CN117028968A - 一种提高火电机组负荷响应速度的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种提高火电机组负荷响应速度的系统和方法，系统包括火电机组；其包括锅炉、汽轮机组和发电机；汽轮机组包括分别与所发电机连接的高压缸、中压缸、低压缸；高温高压主蒸汽进入高压缸产生的冷再蒸汽通入锅炉形成热再蒸汽；热再蒸汽通入中压缸；中压缸的出口蒸汽连接低压缸；旁路调节组件包括储汽罐，储汽罐的第一入口与锅炉连接，其出口与低压缸连接，在不同工况下将热再蒸汽存储或将热再蒸汽输至低压缸做功发电。本申请利用蒸汽为介质进行短时充放热，无须增加换热装置，热力设备少，运行维护简单易控，能在火电机组需要快速升降负荷时提高对电网调度指令的响应速度。
Description
技术领域
本申请涉及火力发电技术领域，尤其涉及一种提高火电机组负荷响应速度的系统和方法。
背景技术
目前风能、太阳能等可再生能源逐年迅猛发展，但可再生能源具有不稳定的固有属性，加之用电量逐年攀升，电网用电峰谷差日益增大，为保证电网安全运行，火电机组的调频、调峰任务日益增重，提高火电机组运行灵活性是当前火电机组升级改造的主要方向。
通过新建储能装置能有效提高火电机组的调频、调峰能力，但现阶段还缺乏一种价格低廉、运行维护简单、安全性高、使用寿命长的储能技术。商业化储能技术主要包括电化学电池和储热技术，储热技术一般可分为显热、潜热和热化学储热等三类，显热储热介质以水、导热油、熔盐、混凝土、砾石等为代表，潜热储热介质以蒸汽、相变材料等为代表，热化学储热介质主要是氧化镁、氧化铁、金属氢化物等一些能进行吸热/放热化学反应的物质。
目前，显热和潜热储热技术发展较为成熟，热化学储热技术处于商业应用初期。蒸汽储热技术成本低，介质兼容性优良，但是由于水的饱和蒸汽压随温度升高，受制于高温高压条件蒸汽储能密度较低，大规模存储蒸汽时储罐投资成本非常高。火电机组以水蒸汽为发电工质，利用蒸汽储热耦合火电机组同样存在着不可替代的优越性，攻克利用蒸汽储热提高机组运行灵活性难题能产生巨大的经济价值，因此如何提出一种提高火电机组负荷响应速度的系统和方法，能提高现有火电机组的负荷响应速度，提高机组运行灵活性是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种提高火电机组负荷响应速度的系统和方法，利用蒸汽为介质进行短时充放热，无须增加换热装置，热力设备少，运行维护简单易控，能在火电机组需要快速升降负荷时提高对电网调度指令的响应速度。
为达到上述目的，本申请提出的一种提高火电机组负荷响应速度的系统，包括
火电机组；其包括锅炉、汽轮机组和发电机；高压给水进入所述锅炉产生高温高压主蒸汽后进入所述汽轮机组带动所述发电机发电；所述汽轮机组做功后的乏汽冷却为液体，在升压升温后输至所述锅炉；所述汽轮机组包括分别与所发电机连接的高压缸、中压缸、低压缸；高温高压主蒸汽进入所述高压缸产生的冷再蒸汽通入所述锅炉形成热再蒸汽；所述热再蒸汽通入所述中压缸；所述中压缸的出口蒸汽连接所述低压缸；以及
旁路调节组件，其包括储汽罐，所述储汽罐的第一入口与所述锅炉连接，其出口与所述低压缸连接，在不同工况下将所述热再蒸汽存储或将所述热再蒸汽输至所述低压缸做功发电。
在一些实施例中，所述旁路调节组件还包括混合引射器，在所述热再蒸汽输至所述低压缸做功发电时，用以防止所述热再蒸汽逆流至所述中压缸。
在一些实施例中，所述混合引射器的入口分别连接所述储汽罐和所述中压缸的出口；所述混合引射器的出口连接所述低压缸的入口；所述热再蒸汽和所述中压缸的输出蒸汽在所述混合引射器混合后进入所述低压缸。
在一些实施例中，所述旁路调节组件还包括蒸汽温度调节组件；用于调节所述储汽罐输出的所述热再蒸汽的温度。
在一些实施例中，所述蒸汽温度调节组件包括设置在所述储汽罐内的电加热器以及与所述储汽罐的第二入口连接，用于输送所述高压给水的管路。
在一些实施例中，所述火电机组还包括辅助组件；所述辅助组件包括根据低压缸输出所述乏汽的流通方向依次连接的凝汽器、凝结水泵和回热器，用于将所述乏汽冷却为液体，并升压升温后生成所述高压给水并输至所述锅炉。
在一些实施例中，所述回热器输出的所述高压给水通过减压阀组减压后通入所述储汽罐的第二入口。
本申请根据第二个方面还提出了一种提高火电机组负荷响应速度的方法，利用上述任一实施例中所述的系统，包括：
储热工况：火电机组需要快速降低发电负荷时，将热再蒸汽部分通入储汽罐；当所述火电机组的延迟结束能准确响应调度降负荷指令时，所述储汽罐停止输入所述热再蒸汽；
放热工况：所述火电机组需要快速提升发电负荷时，所述储汽罐输出所述热再蒸汽至低压缸，当所述火电机组的延迟结束能准确响应调度升负荷指令时，所述储汽罐停止输出所述热再蒸汽。
在一些实施例中，当所述储汽罐内所述热再蒸汽的储量低于设置值时且所述火电机组无降负荷指令时，将热再蒸汽部分通入所述储汽罐。
在一些实施例中，放热工况时，所述储汽罐输出所述热再蒸汽与所述中压缸的输出蒸汽在混合引射器混合后进入所述低压缸；并通过蒸汽温度调节组件对所述储汽罐输出的所述热再蒸汽的温度进行调节。
和现有技术相比较，本申请具备如下优点：
本申请利用蒸汽储热提高火电机组短时升降负荷响应速度，储热介质成本低、与火电机组兼容性好、响应时间短，无须增加换热装置，热力设备少，运行维护简单易控，能有效解决调度指令下达与火电机组延迟结束之间的负荷响应问题；此外本申请中设置混合引射器，在混合引射器内，利用中压缸的出口蒸汽引射储汽罐出口的热再蒸汽，防止储汽罐释放的热再蒸汽压力过高逆流至中压缸内，导致中压缸损坏，因此本申请混合引射器的设置能防止储汽罐出口蒸汽逆流进入中压缸的安全风险。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请一实施例提出的提高火电机组负荷响应速度系统的结构示意图；
图2是本申请一实施例提出的提高火电机组负荷响应速度系统的结构示意图；
图3是本申请一实施例提出的提高火电机组负荷响应速度系统的结构示意图；
图4是本申请一实施例提出的提高火电机组负荷响应速度的方法流程图。
图中，1、锅炉；2、高压缸；3、中压缸；4、低压缸；5、凝汽器；6、发电机；7、凝结水泵；8、减压阀组；9、储汽阀组；10、电加热器；11、储汽罐；12、放汽阀组；13、混合引射器；14、旁路阀组。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
参见图1为达到上述目的，本申请提出一种提高火电机组负荷响应速度的系统，包括火电机组和旁路调节组件；其中火电机组包括锅炉1、汽轮机组和发电机6；高压给水进入锅炉1产生高温高压主蒸汽后进入汽轮机组带动发电机6发电；汽轮机组做功后的乏汽冷却为液体，在升压升温后输至锅炉1；汽轮机组包括分别与所发电机6连接的高压缸2、中压缸3、低压缸4；高温高压主蒸汽进入高压缸2产生的冷再蒸汽通入锅炉1形成热再蒸汽；热再蒸汽通入中压缸3；中压缸3的出口蒸汽连接低压缸4。
换言之，其中本实施例中的火电机组为本领域中的现有火电机组，包括锅炉1、汽轮机组和发电机6；汽轮机组包括分别与所发电机6连接的高压缸2、中压缸3、低压缸4，锅炉1产生的蒸汽进入高压缸2、中压缸3、低压缸4中做功带动发电机6发电。在本实施例中高压给水通过锅炉1的进水口进入锅炉1吸热产生的高温高压主蒸汽；锅炉1包括输出高温高压主蒸汽的第一出口，锅炉1的第一出口连接高压缸2的入口，高温高压主蒸汽进入高压缸2作功后排出冷再蒸汽，其中高压缸2的出口连接锅炉1的进气口，将冷再蒸汽输至锅炉1内吸热形成热再蒸汽，热再蒸汽通过锅炉1的第二出口输出，锅炉1的第二出口连接中压缸3的入口，中压缸3的出口蒸汽通过其出口进入低压缸4的入口，低压缸4做功后的乏汽输出，并通过低压缸4的出口连接的辅助组件用于将乏汽冷却为液体，并升压升温后生成高压给水并输至锅炉1。其中辅助组件包括根据低压缸4输出乏汽的流通方向依次连接的凝汽器5、凝结水泵7和回热器，乏汽经凝汽器5冷却凝结为液体后，经凝结水泵7升压后进入回热器吸热升温，最终形成高压给水重新进入锅炉1吸热。
旁路调节组件包括储汽罐11，储汽罐11的第一入口与锅炉1连接，其出口与低压缸4连接，在不同工况下将热再蒸汽存储或将热再蒸汽输至低压缸4做功发电。
特殊的是本申请中包括旁路调节组件，旁路调节组件包括用于蒸汽储热的储汽罐11，其中储汽罐11上设置有第一入口，其与锅炉1的第二出口通过管路连接，该管路上设置储汽阀组9，通过储汽阀组9打开用于将锅炉1内产生的热再蒸汽存入储汽罐11内。同时储汽罐11的出口与低压缸4的入口通过管路连接，该管路上设置放汽阀组12，通过放汽阀组12打开用于将存入的热再蒸汽输出至低压缸4，实现在不同工况下将热再蒸汽存储，快速降低火电机组发电功率或将热再蒸汽输至低压缸4做功发电快速升高火电机组发电功率。
储热工况下火电机组需要快速降低发电负荷时，将热再蒸汽部分通入储汽罐11；当火电机组的延迟结束能准确响应调度降负荷指令时，储汽罐11停止输入热再蒸汽；放热工况下，火电机组需要快速提升发电负荷时，储汽罐11输出热再蒸汽至低压缸4，当火电机组的延迟结束能准确响应调度升负荷指令时，储汽罐11停止输出热再蒸汽。因此本实施例利用蒸汽为介质进行短时充放热，无须增加换热装置，热力设备少，运行维护简单易控，能在火电机组需要快速升降负荷时提高对电网调度指令的响应速度。
在一些实施例中，旁路调节组件还包括混合引射器13，在热再蒸汽输至低压缸4做功发电时，用以防止热再蒸汽逆流至中压缸3。
其中旁路调节组件还包括混合引射器13如图2所示，混合引射器13设置在储汽罐11的出口与低压缸4的入口之间的管路上，且根据热再蒸汽的流通方向，混合引射器13位于放汽阀组12的下游，在热再蒸汽输至低压缸4做功发电时，用以防止热再蒸汽逆流至中压缸3。示例的如图所示，混合引射器13的入口分别连接放汽阀组12的出口和中压缸3的出口；混合引射器13的入口分和中压缸3的出口之间设置旁路阀组14，通过旁路阀组14打开用于将中压缸3的出口蒸汽部分引入混合引射器13，中压缸3的出口蒸汽与储汽罐11释放的热再蒸汽混合后，通过混合引射器13的出口连接低压缸4的入口进入低压缸4作功，中压缸3输出的另一部分直接进入低压缸4作功。本申请中通过混合引射器13利用中压缸3的出口蒸汽引射储汽罐11输出的热再蒸汽，防止储汽罐11释放的蒸汽压力过高逆流至中压缸3内，导致中压缸3损坏。
在一些实施例中，旁路调节组件还包括蒸汽温度调节组件；用于调节储汽罐11输出的热再蒸汽的温度。
其中，旁路调节组件还包括蒸汽温度调节组件如图3所示，蒸汽温度调节组件包括设置在储汽罐11内的电加热器10以及与储汽罐11的第二入口连接用于输送高压给水的管路，其中该管路上设置减压阀组8，回热器输出的高压给水可分别通过减压阀组8减压后通入储汽罐11的第二入口，以及输出至储汽罐11。本实施例中储汽罐11内热再蒸汽的过热度需要根据低压缸4的进汽参数进行调整，当热再蒸汽的过热度超过设计阈值时，部分高压给水通过减压阀组8减压进入储汽罐11中，随热再蒸汽进行冷却降温，当热再蒸汽的过热度低于设计阈值时，开启电加热器10，对热再蒸汽的进行加热升温。
本申请根据第二个方面还提出了一种提高火电机组负荷响应速度的方法，利用上述任一实施例中的系统如图4所示，包括：
S1:储热工况：火电机组需要快速降低发电负荷时，将热再蒸汽部分通入储汽罐11；当火电机组的延迟结束能准确响应调度降负荷指令时，储汽罐11停止输入热再蒸汽；
S2:放热工况：火电机组需要快速提升发电负荷时，储汽罐11输出热再蒸汽至低压缸4，当火电机组的延迟结束能准确响应调度升负荷指令时，储汽罐11停止输出热再蒸汽。
其中，储热工况中：火电机组根据调度指令需要快速降低发电负荷时，开启储汽阀组9，部分热再蒸汽进入储汽罐11中，中压缸3和低压缸4因作功蒸汽量迅速减少引起火电机组发电功率快速降低，当火电机组延迟结束能准确响应调度降负荷指令时，关闭储汽阀组9。此外当储汽罐11内蒸汽储量较少而火电机组无降负荷指令时，也可以开启储汽阀组9对储汽罐11进行充热。
放热工况时，旁路阀组14常开状态，火电机组根据调度指令需要快速提升发电负荷时，开启放汽阀组12，低压缸4因作功蒸汽量迅速增加引起发电机6发电功率快速升高，当发电机6延迟结束能准确响应调度升负荷指令时，关闭混合引射器13。此外当混合引射器13开启后，储汽罐11中的热再蒸汽经减温、减压后进入混合引射器13，中压缸3的出口蒸汽经旁路阀组14进入混合引射器13引射储汽罐11出口的热再蒸汽，正常运行时放汽阀组12后蒸汽压力与旁路阀组14后的蒸汽压力保持在同一水平，利用混合引射器13能够防止异常运行时储汽罐11出口的热再蒸汽压力过高逆流进入中压缸3。储汽罐11内热再蒸汽过热度需要根据低压缸4的进汽参数进行调整，即通过蒸汽温度调节组件对储汽罐11输出的热再蒸汽的温度进行调节，例如当热再蒸汽的过热度超过设计阈值时，部分高压给水通过减压阀组8减压进入储汽罐11中，随热再蒸汽进行冷却降温，当热再蒸汽的过热度低于设计阈值时，开启电加热器10，对热再蒸汽的进行加热升温。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的至少一个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种提高火电机组负荷响应速度的系统，其特征在于，包括
火电机组；其包括锅炉、汽轮机组和发电机；高压给水进入所述锅炉产生高温高压主蒸汽后进入所述汽轮机组带动所述发电机发电；所述汽轮机组做功后的乏汽冷却为液体，在升压升温后输至所述锅炉；所述汽轮机组包括分别与所发电机连接的高压缸、中压缸、低压缸；高温高压主蒸汽进入所述高压缸产生的冷再蒸汽通入所述锅炉形成热再蒸汽；所述热再蒸汽通入所述中压缸；所述中压缸的出口蒸汽连接所述低压缸；以及
旁路调节组件，其包括储汽罐，所述储汽罐的第一入口与所述锅炉连接，其出口与所述低压缸连接，在不同工况下将所述热再蒸汽存储或将所述热再蒸汽输至所述低压缸做功发电。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述旁路调节组件还包括混合引射器，在所述热再蒸汽输至所述低压缸做功发电时，用以防止所述热再蒸汽逆流至所述中压缸。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述混合引射器的入口分别连接所述储汽罐和所述中压缸的出口；所述混合引射器的出口连接所述低压缸的入口；所述热再蒸汽和所述中压缸的输出蒸汽在所述混合引射器混合后进入所述低压缸。
4.根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，所述旁路调节组件还包括蒸汽温度调节组件；用于调节所述储汽罐输出的所述热再蒸汽的温度。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述蒸汽温度调节组件包括设置在所述储汽罐内的电加热器以及与所述储汽罐的第二入口连接，用于输送所述高压给水的管路。
6.根据权利要求1-3任一所述的系统，其特征在于，所述火电机组还包括辅助组件；所述辅助组件包括根据低压缸输出所述乏汽的流通方向依次连接的凝汽器、凝结水泵和回热器，用于将所述乏汽冷却为液体，并升压升温后生成所述高压给水并输至所述锅炉。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述回热器输出的所述高压给水通过减压阀组减压后通入所述储汽罐的第二入口。
8.一种提高火电机组负荷响应速度的方法，其特征在于，利用权利要求1-7中任一所述的系统，包括：
储热工况：火电机组需要快速降低发电负荷时，将热再蒸汽部分通入储汽罐；当所述火电机组的延迟结束能准确响应调度降负荷指令时，所述储汽罐停止输入所述热再蒸汽；
放热工况：所述火电机组需要快速提升发电负荷时，所述储汽罐输出所述热再蒸汽至低压缸，当所述火电机组的延迟结束能准确响应调度升负荷指令时，所述储汽罐停止输出所述热再蒸汽。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当所述储汽罐内所述热再蒸汽的储量低于设置值时且所述火电机组无降负荷指令时，将热再蒸汽部分通入所述储汽罐。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，放热工况时，所述储汽罐输出所述热再蒸汽与所述中压缸的输出蒸汽在混合引射器混合后进入所述低压缸；并通过蒸汽温度调节组件对所述储汽罐输出的所述热再蒸汽的温度进行调节。
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