CN109854316A - 一种基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统及其运行方法，包括燃气轮机组和蒸汽轮机组；燃气轮机组包括燃气轮机压气机、燃气轮机燃烧室、燃气轮机透平和第一发电机，蒸汽轮机组包括余热锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机低压缸、第二发电机、凝汽器、凝结水泵、轴封加热器、除氧器、减温减压装置、做功设备、动力设备、压力匹配器、蒸汽蓄热器、热网加热器、疏水换热器、热网循环泵、蓄水罐和循环水泵，本发明利用不同的蒸汽减温减压方式，为外界采暖提供所需热源，并基于能量梯级利用原理，进行抽汽系统集成设计，并耦合蒸汽蓄热系统，在满足外界采暖需求的同时，还提高了9E型联合循环机组热电解耦运行能力。

Description

一种基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统 及其运行方法

技术领域

本发明属于提升热电机组灵活性的技术领域，具体涉及一种基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统及其运行方法。

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，使得火电机组的发展面临严峻考验。当前，为提高火电机组的综合能源利用效率，并争取更多的发电利用小时数，深度挖掘火电机组的供热能力，越来越得到社会各界的重视。燃气热电联产是一种热能、电能同时生产的能源利用形式，它将高品位的热能用于发电，低品位的热能用于供热，既提高能源的利用效率，又减少了环境污染，在节能降耗和减少污染排放方面具有很大的应用价值。

目前，燃气热电联产集中供热系统主要面临的问题是热电比偏低，常规燃气热电联产组合所产生的热电比例是有一定局限的，越是先进的、转换效率高的机组，热电比越小，以10万kW机组为例，其热电比为0.7左右。特别是面临当前火电深度调峰的严峻形势下，机组常以低负荷工况运行，此时机组对外供热能力更低，由此对供热安全性造成了严重影响。然而，现有技术如专利“一种联合循环的热电联供系统（专利号201310401252.0）”，是利用高排抽汽减温减压后对外供热，该技术缺陷是：（1）未考虑能量的梯级利用，直接减温减压的做功能力损失较大；（2）未考虑火电深度调峰需要，为满足外界供热，机组需以高负荷运行，机组调峰能力差。现有技术如专利“燃气蒸汽联合循环供热系统（专利号201710534092.5）”，是利用中排抽汽或余热锅炉的低压补汽为外界提供供热所需的蒸汽及制冷所需的蒸汽，多余低压补汽可输送至临机蒸汽管中，该技术的特点是仅考虑外界供热需求，而未考虑机组电力调峰需求，仅利用中压排汽或锅炉低压补汽作为抽汽来源，无法充分挖掘机组的调峰能力。

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、性能可靠的基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统及其运行方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统，其特征在于，包括：燃气轮机组和蒸汽轮机组；

所述燃气轮机组包括燃气轮机压气机、燃气轮机燃烧室、燃气轮机透平和第一发电机，所述燃气轮机压气机的排气口与燃气轮机燃烧室的进气口连接，所述燃气轮机燃烧室的排气口与燃气轮机透平的进气口连接，所述燃气轮机透平的排气口通过烟气排放管与余热锅炉的烟气进口连接，所述燃气轮机透平驱动第一发电机发电，且燃气轮机透平与燃气轮机压气机同轴连接；

所述蒸汽轮机组包括余热锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机低压缸、第二发电机、凝汽器、凝结水泵、轴封加热器、除氧器、减温减压装置、做功设备、动力设备、压力匹配器、蒸汽蓄热器、热网加热器、疏水换热器、热网循环泵、蓄水罐和循环水泵，所述汽轮机高压缸和汽轮机低压缸为同缸连接，且驱动第二发电机发电，所述余热锅炉包括烟气预热器、低压汽包、低压过热器、高压汽包和高压过热器，所述烟气预热器的出水口同时与低压汽包的进水口和高压汽包的进水口连接，所述低压汽包的出汽口与低压过热器的进汽口连接，所述高压汽包的出汽口与高压过热器的进汽口连接，所述汽轮机高压缸的进汽口通过高压蒸汽管与高压过热器的出汽口连接，且在汽轮机高压缸的进汽口安装有一号阀门，所述汽轮机低压缸的进汽口通过低压蒸汽管与低压过热器的出汽口连接，且在汽轮机低压缸的进汽口和低压过热器的出汽口分别安装有三号阀门和四号阀门，所述汽轮机低压缸的排汽口与凝汽器连接，锅炉给水管的进水端与凝汽器连接，所述锅炉给水管的出水端与烟气预热器的进水口连接，且在锅炉给水管上沿着水流动方向依次安装有凝结水泵、轴封加热器和除氧器，所述高压蒸汽管与高压蒸汽旁路的进汽端连接，且在高压蒸汽旁路上安装有二号阀门，所述低压蒸汽管与第一低压蒸汽支管的进汽端连接，且在第一低压蒸汽支管上安装有五号阀门，所述第一低压蒸汽支管的出汽端与采暖抽汽管的进汽端连接，且在采暖抽汽管上安装有十六号阀门，所述高压蒸汽旁路的出汽端与第一高压蒸汽支管的进汽端连接，且在第一高压蒸汽支管上安装有六号阀门，所述第一高压蒸汽支管的出汽端与减温减压装置的进汽口连接，所述减温减压装置的出汽口与采暖抽汽管的进汽端连接，且在减温减压装置的出汽口安装有七号阀门，所述高压蒸汽旁路的出汽端还与第二高压蒸汽支管的进汽端连接，且在第二高压蒸汽支管上安装有八号阀门，所述第二高压蒸汽支管的出汽端与做功设备的进汽口连接，所述做功设备的出汽口与采暖抽汽管的进汽端连接，且在做功设备的出汽口安装有九号阀门，所述高压蒸汽旁路的出汽端还与第三高压蒸汽支管的进汽端连接，且在第三高压蒸汽支管上安装有十二号阀门，所述第三高压蒸汽支管的出汽端与压力匹配器的高压蒸汽进口连接，所述汽轮机低压缸的低压抽汽口通过第二低压抽汽管与采暖抽汽管的进汽端连接，且在第二低压抽汽管上安装有二十二号阀门，所述压力匹配器的低压蒸汽进口通过第一低压抽汽管与汽轮机低压缸的低压抽汽口连接，且在第一低压抽汽管上安装有十号阀门，所述压力匹配器的中压蒸汽出口与蒸汽蓄热器的蒸汽进口连接，且在压力匹配器的中压蒸汽出口安装有十三号阀门，所述蒸汽蓄热器的蒸汽出口与采暖抽汽管的进汽端连接，且在蒸汽蓄热器的蒸汽出口安装有十四号阀门，所述第一低压蒸汽支管的出汽端还与除氧抽汽管的进汽端连接，所述除氧抽汽管的出汽端与除氧器连接，且在除氧抽汽管上安装有十五号阀门，所述采暖抽汽管的出汽端与热网加热器的进汽口连接，所述热网加热器的疏水出口与疏水换热器的高温疏水进口连接，所述疏水换热器的低温疏水出口通过疏水管与凝结水泵的进水口连接，且在疏水管上安装有十七号阀门，所述疏水换热器的低温水侧进口与热网回水管连接，且在热网回水管上安装有十八号阀门和热网循环泵，所述疏水换热器的低温水侧出口与热网加热器的水侧进口连接，所述热网加热器的水侧出口与热网供水管连接，且在热网供水管上安装有十九号阀门。

进一步而言，所述做功设备驱动动力设备进行做功，做功设备为背压机或螺杆膨胀机，动力设备为发电机、热网循环泵或凝结水泵等设备。

进一步而言，所述蓄水罐的进水口通过进水管与凝汽器连接，且在进水管上安装有循环水泵和二十号阀门；所述蓄水罐的出水口通过出水管与凝结水泵的进水口连接，且在出水管上安装有二十一号阀门。

进一步而言，所述压力匹配器的低压蒸汽进口还通过第二低压蒸汽支管与低压蒸汽管连接，且在第二低压蒸汽支管上安装有十一号阀门。

进一步而言，所述除氧抽汽管同时与第一低压蒸汽支管、减温减压装置、做功设备和蒸汽蓄热器连接。

进一步而言，所述采暖抽汽管同时与第一低压蒸汽支管、减温减压装置、做功设备和蒸汽蓄热器连接。

进一步而言，所述高压蒸汽旁路同时与第一高压蒸汽支管、第二高压蒸汽支管和第三高压蒸汽支管连接。

所述的基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统的运行方法如下：

当机组处于纯凝工况，无电力调峰需求时：

打开一号阀门、三号阀门、四号阀门、五号阀门和十五号阀门，联合循环机组不对外进行供热，且除氧器的除氧蒸汽来自于低压过热器的低压补汽；

当机组处于纯凝工况，有电力调峰需求时：

A、机组需要降低对外输出电负荷时，主要通过蒸汽蓄热器来进行蒸汽蓄热，降低进入汽轮机做功的蒸汽流量，此时：

打开二号阀门和十二号阀门，来自高压过热器的高压蒸汽进入压力匹配器，打开十号阀门或十一号阀门，来自汽轮机低压缸的低压抽汽或低压过热器的低压补汽进入压力匹配器，然后打开十三号阀门，来自压力匹配器的中压蒸汽输送至蒸汽蓄热器进行蓄热，从而降低进入汽轮机做功的蒸汽流量；

此时，关闭二十号阀门，打开二十一号阀门，蓄水罐对余热锅炉进行补水；

B、机组需要增加对外输出电负荷时，主要通过蒸汽蓄热器来进行蒸汽放热，增加进入汽轮机做功的蒸汽流量，此时：

关闭二号阀门、十二号阀门、十号阀门、十一号阀门和十三号阀门，同时打开十四号阀门、五号阀门和十五号阀门，蒸汽蓄热器输出蒸汽进入汽轮机低压缸，且除氧器的除氧蒸汽来自于蒸汽蓄热器，从而增加进入汽轮机做功的蒸汽流量；

此时，关闭二十一号阀门，打开二十号阀门，凝汽器输出的凝结水，一部分进入蓄水罐进行储存；

当机组处于供热工况，无电力调峰需求时：

打开十六号阀门、十七号阀门、十八号阀门和十九号阀门，供热蒸汽先进入热网加热器与热网水换热后形成蒸汽疏水，再进入疏水换热器与热网水换热，最后降温后的蒸汽疏水返回余热锅炉给水系统，来自热网回水管的热网水依次经过疏水换热器和热网加热器被加热，然后经过热网供水管对外输出供热；此时为热网加热器提供采暖蒸汽的具体操作方法如下：

打开二十二号阀门和十六号阀门，来自汽轮机低压缸的低压抽汽作为热网加热器的采暖蒸汽；

或者，打开五号阀门和十六号阀门，来自低压过热器的低压补汽直接作为热网加热器的采暖蒸汽；

或者，打开二号阀门、六号阀门、七号阀门和十六号阀门，来自高压过热器的高压蒸汽进入减温减压装置，经过减温减压后作为热网加热器的采暖蒸汽；

或者，打开二号阀门、八号阀门、九号阀门和十六号阀门，来自高压过热器的高压蒸汽进入做功设备，然后利用做功设备的排汽作为热网加热器的采暖蒸汽；

当机组处于供热工况，有电力调峰需求时：

A、机组需要降低对外输出电负荷时，主要通过蒸汽蓄热器来进行蒸汽蓄热，降低进入汽轮机做功的蒸汽流量，具体操作如下：

在利用汽轮机低压缸的低压抽汽或低压过热器的低压补汽或减温减压装置的减温减压蒸汽或做功设备的排汽为热网加热器提供采暖蒸汽的同时，还打开二号阀门、十二号阀门和十三号阀门，并且打开十号阀门或十一号阀门，来自高压过热器的高压蒸汽进入压力匹配器，来自汽轮机低压缸的低压抽汽或低压过热器的低压补汽进入压力匹配器，在压力匹配器中进行匹配后输出中压蒸汽，然后输送至蒸汽蓄热器进行蓄热，从而降低进入汽轮机做功的蒸汽流量；

此时，关闭二十号阀门，打开二十一号阀门，蓄水罐对余热锅炉进行补水；

B、机组需要增加对外输出电负荷时，利用蒸汽蓄热器替代其他方式来为热网加热器提供采暖蒸汽，减少供热消耗的蒸汽流量，从而增加进入汽轮机做功的蒸汽流量，具体操作如下：

关闭六号阀门和七号阀门，减温减压装置不再工作；

关闭八号阀门和九号阀门，做功设备不再工作；

关闭十号阀门、十一号阀门、十二号阀门和十三号阀门，压力匹配器不再工作；

关闭五号阀门和二十二号阀门，不再对汽轮机低压缸进行抽汽，且低压过热器的低压补汽全部进入汽轮机低压缸；

此时，打开十四号阀门和十六号阀门，蒸汽蓄热器输出蒸汽，用于为热网加热器提供采暖蒸汽，且关闭二十一号阀门，打开二十号阀门，凝汽器输出的凝结水，一部分进入蓄水罐进行储存。

上述基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统的运行方法中：

当机组处于供热工况，有电力调峰需求时，蒸汽蓄热器输出蒸汽，分别进入汽轮机低压缸和除氧器，用于进一步增加进入汽轮机做功的蒸汽流量。

上述基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统的运行方法中：

当机组处于供热工况且无电力调峰需求时，优先选择利用汽轮机低压缸的低压抽汽和低压过热器的低压补汽为热网加热器提供采暖蒸汽，其次选择利用做功设备的排汽为热网加热器提供采暖蒸汽，最后选择利用减温减压装置为热网加热器提供采暖蒸汽；

当机组处于供热工况且有电力调峰需求时，优先选择利用蒸汽蓄热器为热网加热器提供采暖蒸汽，其次选择利用汽轮机低压缸的低压抽汽和低压过热器的低压补汽为热网加热器提供采暖蒸汽，再次选择利用做功设备的排汽为热网加热器提供采暖蒸汽，最后选择利用减温减压装置为热网加热器提供采暖蒸汽。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构简单，设计合理，性能可靠，利用不同的蒸汽减温减压方式，为外界采暖提供所需热源，并基于能量梯级利用原理，进行抽汽系统集成设计，并耦合蒸汽蓄热系统，在满足外界采暖需求的同时，还提高了9E型联合循环机组热电解耦运行能力。运用了本发明之后，在深度挖掘联合循环机组对外供热能力的同时，有效降低了供热过程中的做功能力损失；另外，又满足了当前严峻的电力调峰调频政策需求，实现了火电机组深度调峰调频，具有较高地实际运用价值。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图。

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，本实施例中的基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统，包括：燃气轮机组和蒸汽轮机组；

燃气轮机组包括燃气轮机压气机1、燃气轮机燃烧室2、燃气轮机透平3和第一发电机4，燃气轮机压气机1的排气口与燃气轮机燃烧室2的进气口连接，燃气轮机燃烧室2的排气口与燃气轮机透平3的进气口连接，燃气轮机透平3的排气口通过烟气排放管22与余热锅炉5的烟气进口连接，燃气轮机透平3驱动第一发电机4发电，且燃气轮机透平3与燃气轮机压气机1同轴连接；

蒸汽轮机组包括余热锅炉5、汽轮机高压缸6、汽轮机低压缸7、第二发电机8、凝汽器9、凝结水泵10、轴封加热器11、除氧器12、减温减压装置13、做功设备14、动力设备15、压力匹配器16、蒸汽蓄热器17、热网加热器18、疏水换热器19、热网循环泵20、蓄水罐61和循环水泵62，汽轮机高压缸6和汽轮机低压缸7为同缸连接，且驱动第二发电机8发电，余热锅炉5包括烟气预热器501、低压汽包502、低压过热器503、高压汽包504和高压过热器505，烟气预热器501的出水口同时与低压汽包502的进水口和高压汽包504的进水口连接，低压汽包502的出汽口与低压过热器503的进汽口连接，高压汽包504的出汽口与高压过热器505的进汽口连接，汽轮机高压缸6的进汽口通过高压蒸汽管23与高压过热器505的出汽口连接，且在汽轮机高压缸6的进汽口安装有一号阀门41，汽轮机低压缸7的进汽口通过低压蒸汽管25与低压过热器503的出汽口连接，且在汽轮机低压缸7的进汽口和低压过热器503的出汽口分别安装有三号阀门43和四号阀门44，汽轮机低压缸7的排汽口与凝汽器9连接，锅炉给水管21的进水端与凝汽器9连接，锅炉给水管21的出水端与烟气预热器501的进水口连接，且在锅炉给水管21上沿着水流动方向依次安装有凝结水泵10、轴封加热器11和除氧器12，高压蒸汽管23与高压蒸汽旁路24的进汽端连接，且在高压蒸汽旁路24上安装有二号阀门42，低压蒸汽管25与第一低压蒸汽支管26的进汽端连接，且在第一低压蒸汽支管26上安装有五号阀门45，第一低压蒸汽支管26的出汽端与采暖抽汽管33的进汽端连接，且在采暖抽汽管33上安装有十六号阀门56，高压蒸汽旁路24的出汽端与第一高压蒸汽支管27的进汽端连接，且在第一高压蒸汽支管27上安装有六号阀门46，第一高压蒸汽支管27的出汽端与减温减压装置13的进汽口连接，减温减压装置13的出汽口与采暖抽汽管33的进汽端连接，且在减温减压装置13的出汽口安装有七号阀门47，高压蒸汽旁路24的出汽端还与第二高压蒸汽支管28的进汽端连接，且在第二高压蒸汽支管28上安装有八号阀门48，第二高压蒸汽支管28的出汽端与做功设备14的进汽口连接，做功设备14的出汽口与采暖抽汽管33的进汽端连接，且在做功设备14的出汽口安装有九号阀门49，高压蒸汽旁路24的出汽端还与第三高压蒸汽支管31的进汽端连接，且在第三高压蒸汽支管31上安装有十二号阀门52，第三高压蒸汽支管31的出汽端与压力匹配器16的高压蒸汽进口连接，汽轮机低压缸7的低压抽汽口通过第二低压抽汽管67与采暖抽汽管33的进汽端连接，且在第二低压抽汽管67上安装有二十二号阀门68，压力匹配器16的低压蒸汽进口通过第一低压抽汽管29与汽轮机低压缸7的低压抽汽口连接，且在第一低压抽汽管29上安装有十号阀门50，压力匹配器16的中压蒸汽出口与蒸汽蓄热器17的蒸汽进口连接，且在压力匹配器16的中压蒸汽出口安装有十三号阀门53，蒸汽蓄热器17的蒸汽出口与采暖抽汽管33的进汽端连接，且在蒸汽蓄热器17的蒸汽出口安装有十四号阀门54，第一低压蒸汽支管26的出汽端还与除氧抽汽管32的进汽端连接，除氧抽汽管32的出汽端与除氧器12连接，且在除氧抽汽管32上安装有十五号阀门55，采暖抽汽管33的出汽端与热网加热器18的进汽口连接，热网加热器18的疏水出口与疏水换热器19的高温疏水进口连接，疏水换热器19的低温疏水出口通过疏水管34与凝结水泵10的进水口连接，且在疏水管34上安装有十七号阀门57，疏水换热器19的低温水侧进口与热网回水管35连接，且在热网回水管35上安装有十八号阀门58和热网循环泵20，疏水换热器19的低温水侧出口与热网加热器18的水侧进口连接，热网加热器18的水侧出口与热网供水管36连接，且在热网供水管36上安装有十九号阀门59。

做功设备14驱动动力设备15进行做功，做功设备14为背压机或螺杆膨胀机，动力设备15为发电机、热网循环泵或凝结水泵。

蓄水罐61的进水口通过进水管65与凝汽器9连接，且在进水管65上安装有循环水泵62和二十号阀门63；蓄水罐61的出水口通过出水管66与凝结水泵10的进水口连接，且在出水管66上安装有二十一号阀门64。

压力匹配器16的低压蒸汽进口还通过第二低压蒸汽支管30与低压蒸汽管25连接，且在第二低压蒸汽支管30上安装有十一号阀门51。

除氧抽汽管32同时与第一低压蒸汽支管26、减温减压装置13、做功设备14和蒸汽蓄热器17连接。

采暖抽汽管33同时与第一低压蒸汽支管26、减温减压装置13、做功设备14和蒸汽蓄热器17连接。

高压蒸汽旁路24同时与第一高压蒸汽支管27、第二高压蒸汽支管28和第三高压蒸汽支管31连接。

本实施例中，基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统的运行方法具体如下：

当机组处于纯凝工况，无电力调峰需求时：

打开一号阀门41、三号阀门43、四号阀门44、五号阀门45和十五号阀门55，联合循环机组不对外进行供热，且除氧器12的除氧蒸汽来自于低压过热器503的低压补汽；

当机组处于纯凝工况，有电力调峰需求时：

A、机组需要降低对外输出电负荷时，主要通过蒸汽蓄热器17来进行蒸汽蓄热，降低进入汽轮机做功的蒸汽流量，此时：

打开二号阀门42和十二号阀门52，来自高压过热器505的高压蒸汽进入压力匹配器16，打开十号阀门50或十一号阀门51，来自汽轮机低压缸7的低压抽汽或低压过热器503的低压补汽进入压力匹配器16，然后打开十三号阀门53，来自压力匹配器16的中压蒸汽输送至蒸汽蓄热器17进行蓄热，从而降低进入汽轮机做功的蒸汽流量；

此时，关闭二十号阀门63，打开二十一号阀门64，蓄水罐61对余热锅炉5进行补水；

B、机组需要增加对外输出电负荷时，主要通过蒸汽蓄热器17来进行蒸汽放热，增加进入汽轮机做功的蒸汽流量，此时：

关闭二号阀门42、十二号阀门52、十号阀门50、十一号阀门51和十三号阀门53，同时打开十四号阀门54、五号阀门45和十五号阀门55，蒸汽蓄热器17输出蒸汽进入汽轮机低压缸7，且除氧器12的除氧蒸汽来自于蒸汽蓄热器17，从而增加进入汽轮机做功的蒸汽流量；

此时，关闭二十一号阀门64，打开二十号阀门63，凝汽器9输出的凝结水，一部分进入蓄水罐61进行储存；

当机组处于供热工况，无电力调峰需求时：

打开十六号阀门56、十七号阀门57、十八号阀门58和十九号阀门59，供热蒸汽先进入热网加热器18与热网水换热后形成蒸汽疏水，再进入疏水换热器19与热网水换热，最后降温后的蒸汽疏水返回余热锅炉给水系统，来自热网回水管35的热网水依次经过疏水换热器19和热网加热器18被加热，然后经过热网供水管36对外输出供热；此时为热网加热器18提供采暖蒸汽的具体操作方法如下：

打开二十二号阀门68和十六号阀门56，来自汽轮机低压缸7的低压抽汽作为热网加热器18的采暖蒸汽；

或者，打开五号阀门45和十六号阀门56，来自低压过热器503的低压补汽直接作为热网加热器18的采暖蒸汽；

或者，打开二号阀门42、六号阀门46、七号阀门47和十六号阀门56，来自高压过热器505的高压蒸汽进入减温减压装置13，经过减温减压后作为热网加热器18的采暖蒸汽；

或者，打开二号阀门42、八号阀门48、九号阀门49和十六号阀门56，来自高压过热器505的高压蒸汽进入做功设备14，然后利用做功设备14的排汽作为热网加热器18的采暖蒸汽；

当机组处于供热工况，有电力调峰需求时：

A、机组需要降低对外输出电负荷时，主要通过蒸汽蓄热器17来进行蒸汽蓄热，降低进入汽轮机做功的蒸汽流量，具体操作如下：

在利用汽轮机低压缸7的低压抽汽或低压过热器503的低压补汽或减温减压装置13的减温减压蒸汽或做功设备14的排汽为热网加热器18提供采暖蒸汽的同时，还打开二号阀门42、十二号阀门52和十三号阀门53，并且打开十号阀门50或十一号阀门51，来自高压过热器505的高压蒸汽进入压力匹配器16，来自汽轮机低压缸7的低压抽汽或低压过热器503的低压补汽进入压力匹配器16，在压力匹配器16中进行匹配后输出中压蒸汽，然后输送至蒸汽蓄热器17进行蓄热，从而降低进入汽轮机做功的蒸汽流量；

此时，关闭二十号阀门63，打开二十一号阀门64，蓄水罐61对余热锅炉5进行补水；

B、机组需要增加对外输出电负荷时，利用蒸汽蓄热器17替代其他方式来为热网加热器18提供采暖蒸汽，减少供热消耗的蒸汽流量，从而增加进入汽轮机做功的蒸汽流量，具体操作如下：

关闭六号阀门46和七号阀门47，减温减压装置13不再工作；

关闭八号阀门48和九号阀门49，做功设备14不再工作；

关闭十号阀门50、十一号阀门51、十二号阀门52和十三号阀门53，压力匹配器16不再工作；

关闭五号阀门45和二十二号阀门68，不再对汽轮机低压缸7进行抽汽，且低压过热器503的低压补汽全部进入汽轮机低压缸7；

此时，打开十四号阀门54和十六号阀门56，蒸汽蓄热器17输出蒸汽，用于为热网加热器18提供采暖蒸汽，且关闭二十一号阀门64，打开二十号阀门63，凝汽器9输出的凝结水，一部分进入蓄水罐61进行储存。

在本实施例的具体运行方法中：当机组处于供热工况，有电力调峰需求时，蒸汽蓄热器17输出蒸汽，分别进入汽轮机低压缸7和除氧器12，用于进一步增加进入汽轮机做功的蒸汽流量。

在本实施例的具体运行方法中：当机组处于供热工况且无电力调峰需求时，优先选择利用汽轮机低压缸7的低压抽汽和低压过热器503的低压补汽为热网加热器18提供采暖蒸汽，其次选择利用做功设备14的排汽为热网加热器18提供采暖蒸汽，最后选择利用减温减压装置13为热网加热器18提供采暖蒸汽；

当机组处于供热工况且有电力调峰需求时，优先选择利用蒸汽蓄热器17为热网加热器18提供采暖蒸汽，其次选择利用汽轮机低压缸7的低压抽汽和低压过热器503的低压补汽为热网加热器18提供采暖蒸汽，再次选择利用做功设备14的排汽为热网加热器18提供采暖蒸汽，最后选择利用减温减压装置13为热网加热器18提供采暖蒸汽。

在本实施例的具体运行方法中，所有阀门不仅都具有调节管道流体流量的功能，还具有截断的功能。

在本实施例的具体运行方法中，所有阀门的开度调节，通过联合循环机组的DCS控制系统远程操作完成；另外，蓄水罐61的蓄放水流量由蒸汽蓄热器17进行蓄放热的蒸汽流量来决定，蒸汽蓄热器17的蓄放热能力和蓄放热时间需同时考虑电力深度调峰调频要求、机组对外供热能力以及机组抽汽集成系统调节能力等综合因素来确定。

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 (10)

1.一种基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统，其特征在于，包括：燃气轮机组和蒸汽轮机组；

所述燃气轮机组包括燃气轮机压气机（1）、燃气轮机燃烧室（2）、燃气轮机透平（3）和第一发电机（4），所述燃气轮机压气机（1）的排气口与燃气轮机燃烧室（2）的进气口连接，所述燃气轮机燃烧室（2）的排气口与燃气轮机透平（3）的进气口连接，所述燃气轮机透平（3）的排气口通过烟气排放管（22）与余热锅炉（5）的烟气进口连接，所述燃气轮机透平（3）驱动第一发电机（4）发电，且燃气轮机透平（3）与燃气轮机压气机（1）同轴连接；

所述蒸汽轮机组包括余热锅炉（5）、汽轮机高压缸（6）、汽轮机低压缸（7）、第二发电机（8）、凝汽器（9）、凝结水泵（10）、轴封加热器（11）、除氧器（12）、减温减压装置（13）、做功设备（14）、动力设备（15）、压力匹配器（16）、蒸汽蓄热器（17）、热网加热器（18）、疏水换热器（19）、热网循环泵（20）、蓄水罐（61）和循环水泵（62），所述汽轮机高压缸（6）和汽轮机低压缸（7）为同缸连接，且驱动第二发电机（8）发电，所述余热锅炉（5）包括烟气预热器（501）、低压汽包（502）、低压过热器（503）、高压汽包（504）和高压过热器（505），所述烟气预热器（501）的出水口同时与低压汽包（502）的进水口和高压汽包（504）的进水口连接，所述低压汽包（502）的出汽口与低压过热器（503）的进汽口连接，所述高压汽包（504）的出汽口与高压过热器（505）的进汽口连接，所述汽轮机高压缸（6）的进汽口通过高压蒸汽管（23）与高压过热器（505）的出汽口连接，且在汽轮机高压缸（6）的进汽口安装有一号阀门（41），所述汽轮机低压缸（7）的进汽口通过低压蒸汽管（25）与低压过热器（503）的出汽口连接，且在汽轮机低压缸（7）的进汽口和低压过热器（503）的出汽口分别安装有三号阀门（43）和四号阀门（44），所述汽轮机低压缸（7）的排汽口与凝汽器（9）连接，锅炉给水管（21）的进水端与凝汽器（9）连接，所述锅炉给水管（21）的出水端与烟气预热器（501）的进水口连接，且在锅炉给水管（21）上沿着水流动方向依次安装有凝结水泵（10）、轴封加热器（11）和除氧器（12），所述高压蒸汽管（23）与高压蒸汽旁路（24）的进汽端连接，且在高压蒸汽旁路（24）上安装有二号阀门（42），所述低压蒸汽管（25）与第一低压蒸汽支管（26）的进汽端连接，且在第一低压蒸汽支管（26）上安装有五号阀门（45），所述第一低压蒸汽支管（26）的出汽端与采暖抽汽管（33）的进汽端连接，且在采暖抽汽管（33）上安装有十六号阀门（56），所述高压蒸汽旁路（24）的出汽端与第一高压蒸汽支管（27）的进汽端连接，且在第一高压蒸汽支管（27）上安装有六号阀门（46），所述第一高压蒸汽支管（27）的出汽端与减温减压装置（13）的进汽口连接，所述减温减压装置（13）的出汽口与采暖抽汽管（33）的进汽端连接，且在减温减压装置（13）的出汽口安装有七号阀门（47），所述高压蒸汽旁路（24）的出汽端还与第二高压蒸汽支管（28）的进汽端连接，且在第二高压蒸汽支管（28）上安装有八号阀门（48），所述第二高压蒸汽支管（28）的出汽端与做功设备（14）的进汽口连接，所述做功设备（14）的出汽口与采暖抽汽管（33）的进汽端连接，且在做功设备（14）的出汽口安装有九号阀门（49），所述高压蒸汽旁路（24）的出汽端还与第三高压蒸汽支管（31）的进汽端连接，且在第三高压蒸汽支管（31）上安装有十二号阀门（52），所述第三高压蒸汽支管（31）的出汽端与压力匹配器（16）的高压蒸汽进口连接，所述汽轮机低压缸（7）的低压抽汽口通过第二低压抽汽管（67）与采暖抽汽管（33）的进汽端连接，且在第二低压抽汽管（67）上安装有二十二号阀门（68），所述压力匹配器（16）的低压蒸汽进口通过第一低压抽汽管（29）与汽轮机低压缸（7）的低压抽汽口连接，且在第一低压抽汽管（29）上安装有十号阀门（50），所述压力匹配器（16）的中压蒸汽出口与蒸汽蓄热器（17）的蒸汽进口连接，且在压力匹配器（16）的中压蒸汽出口安装有十三号阀门（53），所述蒸汽蓄热器（17）的蒸汽出口与采暖抽汽管（33）的进汽端连接，且在蒸汽蓄热器（17）的蒸汽出口安装有十四号阀门（54），所述第一低压蒸汽支管（26）的出汽端还与除氧抽汽管（32）的进汽端连接，所述除氧抽汽管（32）的出汽端与除氧器（12）连接，且在除氧抽汽管（32）上安装有十五号阀门（55），所述采暖抽汽管（33）的出汽端与热网加热器（18）的进汽口连接，所述热网加热器（18）的疏水出口与疏水换热器（19）的高温疏水进口连接，所述疏水换热器（19）的低温疏水出口通过疏水管（34）与凝结水泵（10）的进水口连接，且在疏水管（34）上安装有十七号阀门（57），所述疏水换热器（19）的低温水侧进口与热网回水管（35）连接，且在热网回水管（35）上安装有十八号阀门（58）和热网循环泵（20），所述疏水换热器（19）的低温水侧出口与热网加热器（18）的水侧进口连接，所述热网加热器（18）的水侧出口与热网供水管（36）连接，且在热网供水管（36）上安装有十九号阀门（59）。

2.根据权利要求1所述的基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统，其特征在于，所述做功设备（14）驱动动力设备（15）进行做功，做功设备（14）为背压机或螺杆膨胀机，动力设备（15）为发电机、热网循环泵或凝结水泵。

3.根据权利要求1所述的基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统，其特征在于，所述蓄水罐（61）的进水口通过进水管（65）与凝汽器（9）连接，且在进水管（65）上安装有循环水泵（62）和二十号阀门（63）；所述蓄水罐（61）的出水口通过出水管（66）与凝结水泵（10）的进水口连接，且在出水管（66）上安装有二十一号阀门（64）。

4.根据权利要求1所述的基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统，其特征在于，所述压力匹配器（16）的低压蒸汽进口还通过第二低压蒸汽支管（30）与低压蒸汽管（25）连接，且在第二低压蒸汽支管（30）上安装有十一号阀门（51）。

5.根据权利要求1所述的基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统，其特征在于，所述除氧抽汽管（32）同时与第一低压蒸汽支管（26）、减温减压装置（13）、做功设备（14）和蒸汽蓄热器（17）连接。

6.根据权利要求1所述的基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统，其特征在于，所述采暖抽汽管（33）同时与第一低压蒸汽支管（26）、减温减压装置（13）、做功设备（14）和蒸汽蓄热器（17）连接。

7.根据权利要求1所述的基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统，其特征在于，所述高压蒸汽旁路（24）同时与第一高压蒸汽支管（27）、第二高压蒸汽支管（28）和第三高压蒸汽支管（31）连接。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统的运行方法，其特征在于，所述运行方法如下：

当机组处于纯凝工况，无电力调峰需求时：

打开一号阀门（41）、三号阀门（43）、四号阀门（44）、五号阀门（45）和十五号阀门（55），联合循环机组不对外进行供热，且除氧器（12）的除氧蒸汽来自于低压过热器（503）的低压补汽；

当机组处于纯凝工况，有电力调峰需求时：

A、机组需要降低对外输出电负荷时，主要通过蒸汽蓄热器（17）来进行蒸汽蓄热，降低进入汽轮机做功的蒸汽流量，此时：

打开二号阀门（42）和十二号阀门（52），来自高压过热器（505）的高压蒸汽进入压力匹配器（16），打开十号阀门（50）或十一号阀门（51），来自汽轮机低压缸（7）的低压抽汽或低压过热器（503）的低压补汽进入压力匹配器（16），然后打开十三号阀门（53），来自压力匹配器（16）的中压蒸汽输送至蒸汽蓄热器（17）进行蓄热，从而降低进入汽轮机做功的蒸汽流量；

此时，关闭二十号阀门（63），打开二十一号阀门（64），蓄水罐（61）对余热锅炉（5）进行补水；

B、机组需要增加对外输出电负荷时，主要通过蒸汽蓄热器（17）来进行蒸汽放热，增加进入汽轮机做功的蒸汽流量，此时：

关闭二号阀门（42）、十二号阀门（52）、十号阀门（50）、十一号阀门（51）和十三号阀门（53），同时打开十四号阀门（54）、五号阀门（45）和十五号阀门（55），蒸汽蓄热器（17）输出蒸汽进入汽轮机低压缸（7），且除氧器（12）的除氧蒸汽来自于蒸汽蓄热器（17），从而增加进入汽轮机做功的蒸汽流量；

此时，关闭二十一号阀门（64），打开二十号阀门（63），凝汽器（9）输出的凝结水，一部分进入蓄水罐（61）进行储存；

当机组处于供热工况，无电力调峰需求时：

打开十六号阀门（56）、十七号阀门（57）、十八号阀门（58）和十九号阀门（59），供热蒸汽先进入热网加热器（18）与热网水换热后形成蒸汽疏水，再进入疏水换热器（19）与热网水换热，最后降温后的蒸汽疏水返回余热锅炉给水系统，来自热网回水管（35）的热网水依次经过疏水换热器（19）和热网加热器（18）被加热，然后经过热网供水管（36）对外输出供热；此时为热网加热器（18）提供采暖蒸汽的具体操作方法如下：

打开二十二号阀门（68）和十六号阀门（56），来自汽轮机低压缸（7）的低压抽汽作为热网加热器（18）的采暖蒸汽；

或者，打开五号阀门（45）和十六号阀门（56），来自低压过热器（503）的低压补汽直接作为热网加热器（18）的采暖蒸汽；

或者，打开二号阀门（42）、六号阀门（46）、七号阀门（47）和十六号阀门（56），来自高压过热器（505）的高压蒸汽进入减温减压装置（13），经过减温减压后作为热网加热器（18）的采暖蒸汽；

或者，打开二号阀门（42）、八号阀门（48）、九号阀门（49）和十六号阀门（56），来自高压过热器（505）的高压蒸汽进入做功设备（14），然后利用做功设备（14）的排汽作为热网加热器（18）的采暖蒸汽；

当机组处于供热工况，有电力调峰需求时：

A、机组需要降低对外输出电负荷时，主要通过蒸汽蓄热器（17）来进行蒸汽蓄热，降低进入汽轮机做功的蒸汽流量，具体操作如下：

在利用汽轮机低压缸（7）的低压抽汽或低压过热器（503）的低压补汽或减温减压装置（13）的减温减压蒸汽或做功设备（14）的排汽为热网加热器（18）提供采暖蒸汽的同时，还打开二号阀门（42）、十二号阀门（52）和十三号阀门（53），并且打开十号阀门（50）或十一号阀门（51），来自高压过热器（505）的高压蒸汽进入压力匹配器（16），来自汽轮机低压缸（7）的低压抽汽或低压过热器（503）的低压补汽进入压力匹配器（16），在压力匹配器（16）中进行匹配后输出中压蒸汽，然后输送至蒸汽蓄热器（17）进行蓄热，从而降低进入汽轮机做功的蒸汽流量；

此时，关闭二十号阀门（63），打开二十一号阀门（64），蓄水罐（61）对余热锅炉（5）进行补水；

B、机组需要增加对外输出电负荷时，利用蒸汽蓄热器（17）替代其他方式来为热网加热器（18）提供采暖蒸汽，减少供热消耗的蒸汽流量，从而增加进入汽轮机做功的蒸汽流量，具体操作如下：

关闭六号阀门（46）和七号阀门（47），减温减压装置（13）不再工作；

关闭八号阀门（48）和九号阀门（49），做功设备（14）不再工作；

关闭十号阀门（50）、十一号阀门（51）、十二号阀门（52）和十三号阀门（53），压力匹配器（16）不再工作；

关闭五号阀门（45）和二十二号阀门（68），不再对汽轮机低压缸（7）进行抽汽，且低压过热器（503）的低压补汽全部进入汽轮机低压缸（7）；

此时，打开十四号阀门（54）和十六号阀门（56），蒸汽蓄热器（17）输出蒸汽，用于为热网加热器（18）提供采暖蒸汽，且关闭二十一号阀门（64），打开二十号阀门（63），凝汽器（9）输出的凝结水，一部分进入蓄水罐（61）进行储存。

9.根据权利要求8所述的基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统的运行方法，其特征在于：

当机组处于供热工况，有电力调峰需求时，蒸汽蓄热器（17）输出蒸汽，分别进入汽轮机低压缸（7）和除氧器（12），用于进一步增加进入汽轮机做功的蒸汽流量。

10.根据权利要求8所述的基于能源梯级利用的联合循环供热与电力调峰耦合系统的运行方法，其特征在于：

当机组处于供热工况且无电力调峰需求时，优先选择利用汽轮机低压缸（7）的低压抽汽和低压过热器（503）的低压补汽为热网加热器（18）提供采暖蒸汽，其次选择利用做功设备（14）的排汽为热网加热器（18）提供采暖蒸汽，最后选择利用减温减压装置（13）为热网加热器（18）提供采暖蒸汽；

当机组处于供热工况且有电力调峰需求时，优先选择利用蒸汽蓄热器（17）为热网加热器（18）提供采暖蒸汽，其次选择利用汽轮机低压缸（7）的低压抽汽和低压过热器（503）的低压补汽为热网加热器（18）提供采暖蒸汽，再次选择利用做功设备（14）的排汽为热网加热器（18）提供采暖蒸汽，最后选择利用减温减压装置（13）为热网加热器（18）提供采暖蒸汽。