CN110469835B

CN110469835B - 基于吸收式热泵和蓄热设备的热电解耦系统及运行方法

Info

Publication number: CN110469835B
Application number: CN201910694728.1A
Authority: CN
Inventors: 严俊杰; 刘苗苗; 刘明; 邢秦安
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2020-08-04
Anticipated expiration: 2039-07-30
Also published as: CN110469835A

Abstract

一种基于吸收式热泵和蓄热设备的热电解耦系统及运行方法，该系统包括依次相连通的锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、凝汽器、凝结水泵和回热系统，还包括可切换运行的中压缸排汽驱动的单效吸收式热泵和蓄热设备储热驱动的双效吸收式热泵构成供热系统；在机组参与调峰时利用部分主蒸汽在蓄热设备中储存的热量驱动双效吸收式热泵去供热；在机组不参与调峰时采用中压缸排汽驱动单效吸收式热泵供热；双效吸收式热泵可满足更大的热负荷，性能系数更大，机组可实现热电解耦，并实现了能量的梯级利用，提高了能量利用效率；采用主蒸汽去蓄热时，由于品位高可以储存较少的热量就足以满足供热需求，可以采用体积较小的蓄热设备。

Description

基于吸收式热泵和蓄热设备的热电解耦系统及运行方法

技术领域

本发明涉及热电联产技术领域，具体涉及一种基于吸收式热泵和蓄热设备的热电解耦系统及运行方法。

背景技术

2018年，全国新增风电、太阳能发电装机容量占总新增装机容量的比例达52.84％。我国热电联产行业的突出矛盾之一是用电增长乏力，用热需求却持续增加，使得大型抽凝式热电联产机组发展方式受限。随着风电并网规模的不断扩大，冬季供暖期负荷低谷时段的弃风现象越来越严重，其主要原因在于这些地区电网中占主体地位的大量热电机组因供热而无法调峰，导致夜间低谷时段系统强迫出力过高，风电上网空间不足。要使热电机组能够参与风电调峰，就必须解耦其“以热定电”约束，为风电腾出巨大的上网空间。因此实现热电解耦提高热电联产机组的灵活性是我国火力发电行业亟待解决的难题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于吸收式热泵和蓄热设备的热电解耦系统及运行方法，该系统中单效吸收式热泵利用汽轮机中压缸排汽作为驱动热源同时回收凝汽器循环水的热量对外供热；本发明还利用部分主蒸汽减温减压后进入蓄热设备蓄热，在单效吸收式热泵供热不足时切换为双效吸收式热泵对外供热；本发明可在满足供热需求的前提下降低机组出力，能量利用效率高。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于吸收式热泵和蓄热设备的热电解耦系统，包括依次相连通的锅炉1、汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸6、凝汽器7、凝结水泵8和回热系统，所述热电解耦系统中还包括吸收式热泵、蓄热设备15和若干调节阀；所述回热系统包括依次连接的低压加热器组9、除氧器10、给水泵11和高压加热器组12；所述吸收式热泵包括单效吸收式热泵和双效吸收式热泵，单效吸收式热泵和双效吸收式热泵切换运行，依次连接的第一发生器18、第二发生器27、冷凝器30、节流阀31、蒸发器32、吸收器24、第二热交换器23和第一热交换器19构成双效吸收式热泵，依次连接的第二发生器27、冷凝器30、节流阀31、蒸发器32、吸收器24和第二热交换器23构成单效吸收式热泵；

所述锅炉1主蒸汽出口通过主蒸汽分支管道14与蓄热设备15蒸汽入口相连接，管路上设置有三号阀门13，锅炉1高温高压水入口与高压加热器组12高温高压水出口通过管路相连接，蓄热设备15疏水出口与除氧器10第一疏水入口相连接；所述汽轮机中压缸3排汽口分两路，一路与汽轮机低压缸6入口通过管路相连接，管路上设置有二号阀门5；另一路通过中排分支管道35与第二发生器27驱动热源入口相连接，管路上设置有一号阀门4；所述蓄热设备15冷流体出口、第一发生器18驱动热源入口、第一发生器18驱动热源出口、蓄热设备15冷流体入口通过管路依次相连接形成一个封闭回路，管路上设置有蓄热水泵17和四号阀门16；

所述第一发生器18稀溶液入口与第一热交换器19稀溶液出口通过管路相连通，第一热交换器19稀溶液入口与第二热交换器23稀溶液出口通过管路相连通，管路上设置有五号阀门20；所述第二热交换器23稀溶液入口与吸收器24稀溶液出口通过管路相连通，管路上设置有溶液泵25；所述第一发生器18水蒸气出口与第二发生器27驱动热源入口通过管路相连接，管路上设置有八号阀门26；所述第一发生器18中间溶液出口与第一热交换器19中间溶液入口通过管路相连通，第一热交换器19中间溶液出口与第二发生器27中间溶液入口通过管路相连通，管路上设置有六号阀门21；所述第二发生器27中间溶液入口与第二热交换器23稀溶液出口通过管路相连通，管路上设置有七号阀门22；所述第二发生器27浓溶液出口与第二热交换器23浓溶液入口通过管路相连通，第二热交换器23浓溶液出口与吸收器24浓溶液入口通过管路相连通；所述第二发生器27水蒸气出口与冷凝器30水蒸气入口通过管路相连通；所述第二发生器27驱动热源出口与冷凝器30凝结水入口通过管路相连通，管路上设置有十号阀门29；所述第二发生器27驱动热源出口与除氧器10第二疏水入口通过管路相连通，管路上设置有九号阀门28；所述冷凝器30饱和水出口与蒸发器32汽水混合物入口通过管路相连通，管路上设置有节流阀31；所述蒸发器32水蒸气出口与吸收器24水蒸气入口通过管路相连通，蒸发器32液态水出口与蒸发器32液态水入口通过管路相连通，管路上设置有工质泵33；所述凝汽器7冷却水出口与蒸发器32低温热源水入口通过管路相连接，所述凝汽器7冷却水入口与蒸发器32低温热源水出口通过管路相连接，管路上设置有循环水泵34；热网水通过管路依次与吸收器24和冷凝器30相连通。

所述吸收式热泵为第一类吸收式热泵，吸收式热泵的工质为溴化锂水溶液。

所述的基于吸收式热泵和蓄热设备的热电解耦系统的运行方法，该系统供热时有单效吸收式热泵供热和双效吸收式热泵供热两种，这两种运行方式切换运行，具体如下：

单效吸收式热泵供热：包括发电朗肯循环和单效吸收式热泵供热循环；发电朗肯循环：三号阀门13开启，锅炉1出口的主蒸汽分为两路，一路进入汽轮机高压缸2做功，一路流经主蒸汽分支管道14进入蓄热设备15放热后疏水汇入除氧器10，蓄热设备15蓄热；一号阀门4、七号阀门22、九号阀门28开启，四号阀门16、五号阀门20、六号阀门21、八号阀门26和十号阀门29关闭，汽轮机高压缸2排汽进入锅炉1再热后进入汽轮机中压缸3做功，汽轮机中压缸3排汽分为两路，一路进入汽轮机低压缸6做功，一路流经中排分支管道35进入第二发生器27作为驱动热源；汽轮机低压缸6排汽进入凝汽器7凝结为水后，先后经过凝结水泵8、低压加热器组9、除氧器10、给水泵11和高压加热器组12升温升压后返回锅炉1；单效吸收式热泵供热循环：第二发生器27中的溴化锂稀溶液利用高温热能加热产生高温高压的水蒸气后变为浓溶液，产生的水蒸气进入冷凝器30；在冷凝器30中水蒸气凝结放热变为高温高压液态水，进入节流阀31；经过节流阀31后变为低温低压的饱和汽水混合物，进入蒸发器32；在蒸发器32中饱和汽水混合物吸收低温热源的热量变为水蒸气，进入吸收器24，其中低温热源为在凝汽器7中吸收汽轮机排汽热量的冷却水；在吸收器24中水蒸气被溴化锂浓溶液吸收后形成溴化锂稀溶液，在溶液泵25泵送下，溴化锂稀溶液经第二热交换器23升温后不断进入第二发生器27，同时产生了水蒸气的第二发生器27中的浓溶液经第二热交换器23降温后不断进入吸收器24，维持第二发生器27和吸收器24中液位、浓度、温度的稳定，热网水先后在吸收器24和冷凝器30中吸热后对外供热，通过一号阀门4和二号阀门5调节供热参数；

双效吸收式热泵供热：包括发电朗肯循环和双效吸收式热泵供热循环；发电朗肯循环：三号阀门13开启，锅炉1出口的主蒸汽分为两路，一路进入汽轮机高压缸2做功，一路流经主蒸汽分支管道14进入蓄热设备15放热后疏水汇入除氧器10，蓄热设备15蓄热；一号阀门4、七号阀门22、九号阀门28关闭，四号阀门16、五号阀门20、六号阀门21、八号阀门26和十号阀门29开启，汽轮机高压缸2排汽进入锅炉1再热后进入汽轮机中压缸3做功，汽轮机中压缸3排汽进入汽轮机低压缸6做功；汽轮机低压缸6排汽进入凝汽器7凝结为水后，先后经过凝结水泵8、低压加热器组9、除氧器10、给水泵11和高压加热器组12升温升压后返回锅炉1；双效吸收式热泵供热循环：蓄热设备15中蓄存的热量作为第一发生器18的驱动热源，第一发生器18中的溴化锂稀溶液利用高温热能加热产生水蒸气后变为浓度较高的中间溶液，中间溶液经第一热交换器19降温后进入第二发生器27，产生的水蒸气进入第二发生器27作为驱动热源；在第二发生器27内，中间溶液被来自第一发生器18的水蒸气加热后再产生水蒸气而变为浓溶液，浓溶液经第二热交换器23放热后进入吸收器24，第二发生器27产生的水蒸气进入冷凝器30中加热热网水后凝结为液态水；来自第一发生器18的水蒸气在第二发生器27内加热中间溶液后凝结为液态水进入冷凝器30后，与来自第二发生器27的蒸汽凝结水混合，经节流阀31降压后进入蒸发器32；在蒸发器32中喷淋在传热管上的工质水吸收低温热源的热量变为水蒸气，进入吸收器24被喷淋在吸收器24管外的浓溶液所吸收，其中低温热源为在凝汽器7中吸收汽轮机排汽热量的冷却水，吸收过程产生的热量加热热网水；浓溶液在吸收器24中吸收水蒸气后变为稀溶液，由溶液泵25输送，经第二热交换器23和第一热交换器19的高温溶液加热后进入第一发生器18；热网水先后在吸收器24和冷凝器30中吸热后对外供热；

在参与调峰时利用部分主蒸汽在蓄热设备15中储存的热量驱动双效吸收式热泵去供热；在机组不参与调峰时采用中压缸排汽驱动单效吸收式热泵供热；蓄热设备15蓄热，在机组参与调峰时能够降低电负荷；双效吸收式热泵能够满足更大的热负荷，且采用双效吸收式热泵时性能系数较大，同时回收了汽轮机排汽的余热，提高了能量利用效率，实现了热电解耦；蓄热设备15储存的热量由于品位高储存较少的数量就足以满足供热需求，能够采用体积较小的蓄热设备。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明利用部分中压缸排汽减温减压后去驱动单效吸收式热泵，利用部分主蒸汽减温减压后去蓄热，储存的热量可驱动双效吸收式热泵，减少了机组出力，实现了热电解耦，为风电提供了上网空间。

(2)本发明在机组承担基本负荷时，可用蓄热设备储存的热量作为双效吸收式热泵的驱动热源去供热，提高了机组的调峰能力。

(3)本发明采用双效吸收式热泵时性能系数较大，同时回收了汽轮机排汽的余热，其能量利用效率高。

(4)本发明采用主蒸汽减温减压后去蓄热，由于品位高可以储存较少的热量就足以满足供热需求，可以采用体积较小的蓄热设备。

附图说明

图1为本发明热电解耦系统图。

图中：1、锅炉 2、汽轮机高压缸 3、汽轮机中压缸 4、一号阀门 5、二号阀门 6、汽轮机低压缸 7、凝汽器 8、凝结水泵 9、低压加热器组 10、除氧器 11、给水泵 12、高压加热器组 13、三号阀门 14、主蒸汽分支管道 15、蓄热设备 16、四号阀门 17、蓄热水泵 18、第一发生器 19、第一热交换器 20、五号阀门 21、六号阀门 22、七号阀门 23、第二热交换器24、吸收器 25、溶液泵 26、八号阀门 27、第二发生器 28、九号阀门 29、十号阀门 30、冷凝器 31、节流阀 32、蒸发器 33、工质泵 34、循环水泵 35、中排分支管道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种基于吸收式热泵和蓄热设备的热电解耦系统，包括依次相连通的锅炉1、汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸6、凝汽器7、凝结水泵8和回热系统，所述热电解耦系统中还包括吸收式热泵、蓄热设备15和若干调节阀；所述回热系统包括依次连接的低压加热器组9、除氧器10、给水泵11和高压加热器组12；所述吸收式热泵包括单效吸收式热泵和双效吸收式热泵，单效吸收式热泵和双效吸收式热泵切换运行，依次连接的第一发生器18、第二发生器27、冷凝器30、节流阀31、蒸发器32、吸收器24、第二热交换器23和第一热交换器19构成双效吸收式热泵，依次连接的第二发生器27、冷凝器30、节流阀31、蒸发器32、吸收器24和第二热交换器23构成单效吸收式热泵；

作为本发明的优选实施方式，所述吸收式热泵为第一类吸收式热泵，吸收式热泵的工质为溴化锂水溶液。

如图1所示，本发明基于吸收式热泵和蓄热设备的热电解耦系统的运行方法，该系统供热时有单效吸收式热泵供热和双效吸收式热泵供热两种，这两种运行方式切换运行，具体如下：

本发明利用部分中压缸排汽减温减压后去驱动单效吸收式热泵，或可利用部分主蒸汽减温减压后去蓄热并作为双效吸收式热泵的驱动热源，满足热负荷的同时可减少机组出力，为消纳风电提供空间；本发明采用双效吸收式热泵时性能系数较大，同时回收了汽轮机排汽的余热，提高了能量利用效率，实现了热电解耦；本发明采用主蒸汽减温减压后去蓄热，由于品位高可以储存较少的热量就足以满足供热需求，可以采用体积较小的蓄热设备。

Claims

1.一种基于吸收式热泵和蓄热设备的热电解耦系统，包括依次相连通的锅炉（1）、汽轮机高压缸（2）、汽轮机中压缸（3）、汽轮机低压缸（6）、凝汽器（7）、凝结水泵（8）和回热系统，其特征在于：所述热电解耦系统中还包括吸收式热泵、蓄热设备（15）和若干调节阀；所述回热系统包括依次连接的低压加热器组（9）、除氧器（10）、给水泵（11）和高压加热器组（12）；所述吸收式热泵包括单效吸收式热泵和双效吸收式热泵，单效吸收式热泵和双效吸收式热泵切换运行，依次连接的第一发生器（18）、第二发生器（27）、冷凝器（30）、节流阀（31）、蒸发器（32）、吸收器（24）、第二热交换器（23）和第一热交换器（19）构成双效吸收式热泵，依次连接的第二发生器（27）、冷凝器（30）、节流阀（31）、蒸发器（32）、吸收器（24）和第二热交换器（23）构成单效吸收式热泵；

所述锅炉（1）主蒸汽出口通过主蒸汽分支管道（14）与蓄热设备（15）蒸汽入口相连接，管路上设置有三号阀门（13），锅炉（1）高温高压水入口与高压加热器组（12）高温高压水出口通过管路相连接，蓄热设备（15）疏水出口与除氧器（10）第一疏水入口相连接；所述汽轮机中压缸（3）排汽口分两路，一路与汽轮机低压缸（6）入口通过管路相连接，管路上设置有二号阀门（5）；另一路通过中排分支管道（35）与第二发生器（27）驱动热源入口相连接，管路上设置有一号阀门（4）；所述蓄热设备（15）冷流体出口、第一发生器（18）驱动热源入口、第一发生器（18）驱动热源出口、蓄热设备（15）冷流体入口通过管路依次相连接形成一个封闭回路，管路上设置有蓄热水泵（17）和四号阀门（16）；

所述第一发生器（18）稀溶液入口与第一热交换器（19）稀溶液出口通过管路相连通，第一热交换器（19）稀溶液入口与第二热交换器（23）稀溶液出口通过管路相连通，管路上设置有五号阀门（20）；所述第二热交换器（23）稀溶液入口与吸收器（24）稀溶液出口通过管路相连通，管路上设置有溶液泵（25）；所述第一发生器（18）水蒸气出口与第二发生器（27）驱动热源入口通过管路相连接，管路上设置有八号阀门（26）；所述第一发生器（18）中间溶液出口与第一热交换器（19）中间溶液入口通过管路相连通，第一热交换器（19）中间溶液出口与第二发生器（27）中间溶液入口通过管路相连通，管路上设置有六号阀门（21）；所述第二发生器（27）中间溶液入口与第二热交换器（23）稀溶液出口通过管路相连通，管路上设置有七号阀门（22）；所述第二发生器（27）浓溶液出口与第二热交换器（23）浓溶液入口通过管路相连通，第二热交换器（23）浓溶液出口与吸收器（24）浓溶液入口通过管路相连通；所述第二发生器（27）水蒸气出口与冷凝器（30）水蒸气入口通过管路相连通；所述第二发生器（27）驱动热源出口与冷凝器（30）凝结水入口通过管路相连通，管路上设置有十号阀门（29）；所述第二发生器（27）驱动热源出口与除氧器（10）第二疏水入口通过管路相连通，管路上设置有九号阀门（28）；所述冷凝器（30）饱和水出口与蒸发器（32）汽水混合物入口通过管路相连通，管路上设置有节流阀（31）；所述蒸发器（32）水蒸气出口与吸收器（24）水蒸气入口通过管路相连通，蒸发器（32）液态水出口与蒸发器（32）液态水入口通过管路相连通，管路上设置有工质泵（33）；所述凝汽器（7）冷却水出口与蒸发器（32）低温热源水入口通过管路相连接，所述凝汽器（7）冷却水入口与蒸发器（32）低温热源水出口通过管路相连接，管路上设置有循环水泵（34）；热网水通过管路依次与吸收器（24）和冷凝器（30）相连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于吸收式热泵和蓄热设备的热电解耦系统，其特征在于：所述吸收式热泵为第一类吸收式热泵，吸收式热泵的工质为溴化锂水溶液。

3.权利要求1 或2所述的基于吸收式热泵和蓄热设备的热电解耦系统的运行方法，其特征在于：该系统供热时有单效吸收式热泵供热和双效吸收式热泵供热两种，这两种运行方式切换运行，具体如下：

单效吸收式热泵供热：包括发电朗肯循环和单效吸收式热泵供热循环；发电朗肯循环：三号阀门（13）开启，锅炉（1）出口的主蒸汽分为两路，一路进入汽轮机高压缸（2）做功，一路流经主蒸汽分支管道（14）进入蓄热设备（15）放热后疏水汇入除氧器（10），蓄热设备（15）蓄热；一号阀门（4）、七号阀门（22）、九号阀门（28）开启，四号阀门（16）、五号阀门（20）、六号阀门（21）、八号阀门（26）和十号阀门（29）关闭，汽轮机高压缸（2）排汽进入锅炉（1）再热后进入汽轮机中压缸（3）做功，汽轮机中压缸（3）排汽分为两路，一路进入汽轮机低压缸（6）做功，一路流经中排分支管道（35）进入第二发生器（27）作为驱动热源；汽轮机低压缸（6）排汽进入凝汽器（7）凝结为水后，先后经过凝结水泵（8）、低压加热器组（9）、除氧器（10）、给水泵（11）和高压加热器组（12）升温升压后返回锅炉（1）；单效吸收式热泵供热循环：第二发生器（27）中的溴化锂稀溶液利用高温热能加热产生高温高压的水蒸气后变为浓溶液，产生的水蒸气进入冷凝器（30）；在冷凝器（30）中水蒸气凝结放热变为高温高压液态水，进入节流阀（31）；经过节流阀（31）后变为低温低压的饱和汽水混合物，进入蒸发器（32）；在蒸发器（32）中饱和汽水混合物吸收低温热源的热量变为水蒸气，进入吸收器（24），其中低温热源为在凝汽器（7）中吸收汽轮机排汽热量的冷却水；在吸收器（24）中水蒸气被溴化锂浓溶液吸收后形成溴化锂稀溶液，在溶液泵（25）泵送下，溴化锂稀溶液经第二热交换器（23）升温后不断进入第二发生器（27），同时产生了水蒸气的第二发生器（27）中的浓溶液经第二热交换器（23）降温后不断进入吸收器（24），维持第二发生器（27）和吸收器（24）中液位、浓度、温度的稳定，热网水先后在吸收器（24）和冷凝器（30）中吸热后对外供热，通过一号阀门（4）和二号阀门（5）调节供热参数；

双效吸收式热泵供热：包括发电朗肯循环和双效吸收式热泵供热循环；发电朗肯循环：三号阀门（13）开启，锅炉（1）出口的主蒸汽分为两路，一路进入汽轮机高压缸（2）做功，一路流经主蒸汽分支管道（14）进入蓄热设备（15）放热后疏水汇入除氧器（10），蓄热设备（15）蓄热；一号阀门（4）、七号阀门（22）、九号阀门（28）关闭，四号阀门（16）、五号阀门（20）、六号阀门（21）、八号阀门（26）和十号阀门（29）开启，汽轮机高压缸（2）排汽进入锅炉（1）再热后进入汽轮机中压缸（3）做功，汽轮机中压缸（3）排汽进入汽轮机低压缸（6）做功；汽轮机低压缸（6）排汽进入凝汽器（7）凝结为水后，先后经过凝结水泵（8）、低压加热器组（9）、除氧器（10）、给水泵（11）和高压加热器组（12）升温升压后返回锅炉（1）；双效吸收式热泵供热循环：蓄热设备（15）中蓄存的热量作为第一发生器（18）的驱动热源，第一发生器（18）中的溴化锂稀溶液利用高温热能加热产生水蒸气后变为浓度较高的中间溶液，中间溶液经第一热交换器（19）降温后进入第二发生器（27），产生的水蒸气进入第二发生器（27）作为驱动热源；在第二发生器（27）内，中间溶液被来自第一发生器（18）的水蒸气加热后再产生水蒸气而变为浓溶液，浓溶液经第二热交换器（23）放热后进入吸收器（24），第二发生器（27）产生的水蒸气进入冷凝器（30）中加热热网水后凝结为液态水；来自第一发生器（18）的水蒸气在第二发生器（27）内加热中间溶液后凝结为液态水进入冷凝器（30）后，与来自第二发生器（27）的蒸汽凝结水混合，经节流阀（31）降压后进入蒸发器（32）；在蒸发器（32）中喷淋在传热管上的工质水吸收低温热源的热量变为水蒸气，进入吸收器（24）被喷淋在吸收器（24）管外的浓溶液所吸收，其中低温热源为在凝汽器（7）中吸收汽轮机排汽热量的冷却水，吸收过程产生的热量加热热网水；浓溶液在吸收器（24）中吸收水蒸气后变为稀溶液，由溶液泵（25）输送，经第二热交换器（23）和第一热交换器（19）的高温溶液加热后进入第一发生器（18）；热网水先后在吸收器（24）和冷凝器（30）中吸热后对外供热；

在参与调峰时利用部分主蒸汽在蓄热设备（15）中储存的热量驱动双效吸收式热泵去供热；在机组不参与调峰时采用中压缸排汽驱动单效吸收式热泵供热；蓄热设备（15）蓄热，在机组参与调峰时能够降低电负荷；双效吸收式热泵能够满足更大的热负荷，且采用双效吸收式热泵时性能系数较大，同时回收了汽轮机排汽的余热，提高了能量利用效率，实现了热电解耦；蓄热设备（15）储存的热量由于品位高储存较少的数量就足以满足供热需求，能够采用体积较小的蓄热设备。