CN111457450A - 热电解耦系统及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热电解耦系统及工作方法，所述系统包括：蒸汽喷射器10的高压蒸汽进口与燃煤发电系统的锅炉1主蒸汽出口相连，蒸汽喷射器10的低压蒸汽进口与锅炉1再热蒸汽出口相连，蒸汽喷射器10的蒸汽出口与背压汽轮机11的进口相连，背压汽轮机11的出口与热网加热器12的蒸汽入口相连，热网加热器12的凝结水出口与燃煤发电系统的除氧器7相连，热网加热器12、热用户13、热网循环水泵14、热泵冷凝器151经过热网水管道依次连通，热泵压缩机154、热泵冷凝器151、热泵节流阀152与热泵蒸发器153依次相连构成热泵循环；热泵压缩机154与背压汽轮机11同轴连接，热泵蒸发器153通过管路与燃煤发电系统的凝汽器4相连。
Description
技术领域
本发明涉及热电联产技术领域，尤其是涉及一种热电解耦系统及工作方法。
背景技术
在现有技术中，实现热电解耦，扩大热电联产机组的热、电负荷的独立调节能力，是燃煤电站的关键瓶颈问题。
热电联产可以同时生产热、电两种能源，综合能源利用效率高，但热电耦合造成热电联产机组运行灵活性差。实现热电解耦，即提高热、电负荷的单独调节能力成为燃煤发电领域的技术瓶颈问题。采用主汽或再热蒸汽进行供热是实现热电解耦的有效技术路线之一，但由于主汽或再热蒸汽参数高，直接用于供热是能量的降级利用，综合能量利用效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热电解耦系统及工作方法，以解决现有技术中的上述问题；
本发明提供一种热电解耦系统，包括：燃煤发电系统、蒸汽喷射器10、背压汽轮机11、热网加热器12、热用户13、热网循环水泵14、热泵冷凝器151、热泵节流阀152、热泵蒸发器153、以及热泵压缩机154，其中：
蒸汽喷射器10的高压蒸汽进口与燃煤发电系统的锅炉1主蒸汽出口相连，蒸汽喷射器10的低压蒸汽进口与锅炉1再热蒸汽出口相连，蒸汽喷射器10的蒸汽出口与背压汽轮机11的进口相连，背压汽轮机11的出口与热网加热器12的蒸汽入口相连，热网加热器12的凝结水出口与燃煤发电系统的除氧器7相连，热网加热器12、热用户13、热网循环水泵14、热泵冷凝器151经过热网水管道依次连通，热泵压缩机154、热泵冷凝器151、热泵节流阀152与热泵蒸发器153依次相连构成热泵循环；热泵压缩机154与背压汽轮机11同轴连接，热泵蒸发器153通过管路与燃煤发电系统的凝汽器4相连。
本发明提供一种热电解耦系统的工作方法，包括：
调节锅炉1的主蒸汽和再热蒸汽以预定比例进入蒸汽喷射器10，同时调节进入蒸汽喷射器10的总质量；
利用蒸汽驱动背压汽轮机11工作，带动热泵压缩机154工作提高热泵发生器153中超临界工质的温度，使工质进入热泵冷凝器151放热使热网循环水泵14预热给水，再通过热泵节流阀152和热泵发生器153形成闭合循环；
将热网循环水经过热泵冷凝器151预热后再经过热网加热器12加热后进入热用户13放热，通过热网循环水泵14再进入热泵冷凝器151加热，形成闭合循环；
通过调节蒸汽背压机11的转速和热泵节流阀152的开度，将进入热泵蒸发器153中的热泵工质温度保持在预定合适温度。
采用本发明实施例，利用热泵和背压机排汽共同供热，能够实现能量的梯级利用，提高能量的综合利用效率。能够突破常规热电联产的抽汽压力限制，实现大幅度的热电解耦。还可以通过调节蒸汽喷射器和热泵实现不同工况下的热负荷调节。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的热电解耦系统的示意图；
图2是本发明实施例的热电解耦系统工作方法的流程图。
附图标记说明：
1：锅炉；2：汽轮机高压缸；3：汽轮机中低压缸；4：凝汽器；5：凝结水泵；6：低压加热器；7：W除氧器；8：给水泵；9：高压加热器；10：蒸汽喷射器；11：背压汽轮机；12：热网加热器；13：热用户；14：热网循环水泵；101：主汽调节阀；102：再热蒸汽调节阀；151：热泵冷凝器；152：热泵节流阀；153：热泵蒸发器；154：热泵压缩机。
具体实施方式
本发明实施例提出了一种热电解耦系统及其工作方法，通过集成蒸汽喷射器将主蒸汽和再热蒸汽混合，而后将混合蒸汽送入背压式汽轮机进行热功转化，而热功转化后的机械功用于驱动热泵。
下面将结合实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
系统实施例
根据本发明的实施例，提供了一种热电解耦系统，图1是本发明实施例的热电解耦系统的示意图，如图1所示，根据本发明实施例的热电解耦系统具体包括：燃煤发电系统、蒸汽喷射器10、背压汽轮机11、热网加热器12、热用户13、热网循环水泵14、热泵冷凝器151、热泵节流阀152、热泵蒸发器153、以及热泵压缩机154，其中：
蒸汽喷射器10的高压蒸汽进口与燃煤发电系统的锅炉1主蒸汽出口相连，蒸汽喷射器10的低压蒸汽进口与锅炉1再热蒸汽出口相连，蒸汽喷射器10的蒸汽出口与背压汽轮机11的进口相连，背压汽轮机11的出口与热网加热器12的蒸汽入口相连，其中，背压汽轮机11的排汽压力0.3-0.5MPa。热网加热器12的凝结水出口与燃煤发电系统的除氧器7相连，热网加热器12、热用户13、热网循环水泵14、热泵冷凝器151经过热网水管道依次连通，热泵压缩机154、热泵冷凝器151、热泵节流阀152与热泵蒸发器153依次相连构成热泵循环；其中，热泵循环的工质为二氧化碳。热泵压缩机154与背压汽轮机11同轴连接，热泵蒸发器153通过管路与燃煤发电系统的凝汽器4相连。
在本发明实施例中，如图1所示，燃煤发电系统具体包括：锅炉1、与锅炉1连接的汽轮机高压缸2、与汽轮机高压缸2和锅炉1连接的汽轮机中低压缸3、与汽轮机中低压缸3连接的凝汽器4、与凝汽器4连接的凝结水泵5、与汽轮机中低压缸3、凝汽器4和凝结水泵5连接的低压加热器6、与汽轮机中低压缸3和低压加热器6连接的除氧器7、与除氧器7连接的给水泵8、与汽轮机高压缸2、除氧器7和给水泵8连接的高压加热器9。
在本发明实施例中，上述系统还包括连接蒸汽喷射器10和锅炉1主蒸汽出口的主蒸汽调节阀101、以及连接蒸汽喷射器10和锅炉1再热蒸汽出口的再热蒸汽调节阀102。其中，优选地，蒸汽喷射器10的高压蒸汽进口的高压蒸汽和低压蒸汽进口的低压蒸汽的比例为1.2-1.5。
以下对本发明实施例的上述技术方案进行详细说明。
本发明实施例通过集成蒸汽喷射器将主蒸汽和再热蒸汽混合，而后将混合蒸汽送入汽轮机进行热功转化，而热功转化后的机械功用于驱动热泵。利用热泵和背压机排汽供热，可以实现能量的梯级利用，提高能量的综合利用效果。同时，可以突破常规热电联产的抽汽压力限制，实现大幅度的热电解耦。
在本发明实施例的系统中，工质依次经过锅炉1、汽轮机高压缸2、汽轮机中低压缸3、凝汽器4、凝结水泵5、低压加热器6、除氧器7、给水泵8、高压加热器9和锅炉1形成回路，构成燃煤发电系统；汽轮机高压缸2经过压加热器9加热给水之后进入除氧器7；汽轮机中低压缸3抽气经过低压加热器6加热凝结水之后进入凝汽器5；蒸汽喷射器10高压蒸汽进口与锅炉1主蒸汽出口相连，蒸汽喷射器10低压蒸汽进口与锅炉1再热蒸汽出口相连，蒸汽喷射器10进口高压蒸汽、低压蒸汽的比例为1.2～1.5；蒸汽喷射器10蒸汽出口与背压汽轮机11进口相连，背压汽轮机11出口与热网加热器12蒸汽入口相连，背压汽轮机11排汽压力为0.3～0.5MPa。热网加热器12凝结水出口与除氧器7相连；背压汽轮机11与热泵压缩机154同轴；热泵压缩机154、热泵冷凝器151、热泵节流阀152与热泵蒸发器153依次相连构成热泵循环，其中，热泵循环工质为二氧化碳；热泵蒸发器153还通过管路与凝汽器4相连；热网加热器12、热用户13、热网循环水泵14、热泵冷凝器151经过热网水管道依次连通；
该系统在运转时，通过调节主汽调节阀101、再热蒸汽调节阀102调节进入蒸汽喷射器10的主蒸汽和再热蒸汽比例为1.2～1.5，同时调节进入蒸汽喷射器10总质量；利用蒸汽驱动背压汽轮机11工作，带动热泵压缩机154提高热泵发生器153中超临界二氧化碳工质的温度，工质随后进入热泵冷凝器151放热以预热热网循环水泵14给水，之后再通过热泵节流阀152之后再次经过热泵发生器153形成闭合循环；热网循环水先经过热泵冷凝器151预热后再经过热网加热器12加热后进入热用户13放热，之后通过热网循环水泵14再进入热泵冷凝器151加热，形成闭合循环；系统通过调节蒸汽背压机11的转速和热泵节流阀152的开度，使得进入热泵蒸发器153中的热泵工质温度为15～20℃。如果热负荷要求较高，通过提升蒸汽喷射器10中蒸汽流量，提高供热量，不受汽轮机抽气压力流量限制，实现热电解耦。
综上所述，借助于本发明实施例的技术方案，本发明实施例采用热泵回收了汽轮机排汽的余热对外供热，综合能量利用效率高；本发明实施例利用锅炉主蒸汽、再热蒸汽的热量对外供热，保持了锅炉热负荷的同时，实现了能量的梯级利用。本发明实施例可以调节用于供热的主蒸汽量和再热蒸汽量，实现对锅炉受热面吸热量的调整，有利于锅炉的安全稳定运行。
方法实施例
根据本发明的实施例，提供了一种热电解耦系统的工作方法，图2是本发明实施例的热电解耦系统的工作方法的流程图，如2所示，具体包括：
步骤201，调节锅炉1的主蒸汽和再热蒸汽以预定比例进入蒸汽喷射器10，同时调节进入蒸汽喷射器10的总质量；具体地，可以通过主蒸汽调节阀101和再热蒸汽调节阀102调节锅炉1的主蒸汽和再热蒸汽以预定比例进入蒸汽喷射器10，同时调节进入蒸汽喷射器10的总质量，其中，所述预定比例为1.2-1.5。
步骤202，利用蒸汽驱动背压汽轮机11工作，带动热泵压缩机154工作提高热泵发生器153中超临界工质的温度，使工质进入热泵冷凝器151放热使热网循环水泵14预热给水，再通过热泵节流阀152和热泵发生器153形成闭合循环；
步骤203，将热网循环水经过热泵冷凝器151预热后再经过热网加热器12加热后进入热用户13放热，通过热网循环水泵14再进入热泵冷凝器151加热，形成闭合循环；
步骤204，通过调节蒸汽背压机11的转速和热泵节流阀152的开度，将进入热泵蒸发器153中的热泵工质温度保持在预定合适温度。所述预定合适温度为：15-20摄氏度。
在本发明实施例中，如果热负荷要求较高，通过提升蒸汽喷射器10中蒸汽流量，提高供热量，不受汽轮机抽气压力流量限制，实现热电解耦。
综上所述，借助于本发明实施例的技术方案，本发明实施例采用热泵回收了汽轮机排汽的余热对外供热，综合能量利用效率高；本发明实施例利用锅炉主蒸汽、再热蒸汽的热量对外供热，保持了锅炉热负荷的同时，实现了能量的梯级利用。本发明实施例可以调节用于供热的主蒸汽量和再热蒸汽量，实现对锅炉受热面吸热量的调整，有利于锅炉的安全稳定运行。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种热电解耦系统，其特征在于，包括：燃煤发电系统、蒸汽喷射器(10)、背压汽轮机(11)、热网加热器(12)、热用户(13)、热网循环水泵(14)、热泵冷凝器(151)、热泵节流阀(152)、热泵蒸发器(153)、以及热泵压缩机(154)，其中：
蒸汽喷射器(10)的高压蒸汽进口与燃煤发电系统的锅炉(1)主蒸汽出口相连，蒸汽喷射器(10)的低压蒸汽进口与锅炉(1)再热蒸汽出口相连，蒸汽喷射器(10)的蒸汽出口与背压汽轮机(11)的进口相连，背压汽轮机(11)的出口与热网加热器(12)的蒸汽入口相连，热网加热器(12)的凝结水出口与燃煤发电系统的除氧器(7)相连，热网加热器(12)、热用户(13)、热网循环水泵(14)、热泵冷凝器(151)经过热网水管道依次连通，热泵压缩机(154)、热泵冷凝器(151)、热泵节流阀(152)与热泵蒸发器(153)依次相连构成热泵循环；热泵压缩机(154)与背压汽轮机(11)同轴连接，热泵蒸发器(153)通过管路与燃煤发电系统的凝汽器(4)相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃煤发电系统具体包括：锅炉(1)、与锅炉(1)连接的汽轮机高压缸(2)、与汽轮机高压缸(2)和锅炉(1)连接的汽轮机中低压缸(3)、与汽轮机中低压缸(3)连接的凝汽器(4)、与凝汽器(4)连接的凝结水泵(5)、与汽轮机中低压缸(3)、凝汽器(4)和凝结水泵(5)连接的低压加热器(6)、与汽轮机中低压缸(3)和低压加热器(6)连接的除氧器(7)、与除氧器(7)连接的给水泵(8)、与汽轮机高压缸(2)、除氧器(7)和给水泵(8)连接的高压加热器(9)。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：连接所述蒸汽喷射器(10)和所述锅炉(1)主蒸汽出口的主蒸汽调节阀(101)、以及连接所述蒸汽喷射器(10)和锅炉(1)再热蒸汽出口的再热蒸汽调节阀(102)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，蒸汽喷射器(10)的高压蒸汽进口的高压蒸汽和低压蒸汽进口的低压蒸汽的比例为1.2-1.5。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述热泵循环的工质为二氧化碳。
6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述背压汽轮机(11)的排汽压力0.3-0.5MPa。
7.一种如权利要求1至6中任一项所述热电解耦系统的工作方法，其特征在于，所述方法包括：
调节锅炉(1)的主蒸汽和再热蒸汽以预定比例进入蒸汽喷射器(10)，同时调节进入蒸汽喷射器(10)的总质量；
利用蒸汽驱动背压汽轮机(11)工作，带动热泵压缩机(154)工作提高热泵发生器(153)中超临界工质的温度，使工质进入热泵冷凝器(151)放热使热网循环水泵(14)预热给水，再通过热泵节流阀(152)和热泵发生器(153)形成闭合循环；
将热网循环水经过热泵冷凝器(151)预热后再经过热网加热器(12)加热后进入热用户(13)放热，通过热网循环水泵(14)再进入热泵冷凝器(151)加热，形成闭合循环；
通过调节蒸汽背压机(11)的转速和热泵节流阀(152)的开度，将进入热泵蒸发器(153)中的热泵工质温度保持在预定合适温度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，调节锅炉(1)的主蒸汽和再热蒸汽以预定比例进入蒸汽喷射器(10)，同时调节进入蒸汽喷射器(10)的总质量具体包括：
通过主蒸汽调节阀(101)和再热蒸汽调节阀(102)调节锅炉(1)的主蒸汽和再热蒸汽以预定比例进入蒸汽喷射器(10)，同时调节进入蒸汽喷射器(10)的总质量，其中，所述预定比例为1.2-1.5。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定合适温度为：15-20摄氏度。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
通过提升蒸汽喷射器(10)中蒸汽流量提高供热量。
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