CN113464278A - 一种提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，包括：燃气发电组件、蒸汽发电组件和余热锅炉组件；燃气发电组件的出气口与余热锅炉组件的进气口连通，余热锅炉组件上设置有第一出气口，第一出气口用于换热后的烟气排出，燃气发电组件用于利用燃气进行发电；余热锅炉组件的工质出口与所述蒸汽发电组件的工质进口连通，蒸汽发电组件的工质出口与余热锅炉组件的工质进口连通。本发明设置了蒸汽发电组件和余热锅炉组件对燃气发电组件输出的烟气的热量进行吸收和再利用，减小了联合循环热电联供系统发电过程中的供热量对供电量的限制。
Description
技术领域
本发明涉及燃气发电技术领域，特别是涉及一种提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统。
背景技术
目前，燃气轮机发电过程均是利用燃料燃烧产生的热量进行发电，并没有考虑对发电后输出的烟气中的热量的进一步的合理利用，造成了联合循环热电联供系统供热量对供电量的强耦合关系。
发明内容
本发明的目的是提供一种提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，以实现对发电后输出的烟气中的热量的进一步的合理利用，减少联合循环热电联供系统中供热量对供电量的限制，提升新能源消纳量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，所述系统包括：燃气发电组件、蒸汽发电组件和余热锅炉组件；
所述燃气发电组件的出气口与所述余热锅炉组件的进气口连通，所述余热锅炉组件上设置有第一出气口，所述第一出气口用于换热后的烟气排出，所述燃气发电组件用于利用燃气进行发电；
所述余热锅炉组件的工质出口与所述蒸汽发电组件的工质进口连通，所述蒸汽发电组件的工质出口与所述余热锅炉组件的工质进口连通；所述余热锅炉组件用于吸收燃气轮机发电产生的烟气中的热量，并将吸收热量后的工质输出给所述蒸汽发电组件进行蒸汽发电。
可选的，所述燃气发电组件包括压气机、燃烧室、燃气透平和第一发电机；
所述压气机上设置有进气口；
所述压气机的出气口与所述燃烧室的进气口连通，所述燃烧室的出气口与所述燃气透平的第一进气口连通，所述燃气透平的第一出气口与所述余热锅炉组件的第一进气口连通；
所述燃气透平、所述压气机和所述第一发电机同轴连接。
可选的，所述燃气透平的第二出气口与所述余热锅炉组件的第二进气口连通，所述余热锅炉组件的第二出气口与所述燃气透平的第二进气口连通。本发明的燃气透平的第二出气口和第二进气口均设置在燃气透平的低压级处。
可选的，所述蒸汽发电组件包括第二发电机和两个汽轮机低压缸；
两个所述汽轮机低压缸的工质进口与所述余热锅炉组件的低压过热器的工质出口连通；
两个所述汽轮机低压缸的工质出口均与所述余热锅炉组件的低压省煤器的工质进口连通；
所述第二发电机与两个汽轮机低压缸同轴连接。
可选的，所述蒸汽发电组件还包括汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和SSS离合器
所述汽轮机高压缸的工质进口与所述余热锅炉组件的高压过热器的工质出口连通；所述汽轮机高压缸的工质出口与所述余热锅炉组件的再热器的工质进口连通；
所述余热锅炉组件的再热器的工质出口与所述汽轮机中压缸的工质进口连通；所述汽轮机中压缸的工质出口与所述余热锅炉组件的低压过热器的工质出口连通；
两个所述汽轮机低压缸分别为第一汽轮机低压缸和第二汽轮机低压缸，所述第二发电机、所述汽轮机高压缸、所述汽轮机中压缸和所述第一汽轮机低压缸和所述第二汽轮机低压缸依次同轴连接，所述SSS离合器设置在所述汽轮机中压缸与所述第一汽轮机低压缸之间的连接轴上。
可选的，所述系统还包括冷凝器和低压给水泵；
所述冷凝器和低压给水泵设置在所述蒸汽发电组件的工质出口与所述余热锅炉组件的工质进口之间的连通管路上。
可选的，所述系统还包括热网换热器和疏水泵；
所述热网换热器的工质进口与所述蒸汽发电组件的工质出口连通，所述热网换热器的工质出口与所述余热锅炉组件的工质进口连通；
所述疏水泵设置在所述热网换热器的工质出口与所述余热锅炉组件的工质进口之间的连通管路上。
可选的，所述余热锅炉组件包括换热腔、设置在所述换热腔内部的低压省煤器、低压蒸发器、低压过热器和设置在所述换热腔外部的低压汽包；
所述低压省煤器的工质进口通过管路与所述换热腔上设置的低压省煤器的工质进口连通，所述低压省煤器的第一工质出口与所述低压汽包的工质进口连通；所述低压汽包的饱和蒸汽出口与所述低压过热器的进气口连通；所述低压蒸发器与所述低压汽包连通。
可选的，所述余热锅炉组件还包括设置在所述换热腔内部的第一高压省煤器、中压省煤器、中压蒸发器、第二高压省煤器、中压过热器、高压蒸发器、再热器、高压过热器及设置在所述换热腔外部的低压汽包、中压汽包、高压汽包、中压给水泵和高压给水泵；
所述低压省煤器的第二工质出口通过所述高压给水泵与第一高压省煤器的工质进口连通，所述低压省煤器的第三工质出口通过所述中压给水泵与中压省煤器的工质进口连通；
所述中压省煤器的工质出口与中压汽包的工质进口连通，所述中压汽包的饱和蒸汽出口与中压过热器的工质进口连通，所述中压过热器的工质出口与再热器的工质进口连通；所述中压蒸发器与所述中压汽包连通；
所述第一高压省煤器的工质出口与所述第二高压省煤器的工质进口连通，所述第二高压省煤器的工质出口与高压汽包的工质进口连通，所述高压汽包的饱和蒸汽出口与高压过热器的工质进口连通；所述高压蒸发器与所述高压汽包连通。
可选的，所述系统还包括气气换热器；
所述气气换热器的第一进气口与所述余热锅炉组件的第一出气口连通，所述气气换热器的第一出气口和第二进气口均与外部空气环境连通，所述气气换热器的第二出气口与所述燃气发电组件的进气口连通。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，所述系统包括：燃气发电组件、蒸汽发电组件和余热锅炉组件；所述燃气发电组件的出气口与所述余热锅炉组件的进气口连通，所述余热锅炉组件上设置有第一出气口，所述第一出气口用于换热后的烟气排出，所述燃气发电组件用于利用燃气进行发电；所述余热锅炉组件的工质出口与所述蒸汽发电组件的工质进口连通，所述蒸汽发电组件的工质出口与所述余热锅炉组件的工质进口连通；所述余热锅炉组件用于吸收燃气轮机发电产生的烟气中的热量，并将吸收热量后的工质输出给所述蒸汽发电组件进行蒸汽发电。本发明设置了蒸汽发电组件和余热锅炉组件对燃气发电组件输出的烟气的热量进行吸收和再利用，降低供热量对供电量的制约，提升新能源消纳量。
本发明还在余热锅炉组件的高压换热位置设置第二出气口和第二进气口，从燃气发电组件的燃气透平的级间抽气对余热锅炉组件的工质运行加热，降低热电联供系统供热量对供电量的制约，进一步提升新能源消纳量。
本发明使用SSS离合器解列汽轮机低压缸将汽轮机低压缸供热运行模式由抽凝式供热变为背压式供热，进一步升新能源消纳量。
本发明设置气气换热器在压气机入口加热空气，进一步升新能源消纳量。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的一种提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统的结构图；
图2为本发明实施例2提供的常规提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统与本发明的提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统的发电量对比图；
附图说明：1-燃料入口；2-空气入口；3-压气机；4-燃烧室；5-燃气透平；6-第一发电机；61-第二发电机；7-高压过热器；8-再热器；9-高压汽包；10-高压蒸发器；11-中压过热器；12-第一高压省煤器；13-低压过热器；14-中压汽包；15-中压蒸发器；16-中压省煤器；17-第二高压省煤器；18-低压汽包；19-低压蒸发器；20-低压省煤器；21-汽轮机高压缸；22-汽轮机中压缸；23-汽轮机低压缸；24-高压给水泵；25-中压给水泵；26-冷凝器；27-低压给水泵；28-热网换热器；29-供热用户；30-气气换热器；31-SSS离合器；32-疏水泵；33-透平低压级间抽气；34-透平级间抽气回流气；35-燃气轮机排气；36-可调节烟气挡板。
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。
本发明的目的是提供一种提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，以减少联合循环热电联供系统中供热量对供电量的限制，提升新能源消纳量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
实施例1提供了本发明的一种提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统的一种最优的实施方式，但是本发明的实施不限于实施例1限定的实施方式，实施例1的方案不能限定本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统包括：燃料入口1、空气入口2、压气机3、燃烧室4、燃气透平5、发电机6、高压过热器7、再热器8、高压汽包9、高压蒸发器10、中压过热器11、第一高压省煤器12、低压过热器13、中压汽包14、中压蒸发器15、中压省煤器16、第二高压省煤器17、低压汽包18、低压蒸发器19、低压省煤器20、汽轮机高压缸21、汽轮机中压缸22、汽轮机低压缸23、高压给水泵24、中压给水泵25、冷凝器26、低压给水泵27、热网换热器28、供热用户29、气气换热器30、SSS离合器31，疏水泵32，透平低压级间抽气33、透平级间抽气回流气34和燃气轮机排气35。
所述燃料入口1的出口与燃烧室4的入口相连；所述空气入口2的出口与压气机3相连；所述压气机3的出口与燃烧室4的入口相连；所述燃烧室4的出口与燃气透平5的入口相连；所述燃气透平5的级间透平抽气33的出口通过燃气透平的第二出气口与余热锅炉组件的第二进气口连通，用于对高压过热器7、再热器8和高压蒸发器10加热，燃气透平5与压气机3及第一发电机6同轴相连；透平级间抽气回流气34的入口与余热锅炉组件的第二出气口相连，所述透平级间抽气回流气34的出口通过燃气透平5第二进气口与燃气透平5低压级相连。
燃气透平排气35与余热锅炉组件的第一进气口连通，用于为中压过热器11、第一高压省煤器12、低压过热器13、中压蒸发器15、中压省煤器16、第二高压省煤器17、低压蒸发器19、低压省煤器20提供热量；所述高压过热器7出口与汽轮机高压缸21入口相连，所述汽轮机高压缸21出口和中压过热器11出口蒸汽汇合之后与再热器8入口相连，所述再热器8出口与汽轮机中压缸22入口相连,汽轮机中压缸22出口和低压过热器13出口蒸汽汇合之后与汽轮机低压缸23入口相连，所述汽轮机低压缸23入口将抽取一部分低压蒸汽与热网换热器28入口相连，所述热网换热器28与供热用户29相连，热网疏水管与疏水泵32相连，所述汽轮机低压缸23出口与冷凝器26入口相连，所述冷凝器26出口与低压给水泵27入口相连并与疏水泵32出口水汇合。
所述低压省煤器20出口工质分成三股，一股与低压汽包18入口相连，一股与高压给水泵24入口相连，一股与中压给水泵25入口相连；所述低压汽包18出口与低压过热器13入口相连；所述高压给水泵24出口与第二高压省煤器17入口相连；所述第二高压省煤器17出口与第一高压省煤器12入口相连；所述第一高压省煤器12出口与高压汽包9入口相连；所述高压汽包9出口与高压过热器7入口相连；所述中压给水泵25出口与中压省煤器16入口相连；所述中压省煤器16出口与中压汽包14入口相连；所述中压汽包14出口与中压过热器11入口相连。
余热锅炉排烟进入气气换热器30入口，空气进入气气换热器30与烟气进行换热，所述气气换热器30出口空气2进入压气机；所述SSS离合器31与汽轮机低压缸23相连，所述汽轮机高压缸21、汽轮机中压缸22、汽轮机低压缸23及第二发电机61同轴相连。
本发明的提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统可在多种工作模式下工作实现多种功能，具体如下：
提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统的压气机入口加热空气的功能：空气在压气机前与余热锅炉排烟在气气换热器内进行换热，通过排烟余热预热压气机入口空气。
提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统的燃气透平级间抽气加热蒸汽的功能：在燃气透平级间抽取部分烟气，将此部分烟气注入余热锅炉中加热高压过热器、再热器和高压蒸发器，加热后返回燃气透平与未抽取烟气混合继续在燃气透平中做功，做功后继续注入余热锅炉加热中压过热器并完成换热流程。
提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统用SSS离合器解列低压缸将抽凝式变为背压式的功能：使用SSS离合器解列低压缸将抽凝式变为背压式供热提升供热能力。
本发明的有益效果为：
本发明的系统通过燃气轮机热电联供系统使得在相同供热负荷下，显著降低燃气轮机电负荷，在满足供热的条件下，提升可再生能源消纳量。
燃气轮机联合循环热电联供运行方式采用以热定电运行方式，由于热负荷与电负荷的相互制约关系以及热负荷需求与电负荷需求在时间段内的相斥关系，导致在满足供暖负荷时燃气轮机出功较多，造成可再生能源消纳量下降，本发明为缓解此矛盾提出了多种调节方式协同运行策略，在原机组运行方式基础上，提出压气机入口加热空气运行方式，燃气透平级间抽气加热高压过热器、再热器和高压蒸发器工质以及SSS离合器解列低压缸将抽凝式供热变为背压式供热方案，综合使用以上运行策略提升新能源消纳量。
实施例2
本发明的实施例2用于说明本发明的技术效果。
如图2所示，根据电力调度曲线可知，在10：00-24：00时，发电负荷为90％，此时可以通过调整底循环供热抽汽量同时满足机组热、电负荷。在0：00-10：00时，此时热电负荷有以下特点，电负荷需求低，热负荷需求高，在以热定电运行方式下，满足热负荷时，必定导致电负荷输出量大于电网需求值，对电网安全运行以及新能源消纳产生不利影响。
如图2a-图2d分别为某地某年12月-3月供热期供电量曲线对比图，如图2a-图2d中三条虚线分别为在30％、40％、50％电负荷对应的供电量，在12月份和3月份，机组能在供电负荷30％的情况下，实现满足供热负荷的要求，即实现热电解耦；在1月份，机组能在供电负荷40％的情况下，实现满足供热负荷的要求；在2月份，机组能在供电负荷50％的情况下，实现满足供热负荷的要求。相比于常规运行模式大幅度提升机组灵活性，提升电网新能源消纳量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，其特征在于，所述系统包括：燃气发电组件、蒸汽发电组件和余热锅炉组件；
所述燃气发电组件的出气口与所述余热锅炉组件的进气口连通，所述余热锅炉组件上设置有第一出气口，所述第一出气口用于换热后的烟气排出，所述燃气发电组件用于利用燃气进行发电；
所述余热锅炉组件的工质出口与所述蒸汽发电组件的工质进口连通，所述蒸汽发电组件的工质出口与所述余热锅炉组件的工质进口连通；所述余热锅炉组件用于吸收燃气轮机发电产生的烟气中的热量，并将吸收热量后的工质输出给所述蒸汽发电组件进行蒸汽发电。
2.根据权利要求1所述的提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，其特征在于，所述燃气发电组件包括压气机、燃烧室、燃气透平和第一发电机；
所述压气机上设置有进气口；
所述压气机的出气口与所述燃烧室的进气口连通，所述燃烧室的出气口与所述燃气透平的第一进气口连通，所述燃气透平的第一出气口与所述余热锅炉组件的第一进气口连通；
所述燃气透平、所述压气机和所述第一发电机同轴连接。
3.根据权利要求2所述的提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，其特征在于，所述燃气透平的第二出气口与所述余热锅炉组件的第二进气口连通，所述余热锅炉组件的第二出气口与所述燃气透平的第二进气口连通。
4.根据权利要求1所述的提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，其特征在于，所述蒸汽发电组件包括第二发电机和两个汽轮机低压缸；
两个所述汽轮机低压缸的工质进口均与所述余热锅炉组件的低压过热器的工质出口连通；
两个所述汽轮机低压缸的工质出口均与所述余热锅炉组件的低压省煤器的工质进口连通；
所述第二发电机与两个汽轮机低压缸同轴连接。
5.根据权利要求4所述的提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，其特征在于，所述蒸汽发电组件还包括汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和SSS离合器；
所述汽轮机高压缸的工质进口与所述余热锅炉组件的高压过热器的工质出口连通；所述汽轮机高压缸的工质出口与所述余热锅炉组件的再热器的工质进口连通；
所述余热锅炉组件的再热器的工质出口与所述汽轮机中压缸的工质进口连通；所述汽轮机中压缸的工质出口与所述余热锅炉组件的低压过热器的工质出口连通；
两个所述汽轮机低压缸分别为第一汽轮机低压缸和第二汽轮机低压缸，所述第二发电机、所述汽轮机高压缸、所述汽轮机中压缸和所述第一汽轮机低压缸和所述第二汽轮机低压缸依次同轴连接，所述SSS离合器设置在所述汽轮机中压缸与所述第一汽轮机低压缸之间的连接轴上。
6.根据权利要求1、4或5所述的提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，其特征在于，所述系统还包括冷凝器和低压给水泵；
所述冷凝器和低压给水泵设置在所述蒸汽发电组件的工质出口与所述余热锅炉组件的工质进口之间的连通管路上。
7.根据权利要求1、4或5所述的提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，其特征在于，所述系统还包括热网换热器和疏水泵；
所述热网换热器的工质进口与所述蒸汽发电组件的工质出口连通，所述热网换热器的工质出口与所述余热锅炉组件的工质进口连通；
所述疏水泵设置在所述热网换热器的工质出口与所述余热锅炉组件的工质进口之间的连通管路上。
8.根据权利要求1所述的提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，其特征在于，所述余热锅炉组件包括换热腔、设置在所述换热腔内部的低压省煤器、低压蒸发器、低压过热器和设置在所述换热腔外部的低压汽包；
所述低压省煤器的工质进口通过管路与所述换热腔上设置的低压省煤器的工质进口连通，所述低压省煤器的第一工质出口与所述低压汽包的工质进口连通；所述低压汽包的饱和蒸汽出口与所述低压过热器的进气口连通；所述低压蒸发器与所述低压汽包连通。
9.根据权利要求9所述的提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，其特征在于，所述余热锅炉组件还包括设置在所述换热腔内部的第一高压省煤器、中压省煤器、中压蒸发器、第二高压省煤器、中压过热器、高压蒸发器、再热器、高压过热器及设置在所述换热腔外部的低压汽包、中压汽包、高压汽包、中压给水泵和高压给水泵；
所述低压省煤器的第二工质出口通过所述高压给水泵与第一高压省煤器的工质进口连通，所述低压省煤器的第三工质出口通过所述中压给水泵与中压省煤器的工质进口连通；
所述中压省煤器的工质出口与中压汽包的工质进口连通，所述中压汽包的饱和蒸汽出口与中压过热器的工质进口连通，所述中压过热器的工质出口与再热器的工质进口连通；所述中压蒸发器与所述中压汽包连通；
所述第一高压省煤器的工质出口与所述第二高压省煤器的工质进口连通，所述第二高压省煤器的工质出口与高压汽包的工质进口连通，所述高压汽包的饱和蒸汽出口与高压过热器的工质进口连通；所述高压蒸发器与所述高压汽包连通。
10.根据权利要求1、8或9所述的提升燃气轮机联合循环热电联供调峰灵活性的系统，其特征在于，所述系统还包括气气换热器；
所述气气换热器的第一进气口与所述余热锅炉组件的第一出气口连通，所述气气换热器的第一出气口和第二进气口均与外部空气环境连通，所述气气换热器的第二出气口与所述燃气发电组件的进气口连通。
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