成锅炉和汽机跳闸。因此发展一种能够抑制空冷机组性能随环境温度变化的装置是十分必要的。
夏季白天高温会导致发电机组效率严重衰减，发电量降低。但同时夏季白天高温时却恰恰是用电高峰之时。这对矛盾将对火电系统造成极大的压力，因此发展能够在昼夜间调峰的大规模储能系统可以避免因用电高峰而必须增建的装机容量。
针对空冷机组安全度夏问题，目前所采用的解决方案是降负荷运行或干湿联合改造措施。降负荷运行，虽然可以保证机组的安全，但是这与高温情况用电量大的现状背道而驰；进行干湿联合改造的措施，如中国专利“采用自然通风及复合运行模式的干湿联合冷却塔及其应用”(CN201510810682.7)等，基于自然通风冷却塔，提出了一种干湿联合运行方式，指出干段和湿段可以采用串联、并联或混合流程的复合运行模式，降低循环水温度的冷却塔。一来湿冷效果也有极限(环境湿球温度)，效果不是特别理想，再者违背了建造空冷机组的节水初衷。
针对电力昼夜调峰的需求，目前多提倡采用抽水蓄能和压缩空气储能。抽水蓄能举措虽为火电所普遍采用，但是这项技术对江河等自然条件的依赖极为严重。而压缩空气储能系统，也存在一些较为明显的缺陷：1)常规压缩空气储能系统需要额外热源加热空气，导致效率较低。例如中国专利“压缩空气储能系统”(CN200710098467.4)提出一种用于电力系统削峰填谷的压缩空气储能系统，包括电动机、压缩机、后冷却器、储气库、回热器、发电机、高压透平、低压燃烧室、低压透平。利用电能压缩空气并储存于地下，在用电高峰时将压缩空气放出，加热空气并驱动透平发电；2)即使新兴的绝热/等温压缩空气储能，例如中国专利“一种等温压缩空气储能系统及方法”(CN201510226671.4)，由于充分利用回热系统，没有额外燃料的加入。但仍然解决不了如下问题：压缩空气储能系统的储能密度低，需要储气室过于宠大，为投资成本造成一定的压力；若选用地下洞穴储气，对地理条件的依赖特别大，则选址困难。
此外，从余热利用的角度出发，许多火电厂都已经配有吸收式制冷机组，以备冬季供暖，例如中国专利“回收燃气循环热电厂烟气余热的吸收式热泵供暖装置”(CN01139760.8)、“利用吸收式热泵回收烟气余热的集中供热系统”(CN201110110470.X)等。上述现有技术的主要缺点是，需要额外增加大量投入，设备成本回收周期长，且主要聚焦于利用余热进行冬季供暖。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷和不足，注意到夏季白天高温会导致发电机组效率严重衰减、发电量降低，但同时夏季白天高温时却恰恰是用电高峰之时，这对矛盾将对火电系统造成极大的压力，因此发展能够在昼夜间调峰的大规模储能系统可以避免因用电高峰而必须增建的装机容量，本发明通过提出一种基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，在夏天启用冬季供热用的溴化锂/水为工质的吸收式制冷(热泵)装置，在晚上环境温度相对较低时采用汽轮机级间抽汽驱动，制得冷水储存在蓄冷罐中，白天环境温度升高时，用蓄冷罐中的冷水对环境高温空气进行预冷，提升凝汽器的换热性能，提高火电机组的发电效率，保证机组安全度夏。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，包括吸收式制冷系统、火电空冷凝汽器组件，其特征在于，
--所述吸收式制冷系统，采用溴化锂水溶液作为工作介质，包括吸收器、发生器、冷凝器、蒸发器、中间换热器、溶液泵、节流阀Ⅰ、节流阀Ⅱ，其中，
所述发生器的蒸汽输出端依次经所述冷凝器、节流阀Ⅰ、蒸发器的冷侧后与所述吸收器的低压蒸汽输入端连通，
所述吸收器的低浓度溴化锂溶液输出端依次经所述溶液泵、中间换热器的冷侧后与所述发生器的低浓度溴化锂溶液输入端连通，
所述发生器的高浓度溴化锂溶液输出端依次经所述中间换热器的热侧、节流阀Ⅱ后通入所述吸收器，
所述发生器中设置有换热组件，所述换热组件的进口端与火电汽轮机级间抽汽管路连通，出口端形成凝结水排出；
--所述火电空冷凝汽器组件，包括火电空冷凝汽器、蓄冷罐和空气预冷器，其中，
所述火电空冷凝汽器的热侧进口通入汽轮机乏汽，热侧出口为冷凝水，
所述空气预冷器的冷侧通过管路与设置在所述蓄冷罐中的换热组件形成封闭冷循环，
所述蓄冷罐的冷水输出端经所述吸收式制冷系统中蒸发器的热侧后与所述蓄冷罐的冷水输入端连通，
所述空气预冷器的热侧进口与大气连通，热侧出口与所述火电空冷凝汽器的冷侧进口连通，所述火电空冷凝汽器的冷侧出口与大气连通；
--所述装置的控制策略为：
当晚上电力需求处于低谷状态，将火电汽轮机级间抽汽通入所述发生器中以制取冷冻水并储存在所述蓄冷罐中；
在白天用电高峰火电空冷凝汽器负荷压力大时，利用所述蓄冷罐中的冷冻水对进入所述火电空冷凝汽器的空气进行预冷，以降低所述火电空冷凝汽器入口空气温度。
优选地，所述冷凝器与蒸发器的热侧之间的管路上设置有节流阀Ⅰ。
优选地，所述中间换热器的热侧与吸收器之间的管路上设置有节流阀Ⅱ。
优选地，所述蓄冷罐的冷水输出端与所述蒸发器热侧进口之间的管路上设置有循环水泵。
本发明的吸收式制冷系统，汽轮机级间抽汽驱动发生器发生出蒸汽，蒸汽在冷凝器中冷凝成液态水，通过节流阀为液态水降温降压，随后在蒸发器中蒸发，放出热量。低压蒸汽被高浓度溴化锂溶液在吸收器内吸收，形成低浓度溴化锂溶液，低浓度低压溶液被溶液泵加压后，在间壁式中间换热器与高温高压高浓度溶液进行换热，并流入发生器，在光伏发电余热的驱动下发生出高压蒸汽，形成高浓度溶液，完成整个吸收式制冷循环。
本发明的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，利用夜间电力需求低的特点，抽取部分热量制得冷水，以减轻白天冷负荷太大对凝汽器造成的压力。
作为可替代的技术方案，本发明的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置中，所述吸收式制冷系统可以单效机组，也可以为双效或多效机组，或其它形式的吸收式制冷机组。
优选地，所述吸收式制冷系统所采用的工质对可以为溴化锂/水溶液，也可以为氨/水溶液或其它工质对。
优选地，本发明的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，可用于火电直接空冷机组的安全度夏及电力调峰，也可用于火电间接空冷机组(如海勒式、哈蒙式及SCAL式等)的安全度夏及电力调峰，亦可用于湿冷机组的安全度夏及电力调峰。
进一步地，当本发明的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置用于间接空冷机组时，可以用吸收式制冷机组制得的冷水对空气进行预冷，也可以去掉空气预冷器，直接与循环水进行换热。
进一步地，当本发明的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置用于用于湿冷机组时，可以用吸收式制冷机组制得的冷水对空气进行预冷，也可以去掉空气预冷器，也可以直接与湿冷机组的开式循环水直接进行换热。
本发明的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，可用于火电冷端的安全度夏及电力调峰，也可用于其它热源驱动的冷端受环境高温影响较大的的发电系统，比如光热发电系统。
同现有技术相比，本发明的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置具有显著的技术效果：(1)能够解决火电空冷机组安全度夏问题：借助昼夜电力调峰及储能的思想，在用电低谷时，用吸收式制冷系统制得冷水，用于补偿白天由环境空气高温而造成的冷凝器性能恶化，缓解白天用电高峰对火电系统所造成的压力，同时保证空冷机组安全度夏；(2)提供了电力调峰的新思路：本发明利用昼夜温差及昼夜用电负荷峰谷特征，充分利用夜间环境空气温度较低造成的凝汽器性能良好及用电负荷较小的特征，在夜间制得冷水，以补偿白天环境空气温度较高造成的凝汽器性能恶化及用电负荷增大对火电系统所造成的压力；(3)无需额外大量增加投入：从余热利用的角度出发，本发明只需要额外增加一个冷水罐及空气预冷器，无需大量增加投入。同时将本来只用于供暖的吸收式制冷机组在夏季得以充分利用，大大缩短了设备成本回收周期。
附图说明
图1为本发明的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，包括吸收式制冷系统、火电空冷凝汽器组件。吸收式制冷系统，采用溴化锂水溶液作为工作介质，包括吸收器5、发生器1、冷凝器2、蒸发器4、中间换热器7、溶液泵6、节流阀Ⅰ7、节流阀Ⅱ8，其中，发生器1的蒸汽输出端依次经冷凝器2、节流阀Ⅰ7、蒸发器4的冷侧后与吸收器5的低压蒸汽输入端连通，吸收器5的低浓度溴化锂溶液输出端依次经溶液泵6、中间换热器7的冷侧后与发生器1的低浓度溴化锂溶液输入端连通，发生器1的高浓度溴化锂溶液输出端经中间换热器7的热侧、节流阀Ⅱ8后通入吸收器5，发生器1中设置有换热组件，换热组件的进口端与火电汽轮机级间抽汽管路连通，出口端形成凝结水排出。
上述吸收式制冷系统，汽轮机级间抽汽驱动发生器1发生出蒸汽，蒸汽在冷凝器2中冷凝成液态水，通过节流阀Ⅰ7为液态水降温降压，随后在蒸发器4中蒸发，放出热量。低压蒸汽被高浓度溴化锂溶液在吸收器5内吸收，形成低浓度溴化锂溶液，低浓度低压溶液被溶液泵6加压后，在间壁式中间换热器7与高温高压高浓度溶液进行换热，并流入发生器1，在余热的驱动下发生出高压蒸汽，形成高浓度溶液，完成整个吸收式制冷循环。
火电空冷凝汽器组件，包括火电空冷凝汽器11、蓄冷罐9、循环水泵12和空气预冷器10，其中，火电空冷凝汽器11的热侧进口通入汽轮机乏汽，热侧出口为冷凝水，空气预冷器10的冷侧通过管路与设置在蓄冷罐9中的换热组件形成封闭冷循环，且在该循环管路上设置有循环水泵12，蓄冷罐9的冷水输出端经吸收式制冷系统中蒸发器4的热侧后与蓄冷罐9的冷水输入端连通，空气预冷器10的热侧进口与大气连通，热侧出口与火电空冷凝汽器11的冷侧进口连通，火电空冷凝汽器11的冷侧出口与大气连通。
本发明的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其控制策略为：当晚上电力需求处于低谷状态，将火电汽轮机级间抽汽通入发生器1中以制取冷冻水并储存在蓄冷罐9中；在白天用电高峰火电空冷凝汽器11负荷压力大时，利用蓄冷罐9中的冷冻水对进入火电空冷凝汽器11的空气进行预冷，以降低火电空冷凝汽器11入口空气温度。
本发明的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器11安全度夏装置，借助昼夜电力调峰及储能的思想，利用昼夜温差及昼夜用电负荷峰谷特征，充分利用夜间环境空气温度较低造成的凝汽器性能良好及用电负荷较小的特征，在夜间用电低谷时，用吸收式制冷系统制得冷水，用于补偿白天由于环境空气高温而造成的冷凝器2性能恶化及用电负荷增大对火电系统所造成的压力，缓解白天用电高峰对火电系统所造成的压力，同时保证空冷机组安全度夏。从余热利用的角度出发，许多火电厂都已经配有吸收式制冷机组，以备冬季供暖。本发明只需要额外增加一个蓄冷罐9及空气预冷器10，无需大量增加投入。同时将本来只用于供暖的吸收式制冷机组在夏季得以充分利用，大大缩短了设备成本回收周期。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。
Claims (10)
1.一种基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，包括吸收式制冷系统、火电空冷凝汽器组件，其特征在于，
--所述吸收式制冷系统，采用溴化锂水溶液作为工作介质，包括吸收器、发生器、冷凝器、蒸发器、中间换热器、溶液泵、节流阀Ⅰ、节流阀Ⅱ，其中，
所述发生器的蒸汽输出端依次经所述冷凝器、节流阀Ⅰ、蒸发器的冷侧后与所述吸收器的低压蒸汽输入端连通，
所述吸收器的低浓度溴化锂溶液输出端依次经所述溶液泵、中间换热器的冷侧后与所述发生器的低浓度溴化锂溶液输入端连通，
所述发生器的高浓度溴化锂溶液输出端依次经所述中间换热器的热侧、节流阀Ⅱ后通入所述吸收器，
所述发生器中设置有换热组件，所述换热组件的进口端与火电汽轮机级间抽汽管路连通，出口端形成凝结水排出；
--所述火电空冷凝汽器组件，包括火电空冷凝汽器、蓄冷罐和空气预冷器，其中，
所述火电空冷凝汽器的热侧进口通入汽轮机乏汽，热侧出口为冷凝水，
所述空气预冷器的冷侧通过管路与设置在所述蓄冷罐中的换热组件形成封闭冷循环，
所述蓄冷罐的冷水输出端经所述吸收式制冷系统中蒸发器的热侧后与所述蓄冷罐的冷水输入端连通，
所述空气预冷器的热侧进口与大气连通，热侧出口与所述火电空冷凝汽器的冷侧进口连通，所述火电空冷凝汽器的冷侧出口与大气连通；
--所述装置的控制策略为：
当晚上电力需求处于低谷状态，将火电汽轮机级间抽汽通入所述发生器中以制取冷冻水并储存在所述蓄冷罐中；
在白天用电高峰火电空冷凝汽器负荷压力大时，利用所述蓄冷罐中的冷冻水对进入所述火电空冷凝汽器的空气进行预冷，以降低所述火电空冷凝汽器入口空气温度。
2.根据上述权利要求所述的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述冷凝器与蒸发器的热侧之间的管路上设置有节流阀Ⅰ。
3.根据上述权利要求所述的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述中间换热器的热侧与吸收器之间的管路上设置有节流阀Ⅱ。
4.根据上述权利要求所述的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述蓄冷罐的冷水输出端与所述蒸发器热侧进口之间的管路上设置有循环水泵。
5.根据上述权利要求所述的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述吸收式制冷系统可以单效机组，也可以为双效或多效机组，或其它形式的吸收式制冷机组。
6.根据上述权利要求所述的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述吸收式制冷系统所采用的工质对可以为溴化锂/水溶液，也可以为氨/水溶液或其它工质对。
7.根据上述权利要求所述的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述火电空冷凝汽器安全度夏装置，可用于火电直接空冷机组的安全度夏及电力调峰，也可用于火电间接空冷机组(如海勒式、哈蒙式及SCAL式等)的安全度夏及电力调峰，亦可用于湿冷机组的安全度夏及电力调峰。
8.根据权利要求7所述的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，当所述火电空冷凝汽器安全度夏装置用于间接空冷机组时，可以用吸收式制冷机组制得的冷水对空气进行预冷，也可以去掉空气预冷器，直接与循环水进行换热。
9.根据权利要求7所述的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，当所述火电空冷凝汽器安全度夏装置用于用于湿冷机组时，可以用吸收式制冷机组制得的冷水对空气进行预冷，也可以去掉空气预冷器，也可以直接与湿冷机组的开式循环水直接进行换热。
10.根据上述权利要求所述的基于昼夜电力调峰的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述火电空冷凝汽器安全度夏装置，可用于火电冷端的安全度夏及电力调峰，也可用于其它热源驱动的冷端受环境高温影响较大的的发电系统，比如光热发电系统。
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