CN109579112A - 一种供热机组热电解耦系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种供热机组热电解耦系统及其运行方法，系统包括汽轮机、发电机、吸收式热泵、除氧器等，循环水的一部分经过吸收式热泵冷却，并把热量传递给热网水后，与来自于冷却塔的循环水汇合回到凝汽器。热水泵将来自热水储热罐的热水送入熔盐储热罐，在熔盐储热罐内加热后再返回到热水储热罐。热水储热罐的热源来自熔盐储热罐，对热泵出口的热网水进行二次加热达到一级换热站要求。发电经过蓄电池进行储能，再通过蓄电池与机组发电并联接入厂升压站。本发明实现了高热电比供暖过程的能量梯级利用，同时利用储热罐取代了常规系统中的尖峰加热器，实现对热网水温度的调节，达到了对热负荷的“消峰填谷”，降低了热负荷对系统电负荷的束缚。
Description
技术领域
本发明涉及一种供热机组热电解耦系统及其运行方法，属于热电联产技术领域。
背景技术
为应对化石能源紧张、环境恶化等问题，近年来风电等可再生能源发电迅速发展。国际能源署和世界能源理事会对全球未来能源发展的情景预测显示，可再生能源在一次能源中的占比将进一步加大。与此同时，随机性，波动性，不可调度性的可再生能源大规模并网，导致了电网调峰问题的更加突出。对火电机组灵活性的要求主要包括最小运行负荷、升降负荷速率以及快速启停三个方面，对于汽水侧的研究主要关注前两个方面。随着冬季供暖需求的加大和燃煤凝汽机组热电联产系统热电耦合的特点，对其灵活性的要求更为重要。因此，为适应高比例间歇性可再生能源发电嵌入，需要进一步提高燃煤热电联产系统的灵活运行能力。
燃煤热电联产系统单一地在高效、灵活运行方面已有了多种措施。在工程上更多的采用的是旁路改造方法，这种方法是通过牺牲部分效率换取系统的灵活性；在保持高效措施中，电热泵和电锅炉是通过电热转换实现了“热电解耦”措施，尽管其在提高系统灵活性方面取得了显著的成绩，但根据热力学第二定律，存在用能不合理；通过改变供热能力以达到高效的措施中，吸收式热泵是典型的方式。它是在原有的抽汽供暖机组中，通过使用中压缸抽汽驱动热泵回收循环水余热供暖。但吸收式热泵受加热温度区间限制，在现有运行机组中仍需中压缸抽汽对热网水进行二次加热；储热罐通过调节热负荷进而改进了系统的最小运行负荷实现了系统的“热电解耦”，但其主要作用在于降低系统最小负荷运行能力；相应地，蓄电池由于其高成本，只适合用于提高系统的升降负荷速率(辅助调频)。
综上所述，在储能辅助系统灵活性改造中，若要在最小运行负荷和升降负荷速率两方面进行优化，需要同时增设储热罐和蓄电池两种装置。现有燃煤热电联产系统在提高灵活性方面取得了一定的成绩，但是未能兼顾系统的高效性。目前提高系统灵活性的措施中，对其方式间的耦合性研究并不多见。因此，适应高比例间歇性可再生能源发电的背景下，燃煤热电联产系统实现高效灵活运行在消纳高比例可再生能源发电、应对化学燃料日益匮乏以及缓解温室效应等方面具有深远的意义。
发明内容
本发明旨在提供一种供热机组热电解耦系统及其运行方法。可在最小运行负荷和升降速率两个方面同时提高系统的灵活运行能力。
本发明通过以下技术方案实现：
一种供热机组热电解耦系统，所述热电解耦系统包括汽轮机、发电机、除氧器、凝汽器、冷却塔，所述汽轮机能够与锅炉相连以获得蒸汽，所述发电机能够与升压站连接使发电机发电能够通过升压站上网，所述热电解耦系统还包括吸收式热泵、熔盐储热罐、热水储热罐和蓄电池；所述汽轮机分别与所述发电机、吸收式热泵、除氧器、凝汽器和熔盐储热罐相连；所述汽轮机、所述吸收式热泵与所述除氧器之间通过换热管路相连；所述熔盐储热罐与所述汽轮机和所述除氧器之间通过换热连接管路相连，使得来自所述汽轮机的抽汽经过所述熔盐储热罐换热后冷却成为疏水进入所述除氧器；所述熔盐储热罐与所述热水储热罐之间形成储热循环连接；所述吸收式热泵与所述热水储热罐之间设有热水管路相连；所述凝汽器与所述冷却塔和所述吸收式热泵相连；所述发电机与所述蓄电池相连，并形成与升压站之间的并联连接。
上述技术方案中，所述凝汽器与所述冷却塔之间形成第一循环回路，且所述第一循环回路上设置有循环泵。
上述技术方案中，所述凝汽器与所述吸收式热泵之间形成第二循环回路，所述第二循环回路与所述第一循环回路并联；且循环泵同时连接第二循环回路。
一种供热机组热电解耦系统的运行方法，包括：
使来自锅炉的蒸汽进入汽轮机做功，供发电机发电；使一部分抽汽进入吸收式热泵驱动吸收式热泵；一部分抽汽进入熔盐储热罐换热；汽轮机做功后的乏汽进入凝汽器换热冷凝；
乏汽进入冷凝器换热冷凝后成为锅炉给水，并传递热量给循环水；使凝汽器出口的部分循环水进入冷却塔换热后循环回到凝汽器；使凝汽器出口的部分循环水进入吸收式热泵，在来自汽轮机抽汽的驱动下，使得循环水的低品位热能被回收后温度降低，再与来自冷却塔的循环水汇合进入凝汽器；来自汽轮机的抽汽在吸收式热泵中做为驱动热源做功后形成乏汽，送回除氧器；
使供热回水进入吸收式热泵，抽汽在吸收式热泵内做功的换热量与回收循环水余热量一道传递给供热回水，使供热回水升温后，通过热水管路进入热水储热罐；
使来自汽轮机的一部分抽汽进入熔盐储热罐加热熔盐储热罐的熔盐储存热量，抽汽成为疏水送回除氧器；使熔盐储热罐所储存的热量通过连接熔盐储热罐和热水储热罐的储热循环连接管路内的换热介质传递给热水储热罐并加热进入热水储热罐的供热回水，使供热回水进一步升温；
使发电机发出的一部分电储存在蓄电池中，其余直接通过升压站上网；储存在蓄电池的电量通过放电到升压站形成对发电机的调节。
上述技术方案中，所述熔盐储热罐工作温度区间为200～300℃；所述热水储热罐工作温度区间为100～130℃。
本发明具有以下优点及有益效果：利用蒸汽驱动式吸收式热泵回收电厂循环水余热，同时利用汽轮机抽汽通过熔盐储热罐再经过热水储热罐对热泵出口热网水加热，实现了能量的梯级利用，具有高效性。利用储热系统对热负荷的调节，通过“热电解耦”灵活供暖实现了系统深度调峰，同时蓄电系统可通过调节系统的升降负荷速率实现辅助调频，实现了灵活供电。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种供热机组热电解耦系统示意图。
图中：1–汽轮机；2–发电机；3–除氧器；4–凝汽器；5–冷却塔；6–循环泵；7–疏水泵；8–吸收式热泵；9–熔盐储热罐；10–热水泵；11–热水储热罐；12–蓄电池；13–一级换热站；14–升压站。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
如图1所示，一种供热机组热电解耦系统，热电解耦系统包括汽轮机1、发电机2、除氧器3、凝汽器4、冷却塔5、吸收式热泵8、熔盐储热罐9、热水储热罐11和蓄电池12。汽轮机1能够与锅炉相连以获得蒸汽，发电机2能够与升压站14连接使发电机2发电能够通过升压站14上网。
汽轮机1分别与发电机2、吸收式热泵8、除氧器3、凝汽器4和熔盐储热罐9相连。其中，汽轮机1、吸收式热泵8与除氧器3之间通过换热管路相连，形成一条换热通道。
熔盐储热罐9与汽轮机1和除氧器3之间通过换热连接管路相连，使得来自汽轮机1的抽汽经过熔盐储热罐9换热后冷却成为疏水进入除氧器3。熔盐储热罐9与热水储热罐11之间通过储热循环管路相连，形成储热循环连接。储热循环管路上设置有热水泵10。
吸收式热泵8与热水储热罐11之间设有热水管路相连，使供热回水能够依次通过吸收式热泵8与热水储热罐11升温，继续供热。供热回水往往来自一级换热站13，升温后的供热回水继续供一级换热站13分配使用。
凝汽器4与冷却塔5和吸收式热泵8相连。凝汽器4与冷却塔5之间形成第一循环回路，且第一循环回路上设置有循环泵6。凝汽器4与吸收式热泵8之间形成第二循环回路，第二循环回路与第一循环回路并联；且循环泵6同时连接第二循环回路。即循环泵6设置在凝汽器4的回水总管路上。
发电机2与蓄电池12和升压站14相连，并与发电机2和升压站14之间的连接形成并联连接。
使来自锅炉的蒸汽进入汽轮机1做功，供发电机2发电。抽取汽轮机1做功中间级的一部分蒸汽作为抽汽，一部分进入吸收式热泵8驱动吸收式热泵8；一部分进入熔盐储热罐9换热。使汽轮机1做功后排汽口排出的乏汽进入凝汽器4换热冷凝。
乏汽进入冷凝器4换热冷凝后成为锅炉给水，并传递热量给循环水；使凝汽器4出口的部分循环水进入冷却塔5换热后循环回到凝汽器4；使凝汽器4出口的部分循环水进入吸收式热泵8，在来自汽轮机1抽汽的驱动下，使得循环水的低品位热能被回收后温度降低，再与来自冷却塔5的循环水汇合进入凝汽器4；来自汽轮机1的抽汽在吸收式热泵8中做为驱动热源做功后形成乏汽，送回除氧器3。
使供热回水进入吸收式热泵8，抽汽在吸收式热泵8内做功的换热量与回收循环水余热量一道传递给供热回水，使供热回水升温后，通过热水管路进入热水储热罐11。
使来自汽轮机1的一部分抽汽进入熔盐储热罐9加热熔盐储热罐9的熔盐储存热量，抽汽成为疏水送回除氧器3；使熔盐储热罐9所储存的热量通过连接熔盐储热罐9和热水储热罐11的储热循环连接管路内的换热介质传递给热水储热罐11并加热进入热水储热罐11的供热回水，使供热回水进一步升温。通常情况下，热水储热罐11的热水即为换热介质。与熔盐储热罐9连接的热水泵10将来自热水储热罐11的热水送入熔盐储热罐9，在熔盐储热罐9内加热后再返回到热水储热罐11。与供热回水换热量的调节可通过热水泵10控制储热循环水量来实现，并具有供热回水的尖峰加热器功能，进一步扩大供热机组热电比的同时满足灵活供暖，实现了机组的“热电解耦”。
使发电机2发出的一部分电储存在蓄电池12中，其余直接通过升压站14上网；储存在蓄电池12的电量通过放电到升压站14形成对发电机2的调节。由于蓄电池12存储电能且功率调节响应速度快，可实现机组发电与电负荷间的解耦，实现灵活供电。蓄电系统与储热系统联动，通过蓄电池的快速充放电和熔盐储热系统的快速储放热，实现系统灵活供暖供电的运行。
熔盐储热罐9工作温度区间为200～300℃；热水储热罐11工作温度区间为100～130℃。
实际上，供热机组正常运行状态时，熔盐储热罐9与蓄电池12均处于平衡状态，而只有当热负荷和/或电负荷超出一定调节范围时，会充分使用其调节能力。
当热电负荷不在供热机组热电调节范围内但在储热罐可调节范围内，启动储热罐调节模式。此时，热水泵10加大功率，将更多的热量从熔盐储热罐9内传给热水储热罐11，进而降低了吸收式热泵8所需要的抽汽量，达到供热机组降低最小运行负荷的需求。
当电负荷的升降速率不在燃煤供热机组调节范围内但超出升降速率大小在蓄电池可调范围内，启动蓄电池调节模式。由蓄电池12配合发电机2功率达到电负荷的要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (5)
1.一种供热机组热电解耦系统，所述热电解耦系统包括汽轮机(1)、发电机(2)、除氧器(3)、凝汽器(4)、冷却塔(5)，所述汽轮机(1)能够与锅炉相连以获得蒸汽，所述发电机(2)能够与升压站(14)连接使发电机(2)发电能够通过升压站(14)上网，其特征在于，所述热电解耦系统还包括吸收式热泵(8)、熔盐储热罐(9)、热水储热罐(11)和蓄电池(12)；所述汽轮机(1)分别与所述发电机(2)、吸收式热泵(8)、除氧器(3)、凝汽器(4)和熔盐储热罐(9)相连；所述汽轮机(1)、所述吸收式热泵(8)与所述除氧器(3)之间通过换热管路相连；所述熔盐储热罐(9)与所述汽轮机(1)和所述除氧器(3)之间通过换热连接管路相连，使得来自所述汽轮机(1)的抽汽经过所述熔盐储热罐(9)换热后冷却成为疏水进入所述除氧器(3)；所述熔盐储热罐(9)与所述热水储热罐(11)之间形成储热循环连接；所述吸收式热泵(8)与所述热水储热罐(11)之间设有热水管路相连；所述凝汽器(4)与所述冷却塔(5)和所述吸收式热泵(8)相连；所述发电机(2)与所述蓄电池(12)相连，并形成与升压站(14)之间的并联连接。
2.根据权利要求1所述的一种供热机组热电解耦系统，其特征在于，所述凝汽器(4)与所述冷却塔(5)之间形成第一循环回路，且所述第一循环回路上设置有循环泵(6)。
3.根据权利要求2所述的一种供热机组热电解耦系统，其特征在于，所述凝汽器(4)与所述吸收式热泵(8)之间形成第二循环回路，所述第二循环回路与所述第一循环回路并联；且循环泵(6)同时连接第二循环回路。
4.一种供热机组热电解耦系统的运行方法，其使用如权利要求1所述的一种供热机组热电解耦系统，其特征在于，所述方法包括：
使来自锅炉的蒸汽进入汽轮机(1)做功，供发电机(2)发电；使一部分抽汽进入吸收式热泵(8)驱动吸收式热泵(8)；使一部分抽汽进入熔盐储热罐(9)换热；使汽轮机(1)做功后的乏汽进入凝汽器(4)换热冷凝；
乏汽进入冷凝器(4)换热冷凝并将热量传递给循环水；使凝汽器(4)出口的部分循环水进入冷却塔(5)换热后循环回到凝汽器(4)；使凝汽器(4)出口的部分循环水进入吸收式热泵(8)，在来自汽轮机(1)抽汽的驱动下，使得循环水的低品位热能被回收后温度降低，再与来自冷却塔(5)的循环水汇合进入凝汽器(4)；来自汽轮机(1)的抽汽在吸收式热泵(8)中做为驱动热源做功后形成乏汽，送回除氧器(3)；
使供热回水进入吸收式热泵(8)，抽汽在吸收式热泵(8)内做功的换热量与回收循环水余热量一道传递给供热回水，使供热回水升温后，通过热水管路进入热水储热罐(11)；
使来自汽轮机(1)的一部分抽汽进入熔盐储热罐(9)加热熔盐储热罐(9)的熔盐储存热量，抽汽成为疏水送回除氧器(3)；使熔盐储热罐(9)所储存的热量通过连接熔盐储热罐(9)和热水储热罐(11)的储热循环连接管路内的换热介质传递给热水储热罐(11)并加热进入热水储热罐(11)的供热回水，使供热回水进一步升温；
使发电机(2)发出的一部分电储存在蓄电池(12)中，其余直接通过升压站(14)上网；储存在蓄电池(12)的电量通过放电到升压站(14)形成对发电机(2)的调节。
5.根据权利要求4所述的一种供热机组热电解耦系统的运行方法，其特征在于，所述熔盐储热罐(9)工作温度区间为200～300℃；所述热水储热罐(11)工作温度区间为100～130℃。
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