CN109236397B - 热电联产系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及热电联产技术，提供一种热电联产系统，包括具有汽轮机(101)和加热器(103)的热电联产循环(1)，所述汽轮机(101)的排汽口连通所述加热器(103)，以所述加热器(103)向供暖系统供热，其特征在于：还具有第一余热发电循环(2)以及第二余热发电循环(3)；所述第一余热发电循环(2)通过抽汽阀(11)连通所述汽轮机(101)的抽汽口，以吸收所述抽汽口供给的蒸汽热能进行发电；所述第二余热发电循环(3)通过第一选通阀组(1X)接通所述供暖系统的供给管路，以吸收所述供给管路的热能进行发电。提供了一种能保持额定负荷运行前提下实现热电负荷的灵活调节的热电联产系统。

Description

热电联产系统
技术领域
本申请涉及热电联产技术，尤其涉及一种能保持额定负荷运行前提下实现热电负荷的灵活调节的热电联产系统。
背景技术
现有技术中，汽轮机组是重要的热电联产方式之一，具有广泛的应用。同时由于国家相关政策的支持，我国热电联产的发展势头十分迅猛。开展供热机组的节能技术研究，提高能源利用率，对于火电行业的节能减排有重要意义。
目前一些大型供热机组抽汽压力一般在0.5MPa左右，而目前建筑供暖采用的水暖系统的供水温度一般不超过95℃，由于降低供水温度可提高供暖的舒适度，近年来很多供暖系统的供回水温度采用80℃/60℃，甚至更低的供回水温度。而供热抽汽参数远远高于供热系统的需要，实际运行中往往需要节流，造成很大的损失。
另外一方面，传统背压式汽轮机的发电量随热负荷变化，其生产方式是“以热定电”，即电负荷随热负荷变化，热电负荷调节过程难度大、能耗大、安全隐患大。在优先满足热负荷的前提下，电负荷波动较大，增大了电力系统的备用容量。
再有一方面，背压式汽轮机的整机焓降小，若偏离设计工况，汽轮机的相对内效率会大幅下降，往往会从80％降低到60％以下，进而造成发电能耗增加。在热负荷较低时，使得机组的设备利用率大大降低，变工况特性差。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种能保持额定负荷运行前提下实现热电负荷的灵活调节的热电联产系统。
本申请提供了一种热电联产系统，包括具有汽轮机和加热器的热电联产循环，所述汽轮机的排汽口连通所述加热器，以所述加热器向供暖系统供热，还具有第一余热发电循环以及第二余热发电循环；所述第一余热发电循环通过抽汽阀连接所述汽轮机的抽汽口，以吸收所述抽汽口供给的蒸汽热能进行发电；所述第二余热发电循环通过第一选通阀组连接所述供暖系统的供给管路，以吸收所述供给管路的热能进行发电。
本申请一具体实施例中，还具有尖峰加热器，通过所述抽汽阀接通至所述汽轮机的抽汽口，以所述尖峰加热器向供暖系统进行补峰供热。
本申请一具体实施例中，所述汽轮机的抽汽口通过抽汽管路接通所述第一余热发电循环与所述尖峰加热器，所述抽汽管路设有所述抽汽阀与第二选通阀组，通过所述第二选通阀组选择接通或关断与所述第一余热发电循环或所述尖峰加热器的连通。
本申请一具体实施例中，所述第一选通阀组包括安装在供给管路的第一旁通阀，以及安装于第一旁通阀两端的进水阀和出水阀，所述进水阀和出水阀分别控制向所述第二余热发电循环的供水和回水。
本申请一具体实施例中，所述第二选通阀组包括安装在所述抽汽管路的第二旁通阀，以及安装于第二旁通阀两端的进汽阀和第一出水阀，所述进汽阀和第一出水阀分别控制向所述第一余热发电循环的供汽和回水。
本申请一具体实施例中，所述第二余热发电循环通过第三选通阀组连通所述第一余热发电循环，以吸收所述第一余热发电循环的热量进行发电。
本申请一具体实施例中，所述第三选通阀组设置于所述第一余热发电循环的透平机之后。
本申请一具体实施例中，所述第三选通阀组包括安装在所述第一余热发电循环的循环管路上的第三旁通阀，以及安装于第三旁通阀两端的第一闸阀和第二闸阀。
本申请一具体实施例中，所述第一余热发电循环包括依次连通的第一透平机、第一凝汽器、第一工质泵以及第一蒸发器；所述第一透平机带动第一发电机发电。
本申请一具体实施例中，所述第一蒸发器的吸热侧通过所述抽汽阀连通所述汽轮机的抽汽口，以吸收所述抽汽口供给的蒸汽热能。
本申请一具体实施例中，所述第二余热发电循环包括依次连通的第二透平机、第二凝汽器、第二工质泵、第三蒸发器以及第二蒸发器，所述第二透平机带动第二发电机发电。
本申请一具体实施例中，所述第二蒸发器的吸热侧通过第一选通阀组接通所述供暖系统的供给管路，以吸收所述供给管路的热量；或者，第三蒸发器的吸热侧通过第三选通阀组连通所述第一余热发电循环，以吸收所述第一余热发电循环的热量。
本申请一具体实施例中，所述第三蒸发器还并联有一个第五旁通阀，通过所述第五旁通阀控制开启或关闭所述第三蒸发器。
本申请一具体实施例中，所述第一余热发电循环以及所述第二余热发电循环均是使用低沸点有机工质把热能转换成电能的发电循环，所述的低沸点有机工质在作业压力下沸点小于100℃。
本申请一具体实施例中，所述第一余热发电循环中的低沸点有机工质的沸点大于所述第二余热发电循环的低沸点有机工质的沸点。
本申请一具体实施例中，所述热电联产循环为背压式汽轮机组。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请实施例提供的热电联产系统，在蒸汽朗肯热电联产循环外又耦合了两个余热发电循环，在保证机组额定负荷运行的情况下，充分利用高位热能和低温潜热进行发电，不仅能增加系统发电量，同时还能减少系统损失，另外两个余热发电循环均能选择性接通或关闭，输出模式能根据热负荷与电负荷需求的变化进行灵活调整，能持续实现最优的热效率。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种热电联产系统的循环示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，本申请实施例提供一种热电联产系统，主要包括具有汽轮机101和加热器103的热电联产循环1、第一余热发电循环2以及第二余热发电循环3。汽轮机101的排汽口连通常开的加热器103，以此加热器103可以向供暖系统供热。
其中，第一余热发电循环2可通过抽汽阀11连通汽轮机101的抽汽口，以吸收抽汽口供给的蒸汽热能进行发电。可以理解的是，可通过控制抽汽阀11的开启或关闭，来控制开启或关闭第一余热发电循环2，开启第一余热发电循环2时，可回收汽轮机101的部分高位热能进行补充发电，增加了系统发电量，减少系统损失。
而第二余热发电循环3可通过第一选通阀组1X接通供暖系统的供给管路，以吸收供给管路的热能进行发电。可以理解的是，可通过控制第一选通阀组1X，来控制开启或关闭第二余热发电循环3，回收供热管路中低温热能进行发电，同时可以降低供水温度。
本领域技术人员应该理解的是，第一选通阀组1X可以是如图1所示，包括主供给管路上的旁通阀以及分别接在旁通阀两端的进水阀和出水阀，以控制旁接管路的开启或关闭，同时并不影响主供给管路中工质的流动。当然也可以选择其他类似的阀组来实现，只要能实现上述功能，即可应用于本发明实施例中。
本发明实施例中，可以认为是在蒸汽朗肯热电联产循环外又耦合了两个余热发电循环，在保证机组额定负荷运行的情况下，充分利用高位热能和低温潜热进行发电，不仅能增加系统发电量，同时还能减少系统损失，另外两个余热发电循环均能选择性接通或关闭，输出模式能根据热负荷与电负荷需求的变化进行灵活调整，能持续实现最优的热效率。
本发明一具体实施例中，为了保证尖峰热负荷下的供暖要求，还可具有尖峰加热器107，也可通过抽汽阀11接通至汽轮机101的抽汽口，以尖峰加热器107向供暖系统进行补峰供热。汽轮机101的抽汽口可通过抽汽管路接通第一余热发电循环2与尖峰加热器107，抽汽管路设有抽汽阀11与第二选通阀组2X，通过第二选通阀组2X选择接通或关断与第一余热发电循环2或尖峰加热器107的连通。第二选通阀组2X的设置位置可选择位于尖峰加热器107与抽汽阀11之间，这样，可先利用第一余热发电循环2回收汽轮机101的部分高位热能，之后再送至尖峰加热器107进行高效率的热交换，能及时满足供热管路的供水温度需求，但也不会损失高位热能。而第二余热发电循环3可有效回收供热管路的供水温度高于设定温度时的能量。
本发明一具体实施例中，为进一步提高热效率，第二余热发电循环3还可通过第三选通阀组3X连通第一余热发电循环2，以吸收第一余热发电循环2的热量进行发电，或称为利用第一余热发电循环2对工质进行预热。第三选通阀组3X可选择设置于第一余热发电循环2的透平机之后，相当于利用第二余热发电循环3来实现凝汽器的功能。
本发明一具体实施例中，第一余热发电循环2可主要包括依次连通的第一透平机201、第一凝汽器206、第一工质泵207以及第一蒸发器208，第一透平机201能带动第一发电机202发电。第一蒸发器208的吸热侧能通过抽汽阀11连通汽轮机101的抽汽口，以吸收抽汽口供给的蒸汽热能，最终将热通输送至第一透平机201进行发电。
实施例中所述透平机是将流体介质中蕴有的能量转换为机械能的设备。透平机可以是汽轮机、涡轮机、烟气轮机、膨胀机等透平设备。
本发明一具体实施例中，第二余热发电循环3主要包括依次连通的第二透平机301、第二凝汽器303、第二工质泵304、第三蒸发器306以及第二蒸发器307，第二透平机301带动第二发电机302发电。第二蒸发器307的吸热侧通过第一选通阀组1X接通供暖系统的供给管路，以吸收供给管路的热量；或者，第三蒸发器306的吸热侧通过第三选通阀组3X连通第一余热发电循环2，以吸收第一余热发电循环2的热量。可以认为第三蒸发器306为选通的吸热装置，而第二蒸发器307是该循环的常设吸热装置。
本发明一具体实施例中，第一余热发电循环2以及第二余热发电循环3选择为均是使用低沸点有机工质把热能转换成电能的发电循环，的低沸点有机工质在作业压力下沸点小于100℃。第一余热发电循环2中的低沸点有机工质的沸点大于第二余热发电循环3的低沸点有机工质的沸点。
低沸点有机工质可采用常温常压下是气体的自然工质或人工合成工质，包括：烃，烷类、烯类、炔类、芳香烃类，包括醚在内的含氧化合物，醇类、酚类、醛类、酮类，酯类，无氧含卤化合物，有氧含卤化合物，含硫化合物，含氮化合物；既可以是单工质，也可以是混合物，如乙烷、丁烷、正丁烷、异丁烷、正戊烷、异戊烷、环戊烷、乙烯、丙烯、丁烯、顺丁烯、异丁烯、丁二烯、二甲苯、氯乙烷、氯丁烷、氯乙烯、R134a系列、R410A系列、HFC系列合成物、二甲醚、液化石油气、二氧化碳气、二氧化碳及其吸收剂的混合物，以及氮气、空气、氦气、氩气、氢气、氨、氨的水溶液等各种适用工质，统称低沸点介质。
以下结合图1对本发明一个具体应用例进行具体说明如下：
汽轮机101的排汽口经管路与真空式热网加热器103放热侧入口相连，加热器103的疏水从热井及安装有该管路上的疏水泵返回热力系统，加热器103吸热侧的入口经管路及管路上的热网循环水泵106与热网回水相连，加热器103的吸热侧出口与供水管路上还并联有尖峰加热器107。
其中尖峰加热器107的吸热侧入口、出口分别安装有进液阀5、出液阀6和第四旁通阀7。供热抽汽管路与尖峰加热器107的放热侧入口相连，且在管路上安装有抽汽阀11。第一余热发电循环2的第一蒸发器208放热侧入口、出口分别安装有进汽阀13和第一出水阀14，且进汽阀13和第一出水阀14分别安装在第二旁通阀12的两侧。第二余热发电循环3的第二蒸发器307放热侧与热网供水管路相连，且安装有进水阀9和出水阀10，进水阀9和出水阀10之间设置第一旁通阀8。
为降低系统投资、保证尖峰负荷下的供暖要求，系统设置了尖峰热网加热器107。第一余热发电循环2和第二余热发电循环3分别回收汽轮机抽汽和热网供水中的能源，增加系统发电量，减少系统损失。使得能源得到梯级利用，既可以提高汽轮机相对内效率，又可以降低能耗，减少电网备用容量。
在该系统中，当三个循环全部启用时，汽轮机101的排汽进入加热器103以加热供热网的回水。而供热抽汽首先进入第一余热发电循环2的第一蒸发器208以回收部分高位热能进行发电，再进入尖峰加热器107以加热热网的循环水，经加热后的热网循环水进入第二余热发电循环3的第二蒸发器307回收低温热能发电，再供给热用户。
另外，本发明实施例的系统，可以有如下几种调控模式：
在供热初期或末期，可以选择关闭系统中的冷却塔104的进水阀和出水阀，将冷却塔104备用。这时外界的热负荷需求较低，供回水温度一般控制在65℃/45℃。可以保持抽汽阀11开度不变，以保证汽轮机额定抽汽量不变；通过第二选通阀组2X接通抽汽阀11至第一余热发电循环2，具体的可以关闭第二旁通阀12，并开启进汽阀13和第一出水阀14，以接通第一余热发电循环2进行发电。
同时控制第二选通阀组4X接通供热系统与尖峰加热器107放热侧，具体可以是关闭第四旁通阀7，开启进液阀5和出液阀6，以开启尖峰加热器107对供热系统的供给水加温。
同时控制第一选通阀组1X接通供热系统至第二余热发电循环3，具体可以是关闭第一旁通阀8，开启进水阀9和出水阀10，以开启第二余热发电循环3。同时控制第三选通阀组3X接通第一余热发电循环2至第二余热发电循环3，具体可以是关闭第一余热发电循环2的第三旁通阀203，开启第一闸阀204和第二闸阀205；关闭第二余热发电循环3的预热器第五旁通阀305，开启预热器的进水阀。同时启用第一余热发电循环2和第二余热发电循环3，在保证机组额定负荷运行的情况下充分利用汽轮机抽汽和热网供水热能发电，增加了系统发电量，减少系统损失，实现了热电负荷灵活调节。
比如在供热次寒期，可以关闭冷却塔104进水阀和出水阀，冷却塔104备用。供回水温度一般在80℃/49℃。开启汽轮机抽汽阀11；关闭第二旁通阀12，开启进汽阀13和第一出水阀14；关闭第四旁通阀7，开启进液阀5和出液阀6；开启第一旁通阀8，关闭进水阀9和出水阀10。关闭第一余热发电循环2的第一闸阀204和第二闸阀205，开启第三旁通阀203。启用第一余热发电循环2，关闭第二余热发电循环3，在保证机组额定负荷运行的情况下，通过解列第二余热发电循环3来增加热网供水温度，满足外界热负荷需求。
比如在供热严寒期，关闭冷却塔104的进水阀和出水阀，冷却塔104备用。供回水温度一般在95℃/54℃，供热负荷较大。开启汽轮机抽汽阀11；开启第二旁通阀12，关闭进汽阀13和第一出水阀14；关闭第四旁通阀7，开启进液阀5和出液阀6，开启第一旁通阀8，关闭进水阀9和出水阀10。关闭第一余热发电循环2和第二余热发电循环3，在保证机组额定负荷不变的情况下，优先满足外界热负荷需求。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种热电联产系统，包括具有汽轮机(101)和加热器(103)的热电联产循环(1)，所述汽轮机(101)的排汽口连通所述加热器(103)，以所述加热器(103)向供暖系统供热，其特征在于：还具有第一余热发电循环(2)、第二余热发电循环(3)和尖峰加热器(107)；
所述第一余热发电循环(2)通过抽汽阀(11)连接所述汽轮机(101)的抽汽口，以吸收所述抽汽口供给的蒸汽热能进行发电；
所述第二余热发电循环(3)通过第一选通阀组(1X)连接所述供暖系统的供给管路，以吸收所述供给管路的热能进行发电；
所述第二余热发电循环(3)通过第三选通阀组(3X)连通所述第一余热发电循环(2)，以吸收所述第一余热发电循环(2)的热量进行发电；
所述尖峰加热器(107)通过所述抽汽阀(11)接通至所述汽轮机(101)的抽汽口，以所述尖峰加热器(107)向供暖系统进行补峰供热。
2.如权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，所述汽轮机(101)的抽汽口通过抽汽管路接通所述第一余热发电循环(2)与所述尖峰加热器(107)，所述抽汽管路设有所述抽汽阀(11)与第二选通阀组(2X)，通过所述第二选通阀组(2X)选择接通或关断与所述第一余热发电循环(2)或所述尖峰加热器(107)的连通。
3.如权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，所述第一选通阀组(1X)包括安装在供给管路的第一旁通阀(8)，以及安装于第一旁通阀(8)两端的进水阀(9)和出水阀(10)，所述进水阀(9)和出水阀(10)分别控制向所述第二余热发电循环(3)的供水和回水。
4.如权利要求2所述的热电联产系统，其特征在于，所述第二选通阀组(2X)包括安装在所述抽汽管路的第二旁通阀(12)，以及安装于第二旁通阀(12)两端的进汽阀(13)和第一出水阀(14)，所述进汽阀(13)和第一出水阀(14)分别控制向所述第一余热发电循环(2)的供汽和回水。
5.如权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，所述第三选通阀组(3X)设置于所述第一余热发电循环(2)的透平机之后。
6.如权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，所述第三选通阀组(3X)包括安装在所述第一余热发电循环(2)的循环管路上的第三旁通阀(203)，以及安装于第三旁通阀(203)两端的第一闸阀(204)和第二闸阀(205)。
7.如权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，所述第一余热发电循环(2)包括依次连通的第一透平机(201)、第一凝汽器(206)、第一工质泵(207)以及第一蒸发器(208)；所述第一透平机(201)带动第一发电机(202)发电。
8.如权利要求7所述的热电联产系统，其特征在于，所述第一蒸发器(208)的吸热侧通过所述抽汽阀(11)连通所述汽轮机(101)的抽汽口，以吸收所述抽汽口供给的蒸汽热能。
9.如权利要求1所述的热电联产系统，其特征在于，所述第二余热发电循环(3)包括依次连通的第二透平机(301)、第二凝汽器(303)、第二工质泵(304)、第三蒸发器(306)以及第二蒸发器(307)，所述第二透平机(301)带动第二发电机(302)发电。
10.如权利要求9所述的热电联产系统，其特征在于，所述第二蒸发器(307)的吸热侧通过第一选通阀组(1X)接通所述供暖系统的供给管路，以吸收所述供给管路的热量；或者，
第三蒸发器(306)的吸热侧通过第三选通阀组(3X)连通所述第一余热发电循环(2)，以吸收所述第一余热发电循环(2)的热量。
11.如权利要求10所述的热电联产系统，其特征在于，所述第三蒸发器(306)还并联有一个第五旁通阀(305)，通过所述第五旁通阀(305)控制开启或关闭所述第三蒸发器(306)。
12.如权利要求1至11任一项所述的热电联产系统，其特征在于，所述第一余热发电循环(2)以及所述第二余热发电循环(3)均是使用低沸点有机工质把热能转换成电能的发电循环，所述的低沸点有机工质在作业压力下沸点小于100℃。
13.如权利要求12所述的热电联产系统，其特征在于，所述第一余热发电循环(2)中的低沸点有机工质的沸点大于所述第二余热发电循环(3)的低沸点有机工质的沸点。
14.如权利要求1至11任一项所述的热电联产系统，其特征在于，所述热电联产循环(1)为背压式汽轮机组。
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