CN114659087B - 燃煤机组高温再热蓄热热电协同深度调峰系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高温再热蓄热的燃煤机组热电协同深度调峰系统及方法。该系统包括汽轮机、发电机、高温再热器、蓄热器、省煤器、蓄热补水升压泵、锅炉本体等以及连接管路和附属阀门。本发明通过采用高温再热器和蓄热器的方法，实现了在深度调峰过程中，通过蓄热增大锅炉的主蒸汽循环量来提高锅炉负荷，保证锅炉机组在安全经济性负荷下运行，同时富余的循环蒸汽流量一方面作为热源加热蓄热器进行热能存储，另一方面增加蓄热器的抽汽供热量满足热用户需求；在热电高峰过程中，通过蓄热补水来增大蓄热器抽汽供热量，保证汽轮机在指令负荷下循环蒸汽需求量的同时，补充供热，满足热用户的热需求。

Description

燃煤机组高温再热蓄热热电协同深度调峰系统及方法

技术领域

本发明涉及燃煤机组调峰过程和蓄热技术，尤其涉及一种基于高温再热蓄热的燃煤机组热电协同深度调峰系统及方法。

背景技术

近年来，随着我国经济社会的发展，用电需求日益增加，为满足用电负荷以及负荷峰值的增长，火电装机容量也持续增加，使得负荷的尖峰化特性更加显著，电量负荷的峰谷差值不断拉大，导致大量火电机组需要进行调峰。同时我国的可再生能源发电技术不断发展，新能源供电机组在电网中所占的比例逐渐增大，对燃煤机组调峰能力和调峰深度的要求也逐渐提高。为了提升燃煤机组尤其是大机组参与调峰的能力，火力发电厂就必须具备深度调峰的能力。

燃煤机组进行电网深度调峰时，一般通过降低机组负荷的方法减少发电量。一方面，当锅炉的燃烧工况低于设计的最低稳定运行负荷时，炉膛的温度会急剧下降，导致煤粉的快速着火出现困难，火焰稳定性差，燃烧不完全且污染排放增加，容易发生熄火、炉膛灭火等重大安全问题，电网运行的稳定性和安全性受到挑战；另一方面，在深度调峰工况下，机组的运行参数下降，蒸汽压力和温度参数达不到供热标准，用汽企业无法进行正常生产，社会经济效益降低。因此，燃煤机组的灵活性改造迫在眉睫，在发挥主干负荷的基础上，提升燃煤发电机组的调峰灵活性，对于电网安全稳定运行具有重要意义。如何在深度调峰过程中提高锅炉系统的性能参数，保证锅炉运行效率，是燃煤机组发展过程中需要重点解决的问题。中国专利201911328772.7提出对于锅炉-汽机负荷调节系统，在其深度调峰过程中采用烟气流道调节器改变锅炉烟气的流动过程，使其依次流入调节换热器和高温过热器进行换热，经调节换热器换热后的空气流入蓄热器进行蓄热，增加了锅炉负荷，改善了锅炉在低负荷运行下能耗高、排放高、经济性差等问题，但该方法需要在锅炉本体内部增设调节换热器，系统改造成本高、难度大，且调节器一直处于高温工作环境下，对材料耐热性能的要求较高。

此外，蓄热储能方法作为调节负荷波动的一种有效技术，利用蓄热方法解决热电系统中的深度调峰问题具有一定的可行性。因此，如何利用蓄热技术，改善燃煤机组在深度调峰等运行过程中的锅炉性能成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题，提供一种基于高温再热蓄热的燃煤机组热电协同深度调峰系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于高温再热蓄热的燃煤机组热电协同深度调峰系统，其包括发电机、汽轮机、中高压出口抽汽管、高温再热器、再热蒸汽管、再热蓄热加热支路、再热蓄热入口截止阀、再热蓄热入口止回阀、蓄热器、蓄热供热蒸汽管、蓄热供热出口截止阀、蓄热供热出口止回阀、抽汽供热主路、抽汽供热出口截止阀、抽汽供热出口止回阀、热用户、蓄热补水旁路、省煤器、蓄热补水升压泵、蓄热补水截止阀、蓄热补水止回阀和锅炉本体；

发电机与汽轮机相连，汽轮机的中高压缸供热抽汽口经抽汽供热主路与热用户相连，抽汽供热主路上设有抽汽供热出口截止阀和抽汽供热出口止回阀；汽轮机的中高压缸出口再热抽汽口与中高压出口抽汽管、高温再热器和再热蒸汽管构成循环回路；再热蒸汽管上设有再热蓄热加热支路，再热蓄热加热支路与蓄热器相连，蓄热器经蓄热供热蒸汽管与抽汽供热主路相连；再热蓄热加热支路上设有再热蓄热入口截止阀和再热蓄热入口止回阀；蓄热供热蒸汽管上设有蓄热供热出口截止阀和蓄热供热出口止回阀；再热蓄热加热支路上设有蓄热补水旁路，省煤器经蓄热补水旁路与蓄热器相连，蓄热补水旁路上设有蓄热补水升压泵、蓄热补水截止阀和蓄热补水止回阀；且高温再热器和省煤器均设置于锅炉本体内并由锅炉本体提供热源；

蓄热器包括蓄热器本体、若干换热管、出口联箱、第一入口联箱、第二入口联箱、再热蒸汽入口管、蓄热补水入口管、并联旁路管、并联旁路截止阀和供热蒸汽出口管；蓄热器本体中内嵌有若干并联的换热管，一组换热管入口与第一入口联箱相连，另一组换热管入口与第二入口联箱相连，所有换热管出口均连接至出口联箱，出口联箱与供热蒸汽出口管相连；第一入口联箱入口与再热蒸汽入口管相连，第二入口联箱入口与蓄热补水入口管相连；再热蒸汽入口管与蓄热补水入口管通过并联旁路管连通，并联旁路管上设有并联旁路截止阀。

作为优选，所述燃煤机组为多锅炉燃煤机组，其包含多组并联的供热锅炉，每一组供热锅炉均包含独立的高温再热器、省煤器以及锅炉本体，各组供热锅炉中的高温再热器以并联形式连接在中高压出口抽汽管和再热蒸汽管之间，各组供热锅炉中的省煤器以并联形式连接在蓄热补水旁路上。

作为优选，所述的第一入口联箱和第二入口联箱的数量均大于等于1，且第一入口联箱和第二入口联箱连接的换热管数量允许不相等。

作为优选，所述蓄热器内置的蓄热材料为工作温区在300～500℃范围内的相变蓄热材料和显热蓄热材料中的一种或其混合物。

第二方面，本发明提供了一种利用上述第一方面中任一方案所述基于高温再热蓄热的燃煤机组热电协同深度调峰系统的负荷调节方法，其包括深度调峰工况下的蓄热协同状态和热电高峰工况下的蓄热协同状态两种工作状态：

所述深度调峰工况下的蓄热协同状态流程如下：当燃煤机组处于深度调峰工况下，汽轮机指令负荷低于锅炉安全经济性负荷时，汽轮机按照指令负荷运行，锅炉本体按照不低于安全经济性负荷运行，此时锅炉主蒸汽循环量大于汽轮机需求量，即高压缸入口循环蒸汽量大于设计工况对应负荷下的循环蒸汽量；增大通过中高压出口抽汽管从汽轮机中抽取的再热抽汽量，同时打开再热蓄热入口截止阀和蓄热供热出口截止阀，中高压出口抽汽管抽取的蒸汽经过高温再热器再热后分为两部分，一部分高温再热蒸汽经再热蒸汽管流入汽轮机的中压缸入口，另一部分高温再热蒸汽经再热蓄热加热支路流入蓄热器进行换热从而将热量存储在蓄热器中，经过蓄热器换热后排出的中温过热蒸汽经蓄热供热蒸汽管汇合至抽汽供热主路，用于向热用户供热；

所述热电高峰工况下的蓄热协同状态流程如下：当燃煤机组处于高峰工况下，汽轮机按照指令负荷运行，此时锅炉本体按照相应高负荷运行使锅炉主蒸汽循环量等于汽轮机需求量，即汽轮机的高压缸入口循环蒸汽量等于设计工况对应负荷下的循环蒸汽量；同时，在满足发电负荷工况下，汽轮机的中高压缸供热抽汽口经抽汽供热主路输出的供热负荷不能满足热用户需求时，打开蓄热补水截止阀和蓄热供热出口截止阀，蓄热补水经蓄热补水旁路进入省煤器加热后，产生的饱和水经蓄热补水旁路流入蓄热器进行再次加热，通过蓄热器加热产生的过热蒸汽经蓄热供热蒸汽管汇合至抽汽供热主路，用于向热用户补充供热，满足热用户需求。

作为优选，所述蓄热器在蓄热过程中分阶段执行不同的蓄热模式：

在蓄热初期的预热阶段，再热蓄热加热支路输入的高温再热蒸汽依次通过再热蒸汽入口管和第一入口联箱通入换热管中，从而与蓄热器本体内的蓄热材料进行换热，完成换热后排出的中温过热蒸汽通过出口联箱收集后经供热蒸汽出口管流出蓄热器；

待蓄热器本体内的蓄热材料与再热蓄热加热支路输入的高温再热蒸汽之间的温差小于预设温差阈值时，通过打开并联旁路截止阀进入下一阶段，再热蓄热加热支路输入的高温再热蒸汽分两路同时通过第一入口联箱和第二入口联箱进入换热管中，从而加热蓄热器本体内的蓄热材料，完成换热后排出的中温过热蒸汽通过出口联箱收集后经供热蒸汽出口管流出蓄热器。

作为优选，所述蓄热器在放热过程中，蓄热补水旁路输入的饱和水经蓄热补水入口管和第二入口联箱通入换热管中，从而吸收蓄热器本体内蓄热材料的热量形成中温过热蒸汽并流入出口联箱中，出口联箱内的中温过热蒸汽经供热蒸汽出口管流出蓄热器。

作为优选，所述深度调峰工况下的蓄热协同状态中，若所述燃煤机组为多锅炉燃煤机组，则其中部分锅炉允许停止运行，而其余锅炉依然在不低于安全经济性负荷下运行。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明采用高温再热器和蓄热器相结合，实现了在深度调峰过程中，通过蓄热器储热调节锅炉负荷，改善锅炉在低负荷运行下燃煤能耗高、污染排放高、火焰稳定性差、安全可靠性低、经济性差等问题。

(2)本发明提出在深度调峰工况下，当热用户热需求较高时，通过蓄热器抽汽提供供热蒸汽，从而将经蓄热器换热后的中温过热蒸汽直接供给热用户，减少汽轮机的抽汽供热量，实现了对高温蒸汽高品位热能的梯级利用，提高了燃煤机组的能量利用效率。

(3)本发明提出在高峰工况下，当热用户热需求较高时，通过蓄热补水来增大蓄热器抽汽供热量，保证汽轮机在指令负荷下循环蒸汽需求量的同时，将蓄热补水经蓄热器换热产生的中温过热蒸汽直接供给热用户，满足用户热需求，充分利用了蓄热器储存的高品位热能，提高了燃煤机组的能量利用效率。

(4)本发明系统结构简单，改造方便，投资成本低，可靠性高，经济效益明显。

附图说明

图1是一种基于高温再热蓄热的燃煤机组热电协同深度调峰系统的单机组蓄热-供热工况示意图；

图2是一种基于高温再热蓄热的燃煤机组热电协同深度调峰系统的多机组蓄热-供热工况示意图；

图3是蓄热器的内部结构示意图。

图中：发电机1、汽轮机2、中高压出口抽汽管3、高温再热器4、再热蒸汽管5、再热蓄热加热支路6、再热蓄热入口截止阀7、再热蓄热入口止回阀8、蓄热器9、蓄热供热蒸汽管10、蓄热供热出口截止阀11、蓄热供热出口止回阀12、抽汽供热主路13、抽汽供热出口截止阀14、抽汽供热出口止回阀15、热用户16、蓄热补水旁路17、省煤器18、蓄热补水升压泵19、蓄热补水截止阀20、蓄热补水止回阀21、锅炉本体22、供热蒸汽出口管90、蓄热器本体91、换热管92、出口联箱93、第一入口联箱94、第二入口联箱95、再热蒸汽入口管96、蓄热补水入口管97、并联旁路管98、并联旁路截止阀99。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步阐述和说明。

由于燃煤机组有具有单个锅炉的单机组和具有多个锅炉的多机组两种形式，因此下面分别通过不同实施例对其系统形式进行说明。

实施例1：

如图1所示，在本实施例中，提供了一种基于高温再热蓄热的燃煤单机组热电协同深度调峰系统，其包括发电机1、汽轮机2、中高压出口抽汽管3、高温再热器4、再热蒸汽管5、再热蓄热加热支路6、再热蓄热入口截止阀7、再热蓄热入口止回阀8、蓄热器9、蓄热供热蒸汽管10、蓄热供热出口截止阀11、蓄热供热出口止回阀12、抽汽供热主路13、抽汽供热出口截止阀14、抽汽供热出口止回阀15、热用户16、蓄热补水旁路17、省煤器18、蓄热补水升压泵19、蓄热补水截止阀20、蓄热补水止回阀21和锅炉本体22。

其中，发电机1与汽轮机2相连，发电机1在汽轮机2的驱动下发电，输送给电网。汽轮机2的中高压缸供热抽汽口经抽汽供热主路13与热用户16相连，抽汽供热主路13上设有抽汽供热出口截止阀14和抽汽供热出口止回阀15。汽轮机2的中高压缸出口再热抽汽口与中高压出口抽汽管3、高温再热器4和再热蒸汽管5构成循环回路，中高压出口抽汽管3从汽轮机2的中高压缸出口再热抽汽口中抽出的蒸汽经过高温再热器4再热后，重新通过再热蒸汽管5输送回汽轮机2中。再热蒸汽管5上设有再热蓄热加热支路6，再热蓄热加热支路6与蓄热器9相连，蓄热器9经蓄热供热蒸汽管10与热用户16前端的抽汽供热主路13相连。再热蓄热加热支路6上设有再热蓄热入口截止阀7和再热蓄热入口止回阀8；蓄热供热蒸汽管10上设有蓄热供热出口截止阀11和蓄热供热出口止回阀12。再热蓄热入口止回阀8与蓄热器9之间的再热蓄热加热支路6上设有蓄热补水旁路17，省煤器18经蓄热补水旁路17与蓄热器9相连，省煤器18下游的蓄热补水旁路17上设有蓄热补水升压泵19、蓄热补水截止阀20和蓄热补水止回阀21。且高温再热器4和省煤器18均设置于锅炉本体22内并由锅炉本体22提供热源。

如图3所示，蓄热器9包括蓄热器本体91、若干换热管92、出口联箱93、第一入口联箱94、第二入口联箱95、再热蒸汽入口管96、蓄热补水入口管97、并联旁路管98、并联旁路截止阀99和供热蒸汽出口管90。其中，蓄热器本体91内部填充有蓄热材料，蓄热器本体91中内嵌有若干并联的换热管92，各换热管在蓄热器本体91与蓄热材料构成换热接触，且各换热管的入口和出口均位于蓄热器本体91之外。所有的换热管92可以分为两组，一组换热管92入口与第一入口联箱94相连，另一组换热管92入口与第二入口联箱95相连，所有换热管92出口均连接至出口联箱93，出口联箱93与供热蒸汽出口管90相连。第一入口联箱94入口与再热蒸汽入口管96相连，第二入口联箱95入口与蓄热补水入口管97相连；再热蒸汽入口管96与蓄热补水入口管97通过并联旁路管98连通，并联旁路管98上设有并联旁路截止阀99。

另外，蓄热器9中的第一入口联箱94和第二入口联箱95的数量均至少为1个，当然也可以有多个，而且第一入口联箱94和第二入口联箱95连接的换热管92数量可以相等也可以不相等。设置第一入口联箱94和第二入口联箱95的目的是调节启用的换热管92数量。在蓄热器9蓄热过程中，其内部的蓄热材料温度是逐渐升高的，因此蓄热材料与换热管92内蒸汽的温差会逐渐缩小。因此，在刚开始蓄热的预热阶段，蓄热材料与换热管92内蒸汽的温差较大，此时仅启用连接第一入口联箱94的换热管92进行换热即可，以满足下游向热用户16供应的中温过热蒸汽的温度要求。而随着蓄热的进行，蓄热材料与换热管92内蒸汽的温差逐渐缩小，当缩小至一定值后可以视为完成了预热阶段，即进入下一阶段，此时可打开并联旁路截止阀99使第二入口联箱95通过蓄热补水入口管97、并联旁路管98连通再热蒸汽入口管96，因此再热蒸汽入口管96输入的蒸汽会分为两路，一路依然进入第一入口联箱94，另一路通过并联旁路管98和蓄热补水入口管97进入第二入口联箱95，由此即可启用更多的换热管92，增大换热面积，保证蓄热的效果。

在本实施例中，蓄热器9中内置的蓄热材料为工作温区在300～500℃范围内的相变蓄热材料和显热蓄热材料中的一种或其混合物，具体可根据实际需要调整，以满足蓄热功能为准。

在本实施例中，由于燃煤机组为多锅炉燃煤机组，其中的供热锅炉是独立控制运行的，因此当在调峰公开下其中部分供热锅炉允许停止运行，而其余供热锅炉依然可以在不低于安全经济性负荷下运行。

在本实施例中，在上述基于高温再热蓄热的燃煤单机组热电协同深度调峰系统的基础上，还提供了一种利用该系统的负荷调节方法，它包括深度调峰工况下的蓄热协同状态和热电高峰工况下的蓄热协同状态两种工作状态，下面分别对这两种工作状态进行介绍。

1)深度调峰工况下的蓄热协同状态流程如下：

当单锅炉燃煤机组出现深度调峰指令时，燃煤机组处于深度调峰工况下，汽轮机指令负荷低于锅炉安全经济性负荷，但低负荷下锅炉的燃煤煤耗和污染排放增加，运行和环保参数会明显恶化。因此，此时不根据锅炉-汽机系统的对应比例降低锅炉负荷，而是设定汽轮机2按照指令负荷运行，锅炉本体22按照不低于安全经济性负荷运行，此时锅炉主蒸汽循环量大于汽轮机需求量，即高压缸入口循环蒸汽量大于设计工况对应负荷下的循环蒸汽量。这种工况下，增大通过中高压出口抽汽管3从汽轮机2中抽取的再热抽汽量，同时打开再热蓄热入口截止阀7和蓄热供热出口截止阀11，中高压出口抽汽管3抽取的高温蒸汽经过高温再热器4再热后形成高温再热蒸汽，将高温再热蒸汽分为两部分，一部分高温再热蒸汽经再热蒸汽管5流入汽轮机2的中压缸入口，另一部分高温再热蒸汽经再热蓄热加热支路6流入蓄热器9进行换热从而将热量存储在蓄热器9中，经过蓄热器9换热后排出的中温过热蒸汽经蓄热供热蒸汽管10汇合至抽汽供热主路13，用于向热用户16供热。

需要注意的是，上述蓄热器9在蓄热过程中分阶段执行不同的蓄热模式：

在蓄热初期的预热阶段，再热蓄热加热支路6输入的高温再热蒸汽依次通过再热蒸汽入口管96和第一入口联箱94通入换热管92中，从而与蓄热器本体91内的蓄热材料进行换热，完成换热后排出的中温过热蒸汽通过出口联箱93收集后经供热蒸汽出口管90流出蓄热器9；

待蓄热器本体91内的蓄热材料与再热蓄热加热支路6输入的高温再热蒸汽之间的温差小于预设温差阈值时，通过打开并联旁路截止阀99进入下一阶段，再热蓄热加热支路6输入的高温再热蒸汽分两路同时通过第一入口联箱94和第二入口联箱95进入换热管92中，从而加热蓄热器本体91内的蓄热材料，完成换热后排出的中温过热蒸汽通过出口联箱93收集后经供热蒸汽出口管90流出蓄热器9。

由此，在该深度调峰工况下的蓄热协同状态流程中，通过增大锅炉的主蒸汽循环量来提高锅炉负荷，保证锅炉机组在安全经济性负荷下运行，同时富余的循环蒸汽流量一方面通过高温再热器4再热升温后作为蓄热器热源加热蓄热器9进行热能存储，另一方面通过增加蓄热器9的抽汽供热量满足热用户16需求。

2)热电高峰工况下的蓄热协同状态流程如下：

当燃煤机组处于高峰工况下，汽轮机指令负荷较高，汽轮机2按照指令负荷运行，此时锅炉本体22按照相应高负荷运行使锅炉主蒸汽循环量等于汽轮机需求量，即汽轮机2的高压缸入口循环蒸汽量等于设计工况对应负荷下的循环蒸汽量；同时，由于热用户需求较高，在满足发电负荷工况下，如果出现汽轮机2的中高压缸供热抽汽口经抽汽供热主路13输出的供热负荷不能满足热用户16需求时，需要打开蓄热补水截止阀20和蓄热供热出口截止阀11，蓄热补水经蓄热补水旁路17进入省煤器18加热后，产生的饱和水经蓄热补水旁路17流入蓄热器9进行再次加热，通过蓄热器9加热产生的过热蒸汽经蓄热供热蒸汽管10汇合至抽汽供热主路13，用于向热用户16补充供热，满足热用户需求。

需要注意的是，上述蓄热器9在放热过程中，蓄热器9内的蓄热材料已经存储有一定热能，因此将蓄热补水旁路17输入的饱和水经蓄热补水入口管97和第二入口联箱95通入换热管92中，从而吸收蓄热器本体91内蓄热材料的热量形成中温过热蒸汽并流入出口联箱93中，出口联箱93内的中温过热蒸汽经供热蒸汽出口管90流出蓄热器9。

由此，在该热电高峰工况下的蓄热协同状态流程中，通过蓄热补水来增大蓄热器抽汽供热量，保证汽轮机2在指令负荷下循环蒸汽需求量的同时，由蓄热补水经蓄热器9换热产生的中温过热蒸汽可满足热用户的热需求。

实施例2：

如图2所示，在本实施例中，提供了一种基于高温再热蓄热的燃煤多机组热电协同深度调峰系统，其包括发电机1、汽轮机2、中高压出口抽汽管3、多个高温再热器4、再热蒸汽管5、再热蓄热加热支路6、再热蓄热入口截止阀7、再热蓄热入口止回阀8、蓄热器9、蓄热供热蒸汽管10、蓄热供热出口截止阀11、蓄热供热出口止回阀12、抽汽供热主路13、抽汽供热出口截止阀14、抽汽供热出口止回阀15、热用户16、蓄热补水旁路17、多个省煤器18、蓄热补水升压泵19、蓄热补水截止阀20、蓄热补水止回阀21和多个锅炉本体22。

其中，发电机1与汽轮机2相连，发电机1在汽轮机2的驱动下发电，输送给电网。汽轮机2的中高压缸供热抽汽口经抽汽供热主路13与热用户16相连，抽汽供热主路13上设有抽汽供热出口截止阀14和抽汽供热出口止回阀15。汽轮机2的中高压缸出口再热抽汽口与中高压出口抽汽管3、高温再热器4和再热蒸汽管5构成循环回路，中高压出口抽汽管3从汽轮机2的中高压缸出口再热抽汽口中抽出的蒸汽经过高温再热器4再热后，重新通过再热蒸汽管5输送回汽轮机2中。

与实施例1不同的是，本实施例中的燃煤机组为多锅炉燃煤机组，其包含多组并联的供热锅炉，每一组供热锅炉均包含独立的高温再热器4、省煤器18以及锅炉本体22，各组供热锅炉中的高温再热器4均以并联形式连接在中高压出口抽汽管3和再热蒸汽管5之间。每一个锅炉本体22中的高温再热器4和省煤器18均由所在的锅炉本体22提供热源。各供热锅炉可独立控制运行或停运。供热锅炉的具体组数可根据实际调整，本实施例中设置为3组。

再热蒸汽管5上设有再热蓄热加热支路6，再热蓄热加热支路6与蓄热器9相连，蓄热器9经蓄热供热蒸汽管10与热用户16前端的抽汽供热主路13相连。再热蓄热加热支路6上设有再热蓄热入口截止阀7和再热蓄热入口止回阀8；蓄热供热蒸汽管10上设有蓄热供热出口截止阀11和蓄热供热出口止回阀12。再热蓄热入口止回阀8与蓄热器9之间的再热蓄热加热支路6上设有蓄热补水旁路17。省煤器18经蓄热补水旁路17与蓄热器9相连。省煤器18下游的蓄热补水旁路17上设有蓄热补水升压泵19、蓄热补水截止阀20和蓄热补水止回阀21。同样的，由于省煤器18也有多个，所以各组供热锅炉中的省煤器18都以并联形式连接在蓄热补水旁路17上，即穿过各省煤器18后的各蓄热补水旁路17汇合连接至蓄热补水升压泵19上。

如图3所示，蓄热器9包括蓄热器本体91、若干换热管92、出口联箱93、第一入口联箱94、第二入口联箱95、再热蒸汽入口管96、蓄热补水入口管97、并联旁路管98、并联旁路截止阀99和供热蒸汽出口管90。其中，蓄热器本体91内部填充有蓄热材料，蓄热器本体91中内嵌有若干并联的换热管92，各换热管在蓄热器本体91与蓄热材料构成换热接触，且各换热管的入口和出口均位于蓄热器本体91之外。所有的换热管92可以分为两组，一组换热管92入口与第一入口联箱94相连，另一组换热管92入口与第二入口联箱95相连，所有换热管92出口均连接至出口联箱93，出口联箱93与供热蒸汽出口管90相连。第一入口联箱94入口与再热蒸汽入口管96相连，第二入口联箱95入口与蓄热补水入口管97相连；再热蒸汽入口管96与蓄热补水入口管97通过并联旁路管98连通，并联旁路管98上设有并联旁路截止阀99。

另外，蓄热器9中的第一入口联箱94和第二入口联箱95的数量均至少为1个，当然也可以有多个，而且第一入口联箱94和第二入口联箱95连接的换热管92数量可以相等也可以不相等。设置第一入口联箱94和第二入口联箱95的目的是调节启用的换热管92数量。在蓄热器9蓄热过程中，其内部的蓄热材料温度是逐渐升高的，因此蓄热材料与换热管92内蒸汽的温差会逐渐缩小。因此，在刚开始蓄热的预热阶段，蓄热材料与换热管92内蒸汽的温差较大，此时仅启用连接第一入口联箱94的换热管92进行换热即可，以满足下游向热用户16供应的中温过热蒸汽的温度要求。而随着蓄热的进行，蓄热材料与换热管92内蒸汽的温差逐渐缩小，当缩小至一定值后可以视为完成了预热阶段，即进入下一阶段，此时可打开并联旁路截止阀99使第二入口联箱95通过蓄热补水入口管97、并联旁路管98连通再热蒸汽入口管96，因此再热蒸汽入口管96输入的蒸汽会分为两路，一路依然进入第一入口联箱94，另一路通过并联旁路管98和蓄热补水入口管97进入第二入口联箱95，由此即可启用更多的换热管92，增大换热面积，保证蓄热的效果。

本发明中，蓄热器9中内置的蓄热材料为工作温区在300～500℃范围内的相变蓄热材料和显热蓄热材料中的一种或其混合物，具体可根据实际需要调整，以满足蓄热功能为准。

在本实施例中，在上述基于高温再热蓄热的燃煤多机组热电协同深度调峰系统的基础上，还提供了一种利用该系统的负荷调节方法，它包括深度调峰工况下的蓄热协同状态和热电高峰工况下的蓄热协同状态两种工作状态，下面分别对这两种工作状态进行介绍。

1)深度调峰工况下的蓄热协同状态流程如下：

当多锅炉燃煤机组出现深度调峰指令时，燃煤机组处于深度调峰工况下，汽轮机指令负荷低于锅炉安全经济性负荷，但低负荷下锅炉的燃煤煤耗和污染排放增加，运行和环保参数会明显恶化。因此，此时不根据锅炉-汽机系统的对应比例降低锅炉负荷，而是设定汽轮机2按照指令负荷运行，锅炉本体22按照不低于安全经济性负荷运行。为了便于描述，假定本实施例中汽轮机在指令负荷下运行时单个锅炉本体22的负荷为A，单个锅炉安全经济性运行负荷为B，且A和B满足条件3A<2B。此时锅炉主蒸汽总循环量大于汽轮机需求量，即高压缸入口循环蒸汽量大于设计工况对应负荷下的循环蒸汽量。在保证汽轮机指令负荷稳定的条件下，本实施例可通过控制各锅炉22的启停和蓄热器9的储热，使得锅炉系统依然能在高于汽轮机指令负荷对应的锅炉本体22负荷A的工况下，即锅炉本体22依然在安全经济性运行负荷B下运行。本实施例中具有3个锅炉本体22，常规工况下3个锅炉本体22均正常运行，但在深度调峰工况中可设置一个锅炉22停止运行，其余两个锅炉22正常运行。这种做法下，可继续增大通过中高压出口抽汽管3从汽轮机2中抽取的再热抽汽量，同时打开再热蓄热入口截止阀7和蓄热供热出口截止阀11，中高压出口抽汽管3抽取的高温蒸汽经过高温再热器4再热后形成高温再热蒸汽，将高温再热蒸汽分为两部分，一部分高温再热蒸汽经再热蒸汽管5流入汽轮机2的中压缸入口，另一部分高温再热蒸汽经再热蓄热加热支路6流入蓄热器9进行换热从而将高品位热量存储在蓄热器9中，经过蓄热器9换热后排出的中温过热蒸汽经蓄热供热蒸汽管10汇合至抽汽供热主路13，用于向热用户16供热。

需要注意的是，上述蓄热器9在蓄热过程中分阶段执行不同的蓄热模式：

在蓄热初期的预热阶段，再热蓄热加热支路6输入的高温再热蒸汽依次通过再热蒸汽入口管96和第一入口联箱94通入换热管92中，从而与蓄热器本体91内的蓄热材料进行换热，完成换热后排出的中温过热蒸汽通过出口联箱93收集后经供热蒸汽出口管90流出蓄热器9；

待蓄热器本体91内的蓄热材料与再热蓄热加热支路6输入的高温再热蒸汽之间的温差小于预设温差阈值时，通过打开并联旁路截止阀99进入下一阶段，再热蓄热加热支路6输入的高温再热蒸汽分两路同时通过第一入口联箱94和第二入口联箱95进入换热管92中，从而加热蓄热器本体91内的蓄热材料，完成换热后排出的中温过热蒸汽通过出口联箱93收集后经供热蒸汽出口管90流出蓄热器9。

由此，上述流程中在汽轮机负荷保持不变时，关停其中一个锅炉22，将其余两个锅炉22的负荷设为B，那么蓄热器9内储存的富余热能为2B-3A。结合蓄热器9的储热过程，锅炉对汽机负荷变化的调节弹性增大，锅炉效率提高。当汽轮机负荷提升时，关闭再热蓄热入口截止阀7，启动关停的锅炉22，使再热抽汽可分别进入不同的高温再热器4换热，换热后的高温蒸汽全部流入汽轮机2做功。蓄热调节过程完成，锅炉即可进入常规工况运行。

由此可见，在该深度调峰工况下的蓄热协同状态流程中，通过增大锅炉的主蒸汽循环量来提高锅炉负荷，保证锅炉机组在安全经济性负荷下运行，同时富余的循环蒸汽流量一方面通过高温再热器4再热升温后作为蓄热器热源加热蓄热器9进行热能存储，另一方面通过增加蓄热器9的抽汽供热量满足热用户16需求。

当然，在本实施例中，深度调峰工况下具体启用和停用的锅炉数量可以根据实际进行调整，并不做限制。

2)热电高峰工况下的蓄热协同状态流程如下：

当燃煤机组处于高峰工况下，汽轮机指令负荷较高，汽轮机2按照指令负荷运行，此时锅炉本体22按照相应高负荷运行使锅炉主蒸汽总循环量等于汽轮机需求量，即汽轮机2的高压缸入口循环蒸汽量等于设计工况对应负荷下的循环蒸汽量。具体启用的锅炉本体22数量可根据实际调整，以满足汽轮机2所需的蒸汽需求量为准。经中高压出口抽汽母管3抽出的蒸汽进入各启用的高温再热器4中进行加热，再热后的高温再热蒸汽经再热蒸汽母管5汇合后流入汽轮机2。同时，由于热用户需求较高，在满足发电负荷工况下，如果出现汽轮机2的中高压缸供热抽汽口经抽汽供热主路13输出的供热负荷不能满足热用户16需求时，需要打开蓄热补水截止阀20和蓄热供热出口截止阀11，蓄热补水经蓄热补水旁路17进入省煤器18加热后，产生的饱和水经蓄热补水旁路17流入蓄热器9进行再次加热，通过蓄热器9加热产生的过热蒸汽经蓄热供热蒸汽管10汇合至抽汽供热主路13，用于向热用户16补充供热，满足热用户需求。

需要注意的是，上述蓄热器9在放热过程中，蓄热器9内的蓄热材料已经存储有一定高品位热能2B-3A，因此将蓄热补水旁路17输入的饱和水经蓄热补水入口管97和第二入口联箱95通入换热管92中，从而吸收蓄热器本体91内蓄热材料的热量形成中温过热蒸汽并流入出口联箱93中，出口联箱93内的中温过热蒸汽经供热蒸汽出口管90流出蓄热器9。

由此，在该热电高峰工况下的蓄热协同状态流程中，通过蓄热补水来增大蓄热器抽汽供热量，保证汽轮机2在指令负荷下循环蒸汽需求量的同时，由蓄热补水经蓄热器9换热产生的中温过热蒸汽可满足热用户的热需求。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于高温再热蓄热的燃煤机组热电协同深度调峰系统，其特征在于包括发电机(1)、汽轮机(2)、中高压出口抽汽管(3)、高温再热器(4)、再热蒸汽管(5)、再热蓄热加热支路(6)、再热蓄热入口截止阀(7)、再热蓄热入口止回阀(8)、蓄热器(9)、蓄热供热蒸汽管(10)、蓄热供热出口截止阀(11)、蓄热供热出口止回阀(12)、抽汽供热主路(13)、抽汽供热出口截止阀(14)、抽汽供热出口止回阀(15)、热用户(16)、蓄热补水旁路(17)、省煤器(18)、蓄热补水升压泵(19)、蓄热补水截止阀(20)、蓄热补水止回阀(21)和锅炉本体(22)；

发电机(1)与汽轮机(2)相连，汽轮机(2)的中高压缸供热抽汽口经抽汽供热主路(13)与热用户(16)相连，抽汽供热主路(13)上设有抽汽供热出口截止阀(14)和抽汽供热出口止回阀(15)；汽轮机(2)的中高压缸出口再热抽汽口与中高压出口抽汽管(3)、高温再热器(4)和再热蒸汽管(5)构成循环回路；再热蒸汽管(5)上设有再热蓄热加热支路(6)，再热蓄热加热支路(6)与蓄热器(9)相连，蓄热器(9)经蓄热供热蒸汽管(10)与抽汽供热主路(13)相连；再热蓄热加热支路(6)上设有再热蓄热入口截止阀(7)和再热蓄热入口止回阀(8)；蓄热供热蒸汽管(10)上设有蓄热供热出口截止阀(11)和蓄热供热出口止回阀(12)；再热蓄热加热支路(6)上设有蓄热补水旁路(17)，省煤器(18)经蓄热补水旁路(17)与蓄热器(9)相连，蓄热补水旁路(17)上设有蓄热补水升压泵(19)、蓄热补水截止阀(20)和蓄热补水止回阀(21)；且高温再热器(4)和省煤器(18)均设置于锅炉本体(22)内并由锅炉本体(22)提供热源；

蓄热器(9)包括蓄热器本体(91)、若干换热管(92)、出口联箱(93)、第一入口联箱(94)、第二入口联箱(95)、再热蒸汽入口管(96)、蓄热补水入口管(97)、并联旁路管(98)、并联旁路截止阀(99)和供热蒸汽出口管(90)；蓄热器本体(91)中内嵌有若干并联的换热管(92)，一组换热管(92)入口与第一入口联箱(94)相连，另一组换热管(92)入口与第二入口联箱(95)相连，所有换热管(92)出口均连接至出口联箱(93)，出口联箱(93)与供热蒸汽出口管(90)相连；第一入口联箱(94)入口与再热蒸汽入口管(96)相连，第二入口联箱(95)入口与蓄热补水入口管(97)相连；再热蒸汽入口管(96)与蓄热补水入口管(97)通过并联旁路管(98)连通，并联旁路管(98)上设有并联旁路截止阀(99)。

2.根据权利要求1所述的一种基于高温再热蓄热的燃煤机组热电协同深度调峰系统，其特征在于所述燃煤机组为多锅炉燃煤机组，其包含多组并联的供热锅炉，每一组供热锅炉均包含独立的高温再热器(4)、省煤器(18)以及锅炉本体(22)，各组供热锅炉中的高温再热器(4)以并联形式连接在中高压出口抽汽管(3)和再热蒸汽管(5)之间，各组供热锅炉中的省煤器(18)以并联形式连接在蓄热补水旁路(17)上。

3.根据权利要求1所述的一种基于高温再热蓄热的燃煤机组热电协同深度调峰系统，其特征在于所述的第一入口联箱(94)和第二入口联箱(95)的数量均大于等于1，且第一入口联箱(94)和第二入口联箱(95)连接的换热管(92)数量允许不相等。

4.根据权利要求1所述的一种基于高温再热蓄热的燃煤机组热电协同深度调峰系统，其特征在于所述蓄热器(9)内置的蓄热材料为工作温区在300～500℃范围内的相变蓄热材料和显热蓄热材料中的一种或其混合物。

5.一种利用如权利要求1～4任一所述基于高温再热蓄热的燃煤机组热电协同深度调峰系统的负荷调节方法，其特征在于包括深度调峰工况下的蓄热协同状态和热电高峰工况下的蓄热协同状态两种工作状态：

所述深度调峰工况下的蓄热协同状态流程如下：当燃煤机组处于深度调峰工况下，汽轮机指令负荷低于锅炉安全经济性负荷时，汽轮机(2)按照指令负荷运行，锅炉本体(22)按照不低于安全经济性负荷运行，此时锅炉主蒸汽循环量大于汽轮机需求量，即高压缸入口循环蒸汽量大于设计工况对应负荷下的循环蒸汽量；增大通过中高压出口抽汽管(3)从汽轮机(2)中抽取的再热抽汽量，同时打开再热蓄热入口截止阀(7)和蓄热供热出口截止阀(11)，中高压出口抽汽管(3)抽取的蒸汽经过高温再热器(4)再热后分为两部分，一部分高温再热蒸汽经再热蒸汽管(5)流入汽轮机(2)的中压缸入口，另一部分高温再热蒸汽经再热蓄热加热支路(6)流入蓄热器(9)进行换热从而将热量存储在蓄热器(9)中，经过蓄热器(9)换热后排出的中温过热蒸汽经蓄热供热蒸汽管(10)汇合至抽汽供热主路(13)，用于向热用户(16)供热；

所述热电高峰工况下的蓄热协同状态流程如下：当燃煤机组处于高峰工况下，汽轮机(2)按照指令负荷运行，此时锅炉本体(22)按照相应高负荷运行使锅炉主蒸汽循环量等于汽轮机需求量，即汽轮机(2)的高压缸入口循环蒸汽量等于设计工况对应负荷下的循环蒸汽量；同时，在满足发电负荷工况下，汽轮机(2)的中高压缸供热抽汽口经抽汽供热主路(13)输出的供热负荷不能满足热用户(16)需求时，打开蓄热补水截止阀(20)和蓄热供热出口截止阀(11)，蓄热补水经蓄热补水旁路(17)进入省煤器(18)加热后，产生的饱和水经蓄热补水旁路(17)流入蓄热器(9)进行再次加热，通过蓄热器(9)加热产生的过热蒸汽经蓄热供热蒸汽管(10)汇合至抽汽供热主路(13)，用于向热用户(16)补充供热，满足热用户需求。

6.根据权利要求5所述的负荷调节方法，其特征在于，所述蓄热器(9)在蓄热过程中分阶段执行不同的蓄热模式：

在蓄热初期的预热阶段，再热蓄热加热支路(6)输入的高温再热蒸汽依次通过再热蒸汽入口管(96)和第一入口联箱(94)通入换热管(92)中，从而与蓄热器本体(91)内的蓄热材料进行换热，完成换热后排出的中温过热蒸汽通过出口联箱(93)收集后经供热蒸汽出口管(90)流出蓄热器(9)；

待蓄热器本体(91)内的蓄热材料与再热蓄热加热支路(6)输入的高温再热蒸汽之间的温差小于预设温差阈值时，通过打开并联旁路截止阀(99)进入下一阶段，再热蓄热加热支路(6)输入的高温再热蒸汽分两路同时通过第一入口联箱(94)和第二入口联箱(95)进入换热管(92)中，从而加热蓄热器本体(91)内的蓄热材料，完成换热后排出的中温过热蒸汽通过出口联箱(93)收集后经供热蒸汽出口管(90)流出蓄热器(9)。

7.根据权利要求5所述的负荷调节方法，其特征在于，所述蓄热器(9)在放热过程中，蓄热补水旁路(17)输入的饱和水经蓄热补水入口管(97)和第二入口联箱(95)通入换热管(92)中，从而吸收蓄热器本体(91)内蓄热材料的热量形成中温过热蒸汽并流入出口联箱(93)中，出口联箱(93)内的中温过热蒸汽经供热蒸汽出口管(90)流出蓄热器(9)。

8.根据权利要求5所述的负荷调节方法，其特征在于，所述深度调峰工况下的蓄热协同状态中，若所述燃煤机组为多锅炉燃煤机组，则其中部分锅炉允许停止运行，而其余锅炉依然在不低于安全经济性负荷下运行。

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