CN112228940B - 一种蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统及调节方法 - Google Patents

一种蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统及调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统及调节方法，包括：并行连接于所述汽轮机低压缸出汽端的蒸汽冷却装置和热网回水加热装置；所述蒸汽冷却装置包括具有冷却能力可调节的空冷岛，所述空冷岛通过第一管路连接于所述汽轮机低压缸的出汽端；高背压热网加热器通过第二管路连接于所述第一管路；在第二管路上设置排汽至高背压热网加热器调节蝶阀，用以调节进入高背压热网加热器的乏汽量；蒸汽压缩机的进汽口通过第三管路连接于所述第一管路；位于第三管路上设置排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀用以调节进入蒸汽压缩机的乏汽量。并且在采暖季主机有调峰需求时，可额外增大部分供热能力和调峰能力，实现一定的热电解耦能力。

Description

一种蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统及调节方法
技术领域
本发明涉及供热能源领域，具体涉及一种蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统及调节方法。
背景技术
随着国内能源成本的上升和环保要求的提高，高效能量回收设备成为近些年发展的新趋势。而热电联产越来越多的成为国内火力发电企业节能降耗的有效方式，在北方地区利用汽轮机抽汽或乏汽进行集中供暖是火力发电企业热电联产的重要改造途径，如何有效降低供热能耗及改造成本是当前供热技术的研究重点。
在实现本发明过程中，申请人发现现有技术中至少存在如下问题：
目前国内最常规供热技术中，中排打孔抽汽供热技术最常见，但此种方式的供热蒸汽品质高，供热能耗高，节能效果差、且供热能力随机组电负荷变化。国内部分机组采用了吸收式热泵供热技术，这种供热方式初期投资较大，系统寿命段，维护运行较复杂，COP偏低，并且COP随着运行年限而逐渐降低。还有一部分机组采用了高背压供热技术，此种供热方式适应性较差，对热负荷和电负荷有较高的要求，不适合较小供热负荷机组采用，并且在空冷机组上存在乏汽利用不完全，造成部分损失，且无法参与调峰等问题。
发明内容
本发明实施例提供一种蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统及调节方法，本系统克服了高背压供热技术部分高背压乏汽无法利用的缺点，利用电机驱动蒸汽压缩机对高背压乏汽提质作为第二级加热热网循环水，尤其适用于热网循环水量较小的机组，配置较大功率蒸汽压缩机时可提升机组一定的调峰能力，实现热电解耦。
为达上述目的，一方面，本发明实施例提供一种蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统，包括：
汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸；所述汽轮机中压缸管路连接于所述汽轮机高压缸，所述汽轮机低压缸管路连接于汽轮机中压缸；所述汽轮机高压缸具有出汽端，所述汽轮机中压缸具有进汽端和出汽端，所述汽轮机低压缸具有进汽端和出汽端；所述汽轮机中压缸(102)的进汽端管路连接于所述汽轮机高压缸的出汽端；所述汽轮机中压缸的出汽端管路连接于所述汽轮机低压缸的进汽端；
所述蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统还包括：管路连接于所述汽轮机低压缸出汽端的蒸汽冷却装置；所述蒸汽冷却装置包括具有冷却能力可调节的空冷岛，所述空冷岛通过第一管路连接于所述汽轮机低压缸的出汽端；
所述蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统还包括热网回水加热装置；所述热网回水加热装置包括：高背压热网加热器、蒸汽压缩机和通过管路串行连接于蒸汽压缩机的蒸汽压缩机热网加热器、为所述蒸汽压缩机提供动力的动力装置；其中，所述高背压热网加热器与串行连接的蒸汽压缩机和蒸汽压缩机热网加热器并行设置；所述高背压热网加热器和所述蒸汽压缩机热网加热器依次设于热网回水的由低温到高温的加热路径上；
所述高背压热网加热器具有进汽口；所述高背压热网加热器的进汽口通过第二管路连接于所述第一管路；在所述第二管路上设置排汽至高背压热网加热器调节蝶阀，通过所述排汽至高背压热网加热器调节蝶阀调节自所述汽轮机低压缸排出的蒸汽进入所述高背压热网加热器的乏汽量；
所述蒸汽压缩机具有进汽口，所述蒸汽压缩机的进汽口通过第三管路连接于所述第一管路；位于所述第三管路上设置排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀，通过所述排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀调节自所述汽轮机低压缸排出的蒸汽进入所述蒸汽压缩机的乏汽量；
当非供暖期时，排汽至高背压热网加热器调节蝶阀和排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀处于关闭状态，自所述汽轮机低压缸排出的蒸汽进入到所述空冷岛，所述汽轮机低压缸内的蒸汽背压以非供暖期第一运行背压运行；
当供暖期时，与非供暖期相比降低所述空冷岛的冷却能力，以降低所述汽轮机低压缸到所述空冷岛排气量，使得所述汽轮机低压缸内的蒸汽运行背压高于非供暖期第一背压；以及，
调节所述排汽至高背压热网加热器调节蝶阀，连通所述汽轮机低压缸与所述高背压热网加热器；以及，
调节排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀，连通所述汽轮机低压缸与所述蒸汽压缩机，采用蒸汽压缩机热网加热器利用蒸汽压缩机提压后的高背压乏汽对热网回水进行第二级加热。
优选地，还包括通过管路连接于所述汽轮机中压缸的热网加热器，所述热网加热器具有进汽端，所述热网加热器的进汽端管路连接于所述汽轮机中压缸；且所述热网加热器设于热网回水在所述蒸汽压缩机热网加热器之后的加热路径上，热网回水被所述热网加热器内的蒸汽加热升温后形成热网供水；
所述汽轮机中压缸的出汽端与所述热网加热器之间的管路上中排抽汽快关阀、中排抽汽逆止阀、中排抽汽截止阀。
优选地，还包括汽轮机排汽装置，所述汽轮机排汽装置设于所述汽轮机低压缸之后、所述蒸汽冷却装置和所述热网回水加热装置之前的管路上；
所述汽轮机排汽装置具有进汽端和出汽端；所述汽轮机排汽装置的进汽端管路连接于所述汽轮机低压缸的出汽端，所述汽轮机排汽装置的出汽端通过第一管路连接于所述空冷岛。
优选地，所述蒸汽冷却装置还包括水环真空泵和管路连接于所述水环真空泵的真空排气装置，所述水环真空泵管路连接于所述空冷岛；
所述空冷岛具有进汽端和出汽端，所述空冷岛的进汽端连接于所述汽轮机排汽装置的出汽端；所述空冷岛的出汽端连接于所述水环真空泵。
优选地，还包括：
所述空冷岛具有多列，各列所述空冷岛与所述汽轮机低压缸的出汽端连接的第一管路上分别设有所述排汽至空冷岛各列隔离蝶阀，用于在供热期时调节自所述汽轮机低压缸至各列所述空冷岛的排气量，使得自所述汽轮机低压缸的排气以高背压运行且具有排气排入到热网回水加热装置。
为达上述目的，本发明还提供一种蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统的调节方法，包括；
蒸汽依次流经管路连接的汽轮机高压缸汽轮机中压缸、汽轮机低压缸，且蒸汽分别在所述汽轮机高压缸、所述汽轮机中压缸、所述汽轮机低压缸内做功发电；
以及，将蒸汽冷却装置通过管路连接于所述汽轮机低压缸出汽端；所述蒸汽冷却装置包括具有冷却能力可调节的空冷岛，所述空冷岛通过第一管路连接于所述汽轮机低压缸的出汽端；
将热网回水加热装置通过管路连接于所述第一管路，所述热网回水加热装置包括：高背压热网加热器、蒸汽压缩机和管路串行连接于蒸汽压缩机的蒸汽压缩机热网加热器、为所述蒸汽压缩机提供动力的动力装置；将所述高背压热网加热器与串行连接的所述蒸汽压缩机和所述蒸汽压缩机热网加热器并行设置；将所述高背压热网加热器的进汽口通过第二管路连接于所述第一管路；将所述蒸汽压缩机的进汽口通过第三管路连接于所述第一管路；
处于非供暖期时，关闭排汽至高背压热网加热器调节蝶阀，隔离所述汽轮机低压缸与所述高背压热网加热器的乏汽，以及，
关闭排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀，隔离所述汽轮机低压缸与所述蒸汽压缩机的乏汽；以及
自所述汽轮机低压缸排出的蒸汽进入到所述空冷岛，所述汽轮机低压缸内的蒸汽背压以非供暖期第一运行背压运行，使得自所述汽轮机低压缸出汽端排出的蒸汽全部进入到所述空冷岛，所述空冷岛对蒸汽冷却并将冷却后残留的气体排出到大气内；
处于供暖期时，与非供暖期相比降低所述空冷岛的冷却能力，以降低所述汽轮机低压缸到所述空冷岛排气量，使得所述汽轮机低压缸内的蒸汽运行背压高于非供暖期第一背压；以及，
调节排汽至高背压热网加热器调节蝶阀，连通所述汽轮机低压缸与所述高背压热网加热器，将所述汽轮机低压缸的排汽引至所述高背压热网加热器，且控制进入高背压热网加热器的乏汽，通过管道将热网回水引至并与所述高背压热网加热器内的蒸汽进行热交换来提升热网回水的温度；以及，
当所述高背压热网加热器对热网回水温度的提升无法满足供热需求时，调节排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀，调节排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀，连通所述汽轮机低压缸与所述蒸汽压缩机，将所述汽轮机低压缸的排汽引至所述蒸汽压缩机，且控制进入蒸汽压缩机的乏汽；通过动力装置为蒸汽压缩机提供动力，使得蒸汽压缩机压缩其内蒸汽并将压缩后的蒸汽排出到蒸汽压缩机热网加热器内，所述蒸汽压缩机热网加热器的蒸汽对经所述高背压热网加热器升温后的热网回水进行第二级加热。
优选地，包括：
设置热网加热器管路连接于所述汽轮机中压缸，将所述热网加热器的进汽端管路连接于所述汽轮机中压缸的出汽端，且将所述热网加热器设于热网回水在所述蒸汽压缩机热网加热器之后的加热路径上；
处于供暖期时，开启中排抽汽快关阀，通过所述汽轮机中压缸按设定流量排出其内的蒸汽，并将自所述汽轮机中压缸排出的蒸汽通过引至所述热网加热器；经所述蒸汽压缩机热网加热器加热升温的热网回水被所述热网加热器内的蒸汽进行第三级热交换升温；
处于非供暖期时，通过使用中排抽汽快关阀、中排抽汽逆止阀和中排抽汽截止阀，使得所述汽轮机中压缸与所述热网加热器之间的管路设于非连通状态。
优选地，包括：
设置多列所述空冷岛，将各列所述空冷岛与所述汽轮机低压缸的出汽端连接的第一管路上分别设置所述排汽至空冷岛各列隔离蝶阀；
处于供暖期时，调节自所述汽轮机低压缸至全部空冷岛的排气，使得自所述汽轮机低压缸的排气以高背压运行具有排气排入到热网回水加热装置。
优选地，包括：处于供暖期时，高于非供暖期第一背压的背压约束公式如下：
关于高背压热网加热器的约束条件：
Figure GDA0002806552230000051
式中：Δt1为高背压热网加热器加热热网回水温升，ft-p为蒸汽饱和温度与压力关系函数，PTRL为机组TRL工况排汽压力，其中所述机组包括汽轮机高压缸(101)、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸，th为热网回水温度，td为高背压热网加热器端差，Wg为高背压热网加热器供热功率，Grx为热网回水水量，c为水的比容，Gg为高背压热网加热器利用乏汽量， h2为高背压运行工况汽轮机低压缸排汽焓值，h1为高背压热网加热器疏水焓值；
关于蒸汽压缩机和管路串行连接于蒸汽压缩机的蒸汽压缩机热网加热器的约束条件：
Figure GDA0002806552230000052
式中：PYS为蒸汽压缩机出口蒸汽压力，μ为蒸汽压缩机压比，PTRL为机组TRL工况排汽压力，h4′为蒸汽压缩机出口等熵焓值，h_ps为蒸汽焓值与蒸汽压力、熵值关系函数，s_pt为蒸汽熵值与蒸汽压力、温度关系函数，tp为高背压运行工况汽轮机低压缸排汽温度，Wd为蒸汽压缩机驱动电机功率，Gys为进入蒸汽压缩机高背压乏汽量，h2为高背压运行工况汽轮机低压缸排汽焓值，η为蒸汽压缩机效率，h4为蒸汽压缩机出口实际焓值，Wy为蒸汽压缩机输出热功率，h3为蒸汽压缩机热网加热器疏水焓值，Grx为热网回水水量，Δt2为热网回水在蒸汽压缩机热网加热器温升，c为水的比容。
优选地，处于供暖期时，所述高背压热网加热器及所述蒸汽压缩机热网加热器运行时需满足以下控制条件：
Figure GDA0002806552230000061
式中：Gg为高背压热网加热器利用乏汽量，Gys为进入蒸汽压缩机高背压乏汽量，Gp为汽轮机高背压运行工况下汽轮机低压缸总排气量，Wg为高背压热网加热器供热功率，Wy为蒸汽压缩机输出热功率，Wz为高背压热网加热器输出热功率，Wr为热网总输出热功率， Gzc为中排抽汽至热网加热器汽量，h6为中排抽汽焓值，h5为热网加热器疏水焓值。
上述技术方案具有如下有益效果：
在机组(汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸)供热状态下，通过机组高背压运行产生了大量乏汽用于供热，但是如果以乏汽余热对热网回水加热则无法满足供热温度的需求，同时乏汽也无法全部利用，部分乏汽余热需要浪费。如果主机以满足供暖需求的状态运行，则限制了主机的发电出力，甚至于小规模的热网不适合高背压供热，所以本发明通过增设蒸汽压缩机系统(蒸汽压缩机和通过管路串行连接于蒸汽压缩机的蒸汽压缩机热网加热器、为所述蒸汽压缩机提供动力的动力装置)，对乏汽量起到额外利用，同时蒸汽压缩机驱动电机也可消耗部分电功率，有益于主机调峰。。
非供暖期，主机按照常规背压(非供暖期第一背压)运行；供暖期时，主机(汽轮机低压缸)高背压运行但不超过主机最高许可运行背压。
即：在供暖期，热网回水首先通过经高背压热网加热器的水侧换热管束，热网回水与高背压运行的汽轮机低压缸排汽发生热量交换来对热网回水进行初级加热。对于汽轮机低压缸排汽压力，通常在非供暖期采用正常的排汽背压，当供暖期，则可通过调整汽轮机组负荷或空冷岛运行状态，使得汽轮机低压缸的排汽背压增加到高背压预设值，从而具备直接加热热网回水的能力(在高背压热网加热器内对热热网回水进行加热)，当热网回水加热至与排汽温度相同时，那么高背压排汽就不再具备加热热网回水的能力了。
然后将热网回水引至蒸汽压缩机热网加热器，在蒸汽压缩机热网加热器内的高背压蒸汽已经被蒸汽压缩机进行加压加温，热网回水与蒸汽压缩机热网加热器内的蒸汽进行热量交换加热升温，实现对热网回水进行二级加热，得到热网供水。
在蒸汽压缩机工作过程中需消耗部分电能，可促进一部分机组调峰，从而实现在保证机组安全运行的前提下实现一定的供热深度调峰的目的。
附图说明
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例的蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统的框架示意图。
附图标记表示为：
101、汽轮机高压缸；102、汽轮机中压缸；103、汽轮机低压缸；104、汽轮机排汽装置；105、空冷岛；106、水环真空泵；107、真空排气装置；108、高背压热网加热器；109、蒸汽压缩机；110、动力装置；111、蒸汽压缩机热网加热器；112、热网加热器；202、排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀；203、排气至空冷岛各列隔离蝶阀；204、排汽至高背压热网加热器调节蝶阀；205、中排抽汽快关阀；206、中排抽汽逆止阀；207、中排抽汽截止阀；301、热网回水；302、热网供水；
201、中低压连通管调节蝶阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
如图1所示，结合本发明的实施例，提供一种蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统，适用于供热能源领域，可进一步增大高背压供热机组的乏汽利用能力，在增大余热利用的同时，消耗一部分电能，对机组的深度调峰起到一定的促进作用，是一种对当前电力供热行业单一高背压供热方式的补拓创新，可解决单一高背压供热方式下乏汽利用不完全以及高背压供热方式以热定电的难题。
本发明的一种蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统，包括：
汽轮机高压缸101、汽轮机中压缸102和汽轮机低压缸103；所述汽轮机中压缸102管路连接于所述汽轮机高压缸101，所述汽轮机低压缸103管路连接于汽轮机中压缸102；所述汽轮机高压缸101具有出汽端，所述汽轮机中压缸102具有进汽端和出汽端，所述汽轮机低压缸103具有进汽端和出汽端；所述汽轮机中压缸102的进汽端管路连接于所述汽轮机高压缸101的出汽端；所述汽轮机中压缸102的出汽端管路连接于所述汽轮机低压缸 103的进汽端；其中，通过中低压连通管调节蝶阀201控制自汽轮机中压缸102进入到汽轮机低压缸103的蒸汽量。
所述蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统还包括：管路连接于所述汽轮机低压缸 103出汽端的蒸汽冷却装置；所述蒸汽冷却装置包括具有冷却能力可调节的空冷岛105，所述空冷岛105通过第一管路连接于所述汽轮机低压缸103的出汽端；在位于所述汽轮机低压缸103出汽端之后、所述空冷岛105之前的路径上设置排汽至空冷岛各列隔离蝶阀203，通过所述排汽至空冷岛各列隔离蝶阀203调节自所述汽轮机低压缸103排出的蒸汽进入所述空冷岛105的流量；
所述蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统还包括热网回水加热装置；所述热网回水加热装置包括：高背压热网加热器108、蒸汽压缩机109和通过管路串行连接于蒸汽压缩机109的蒸汽压缩机热网加热器111、为所述蒸汽压缩机109提供动力的动力装置110；其中，所述高背压热网加热器108与串行连接的蒸汽压缩机109和蒸汽压缩机热网加热器111并行设置；所述高背压热网加热器108和所述蒸汽压缩机热网加热器111依次设于热网回水301的由低温到高温的加热路径上；
所述高背压热网加热器108具有进汽口；所述高背压热网加热器108的进汽口通过第二管路连接于所述第一管路；在所述第二管路上设置排汽至高背压热网加热器调节蝶阀204，通过所述排汽至高背压热网加热器调节蝶阀204调节自所述汽轮机低压缸103排出的蒸汽进入所述高背压热网加热器108的乏汽量；
所述蒸汽压缩机109具有进汽口，所述蒸汽压缩机109的进汽口通过第三管路连接于所述第一管路；在第三管路上设置排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀202，通过所述排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀202调节自所述汽轮机低压缸103排出的蒸汽进入所述蒸汽压缩机109的乏汽量；
当非供暖期时，排汽至高背压热网加热器调节蝶阀204和排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀 202处于关闭状态，自所述汽轮机低压缸103排出的蒸汽进入到所述空冷岛105，所述汽轮机低压缸103内的蒸汽背压以非供暖期第一运行背压运行；
当供暖期时，与非供暖期相比降低所述空冷岛105的冷却能力，以降低所述汽轮机低压缸103到所述空冷岛105排气量，使得所述汽轮机低压缸103内的蒸汽运行背压高于非供暖期第一背压；以及，
调节所述排汽至高背压热网加热器调节蝶阀204，连通所述汽轮机低压缸103与所述高背压热网加热器108；以及，
调节排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀202，连通所述汽轮机低压缸103与所述蒸汽压缩机 109，采用蒸汽压缩机热网加热器111利用蒸汽压缩机109提压后的高背压乏汽对热网回水301进行第二级加热。
在机组(汽轮机高压缸101、汽轮机中压缸102和汽轮机低压缸103)供热状态下，通过机组高背压运行产生了大量乏汽用于供热，但是如果以乏汽余热对热网回水301加热则无法满足供热温度的需求，同时乏汽也无法全部利用，部分乏汽余热需要浪费。如果主机以满足供暖需求的状态运行，则限制了主机的发电出力，甚至于小规模的热网不适合高背压供热，所以本发明通过增设蒸汽压缩机系统(蒸汽压缩机109和通过管路串行连接于蒸汽压缩机109的蒸汽压缩机热网加热器111、为所述蒸汽压缩机109提供动力的动力装置 110)，对乏汽量起到额外利用，同时蒸汽压缩机109驱动电机也可消耗部分电功率，有益于主机调峰。
非供暖期，主机按照常规背压(非供暖期第一背压)运行；供暖期时，主机(汽轮机低压缸103)高背压运行但不超过主机最高许可运行背压。
即：在供暖期，热网回水301首先通过经高背压热网加热器108的水侧换热管束，热网回水301与高背压运行的汽轮机低压缸103排汽发生热量交换来对热网回水301进行初级加热。对于汽轮机低压缸103排汽压力，通常在非供暖期采用正常的排汽背压，比如 10kPa，当供暖期，则可通过调整汽轮机组负荷或空冷岛105运行状态，使得汽轮机低压缸 103的排汽背压增加到高背压预设值，比如达到30kpa，此时高背压排汽的温度在69℃左右，从而具备直接加热热网回水301的能力(在高背压热网加热器108内对热热网回水301 进行加热)，当热网回水301加热至与排汽温度相同时，那么高背压排汽就不再具备加热热网回水301的能力了。
然后将热网回水301引至蒸汽压缩机热网加热器111，在蒸汽压缩机热网加热器111 内的高背压蒸汽已经被蒸汽压缩机109进行加压加温，比如蒸汽压缩机109排汽压力在60kpa，可将热网回水301最高加热至85.9℃左右，热网回水301与蒸汽压缩机热网加热器111内的蒸汽进行热量交换加热升温，实现对热网回水301进行二级加热，得到热网供水302。
在蒸汽压缩机109工作过程中需消耗部分电能，可促进一部分机组调峰，从而实现在保证机组安全运行的前提下实现一定的供热深度调峰的目的。
优选地，通过管路连接于所述汽轮机中压缸102的热网加热器112，所述热网加热器 112具有进汽端，所述热网加热器112的进汽端管路连接于所述汽轮机中压缸102；且所述热网加热器112设于热网回水301在所述蒸汽压缩机热网加热器111之后的加热路径上，热网回水301被所述热网加热器112内的蒸汽加热升温后形成热网供水302；
所述汽轮机中压缸102的出汽端与所述热网加热器112之间的管路上中排抽汽快关阀 205、中排抽汽逆止阀206、中排抽汽截止阀207。
供暖期，开启排抽汽快关阀205则可将汽轮机中压缸102内的蒸汽排入到热网加热器 112内，与热网回水301进行热交换提高热网回水301的温度。在非供暖期，中排抽汽快关阀205处于关闭状态即可。
优选地，还包括汽轮机排汽装置104，所述汽轮机排汽装置104设于所述汽轮机低压缸103之后、所述蒸汽冷却装置和所述热网回水加热装置之前的管路上；
所述汽轮机排汽装置104具有进汽端和出汽端；所述汽轮机排汽装置104的进汽端管路连接于所述汽轮机低压缸103的出汽端，所述汽轮机排汽装置104的出汽端通过第一管路连接于所述空冷岛105。
优选地，所述蒸汽冷却装置还包括水环真空泵106和管路连接于所述水环真空泵106 的真空排气装置107，所述水环真空泵106管路连接于所述空冷岛105；非供暖期，空冷岛 105用于凝结自汽轮机排汽装置104排出的所有蒸汽。在供暖期，空冷岛105用于凝结未用于加热热网回水301的蒸汽。
所述空冷岛105具有进汽端和出汽端，所述空冷岛105的进汽端连接于所述汽轮机排汽装置104的出汽端；所述空冷岛105的出汽端连接于所述水环真空泵106。在空冷岛105内未被冷凝的蒸汽经过水环真空泵106加压后，再 通过真空排气装置 107 排到大气中。
优选地，所述空冷岛105具有多列，各列所述空冷岛105与所述汽轮机低压缸103的出汽端连接的第一管路上分别设有所述排汽至空冷岛各列隔离蝶阀203，用于在供热期时调节自所述汽轮机低压缸103至各列所述空冷岛105的排气，使得自所述汽轮机低压缸 103的排气以高背压运行且具有排气排入到热网回水加热装置。在供暖期，自汽轮机排汽装置104排出的蒸汽主要用于对热网回水301进行加热，可通过降低进入空冷岛105的蒸汽量来增大用于加热热网回水301的蒸汽量。具体为：通过设于连接所述汽轮机排汽装置 104与所述空冷岛105的管路上的空冷岛各列隔离蝶阀203关闭部分空冷进汽列，或者，过调整降低空冷岛的风机转速，从而是降低空冷岛的冷却能力，迫使背压上升，提高了进入到高背压热网加热器108和蒸汽压缩机109内的蒸汽量。或者，通过设于连接所述汽轮机排汽装置104与所述高背压热网加热器108的管路上的排汽至高背压热网加热器调节蝶阀204增大进入到高背压热网加热器108内的蒸汽量，或者，通过设于连接所述汽轮机排汽装置104与所述蒸汽压缩机109的管路上的排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀202，使得在供热期对上空冷岛的乏汽量进行控制。还有采用排汽至高背压热网加热器调节蝶阀204在防冻需要强烈的时候(高背压排汽量少的时候)，阻隔排汽进入空冷岛，到达防冻的目的。
本发明还提供一种蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统的调节方法，包括：
蒸汽依次流经管路连接的汽轮机高压缸101、汽轮机中压缸102、汽轮机低压缸103，且蒸汽分别在所述汽轮机高压缸101、所述汽轮机中压缸102、所述汽轮机低压缸103内做功发电；
以及，将蒸汽冷却装置通过连接于所述汽轮机低压缸103出汽端；所述蒸汽冷却装置包括具有冷却能力可调节的空冷岛105，所述空冷岛105通过第一管路连接于所述汽轮机低压缸103的出汽端；
将热网回水加热装置通过管路连接于所述第一管路，所述热网回水加热装置包括：高背压热网加热器108、蒸汽压缩机109和管路串行连接于蒸汽压缩机109的蒸汽压缩机热网加热器111、为所述蒸汽压缩机109提供动力的动力装置110；将所述高背压热网加热器108与串行连接的所述蒸汽压缩机109和所述蒸汽压缩机热网加热器111并行设置；将所述高背压热网加热器108的进汽口通过第二管路连接于所述第一管路；将所述蒸汽压缩机109的进汽口通过第三管路连接于所述第二管路；
处于非供暖期时，关闭排汽至高背压热网加热器调节蝶阀204，隔离所述汽轮机低压缸103与所述高背压热网加热器108的乏汽，以及，
关闭排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀202，隔离所述汽轮机低压缸103与所述蒸汽压缩机109的乏汽；以及
自所述汽轮机低压缸103排出的蒸汽进入到所述空冷岛105，所述汽轮机低压缸103内的蒸汽背压以非供暖期第一运行背压运行，使得自所述汽轮机低压缸103出汽端排出的蒸汽全部进入到所述空冷岛105，所述空冷岛105对蒸汽冷却并将冷却后残留的气体排出到大气内；
处于供暖期时，与非供暖期相比降低所述空冷岛105的冷却能力，以降低所述汽轮机低压缸103到所述空冷岛105排气量，使得所述汽轮机低压缸103内的蒸汽运行背压高于非供暖期第一背压；以及，
调节排汽至高背压热网加热器调节蝶阀204，连通所述汽轮机低压缸103与所述高背压热网加热器108，将所述汽轮机低压缸103的排汽引至所述高背压热网加热器108，且控制进入高背压热网加热器108的乏汽，通过管道将热网回水301引至并与所述高背压热网加热器108内的蒸汽进行热交换来提升热网回水301的温度；以及，
当所述高背压热网加热器108对热网回水301温度的提升无法满足供热需求时，调节排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀202，调节排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀202，连通所述汽轮机低压缸103与所述蒸汽压缩机109，将所述汽轮机低压缸103的排汽引至所述蒸汽压缩机109，且控制进入蒸汽压缩机109的乏汽；通过动力装置110为蒸汽压缩机109提供动力，使得蒸汽压缩机109压缩其内蒸汽并将压缩后的蒸汽排出到蒸汽压缩机热网加热器111 内，所述蒸汽压缩机热网加热器111的蒸汽对经所述高背压热网加热器108升温后的热网回水301进行第二级加热。
优选地，所述蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统的调节方法，包括：
设置热网加热器112管路连接于所述汽轮机中压缸102，将所述热网加热器112的进汽端管路连接于所述汽轮机中压缸102的出汽端，且将所述热网加热器112设于热网回水301在所述蒸汽压缩机热网加热器111之后的加热路径上；
处于供暖期时，开启中排抽汽快关阀205，通过所述汽轮机中压缸102按设定流量排出其内的蒸汽，并将自所述汽轮机中压缸102排出的蒸汽通过引至所述热网加热器112；经所述蒸汽压缩机热网加热器111加热升温的热网回水301被所述热网加热器112内的蒸汽进行第三级热交换升温；
处于非供暖期时，通过使用中排抽汽快关阀205、中排抽汽逆止阀206和中排抽汽截止阀207，使得所述汽轮机中压缸102与所述热网加热器112之间的管路设于非连通状态。
优选地，所述蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统的调节方法，包括：
设置多列所述空冷岛105，将各列所述空冷岛105与所述汽轮机低压缸103的出汽端连接的第一管路上分别设置所述排汽至空冷岛各列隔离蝶阀203；
处于供暖期时，调节自所述汽轮机低压缸103至全部空冷岛105的排气，使得自所述汽轮机低压缸103的排气以高背压运行具有排气排入到热网回水加热装置。
优选地，所述蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统的调节方法，包括：处于供暖期时，高于非供暖期第一背压的背压约束公式如下：
关于高背压热网加热器108的约束条件：
Figure GDA0002806552230000131
式中：Δt1为高背压热网加热器108加热热网回水301温升，ft-p为蒸汽饱和温度与压力关系函数，PTRL为机组TRL工况排汽压力，其中所述机组包括汽轮机高压缸101、汽轮机中压缸102和汽轮机低压缸103，th为热网回水301温度，td为高背压热网加热器108端差，Wg为高背压热网加热器108供热功率，Grx为热网回水301水量，c为水的比容，Gg为高背压热网加热器108利用乏汽量，h2为高背压运行工况汽轮机低压缸103排汽焓值， h1为高背压热网加热器108疏水焓值。
关于蒸汽压缩机109和管路串行连接于蒸汽压缩机109的蒸汽压缩机热网加热器111 的约束条件：
Figure GDA0002806552230000132
式中：PYS为蒸汽压缩机109出口蒸汽压力，μ为蒸汽压缩机压比，PTRL为机组TRL工况排汽压力，h4′为蒸汽压缩机109出口等熵焓值，h_ps为蒸汽焓值与蒸汽压力、熵值关系函数，s_pt为蒸汽熵值与蒸汽压力、温度关系函数，tp为高背压运行工况汽轮机低压缸103 排汽温度，Wd为蒸汽压缩机109驱动电机功率，Gys为进入蒸汽压缩机109高背压乏汽量， h2为高背压运行工况汽轮机低压缸103排汽焓值，η为蒸汽压缩机109效率，h4为蒸汽压缩机109出口实际焓值，Wy为蒸汽压缩机109输出热功率，h3为蒸汽压缩机热网加热器 111疏水焓值，Grx为热网回水301水量，Δt2为热网回水301在蒸汽压缩机109热网加热器温升，c为水的比容。
优选地，所述蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统的调节方法，包括：处于供暖期时，所述高背压热网加热器108及所述蒸汽压缩机热网加热器111运行时需满足以下控制条件：
Figure GDA0002806552230000141
式中：Gg为高背压热网加热器108利用乏汽量，Gys为进入蒸汽压缩机109高背压乏汽量，Gp为汽轮机高背压运行工况下汽轮机低压缸103总排气量，Wg为高背压热网加热器108供热功率，Wy为蒸汽压缩机109输出热功率，Wz为高背压热网加热器108输出热功率，Wr为热网总输出热功率，Gzc为中排抽汽至热网加热器112汽量，h6为中排抽汽焓值，h5为热网加热器112疏水焓值。
下面结合具体的应用实例对本发明实施例上述技术方案进行详细说明，实施过程中没有介绍到的技术细节，可以参考前文的相关描述。
一、本发明的种具有蒸汽压缩机与高背压低压缸的热电解耦系统示例如下：
1、系统配置：空冷岛各列全部加装隔离蝶阀，使得供热期可全切空冷岛105，设置旁路管道将低压缸排汽引至高背压热网加热器108，至高背压热网加热器108管道上设置调节蝶阀可隔离和控制进入高背压热网加热器乏汽，将热网循环水(热网回水301)管道引至高背压热网加热器108，设置高背压热网加热器108作为第一级利用高背压乏汽加热热网循环水。
供热期机组排汽背压人为控制不超过机组TRL(汽轮机额定功率工况)背压。
高背压配置约束条件：
Figure GDA0002806552230000142
式中：Δt1为高背压加热器加热热网循环水温升，ft-p为蒸汽饱和温度与压力关系函数， PTRL为机组TRL工况排汽压力，th为热网回水温度，td为高背压热网加热器端差；Wg为高背压热网加热器108供热功率，Grx为热网循环水量，c为水的比容，Gg为高背压热网加热器108利用乏汽量，h2为高背压运行工况低压缸排汽焓值，h1为高背压加热器108疏水焓值。
2、蒸汽压缩机系统配置：设置旁路管道将低压缸排汽引至蒸汽压缩机109，至蒸汽压缩机109管道上设置调节蝶阀可隔离和控制进入蒸汽压缩机的乏汽，蒸汽压缩机配置动力装置110比如电机驱动，蒸汽压缩机109出口设置蒸汽压缩机热网加热器111，将热网回水301管道引至蒸汽压缩机热网加热器111，设置蒸汽压缩机加热器111作为第二级利用高背压乏汽加热热网回水301。
蒸汽压缩机配置约束条件：
Figure GDA0002806552230000151
式中：PYS为蒸汽压缩机出口蒸汽压力，μ为蒸汽压缩机压比，PTRL为机组TRL工况排汽压力，h4′为蒸汽压缩机出口等熵焓值，h_ps为蒸汽焓值与蒸汽压力、熵值关系函数，s_pt为蒸汽熵值与蒸汽压力、温度关系函数，tp为高背压运行工况低压缸排汽温度，Wd为蒸汽压缩机驱动电机功率，Gys为进入蒸汽压缩机高背压乏汽量，h2为高背压运行工况低压缸排汽焓值，η为蒸汽压缩机效率，h4为蒸汽压缩机出口实际焓值，Wy为蒸汽压缩机输出热功率，h3为蒸汽压缩机热网加热器疏水焓值，Grx为热网循环水量，Δt2为热网循环水在蒸汽压缩机热网加热器温升，c为水的比容。
3、中排抽汽系统配置：自中压缸排汽抽汽经过中排抽汽快关阀205、中排抽汽逆止阀 206、中排抽汽截止阀207至热网加热器112，必要时采用热网循环水泵对热网循环水进行第三级加热，至热用户需求温度后供出。热网循环水泵(热网回水泵)设置在高背压热网加热器108前或蒸汽压缩机热网加热器111后热网循环水管道上。
二、系统调节方法：
本发明系统可根据供热实际热负荷需求，投运相应系统：当热负荷较小时，可只投运高背压热网加热器，利用高背压乏汽加热热网循环水(热网回水301)后直接供出；当高背压热网加热器热功率无法满足供热需求时，在投运高背压热网加热器的基础上，投运蒸汽压缩机，蒸汽压缩机热网加热器利用蒸汽压缩机提质后的高背压乏汽对热网循环水进行第二级加热，加热至热用户需求温度后供出；当高背压热网加热器与蒸汽压缩机热网加热器热功率之和都无法满足供热需求时，在此基础上投运中排抽汽，热网加热器利用中排抽汽对热网循环水进行第三级加热至热用户需求温度后供出。
高背压热网加热器及蒸汽压缩机热网加热器运行时需满足以下控制条件：
Figure GDA0002806552230000161
式中：Gg为高背压热网加热器利用乏汽量，Gys为进入蒸汽压缩机高背压乏汽量，Gp为汽轮机高背压运行工况下低压缸总排气量，Wg为高背压热网加热器供热功率，Wy为蒸汽压缩机输出热功率，Wz为热网加热器输出热功率，Wr为热网总输出热功率，Gzc为中排抽汽至热网加热器汽量，h6为中排抽汽焓值，h5为热网加热器疏水焓值。
具体实施例：
某电厂建设有一台300MW亚临界亚临界、中间再热、双缸双排汽、直接空冷、抽汽凝汽式机组，机组目前承担热负荷约352MW，热网循环水量8000t/h，回水温度50℃，供水温度88℃，已经进行过高背压供热改造，TRL工况背压30kPa，当前供热情况下可利用乏汽量约266t/h，有约65t/h高背压乏汽上空冷岛，还需约264t/h中排抽汽才能满足供热负荷需求。30kPa背压运行工况，低压缸最小通流量约350t/h，供热期平均发电负荷228MW。
现在根据外部条件要求机组在不增加发电负荷的情况下，增加供热负荷约40MW。
根据本发明所示系统进行改造该电厂：
在高背压热网加热器108与热网加热器112之间设置蒸汽压缩机热网加热器111，蒸汽压缩机热网加热器换热面积约2000m2，蒸汽压缩机热网加热器最大输出热功率45MW，蒸汽压缩机驱动电机功率3000kW，蒸汽压缩机最多可利用高背压乏汽约65t/h，改造后该机组在发电负荷不变的情况下热负荷增加约42MW，供电功率下降约3MW。
本发明所述系统蒸汽压缩机驱动电机可以为变频电机也可为调速电机。
本发明所述系统蒸汽压缩机级数可以为多级。
本发明所述系统蒸汽压缩机不仅限于离心式，也可为罗茨式。
在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。
为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。
上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统，其特征在于，包括：
汽轮机高压缸(101)、汽轮机中压缸(102)和汽轮机低压缸(103)；所述汽轮机中压缸(102)管路连接于所述汽轮机高压缸(101)，所述汽轮机低压缸(103)管路连接于汽轮机中压缸(102)；所述汽轮机高压缸(101)具有出汽端，所述汽轮机中压缸(102)具有进汽端和出汽端，所述汽轮机低压缸(103)具有进汽端和出汽端；所述汽轮机中压缸(102)的进汽端管路连接于所述汽轮机高压缸(101)的出汽端；所述汽轮机中压缸(102)的出汽端管路连接于所述汽轮机低压缸(103)的进汽端；
所述蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统还包括：管路连接于所述汽轮机低压缸(103)出汽端的蒸汽冷却装置；所述蒸汽冷却装置包括具有冷却能力可调节的空冷岛(105)，所述空冷岛(105)通过第一管路连接于所述汽轮机低压缸(103)的出汽端；
所述蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统还包括热网回水加热装置；所述热网回水加热装置包括：高背压热网加热器(108)、蒸汽压缩机(109)和通过管路串行连接于蒸汽压缩机(109)的蒸汽压缩机热网加热器(111)、为所述蒸汽压缩机(109)提供动力的动力装置(110)；其中，所述高背压热网加热器(108)与串行连接的蒸汽压缩机(109)和蒸汽压缩机热网加热器(111)并行设置；所述高背压热网加热器(108)和所述蒸汽压缩机热网加热器(111)依次设于热网回水(301)的由低温到高温的加热路径上；其中，所述动力装置(110)为蒸汽压缩机驱动电机，所述蒸汽压缩机驱动电机为所述蒸汽压缩机(109)提供动力时消耗部分电能，促进一部分汽轮机组调峰；
所述高背压热网加热器(108)具有进汽口；所述高背压热网加热器(108)的进汽口通过第二管路连接于所述第一管路；在所述第二管路上设置排汽至高背压热网加热器调节蝶阀(204)，通过所述排汽至高背压热网加热器调节蝶阀(204)调节自所述汽轮机低压缸(103)排出的蒸汽进入所述高背压热网加热器(108)的乏汽量；
所述蒸汽压缩机(109)具有进汽口，所述蒸汽压缩机(109)的进汽口通过第三管路连接于所述第一管路；位于所述第三管路上设置排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀(202)，通过所述排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀(202)调节自所述汽轮机低压缸(103)排出的蒸汽进入所述蒸汽压缩机(109)的乏汽量；
当非供暖期时，排汽至高背压热网加热器调节蝶阀(204)和排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀(202)处于关闭状态，自所述汽轮机低压缸(103)排出的蒸汽进入到所述空冷岛(105)，所述汽轮机低压缸(103)内的蒸汽背压以非供暖期第一运行背压运行；
当供暖期时该汽轮机组在发电负荷不变，实现热电解耦；具体包括：
当供暖期时，与非供暖期相比降低所述空冷岛(105)的冷却能力，以降低所述汽轮机低压缸(103)到所述空冷岛(105)排气量，使得所述汽轮机低压缸(103)内的蒸汽运行背压高于非供暖期第一背压；以及，
调节所述排汽至高背压热网加热器调节蝶阀(204)，连通所述汽轮机低压缸(103)与所述高背压热网加热器(108)；以及，
调节排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀(202)，连通所述汽轮机低压缸(103)与所述蒸汽压缩机(109)，采用蒸汽压缩机热网加热器(111)利用蒸汽压缩机(109)提压后的高背压乏汽对热网回水(301)进行第二级加热；
还包括：
当供暖期时，通过调整降低空冷岛(105)的风机转速，从而是降低所述空冷岛(105)的冷却能力，迫使背压上升，提高了进入到高背压热网加热器(108)和蒸汽压缩机(109)内的蒸汽量；或者，
通过排汽至高背压热网加热器调节蝶阀(204)增大进入到高背压热网加热器(108)内的蒸汽量；或者，
通过排汽至蒸汽压缩机调节蝶阀(202)，使得在供热期对所述空冷岛(105)的乏汽量进行控制。
2.根据权利要求1所述的蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统，其特征在于，还包括通过管路连接于所述汽轮机中压缸(102)的热网加热器(112)，所述热网加热器(112)具有进汽端，所述热网加热器(112)的进汽端管路连接于所述汽轮机中压缸(102)；且所述热网加热器(112)设于热网回水(301)在所述蒸汽压缩机热网加热器(111)之后的加热路径上，热网回水(301)被所述热网加热器(112)内的蒸汽加热升温后形成热网供水(302)；
所述汽轮机中压缸(102)的出汽端与所述热网加热器(112)之间的管路上中排抽汽快关阀(205)、中排抽汽逆止阀(206)、中排抽汽截止阀(207)。
3.根据权利要求1所述的蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统，其特征在于，还包括汽轮机排汽装置(104)，所述汽轮机排汽装置(104)设于所述汽轮机低压缸(103)之后、所述蒸汽冷却装置和所述热网回水加热装置之前的管路上；
所述汽轮机排汽装置(104)具有进汽端和出汽端；所述汽轮机排汽装置(104)的进汽端管路连接于所述汽轮机低压缸(103)的出汽端，所述汽轮机排汽装置(104)的出汽端通过第一管路连接于所述空冷岛(105)。
4.根据权利要求1所述的蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统，其特征在于，所述蒸汽冷却装置还包括水环真空泵(106)和管路连接于所述水环真空泵(106)的真空排气装置(107)，所述水环真空泵(106)管路连接于所述空冷岛(105)；
所述空冷岛(105)具有进汽端和出汽端，所述空冷岛(105)的进汽端连接于汽轮机排汽装置(104)的出汽端；所述空冷岛(105)的出汽端连接于所述水环真空泵(106)。
5.根据权利要求1所述的蒸汽压缩机与高背压供热结合的供热系统，其特征在于，还包括：
所述空冷岛(105)具有多列，各列所述空冷岛(105)与所述汽轮机低压缸(103)的出汽端连接的第一管路上分别设有所述排汽至空冷岛各列隔离蝶阀(203)，用于在供热期时调节自所述汽轮机低压缸(103)至各列所述空冷岛(105)的排气量，使得自所述汽轮机低压缸(103)的排气以高背压运行且具有排气排入到热网回水加热装置。
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