CN114046186A - 一种高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统，锅炉的主蒸汽出口与高压缸进汽旁通管路的入口及高压缸的入口相连通，高压缸的出口与高压缸进汽旁通管路的出口通过管道并管后与锅炉的再热侧入口相连通，锅炉的再热侧出口与中压缸的入口及中压缸进汽旁通管路的入口相连通，中压缸的出口与冷却旁路的入口、连通管的入口及第一抽汽支路的入口相连通，冷却旁路的出口及连通管的出口与低压缸的入口相连通，中压缸的抽汽口与第二抽汽支路的入口相连通，第一抽汽支路的出口、第二抽汽支路的出口及中压缸进汽旁通管路的出口均与采暖抽汽母管相连通，该系统能够更彻底实现热电解耦，供热灵活性较高。

Description

一种高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统

技术领域

本发明属于热电联产技术领域，涉及一种高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统。

背景技术

目前我国大力发展大规模、高效热电联产集中供热，以替代低效、高碳排放的小锅炉和小机组。总体发展策略是充分利用存量火电机组，实施热电联产改造。与此同时，由于我国节能减排及能源结构调整的需要，需大力发展新能源，助力碳达峰和碳中和。因此，对于大型热电联产机组而言，不但要实现高效供热，还需要有较强的调峰能力，以支持新能源的消纳。

而目前我国存量机组基本按纯凝运行设计，大量电厂为满足集中供热的需求，对机组实施中低压连通管供热抽汽改造。部分电厂为进一步提升供热经济性，还实施了吸收式热泵乏热回收或低真空供热等技术改造。同时也有部分电厂为综合提升供热经济性及灵活性，采用了旁路低压缸进汽供热技术，如低压缸零出力供热改造、低压光轴供热改造等。

吸收式热泵供热、低真空供热、低压缸零出力供热、低压光轴供热等技术的应用，显著改进了传统中低压连通管抽汽供热的应用效果。但随着城市集中供热需求及供热机组调峰深度要求的不断提高，现有供热技术已难以满足日益严苛的供热灵活性要求：传统中低压连通管抽汽对运行工况有较高限制，一般50％负荷以下不允许抽汽；吸收式热泵供热运行时要求有较大量的驱动蒸汽，也即依赖于较大的中低压连通管抽汽量，其限制性因素与传统中低压连通管抽汽方式相同，深度调峰运行时，由于中低压连通管抽汽能力大幅下降，且该段抽汽压力也同时下降，导致低负荷工况余热回收能力差，总体供热能力性急剧下降；低真空供热机组基本按“以热定电”运行模式，机组调峰能力及供热灵活性较差；低压缸零出力供热与低压光轴供热相对具有较强的供热灵活性，然而这两种技术受制于锅炉最低稳燃负荷、锅炉环保排放要求等因素限制，导致供热运行时汽轮机高、中压缸仍有较大的蒸汽流量及功率输出，仅有低压缸实现了蒸汽旁通，因此机组热电解耦不彻底，供热期调峰能力未得到充分释放。综上所述，现有大型火电机组供热技术在热电解耦幅度及调峰能力方面仍有待提升。

目前，我国北方地区冬季仍然存在明显弃风、弃光问题，其中很关键一点是大型热电联产机组供热期调峰能力大幅受限，导致新能源消纳能力不足。因此，有必要发展热电解耦更为彻底、供热灵活性更高的新技术，以促进我国北方地区冬季新能源消纳。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统，该系统能够更彻底实现热电解耦，供热灵活性较高。

为达到上述目的，本发明所述的高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统包括锅炉、高压缸进汽旁通管路、高压缸、中压缸、中压缸进汽旁通管路、冷却旁路、连通管、第一抽汽支路、低压缸、第二抽汽支路及采暖抽汽母管；

锅炉的主蒸汽出口与高压缸进汽旁通管路的入口及高压缸的入口相连通，高压缸的出口与高压缸进汽旁通管路的出口通过管道并管后与锅炉的再热侧入口相连通，锅炉的再热侧出口与中压缸的入口及中压缸进汽旁通管路的入口相连通，中压缸的出口与冷却旁路的入口、连通管的入口及第一抽汽支路的入口相连通，冷却旁路的出口及连通管的出口与低压缸的入口相连通，中压缸的抽汽口与第二抽汽支路的入口相连通，第一抽汽支路的出口、第二抽汽支路的出口及中压缸进汽旁通管路的出口均与采暖抽汽母管相连通。

高压缸进汽旁通管路上设置有第一阀门组。

第一阀门组包括沿工质流动方向依次设置的第一减压阀、第一减温器及第一调节阀。

中压缸进汽旁通管路上设置有第二阀门组。

第二阀门组包括沿工质流通方向依次设置的第二减压阀、第二减温器、第二调节阀、第一截止阀。

第一抽汽支路上设置有第三阀门组。

第三阀门组包括沿工质流通方向依次设置的第一逆止阀、第一快关调节阀及第二截止阀。

第二抽汽支路上设置有第四阀门组。

第四阀门组包括沿工质流通方向依次设置的第二逆止阀、第二快关调节阀及第三截止阀。

连通管上设置有供热蝶阀，冷却旁路上设置有供热调节阀。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统在具体操作时，通过在增设高压缸进汽旁通管路、中压缸进汽旁通管路及第一抽汽支路，实现汽轮机各段蒸汽流程的可调改造，满足高压缸、中压缸、低压缸入口管道蒸汽的量化旁通，使汽轮机各缸进汽流量在满足相关安全保护定值内进行调节，从而在保证供热负荷的同时达到各缸出力的宽域调节，实现有效的热电解耦，供热灵活性较高。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为典型300MW亚临界机组不同供热模式运行工况图；

图3为热耗随主蒸汽流量变化图；

图4为热电比随主蒸汽流量变化图。

其中，1为锅炉、2为高压缸、3为中压缸、4为低压缸、5为高压缸进汽旁通管路、6为中压缸进汽旁通管路、7为第一抽汽支路、8为第二抽汽支路、9为连通管、10为冷却旁路、11为采暖抽汽母管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统包括锅炉1、高压缸2、中压缸3、低压缸4、高压缸进汽旁通管路5、中压缸进汽旁通管路6、第一抽汽支路7、第二抽汽支路8、连通管9、冷却旁路10及采暖抽汽母管11；

锅炉1的主蒸汽出口与高压缸进汽旁通管路5的入口及高压缸2的入口相连通，高压缸2的出口与高压缸进汽旁通管路5的出口通过管道并管后与锅炉1的再热侧入口相连通，锅炉1的再热侧出口与中压缸3的入口及中压缸进汽旁通管路6的入口相连通，中压缸3的出口与冷却旁路10的入口、连通管9的入口及第一抽汽支路7的入口相连通，冷却旁路10的出口及连通管9的出口与低压缸4的入口相连通，中压缸3的抽汽口与第二抽汽支路8的入口相连通，第一抽汽支路7的出口、第二抽汽支路8的出口及中压缸进汽旁通管路6的出口均与采暖抽汽母管11相连通。

高压缸进汽旁通管路5上设置有第一阀门组，其中，第一阀门组包括沿工质流动方向依次设置的第一减压阀、第一减温器及第一调节阀；

中压缸进汽旁通管路6上设置有第二阀门组，第二阀门组包括沿工质流通方向依次设置的第二减压阀、第二减温器、第二调节阀、第一截止阀；

第一抽汽支路7上设置有第三阀门组，第三阀门组包括沿工质流通方向依次设置的第一逆止阀、第一快关调节阀及第二截止阀。

第二抽汽支路8上设置有第四阀门组，第四阀门组包括沿工质流通方向依次设置的第二逆止阀、第二快关调节阀及第三截止阀。

连通管9上设置有供热蝶阀，冷却旁路10上设置有供热调节阀。

本发明的原理为：充分利用汽轮机结构特点，通过在增设高压缸进汽旁通管路5、中压缸进汽旁通管路6及第一抽汽支路7，实现汽轮机各段蒸汽流程的可调改造，满足高压缸2、中压缸3、低压缸4入口管道蒸汽的量化旁通，使汽轮机各缸进汽流量满足相关安全保护定值内进行调节，从而在保证供热负荷的同时达到各缸出力的宽域调节，实现有效的热电解耦。

实施例一

以典型300MW亚临界机组为例，对传统中低压连通管抽汽供热、典型低压缸4零出力供热及本发明提出的复合热质旁通供热技术进行对比。

1)单机极限供热能力

对于某典型300MW亚临界机组，采用中低压连通管9抽汽供热时，其最大抽汽量为400t/h，折合热负荷309MW；采用低压缸4零出力供热时，可旁通绝大部分低压缸4进汽，相应单机最大抽汽能力为586t/h，折合热负荷460.8MW，相比于传统中低压连通管9供热抽汽能力，提升接近50％；采用本发明，可同时旁通高、中、低压缸4进汽，使得单机最大供热抽汽能力达到684t/h，折合热负荷535MW，相比于传统中低压连通管9供热抽汽能力提升约70％，具体数据如表1所示。

表1

2)调峰能力

如图2所示，其中，图2中可以分为A、B、C、D四个区域，其中，区域D为非运行区域，区域D细分为区域D1、区域D2、区域D3，分别受到锅炉1最低稳燃负荷、供热机组设备安全以及锅炉1最大蒸发量的限制。在连通管9抽汽模型下，机组运行范围仅为A区域，采用低压缸4零出力供热时机组运行范围扩大为A+B区域，使机组调峰能力提升15％以上。如果采用本发明，通过耦合新增的高低旁路抽汽，则运行范围可扩大为A+B+C区域，使机组调峰能力提升30％以上，供热负荷200MW时机组电负荷降至18％额定电负荷。

对比表明，采用本发明，可显著扩大机组热-电调节范围，增加机组运行调整区间，显著提升机组运行的灵活性及调峰能力。

3)供热经济性指标

从图3可以看出在相同主蒸汽流量下，低压缸4零出力和高低旁耦合低压缸4零出力供热热耗要远远小于连通管9抽汽，主蒸汽流越小，电负荷月底，热耗降低幅度越大，至少降低1000kJ/kWh以上，其中，高低旁耦合低压缸4零出力(本发明)供热降低幅度最大。

由图4可以看出，对于连通管9抽汽而言，热电比较低，最高不超过160％，随着负荷降低，热电比急剧下降；对于低压缸4零出力而言，热电比可维持在200％～240％左右；对于高低旁耦合低压缸4零出力(本发明)的复合热质旁通供热而言，热电比可达到380％～430％左右，其大热电比更能适应供热机组参与深度调峰的要求。

4)技术特点分析

另外，本发明还具有优势：

本发明中高压缸进汽旁通管路5、中压缸进汽旁通管路6及第一抽汽支路7独立于机组原旁路系统，从而不因频繁开启、调节对原旁路系统的严密性造成不利影响，因此不降低机组长期运行的安全可靠性，也不会造成长期的漏点而影响运行经济性；

第一阀门组、第二阀门组及第三阀门组的参数根据实际通流需求进行灵活设计，确保系统调节控制的精度和质量；

通过高、中、低压缸4入口蒸汽的独立调节，能够在确保机组安全运行的条件下，最大限度挖掘机组电负荷调节的灵活性及深度调峰能力，灵活适应不同设计特点的机组；

本发明通过高、中、低压缸4入口蒸汽流程的可调改造，选择性将能量输送到用电端或用热端，可突破传统“以热定电”单向调整模式的局限性，实现热负荷、电负荷双向宽域调节，大幅提升热电联产机组在我国能源结构转型背景下的宽域灵活运行。

Claims (10)

1.一种高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统，其特征在于，包括锅炉(1)、高压缸进汽旁通管路(5)、高压缸(2)、中压缸(3)、中压缸进汽旁通管路(6)、冷却旁路(10)、连通管(9)、第一抽汽支路(7)、低压缸(4)、第二抽汽支路(8)及采暖抽汽母管(11)；

锅炉(1)的主蒸汽出口与高压缸进汽旁通管路(5)的入口及高压缸(2)的入口相连通，高压缸(2)的出口与高压缸进汽旁通管路(5)的出口通过管道并管后与锅炉(1)的再热侧入口相连通，锅炉(1)的再热侧出口与中压缸(3)的入口及中压缸进汽旁通管路(6)的入口相连通，中压缸(3)的出口与冷却旁路(10)的入口、连通管(9)的入口及第一抽汽支路(7)的入口相连通，冷却旁路(10)的出口及连通管(9)的出口与低压缸(4)的入口相连通，中压缸(3)的抽汽口与第二抽汽支路(8)的入口相连通，第一抽汽支路(7)的出口、第二抽汽支路(8)的出口及中压缸进汽旁通管路(6)的出口均与采暖抽汽母管(11)相连通。

2.根据权利要求1所述的高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统，其特征在于，高压缸进汽旁通管路(5)上设置有第一阀门组。

3.根据权利要求2所述的高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统，其特征在于，第一阀门组包括沿工质流动方向依次设置的第一减压阀、第一减温器及第一调节阀。

4.根据权利要求3所述的高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统，其特征在于，中压缸进汽旁通管路(6)上设置有第二阀门组。

5.根据权利要求4所述的高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统，其特征在于，第二阀门组包括沿工质流通方向依次设置的第二减压阀、第二减温器、第二调节阀、第一截止阀。

6.根据权利要求5所述的高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统，其特征在于，第一抽汽支路(7)上设置有第三阀门组。

7.根据权利要求6所述的高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统，其特征在于，第三阀门组包括沿工质流通方向依次设置的第一逆止阀、第一快关调节阀及第二截止阀。

8.根据权利要求7所述的高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统，其特征在于，第二抽汽支路(8)上设置有第四阀门组。

9.根据权利要求8所述的高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统，其特征在于，第四阀门组包括沿工质流通方向依次设置的第二逆止阀、第二快关调节阀及第三截止阀。

10.根据权利要求1所述的高灵活、大热电比的复合热质旁通采暖供热系统，其特征在于，连通管(9)上设置有供热蝶阀，冷却旁路(10)上设置有供热调节阀。

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