CN116104646A - 一种热力系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种热力系统及其工作方法。该热力系统包括：煤机子系统，包括锅炉和旋转设备；燃机子系统，包括燃气透平、压气机和燃烧室，得到燃气透平、所述压气机和所述旋转设备依次同轴连接，所述压气机的低压端用于进入空气，高压端用于与所述燃烧室连接，所述燃烧室用于燃烧驱动燃料，所述燃烧室的出口端与所述燃气透平的高压端连接，以利用燃烧所述驱动燃料产生的烟气带动所述燃气透平旋转，使得所述燃气透平带动所述旋转设备旋转，所述燃气透平的低压端与所述锅炉连接，以使所述燃气透平排出的烟气通入所述锅炉中。本发明的方案能够解决传统的煤机的旋转设备驱动的问题。

Description

一种热力系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种热力系统及其工作方法。

背景技术

现有煤机(即燃煤机组，以下简称煤机)的旋转设备(例如泵、风机等)一般与主发电机或汽轮机同轴连接，通过主发电机或汽轮机来驱动旋转设备旋转并控制其转速。

然而，如果采用主发电机驱动，则需要消耗电力，增加了厂用电网的负荷，增加了电厂的厂用电率，减少对外的售电量；如果采用汽轮机驱动，则需要配套相应的汽水系统，这会导致整个轴系系统的结构更加复杂，而且启动速度和响应速度均会变慢。

因此，目前亟待需要提供一种热力系统及其工作方法来解决传统的煤机的旋转设备驱动的问题。

发明内容

本发明一个或多个实施例描述了一种热力系统及其工作方法，能够解决传统的煤机的旋转设备驱动的问题。

第一方面，本说明一个实施例提供了一种热力系统，包括：

煤机子系统，包括锅炉和旋转设备；

燃机子系统，包括燃气透平、压气机和燃烧室，得到燃气透平、所述压气机和所述旋转设备依次同轴连接，所述压气机的低压端用于进入空气，高压端用于与所述燃烧室连接，所述燃烧室用于燃烧驱动燃料，所述燃烧室的出口端与所述燃气透平的高压端连接，以利用燃烧所述驱动燃料产生的烟气带动所述燃气透平旋转，使得所述燃气透平带动所述旋转设备旋转，所述燃气透平的低压端与所述锅炉连接，以使所述燃气透平排出的烟气通入所述锅炉中。

根据上述实施例，所述旋转设备包括泵和风机。

根据上述实施例，所述燃烧室的入口端设置有用于对驱动燃料进行预热的预热器。

根据上述实施例，所述燃机子系统还包括烟囱，所述烟囱设置于所述燃气透平和所述锅炉之间。

根据上述实施例，所述燃机子系统还包括次发电机和变流器，所述次发电机与所述旋转设备同轴连接，所述次发电机产生的电能通过所述变流器转换为电网同频的工频电流。

根据上述实施例，所述煤机子系统还包括与所述锅炉连接的汽轮机组和与所述汽轮机组连接的主发电机，所述煤机子系统的供电煤耗是通过如下方式进行计算的：

式中，q为包含n台发电机发电量的机组热耗，kJ/kWh；W₁为第1台发电机出力，MW；W₂为第2台发电机出力，MW；W_n为第n台发电机出力，MW；η_g为锅炉效率，％；η_gd为管道效率，％；W_c为所述汽轮机组在100％额定出力时的厂用电计算负荷，MW；b_gn为供电煤耗，g/kWh。

根据上述实施例，如果有m台(m＜n)发电机发电量产生机组热耗，则：

式中，q'为包含m台发电机发电量的机组热耗，kJ/kWh。

根据上述实施例，所述燃机子系统的燃机类型包括内燃机、轻型燃机、工业燃机和航改燃机。

根据上述实施例，在(0＜W₁≤5)∪(0＜W₂≤35)∪(P-P₀＞k)时，所述燃机子系统的燃机类型为内燃机；

在(0＜W₁≤5)∪(35＜W₂≤100)∪(P-P₀＞k)时，所述燃机子系统的燃机类型为轻型燃机；

在(W₁≥5)∪(35＜W₂≤100)∪(P-P₀＞k)时，所述燃机子系统的燃机类型为航改燃机；

在(W₁≥5)∪(35＜W₂≤100)∪(P-P₀＜k)时，所述燃机子系统的燃机类型为工业燃机；

式中，W₁表示所述旋转设备需要的轴功率，MW；W₂表示所述煤机子系统的汽轮机组的铭牌出力，MW；P表示驱动燃料的到厂压力，P₀表示预设的压力，k表示预设的阈值。

第二方面，本说明一个实施例提供了一种热力系统的工作方法，应用于上述实施例所述的热力系统，所述方法包括：

将驱动燃料通入所述燃烧室中，以及将空气经所述压气机通入所述燃烧室中，以在所述燃烧室内燃烧所述驱动燃料；

将燃烧所述驱动燃料产生的烟气带动所述燃气透平旋转，使得所述燃气透平带动所述旋转设备旋转；

将所述燃气透平排出的烟气通入所述锅炉中，以利用所述煤机子系统的脱硫装置和脱硝装置对所述烟气进行净化。

根据本发明实施例提供的热力系统及其工作方法，采用燃机作为拖动设备来驱动煤机的旋转设备，可以大大简化热力系统，并具备旋转设备迅速启停的功能。同时，燃机燃烧驱动燃料产生的烟气可以直接排入煤机的锅炉，以与锅炉产生的高温烟气共同加热煤机的热力系统。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据一个实施例的热力系统的结构示意图。

附图标记：

1-煤机子系统；

11-锅炉；

12-旋转设备；

13-汽轮机组；

14-主发电机；

2-燃机子系统；

21-燃气透平；

22-压气机；

23-燃烧室；

24-预热器；

25-烟囱；

26-次发电机；

27-变流器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了根据一个实施例的热力系统的结构示意图。如图1所示，该热力系统包括煤机子系统1和燃机子系统2，其中:

煤机子系统1，包括锅炉11和旋转设备12；

燃机子系统2，包括燃气透平21、压气机22和燃烧室23，得到燃气透平21、压气机22和旋转设备12依次同轴连接，压气机22的低压端用于进入空气，高压端用于与燃烧室23连接，燃烧室23用于燃烧驱动燃料，燃烧室23的出口端与燃气透平21的高压端连接，以利用燃烧驱动燃料产生的烟气带动燃气透平21旋转，使得燃气透平21带动旋转设备12旋转，燃气透平21的低压端与锅炉11连接，以使燃气透平21排出的烟气通入锅炉11中。

在本实施例中，采用燃机作为拖动设备来驱动煤机的旋转设备，可以大大简化热力系统，并具备旋转设备迅速启停的功能。同时，燃机燃烧驱动燃料产生的烟气可以直接排入煤机的锅炉，以与锅炉产生的高温烟气共同加热煤机的热力系统。

在一些实施方式中，燃机(即为燃气透平21、压气机22和燃烧室23三部分的合称)的驱动燃料可以是重油、轻油或天然气中的一种或多种，燃机的高温烟气可以排至煤机的锅炉中，与锅炉产生的高温烟气共同加热燃煤机组的热力系统。其中，燃机的冷却水等辅助系统可以与煤机共用。

在本发明一个实施例中，旋转设备12包括泵和风机。

在本发明一个实施例中，燃烧室23的入口端设置有用于对驱动燃料进行预热的预热器24，如此可以提高燃烧室23中驱动燃料的初始温度，以有利于驱动燃料的燃烧。

在本发明一个实施例中，燃机子系统2还包括烟囱25，烟囱25设置于燃气透平21和锅炉11之间。在煤机启动或停机阶段，燃机产生的高温烟气可以通过自身配套的烟囱25排入大气；在煤机正常运行阶段，由燃机产生的高温烟气通过单独的烟道接入锅炉11，并利用煤机的脱硫装置和脱硝装置将烟气进行净化。

在本发明一个实施例中，燃机子系统2还包括次发电机26和变流器27，次发电机26与旋转设备12同轴连接，次发电机26产生的电能通过变流器27转换为电网同频的工频电流。

在本实施例中，通过在燃机的轴系上增设一个高速小发电机(即次发电机26)，通过该小发电机将轴系多余的轴功率变为电能输出，可以避免燃机低负荷运行时机组效率降低，使得燃机一直维持在高效的工况下运行，并进一步降低的厂用电率。高速小发电机所发出的电通过变流器27转换为电网同频的工频电流后，可以通过变压器送至电网外送，也可以通过厂用变压器供厂内用电设备使用。在正常运行时，燃机满负荷运行，拖动同轴的旋转设备12和次发电机26转动。依靠次发电机26的输出功率调整整个轴系的转速，进而调整旋转设备12转速，调整其出力。但当次发电机26或变流器27故障时，可以使次发电机26解列空转，燃机切换为采用降低燃机出力的方式控制轴系的转速。

可以理解的是，发电机的功率＝π*扭矩*转速，π是不变的，调阀全开的小汽轮机输出功率也是不可控制的，发电机的输出功率与攻角有关，与转速没有直接关系。如此，小发电机就可以通过控制调节攻角进而调节需要的扭矩去调节整个轴系的转速。

现有供电煤耗计算以《大中型火力发电厂设计规范》(GB 50660-2011)的附录A中规定的纯凝机组的设计供电标准煤耗率为准，公式如下：

式中，b_gn为供电煤耗，g/kWh；b_fn为发电煤耗，g/kWh；ζ_ap为厂用电率，％。

现有计算方法仅适用于含有一个发电机的热力系统供电煤耗计算，针对目前双机回热以及其他含有多个发电机的热力系统，采用《大中型火力发电厂设计规范》中的供电煤耗公式计算会出现偏差。因此需要发明一个适用于含有多个发电机的热力系统供电煤耗计算公式。

由于本发明中涉及含有多个小发电机的热力系统，对于含有多台发电机的机组设计供电标准煤耗率的计算应考虑多个发电机给热力系统带来的影响。该影响需要同时从机组输入能量和输出能量考虑。首先需要确认机组热耗中包含发电机的个数，再将其换算为包含所有发电机发电量的机组热耗，最后进行供电煤耗计算。

在本发明一个实施例中，煤机子系统1还包括与锅炉11连接的汽轮机组13和与汽轮机组13连接的主发电机14，煤机子系统1的供电煤耗是通过如下方式进行计算的：

式中，q为包含n台发电机发电量的机组热耗，kJ/kWh；W₁为第1台发电机出力，MW；W₂为第2台发电机出力，MW；W_n为第n台发电机出力，MW；η_g为锅炉11效率，％；η_gd为管道效率，％；W_c为汽轮机组13在100％额定出力时的厂用电计算负荷，MW；b_gn为供电煤耗，g/kWh。

其中机组热耗q、q'由汽轮机厂通过热平衡计算得到，锅炉效率η_g由锅炉厂计算得到，锅炉的热负荷Q_b通过管道传递，汽轮机从管道获得热耗量Q₀，则管道热效率η_gd为：

在本发明一个实施例中，如果有m台(m＜n)发电机发电量产生机组热耗，则：

式中，q'为包含m台发电机发电量的机组热耗，kJ/kWh。

在本发明一个实施例中，燃机子系统2的燃机类型包括内燃机、轻型燃机、工业燃机和航改燃机。其中，燃机若为内燃机，产生的缸套水等副产品可以进入煤机的热力系统，以进一步提升煤机的效率。

在正常运行时，将驱动燃料送入燃机，拖动煤机的旋转设备12，燃机的选型根据旋转设备12需要的轴功率选取。

在本发明一个实施例中，在(0＜W₁≤5)∪(0＜W₂≤35)∪(P-P₀＞k)时，燃机子系统2的燃机类型为内燃机；

在(0＜W₁≤5)∪(35＜W₂≤100)∪(P-P₀＞k)时，燃机子系统2的燃机类型为轻型燃机；

在(W₁≥5)∪(35＜W₂≤100)∪(P-P₀＞k)时，燃机子系统2的燃机类型为航改燃机；

在(W₁≥5)∪(35＜W₂≤100)∪(P-P₀＜k)时，燃机子系统2的燃机类型为工业燃机；

式中，W₁表示旋转设备12需要的轴功率，MW；W₂表示煤机子系统1的汽轮机组13的铭牌出力，MW；P表示驱动燃料的到厂压力，P₀表示预设的压力，k表示预设的阈值。

此外，本发明实施例还提供了一种热力系统的工作方法，应用于上述任一项实施例中的热力系统，该方法包括：

将驱动燃料通入燃烧室23中，以及将空气经压气机22通入燃烧室23中，以在燃烧室23内燃烧驱动燃料；

将燃烧驱动燃料产生的烟气带动燃气透平21旋转，使得燃气透平21带动旋转设备12旋转；

将燃气透平21排出的烟气通入锅炉11中，以利用煤机子系统1的脱硫装置和脱硝装置对烟气进行净化。

可以理解的是，本发明实施例提供的热力系统的工作方法和上述实施例提供的热力系统是基于相同的发明构思，因此二者具有相同的有益效果，在此对热力系统的工作方法的有益效果不进行赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种热力系统，其特征在于，包括：

煤机子系统，包括锅炉和旋转设备；

燃机子系统，包括燃气透平、压气机和燃烧室，得到燃气透平、所述压气机和所述旋转设备依次同轴连接，所述压气机的低压端用于进入空气，高压端用于与所述燃烧室连接，所述燃烧室用于燃烧驱动燃料，所述燃烧室的出口端与所述燃气透平的高压端连接，以利用燃烧所述驱动燃料产生的烟气带动所述燃气透平旋转，使得所述燃气透平带动所述旋转设备旋转，所述燃气透平的低压端与所述锅炉连接，以使所述燃气透平排出的烟气通入所述锅炉中。

2.根据权利要求1所述的热力系统，其特征在于，所述旋转设备包括泵和风机。

3.根据权利要求1所述的热力系统，其特征在于，所述燃烧室的入口端设置有用于对驱动燃料进行预热的预热器。

4.根据权利要求1所述的热力系统，其特征在于，所述燃机子系统还包括烟囱，所述烟囱设置于所述燃气透平和所述锅炉之间。

5.根据权利要求1所述的热力系统，其特征在于，所述燃机子系统还包括次发电机和变流器，所述次发电机与所述旋转设备同轴连接，所述次发电机产生的电能通过所述变流器转换为电网同频的工频电流。

6.根据权利要求5所述的热力系统，其特征在于，所述煤机子系统还包括与所述锅炉连接的汽轮机组和与所述汽轮机组连接的主发电机，所述煤机子系统的供电煤耗是通过如下方式进行计算的：

式中，q为包含n台发电机发电量的机组热耗，kJ/kWh；W₁为第1台发电机出力，MW；W₂为第2台发电机出力，MW；W_n为第n台发电机出力，MW；η_g为锅炉效率，％；η_gd为管道效率，％；W_c为所述汽轮机组在100％额定出力时的厂用电计算负荷，MW；b_gn为供电煤耗，g/kWh。

7.根据权利要求6所述的热力系统，其特征在于，如果有m台(m＜n)发电机发电量产生机组热耗，则：

式中，q'为包含m台发电机发电量的机组热耗，kJ/kWh。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的热力系统，其特征在于，所述燃机子系统的燃机类型包括内燃机、轻型燃机、工业燃机和航改燃机。

9.根据权利要求8所述的热力系统，其特征在于，在(0＜W₁≤5)∪(0＜W₂≤35)∪(P-P₀＞k)时，所述燃机子系统的燃机类型为内燃机；

在(0＜W₁≤5)∪(35＜W₂≤100)∪(P-P₀＞k)时，所述燃机子系统的燃机类型为轻型燃机；

在(W₁≥5)∪(35＜W₂≤100)∪(P-P₀＞k)时，所述燃机子系统的燃机类型为航改燃机；

在(W₁≥5)∪(35＜W₂≤100)∪(P-P₀＜k)时，所述燃机子系统的燃机类型为工业燃机；

式中，W₁表示所述旋转设备需要的轴功率，MW；W₂表示所述煤机子系统的汽轮机组的铭牌出力，MW；P表示驱动燃料的到厂压力，P₀表示预设的压力，k表示预设的阈值。

10.一种热力系统的工作方法，其特征在于，应用于如权利要求1-9中任一项所述的热力系统，所述方法包括：

将驱动燃料通入所述燃烧室中，以及将空气经所述压气机通入所述燃烧室中，以在所述燃烧室内燃烧所述驱动燃料；

将燃烧所述驱动燃料产生的烟气带动所述燃气透平旋转，使得所述燃气透平带动所述旋转设备旋转；

将所述燃气透平排出的烟气通入所述锅炉中，以利用所述煤机子系统的脱硫装置和脱硝装置对所述烟气进行净化。

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