CN114607481A - 旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统及运行方法 - Google Patents

旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统及运行方法 Download PDF

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CN114607481A CN202210079187.3A CN202210079187A CN114607481A CN 114607481 A CN114607481 A CN 114607481A CN 202210079187 A CN202210079187 A CN 202210079187A CN 114607481 A CN114607481 A CN 114607481A
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Abstract

本发明涉及蒸汽机装置的总体布置领域，具体涉及旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统及运行方法，包括汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、余热锅炉，高温过热器蒸汽出口分为原高压主蒸汽管路和高压旁路，再热器蒸汽出口分为原中压主蒸汽管路和中压旁路，高温过热器出口和再热器出口分别设有新增高压主蒸汽管路和新增中压主蒸汽管路，其中，新增高压主蒸汽管路和新增中压主蒸汽管路的蒸汽管道直径小于原高压主蒸汽管道和原中压主蒸汽管道的直径，本发明通过新增高、中压主蒸汽管路，在高、低旁路运行时，解决联合循环机组灵活性调峰问题的同时，进一步提高联合循环机组的灵活性调峰的精度。

Description

旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统及运行方法
技术领域
本发明涉及蒸汽机装置的总体布置领域，具体涉及旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统及运行方法。
背景技术
近年来，中国能源坚持清洁低碳、安全高效的发展方向，大力发展风能、太阳能等清洁能源发电，能源结构调整不发不断加快。但风能、太阳能发电具有随机性、间歇性、变化快等特点，随着系能源发电避重的增加，加之传统煤电产能过剩，加剧了电网的调峰难度，一些地区弃风，弃光严重，这对提高现役火电机组灵活性以及深度调峰能力提出了新的要求。
目前燃机联合循环机组大部分为供暖机组，供暖季以热定电模式下火电机组调峰能力受限，燃气机组的天然调峰作用没有充分发挥。调峰能力匮乏严重制约清洁能源消纳，影响双碳目标的实现。近年来，国内针对联合循环机组的改造提出了多种方案，如申请号为202110951408.7，公开日为2021.10.29的中国专利公开了一种将旁路供热和蓄热系统相结合的方案，该方案虽然能够实现联合循环机组的灵活性调峰，但方案中并未考虑高、低压旁路供热时，原主、再热蒸汽管径大、阀门流量特性差的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统及运行方法，通过新增高、中压主蒸汽管路，在高、低旁路运行时，充分发挥蒸汽轮机调峰能力的同时，进一步提高联合循环机组的灵活性调峰的精度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统及运行方法，包括汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、第一热网加热器、第二热网加热器、余热锅炉，燃气轮机排放的高温烟气进入所述余热锅炉，所述余热锅炉内设有高温过热器和再热器，所述高温烟气依次通过所述高温过热器和再热器；
所述高温过热器蒸汽出口分为原高压主蒸汽管路和高压旁路，所述原高压主蒸汽管路与所述汽轮机高压缸入口连通，所述汽轮机高压缸出口与所述再热器入口连通，所述高压旁路与所述再热器入口连通；
所述再热器蒸汽出口分为原中压主蒸汽管路和中压旁路，所述原中压主蒸汽管路与所述汽轮机中压缸入口连通，所述汽轮机中压缸出口分别与所述汽轮机低压缸入口和热网加热器连通，所述中压旁路与第二热网加热器连通；
所述高温过热器出口和所述再热器出口分别设有新增高压主蒸汽管路和新增中压主蒸汽管路，所述新增高压主蒸汽管路和新增中压主蒸汽管路分别与原高压主蒸汽管路和原中压主蒸汽管路并联，其中，新增高压主蒸汽管路和新增中压主蒸汽管路的蒸汽管道直径小于原高压主蒸汽管道和原中压主蒸汽管道的直径，通过新增高、中压主蒸汽管路，在高、低旁路运行时，充分发挥蒸汽轮机调峰能力的同时，进一步提高联合循环机组的灵活性调峰的精度。
优选地，所述新增高压主蒸汽管路和新增中压主蒸汽管路分别设有第三可调阀门和第六可调阀门。
优选地，所述余热锅炉内还设有低温过热器和烟气余热利用换热器，所述高温烟气依次通过所述高温过热器、再热器、低温过热器和烟气余热利用换热器；
所述低温过热器蒸汽出口与所述汽轮机中压缸出口汇合后，分为两路，其中第一路经第十二阀门与汽轮机低压缸入口连通，第二路经第十三阀门与第二热网加热器入口连通；
热网回水经第十五阀门进入所述烟气余热利用换热器，所述烟气余热利用换热器出口经第十四阀门与第一热网加热器入口连通。
优选地，所述高压旁路依次设有第一可调阀门和高压旁路减温器，所述中压旁路依次设有第四可调阀门、中压旁路减温器和第九阀门。
优选地，所述中压旁路减温器出口和所述第九阀门入口之间管路并联设有蓄热管路，所述蓄热管路包括蓄热装置以及分别设置在所述蓄热装置进口和出口的第七阀门和第八阀门。
优选地，所述蓄热装置进口和出口分别通过第十阀门和第十一阀门与所述第一热网加热器连通。
优选地，所述原高压主蒸汽管路设有第二阀门，所述原中压主蒸汽管路设有第五阀门。
基于本发明的联合循环机组灵活性调峰系统的运行方法：
当机组供热需求小、无需调峰时：3S离合器啮合，机组以抽凝方式运行，开启所述第二阀门、第五阀门、第十二阀门、第十三阀门，关闭其余阀门，所述高温过热器出口蒸汽全部进入所述汽轮机高压缸；所述再热器出口蒸汽全部进入所述汽轮机中压缸，所述汽轮机中压缸出口蒸汽进入所述汽轮机低压缸，同时抽取一部分蒸汽进入所述第二热网加热器；
当机组供热需求大、无需调峰时：3S离合器解锁，机组以背压方式运行，开启第二阀门、第五阀门、第十三阀门，关闭其余阀门，所述高温过热器出口蒸汽全部进入所述汽轮机高压缸；所述再热器出口蒸汽全部进入所述汽轮机中压缸，所述汽轮机中压缸出口蒸汽全部进入所述第二热网加热器；
当机组供热需求小、需要调峰时：3S离合器解锁，机组以背压方式运行，开启所述第一可调阀门、第二可调阀门、第四可调阀门、第六可调阀门、第七阀门、第八阀门、第十三阀门、第十四阀门、第十五阀门，关闭其余阀门，所述高温过热器出口蒸汽一部分经所述高压旁路减温器进入所述再热器，另一部分进入所述汽轮机高压缸；所述再热器出口蒸汽一部分进入所述汽轮机中压缸，另一部分经所述中压减温器后进入所述蓄热装置，部分热网回水经所述阀门进入所述烟气余热利用换热器；
当机组供热需求大、需要调峰时：3S离合器解锁，机组以背压方式运行，开启所述第一可调阀门、第二可调阀门、第四可调阀门、第六可调阀门、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十一阀门、第十三阀门、第十四阀门、第十五阀门，关闭其余阀门，所述高温过热器出口蒸汽一部分经所述高压旁路减温器进入所述再热器，另一部分进入所述汽轮机高压缸；所述再热器出口蒸汽一部分进入所述汽轮机中压缸，另一部分经所述中压减温器进入热网系统；所述蓄热装置将热量经所述第一热网加热器传递至热网循环水，所述汽轮机中压缸出口蒸汽全部进入所述第一热网加热器，部分热网回水经所述阀门进入所述烟气余热利用换热器。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
1.本发明通过新增高、中压主蒸汽管路，且新增高压主蒸汽管路和新增中压主蒸汽管路采用的蒸汽管道直径小于原高压主蒸汽管道和原中压主蒸汽管道的直径，并在新增主蒸汽管路上增设可调阀门，当启动高、中压旁路供热时，使蒸汽通过较小管径管道进入汽轮机高、中压缸，便于蒸汽流量的精准控制，充分发挥蒸汽轮机调峰能力的同时，进一步提高联合循环机组的灵活性调峰的精度，同时也有利于减少管路阀门的蒸汽泄露。
2.本发明通过中压旁路与蓄热装置耦合，当电网用电负荷高、供热负荷低时，将机组多余的热量通过蓄热装置储存起来，当电力负荷较低时，蓄热装置可将储存的热量释放给热网系统，充分发挥供热系统的灵活性，从而降低机组发电负荷，充分发挥燃气轮机可深调峰运行的优势。
3.本发明通过设置低温过热器和烟气余热利用换热器，充分利用余热锅炉内烟气余热，降低排烟的热损失，提高烟气余热的利用率，从而进一步提高了整个系统的热使用率。
附图说明
图1是旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统及运行方法的结构示意图。
图中：1、高温过热器；2、再热器；3、低温过热器；4、烟气余热利用换热器；5、汽轮机高压缸；6、汽轮机中压缸；7、汽轮机低压缸；8、发电机；9、3S离合器；10、蓄热装置；11、第一热网加热器；12、第二热网加热器；13、第一可调阀门；14、第二阀门；15、第三可调阀门；16、第四可调阀门；17、第五阀门；18、第六可调阀门；19、第七阀门；20、第八阀门；21、第九阀门；22、第十阀门；23、第十一阀门；24、第十二阀门；25、第十三阀门；26、第十四阀门；27、第十五阀门；28、余热锅炉；29、高压旁路减温器；30、中压旁路减温器；111、原高压主蒸汽管路；112、高压旁路；211、原中压主蒸汽管路；212、中压旁路；113、新增高压主蒸汽管路；213、新增中压主蒸汽管路。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明中的技术方案，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、完整的描述，很显然，所描述的实施例仅仅是本发明中的一部分实施例，而非本发明的全部实施例。
参照图1，旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统，包括汽轮机高压缸5、汽轮机中压缸6、汽轮机低压缸7、第一热网加热器11、第二热网加热器12、余热锅炉28，燃气轮机排放的高温烟气进入余热锅炉28，余热锅炉28内设有高温过热器1和再热器2，高温烟气依次通过高温过热器1和再热器2；
高温过热器1蒸汽出口分为两路，其中，第一路经设有第二阀门14的原高压主蒸汽管路111与汽轮机高压缸5入口连通，汽轮机高压缸5出口与再热器2入口连通，第二路经高压旁路112与再热器2入口连通；
再热器2蒸汽出口分为两路，其中第一路经设有第五阀门17的原中压主蒸汽管路211与汽轮机中压缸6入口连通，汽轮机中压缸6出口分别通过第十二阀门24和第十三阀门25与汽轮机低压缸7入口和第二热网加热器12连通，第二路经中压旁路212与第二热网加热器12连通；
高温过热器1出口和再热器2出口分别设有新增高压主蒸汽管路113和新增中压主蒸汽管路213，新增高压主蒸汽管路113和新增中压主蒸汽管路213分别与原高压主蒸汽管路111和原中压主蒸汽管路211并联，新增高压主蒸汽管路和新增中压主蒸汽管路分别设有第三可调阀门15和第六可调阀门18，且新增高压主蒸汽管路113和新增中压主蒸汽管路213的蒸汽管道直径小于原高压主蒸汽管道和原中压主蒸汽管道的直径，其作用在于当启动高、中压旁路供热时，使蒸汽通过较小管径管道进入汽轮机高、中压缸，便于蒸汽流量的精准控制，充分发挥蒸汽轮机调峰能力的同时，进一步提高联合循环机组的灵活性调峰的精度，同时也有利于减少管路阀门的蒸汽泄露。
在本发明的实施例中，余热锅炉28内还设有低温过热器3和烟气余热利用换热器4，此时高温烟气依次通过高温过热器1、再热器2、低温过热器3和烟气余热利用换热器4；
低温过热器3蒸汽出口与汽轮机中压缸6出口汇合后，分为两路，其中第一路经第十二阀门24与汽轮机低压缸7入口连通，第二路经第十三阀门25与第二热网加热器12入口连通；
热网回水经第十五阀门27进入烟气余热利用换热器4，烟气余热利用换热器4出口经第十四阀门26与第一热网加热器11入口连通；
其中，低温过热器3和烟气余热利用换热器4作用在于充分利用余热锅炉内烟气余热，降低排烟的热损失，提高烟气余热的利用率，从而进一步提高了整个系统的热使用率。
在本发明的实施例中，高压旁路依次设有第一可调阀门13和高压旁路减温器29，中压旁路依次设有第四可调阀门16、中压旁路减温器30和第九阀门21。
在本发明的实施例中，中压旁路减温器30出口和第九阀门21入口之间管路并联设有蓄热管路311，蓄热管路311包括蓄热装置10以及分别设置在蓄热装置10进口和出口的第七阀门19和第八阀门20，蓄热装置10进口和出口分别通过第十阀门22和第十一阀门23与第一热网加热器11连通；
其中，蓄热装置的作用在于，当电网用电负荷高、供热负荷低时，将机组多余的热量通过蓄热装置储存起来，当电力负荷较低时，蓄热装置可将储存的热量释放给热网系统，充分发挥供热系统的灵活性，从而降低机组发电负荷。
本发明的联合循环机组灵活性调峰系统的运行方法，包括：
当机组供热需求小、无需调峰时：发电机8的3S离合器啮合，机组以抽凝方式运行，开启第二阀门14、第五阀门17、第十二阀门24、第十三阀门25，关闭其余阀门，高温过热器1出口蒸汽全部进入汽轮机高压缸5；再热器2出口蒸汽全部进入汽轮机中压缸6，汽轮机中压缸6出口蒸汽进入汽轮机低压缸7，同时抽取一部分蒸汽进入第二热网加热器12；
当机组供热需求大、无需调峰时：发电机8的3S离合器解锁，机组以背压方式运行，开启第二阀门14、第五阀门17、第十三阀门25，关闭其余阀门，高温过热器1出口蒸汽全部进入汽轮机高压缸5；再热器2出口蒸汽全部进入汽轮机中压缸6，汽轮机中压缸6出口蒸汽全部进入第二热网加热器12；
当机组供热需求小、需要调峰时：发电机8的3S离合器解锁，机组以背压方式运行，开启第一可调阀门13、第二可调阀门15、第四可调阀门16、第六可调阀门18、第七阀门19、第八阀门20、第十三阀门25、第十四阀门26、第十五阀门27，关闭其余阀门，高温过热器1出口蒸汽一部分经高压旁路减温器29进入再热器2，另一部分进入汽轮机高压缸5；再热器2出口蒸汽一部分进入汽轮机中压缸6，另一部分经中压减温器30后进入蓄热装置10，部分热网回水经阀门27进入烟气余热利用换热器4，此时利用第一可调阀门13、第二可调阀门15、第四可调阀门16、第六可调阀门18具有可调节的特性，对控制机组进行精准的深度调幅；
当机组供热需求大、需要调峰时：发电机8的3S离合器解锁，机组以背压方式运行，开启第一可调阀门13、第二可调阀门15、第四可调阀门16、第六可调阀门18、第七阀门19、第八阀门20、第九阀门21、第十阀门22、第十一阀门23、第十三阀门25、第十四阀门26、第十五阀门27，关闭其余阀门，高温过热器1出口蒸汽一部分经高压旁路减温器29进入再热器2，另一部分进入汽轮机高压缸5；再热器2出口蒸汽一部分进入汽轮机中压缸6，另一部分经中压减温器30进入热网系统；蓄热装置10将热量经第一热网加热器11传递至热网循环水，汽轮机中压缸6出口蒸汽全部进入第一热网加热器11，部分热网回水经阀门27进入烟气余热利用换热器4，此时利用第一可调阀门13、第二可调阀门15、第四可调阀门16、第六可调阀门18具有可调节的特性，对控制机组进行精准的深度调幅，此时，联合循环机组可充分发挥供热能力与深度调峰能力。
以上所述是本发明实施例的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进、润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统，包括汽轮机高压缸(5)、汽轮机中压缸(6)、汽轮机低压缸(7)、余热锅炉(28)，燃气轮机排放的高温烟气进入所述余热锅炉(28)，所述余热锅炉(28)内设有高温过热器(1)和再热器(2)，所述高温烟气依次通过所述高温过热器(1)和再热器(2)；
所述高温过热器(1)蒸汽出口分为原高压主蒸汽管路(111)和高压旁路(112)，所述原高压主蒸汽管路(111)与所述汽轮机高压缸(5)入口连通，所述汽轮机高压缸(5)出口与所述再热器(2)入口连通，所述高压旁路(112)与所述再热器(2)入口连通；
所述再热器(2)蒸汽出口分为原中压主蒸汽管路(211)和中压旁路(212)，所述原中压主蒸汽管路(211)与所述汽轮机中压缸(6)入口连通，所述汽轮机中压缸(6)出口分别与所述汽轮机低压缸(7)入口和热网加热器连通，所述中压旁路(212)与第二热网加热器(12)连通；
其特征在于，所述高温过热器(1)出口和所述再热器(2)出口分别设有新增高压主蒸汽管路(113)和新增中压主蒸汽管路(213)，所述新增高压主蒸汽管路(113)和新增中压主蒸汽管路(213)分别与原高压主蒸汽管路(111)和原中压主蒸汽管路(211)并联，且新增高压主蒸汽管路(113)和新增中压主蒸汽管路(213)的蒸汽管道直径小于原高压主蒸汽管道和原中压主蒸汽管道的直径，通过新增高、中压主蒸汽管路，在高、低旁路运行时，充分发挥蒸汽轮机深调峰能力的同时，进一步提高联合循环机组的灵活性调峰的精度。
2.根据权利要求1所述旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统，其特征在于，所述新增高压主蒸汽管路和新增中压主蒸汽管路分别设有第三可调阀门(15)和第六可调阀门(18)。
3.根据权利要求1或2所述旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统，其特征在于，所述余热锅炉(28)内还设有低温过热器(3)和烟气余热利用换热器(4)，所述高温烟气依次通过所述高温过热器(1)、再热器(2)、低温过热器(3)和烟气余热利用换热器(4)；
所述低温过热器(3)蒸汽出口与所述汽轮机中压缸(6)出口汇合后，分为两路，其中第一路经第十二阀门(24)与汽轮机低压缸(7)入口连通，第二路经第十三阀门(25)与第二热网加热器(12)入口连通；
热网回水经第十五阀门(27)进入所述烟气余热利用换热器(4)，所述烟气余热利用换热器(4)出口经第十四阀门(26)与第一热网加热器(11)入口连通。
4.根据权利要求1所述旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统，其特征在于，所述高压旁路依次设有第一可调阀门(13)和高压旁路减温器(29)，所述中压旁路依次设有第四可调阀门(16)、中压旁路减温器(30)和第九阀门(21)。
5.根据权利要求4所述旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统，其特征在于，所述中压旁路减温器(30)出口和所述第九阀门(21)入口之间管路并联设有蓄热管路(311)，所述蓄热管路(311)包括蓄热装置(10)以及分别设置在所述蓄热装置(10)进口和出口的第七阀门(19)和第八阀门(20)。
6.根据权利要求5所述旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统，其特征在于，所述蓄热装置(10)进口和出口分别通过第十阀门(22)和第十一阀门(23)与所述第一热网加热器(11)连通。
7.根据权利要求6所述旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统，其特征在于，所述原高压主蒸汽管路(111)设有第二阀门(14)，所述原中压主蒸汽管路(211)设有第五阀门(17)。
8.旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统的运行方法，其特征在于，基于权利要求7所述的旁路与蓄热耦合的联合循环机组灵活调峰系统，包括：
当机组供热需求小、无需调峰时：3S离合器啮合，机组以抽凝方式运行，开启所述第二阀门(14)、第五阀门(17)、第十二阀门(24)、第十三阀门(25)，关闭其余阀门，所述高温过热器(1)出口蒸汽全部进入所述汽轮机高压缸(5)；所述再热器(2)出口蒸汽全部进入所述汽轮机中压缸(6)，所述汽轮机中压缸(6)出口蒸汽进入所述汽轮机低压缸(7)，同时抽取一部分蒸汽进入所述第二热网加热器(12)；
当机组供热需求大、无需调峰时：3S离合器解锁，机组以背压方式运行，开启第二阀门(14)、第五阀门(17)、第十三阀门(25)，关闭其余阀门，所述高温过热器(1)出口蒸汽全部进入所述汽轮机高压缸(5)；所述再热器(2)出口蒸汽全部进入所述汽轮机中压缸(6)，所述汽轮机中压缸(6)出口蒸汽全部进入所述第二热网加热器(12)；
当机组供热需求小、需要调峰时：3S离合器解锁，机组以背压方式运行，开启所述第一可调阀门(13)、第二可调阀门(15)、第四可调阀门(16)、第六可调阀门(18)、第七阀门(19)、第八阀门(20)、第十三阀门(25)、第十四阀门(26)、第十五阀门(27)，关闭其余阀门，所述高温过热器(1)出口蒸汽一部分经所述高压旁路减温器(29)进入所述再热器(2)，另一部分进入所述汽轮机高压缸(5)；所述再热器(2)出口蒸汽一部分进入所述汽轮机中压缸(6)，另一部分经所述中压减温器(30)后进入所述蓄热装置(10)，部分热网回水经所述阀门(27)进入所述烟气余热利用换热器(4)；
当机组供热需求大、需要调峰时：3S离合器解锁，机组以背压方式运行，开启所述第一可调阀门(13)、第二可调阀门(15)、第四可调阀门(16)、第六可调阀门(18)、第七阀门(19)、第八阀门(20)、第九阀门(21)、第十阀门(22)、第十一阀门(23)、第十三阀门(25)、第十四阀门(26)、第十五阀门(27)，关闭其余阀门，所述高温过热器(1)出口蒸汽一部分经所述高压旁路减温器(29)进入所述再热器(2)，另一部分进入所述汽轮机高压缸(5)；所述再热器(2)出口蒸汽一部分进入所述汽轮机中压缸(6)，另一部分经所述中压减温器(30)进入热网系统；所述蓄热装置(10)将热量经所述第一热网加热器(11)传递至热网循环水，所述汽轮机中压缸(6)出口蒸汽全部进入所述第一热网加热器(11)，部分热网回水经所述阀门(27)进入所述烟气余热利用换热器(4)。
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