CN113819659B - 一种太阳能辅助加热凝结水的火电机组调峰系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能辅助加热凝结水的火电机组调峰系统及方法，该系统包括太阳能集热器、油‑水换热器、导热油泵、节流阀、凝结水调节阀、凝结水旁路调节阀、除氧器上水调节阀、除氧器上水旁路调节阀、冷罐、第一水泵、第一调节阀、电锅炉、热罐、第二水泵、第二调节阀。本发明将吸收的太阳能用于加热火电机组回热系统凝结水，减少低压缸抽汽，增加低压缸出力，另外，火电机组在调峰运行过程中通过储热水罐蓄热和放热，调节回热系统中凝结水流量进而调节汽轮发电机组出力。该发明可有效提高火电机组升降负荷速率，且火电机组在全工况范围内均具有较高热经济性，投资成本较低。

Description

一种太阳能辅助加热凝结水的火电机组调峰系统及方法
技术领域
本发明涉及火力发电技术领域，特别涉及一种太阳能辅助加热凝结水的火电机组调峰系统及方法。
背景技术
近年来，我国风电和太阳能发电发展迅猛。但由于风能和太阳能存在波动性、间歇性、地域局限性等特点，风电和光伏发电的并网将会对电网的安全稳定运行带来巨大挑战。为了平抑风电和光伏发电的波动性，进一步消纳大规模高比例的新能源发电，需要提升电力系统运行调节能力。
建设抽水蓄能、天然气发电等调峰电站，进行煤电灵活性改造，或者采用压缩空气储能、电池储能等是当前提升电力系统运行调节能力的主要技术手段。但压缩空气储能和抽水蓄能电站受地质条件限制难以大规模推广；受我国“富煤、贫油、少气”的资源禀赋影响，天然气发电成本较高；电池储能由于当前技术发展缓慢，成本也较高。
目前，煤电机组占我国发电装机比例仍较大，而大规模储能技术发展相对缓慢，因此深入挖掘现有煤电机组调峰能力成为促进新能源发电并网消纳的主要技术路径。储热水技术是目前技术比较成熟的储热技术之一，且安全性高，投资成本较低，能够较好的耦合火电厂热力系统，有效提高机组调峰能力，实现热电解耦。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种太阳能辅助加热凝结水的火电机组调峰系统及方法，该系统将吸收的太阳能用于加热火电机组回热系统凝结水；同时结合储热水技术在汽轮机回热系统中设置储热水罐，在机组需要调峰运行过程中利用储热水罐蓄热和放热，提高火电机组升降负荷速率，火电机组热经济性较高，且投资成本较低。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种太阳能辅助加热凝结水的火电机组调峰系统，包括太阳能集热器1、节流阀2、油-水换热器3及导热油泵4；其中，太阳能集热器1出口经过节流阀2连接油-水换热器油侧入口3-1，油-水换热器油侧出口3-2经过导热油泵4连接太阳能集热器1入口；
所述的一种太阳能辅助加热凝结水的火电机组调峰系统还包括凝结水调节阀5、凝结水旁路调节阀6、除氧器上水调节阀7、除氧器上水旁路调节阀8、冷罐9、第一水泵10、第一调节阀11、油-水换热器3、电锅炉12、热罐13、第二水泵14和第二调节阀15；其中，火电机组的凝结水泵出口分为两路，一路经过凝结水调节阀5连接火电机组的低压加热器水侧入口，另一路经过凝结水旁路调节阀6接冷罐9入口；火电机组的低压加热器水侧出口分为两路，一路经过除氧器上水调节阀7连接火电机组的除氧器，另一路经过除氧器上水旁路调节阀8连接冷罐9入口；冷罐9出口依次经过第一水泵10、第一调节阀11连接油-水换热器水侧入口3-3，油-水换热器水侧出口3-4经过电锅炉12连接热罐13入口，热罐13出口依次经过第二水泵14、第二调节阀15连接火电机组的除氧器。
所述的一种太阳能辅助加热凝结水的火电机组调峰系统的运行方法，包括以下步骤：太阳能集热器1吸收太阳辐射，用于加热流过太阳能集热器1内的导热油，吸热升温后的导热油经过节流阀2进入油-水换热器3油侧放热，降温后的导热油经过导热油泵4送入太阳能集热器1重新吸热升温，冷罐9中的凝结水经过第一水泵10、第一调节阀11进入油-水换热器3水侧吸收导热油的热量，然后经过电锅炉12进入热罐13中，从而完成太阳能辅助加热凝结水；而电锅炉12在太阳辐射强度不足时开启，以维持进入热罐13的凝结水温度满足要求；
当电网调度负荷降低时，为了快速降低火电机组发电功率，增大凝结水调节阀5开度或提高凝结水泵的转速，增加进入低压加热器的凝结水流量，同步增加低压缸抽汽量，降低低压缸发电功率；为了维持除氧器水位和给水流量，打开除氧器上水旁路调节阀8部分开度，将低压加热器出口凝结水分流部分进入冷罐9；待火电机组发电功率降低后，火电机组的汽轮机蒸汽流量减少，火电机组的回热系统给水和凝结水流量相应也将减少，开启凝结水旁路调节阀6，回收部分凝结水至冷罐9；
当电网调度负荷升高时，为了快速提高火电机组发电功率，减小凝结水调节阀5开度或降低凝结水泵的转速，减少进入低压加热器的凝结水流量，同步减少低压缸抽汽量，提高低压缸发电功率；为了维持除氧器水位和给水流量，热罐13中高温热水经过第二水泵14、第二调节阀15送入除氧器；为了维持凝汽器水位，打开凝结水旁路调节阀6部分开度，将部分凝结水分流至冷罐9；
太阳能辅助加热凝结水在火电机组升降负荷过程中正常进行，不受火电机组负荷变化影响。
本发明具有以下有益的技术效果：
本发明将吸收的太阳能用于加热火电机组回热系统凝结水，从而减少低压缸抽汽，增加低压缸发电功率，火电机组全工况范围内均具有较高的热经济性；另外，火电机组在调峰运行过程中利用储热水罐蓄热和放热，调节回热系统中凝结水流量进而调节汽轮发电机组出力，提高火电机组升降负荷速率，且设备投资成本较低。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
其中，1为太阳能集热器；2为节流阀；3为油-水碳换热器、3-1为油-水换热器油侧入口、3-2为油-水换热器油侧出口、3-3为油-水换热器水侧入口、3-4为油-水换热器水侧出口；4为导热油泵；5为凝结水调节阀；6为凝结水旁路调节阀；7为除氧器上水调节阀；8为除氧器上水旁路调节阀；9为冷罐；10为第一水泵；11为第一调节阀；12为电锅炉；13为热罐；14为第二水泵；15为第二调节阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
工作原理：
回热技术由于可以显著提高蒸汽朗肯循环的热效率而广泛应用于热力发电厂。随着技术的不断进步，现代火力发电厂基本采用抽汽回热方式加热凝结水和给水，提高锅炉给水温度，应用较多为8段抽汽或者10段抽汽。
研究和实验表明，同步改变凝结水流量和低压缸抽汽流量可以迅速改变汽轮发电机组出力，进而能够快速响应电网负荷调度。但抽汽和凝结水流量的变化必然引起除氧器及凝汽器水位的变化，进而限制火电机组进一步快速响应电网负荷调度。为此，本发明提出了一种太阳能辅助加热凝结水的火电机组调峰系统及方法。该系统通过在机组凝结水系统中合理耦合储热水罐，维持除氧器及凝汽器水位的稳定，克服了火电机组抽汽量变化过程中凝结水流量变化的限制，进而提高火电机组升降负荷速率和深度调峰能力；同时，该系统采用太阳能辅助加热凝结水，不仅可以在火电机组调峰过程中保证储热水罐的水温满足机组回热系统补水要求，而且可以在火电机组稳定负荷阶段减少抽汽，增加汽轮发电机组出力，提高火电机组能量利用效率，因而火电机组在全工况范围内均具有较高的热经济性。下面对本发明的结构和工作过程做详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种太阳能辅助加热凝结水的火电机组调峰系统，包括依次相连接的太阳能集热器1、节流阀2、油-水换热器3、导热油泵4；其中，太阳能集热器1出口经过节流阀2连接油-水换热器油侧入口3-1，油-水换热器油侧出口3-2经过导热油泵4连接太阳能集热器1入口。
本发明提供的一种太阳能辅助加热凝结水的火电机组调峰系统，还包括凝结水调节阀5、凝结水旁路调节阀6、除氧器上水调节阀7、除氧器上水旁路调节阀8、冷罐9、第一水泵10、第一调节阀11、油-水换热器3、电锅炉12、热罐13、第二水泵14和第二调节阀15；其中，火电机组的凝结水泵出口分为两路，一路经过凝结水调节阀5连接火电机组的低压加热器水侧入口，另一路经过凝结水旁路调节阀6连接冷罐9入口；火电机组的低压加热器水侧出口分为两路，一路经过除氧器上水调节阀7连接火电机组的除氧器，另一路经过除氧器上水旁路调节阀8连接冷罐9入口；冷罐9出口依次经过第一水泵10、第一调节阀11连接油-水换热器水侧入口3-3，油-水换热器水侧出口3-4经过电锅炉12连接热罐13入口，热罐13出口依次经过第二水泵14、第二调节阀15连接除火电机组的氧器。
作为本发明的优选实施方式，所述的太阳能辅助加热凝结水的工作介质采用导热油。
本发明具体的工作过程如下：
在白天，太阳能集热器1吸收太阳辐射，用于加热流过太阳能集热器1内的导热油，吸热升温后的导热油经过节流阀2进入油-水换热器3油侧放热，降温后的导热油经过导热油泵4送入太阳能集热器1重新吸热升温，冷罐9中的凝结水经过第一水泵10、第一调节阀11进入油-水换热器3水侧吸收导热油的热量，然后经过电锅炉12进入热罐13中，从而完成太阳能辅助加热凝结水；而电锅炉12在太阳辐射强度不足时开启，以维持热罐13中的热水温度满足要求。
当电网调度负荷降低时，为了快速降低火电机组发电功率，增大凝结水调节阀5开度或提高凝结水泵的转速，增加进入低压加热器的凝结水流量，同步增加低压缸抽汽量，降低低压缸发电功率；为了维持除氧器水位和给水流量，适当打开除氧器上水旁路调节阀8，将低压加热器出口凝结水分流部分进入冷罐9；待火电机组发电功率降低后，火电机组的汽轮机蒸汽流量减少，火电机组的回热系统给水和凝结水流量相应也将减少，开启凝结水旁路调节阀6，回收部分凝结水至冷罐9。
当电网调度负荷升高时，为了快速提高火电机组发电功率，减小凝结水调节阀5开度或降低凝结水泵的转速，减少进入低压加热器的凝结水流量，同步减少低压缸抽汽量，提高低压缸发电功率；为了维持除氧器水位和给水流量，热罐13中高温热水经过第二水泵14、第二调节阀15送入除氧器；为了维持凝汽器水位，适当打开凝结水旁路调节阀6，将部分凝结水分流至冷罐9。
太阳能辅助加热凝结水在火电机组升降负荷期间正常进行，不受火电机组负荷变化影响。
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，并不用于限制本发明，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 (3)

1.一种太阳能辅助加热凝结水的火电机组调峰系统，其特征在于，包括太阳能集热器(1)、节流阀(2)、油-水换热器(3)及导热油泵(4)；其中，太阳能集热器(1)出口经过节流阀(2)连接油-水换热器油侧入口(3-1)，油-水换热器油侧出口(3-2)经过导热油泵(4)连接太阳能集热器1入口；
还包括凝结水调节阀(5)、凝结水旁路调节阀(6)、除氧器上水调节阀(7)、除氧器上水旁路调节阀(8)、冷罐(9)、第一水泵(10)、第一调节阀(11)、油-水换热器(3)、电锅炉(12)、热罐(13)、第二水泵(14)和第二调节阀(15)；其中，火电机组的凝结水泵出口分为两路，一路经过凝结水调节阀(5)连接火电机组的低压加热器水侧入口，另一路经过凝结水旁路调节阀(6)接冷罐(9)入口；火电机组的低压加热器水侧出口分为两路，一路经过除氧器上水调节阀(7)连接火电机组的除氧器，另一路经过除氧器上水旁路调节阀(8)连接冷罐(9)入口；冷罐(9)出口依次经过第一水泵(10)、第一调节阀(11)连接油-水换热器水侧入口(3-3)，油-水换热器水侧出口(3-4)经过电锅炉(12)连接热罐(13)入口，热罐(13)出口依次经过第二水泵(14)、第二调节阀(15)连接火电机组的除氧器。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能辅助加热凝结水的火电机组调峰系统，其特征在于，太阳能辅助加热凝结水的工作介质采用导热油。
3.权利要求1或2所述的一种太阳能辅助加热凝结水的火电机组调峰系统的运行方法，其特征在于，白天时，太阳能集热器(1)吸收太阳辐射，用于加热流过太阳能集热器(1)内的导热油，吸热升温后的导热油经过节流阀(2)进入油-水换热器(3)油侧放热，降温后的导热油经过导热油泵(4)送入太阳能集热器(1)重新吸热升温，冷罐(9)中的凝结水经过第一水泵(10)、第一调节阀(11)进入油-水换热器(3)水侧吸收导热油的热量，然后经过电锅炉(12)进入热罐(13)中，从而完成太阳能辅助加热凝结水；而电锅炉(12)在太阳辐射强度不足时开启，以维持热罐(13)中的热水温度满足要求；
当电网调度负荷降低时，为了快速降低火电机组发电功率，增大凝结水调节阀(5)开度或提高凝结水泵的转速，增加进入低压加热器的凝结水流量，同步增加低压缸抽汽量，降低低压缸发电功率；为了维持除氧器水位和给水流量，打开除氧器上水旁路调节阀(8)部分开度，将低压加热器出口凝结水分流部分进入冷罐(9)；待火电机组发电功率降低后，火电机组的汽轮机蒸汽流量减少，火电机组的回热系统给水和凝结水流量相应也将减少，开启凝结水旁路调节阀(6)，回收部分凝结水至冷罐(9)；
当电网调度负荷升高时，为了快速提高火电机组发电功率，减小凝结水调节阀(5)开度或降低凝结水泵的转速，减少进入低压加热器的凝结水流量，同步减少低压缸抽汽量，提高低压缸发电功率；为了维持除氧器水位和给水流量，热罐(13)中高温热水经过第二水泵(14)、第二调节阀(15)送入除氧器；为了维持凝汽器水位，打开凝结水旁路调节阀(6)部分开度，将部分凝结水分流至冷罐(9)；
太阳能辅助加热凝结水在火电机组升降负荷过程中正常进行，不受火电机组负荷变化影响。
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