CN206386990U - 固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，包括主接线系统、电蓄热系统、热网循环水系统、汽轮机抽汽系统，电蓄热系统在电厂出线母线上新增一个间隔，与降压变压器连接，降压变压器另一端与电蓄热装置供电母线连接，一个或多个电蓄热装置连接到电蓄热母线上；在热网循环水系统的供水侧管道或回水侧管道设置分支管道，与所述电蓄热装置连接；热网循环水系统上设置汽动循环水泵，与背压式汽轮机连接。利用驱动循环水泵汽轮机的乏汽余热加热热网循环水，增大机组的供热能力；利用固体蓄热电锅炉吸收消纳风电资源，增加供电厂供热能力，提高火电机组的深度调峰能力。

Description

固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统

技术领域

本实用新型涉及电力调峰领域，尤其涉及火力发电机组利用固体电蓄热装置与汽动循环水泵参与深度调峰。

背景技术

近年来，在中国三北地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电及核电等新能源的能力不足，弃风弃光现象严重；而热电联产机组采用“以热定电”方式运行，调峰能力仅为10%左右，调峰困难已经成为目前电网运行最为突出的问题。如果电网调峰与火电机组供热之间的矛盾处理不好，可能影响居民冬季供暖安全，关系民生。为了满足电网调峰需求，以及电厂在激烈竞争中的生存需要，深度调峰势在必行。

申请号为CN201610528383.9的中国专利，公布了一种带有蓄热装置的热电联产机组及其调峰方法，热电联产机组包括汽轮机、热网加热器、蓄热装置、热网循环水泵，蓄热装置采用相变材料斜温层蓄热罐及其调节系统，放置在热网加热器后，热网加热器部分出水作为蓄热热源。在机组参与调峰产热量变化时，通过启闭阀门，改变蓄热装置的工作状态。当机组产热量大时通过热网加热器供热，蓄热装置蓄热；当产热量少时，蓄热装置放热，替代热网加热器部分抽汽加热热网回水，与热网加热器出水混合后送往热力站。本专利虽利用了蓄热装置进行热电联产机组调峰，但是汽轮机余热没有充分利用，对热能和电能的利用不够充分，供热面积小，无法满足供热需求较大地区居民的供热需求，深度调峰效果欠佳。

实用新型内容

为了提高火电机组的灵活性，解决目前存在的较大弃风弃光现象的问题，本实用新型将固体电蓄热装置和背压机驱动热网循环水泵技术结合起来，采用背压机乏汽的热量，加热热网循环水回水，利用电蓄热装置或热网首站进一步加热热网循环水，向城市外网供热，实现能源梯级利用，降低厂用电率。既能保证市政供热能力，又能够满足电网的深度调峰。

本实用新型解决前述技术问题所采用的技术方案是：一种固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，包括主接线系统、电蓄热系统、热网循环水系统、汽轮机抽汽系统，电蓄热系统在电厂出线母线上新增一个间隔，与降压变压器连接，降压变压器另一端与电蓄热装置供电母线连接，一个或多个电蓄热装置连接到供电母线上；在热网循环水系统的供水侧管道或回水侧管道设置分支管道，与所述电蓄热装置连接；所述热网循环水系统上设置汽动循环水泵，与背压式汽轮机连接，背压式汽轮机为汽动循环水泵提供汽源，背压式汽轮机乏汽余热对热网循环水进行加热。汽动循环水泵是热电企业向热用户输送供热介质的动力来源，也是热电企业供暖期间厂用电消耗的主要辅机之一。北方部分严寒地区供暖时间可长达半年，且在此期间设备不停运转，因此热网汽动循环水泵耗能总量较大。采用背压式汽轮机驱动汽动循环水，既可回收背压式汽轮机热量，又能降低厂用电率，而且汽动循环水泵转速可调，更便于热网循环水流量调整，丰富了系统供热调节方式。

优选的是，所述电蓄热装置包括固体式电蓄热装置。

上述任一方案优选的是，所述固体式电蓄热装置包括固体式电蓄热锅炉。固体式电蓄热锅炉有足够大的蓄能系统，可以在夜间，用电低谷的时间段进行储能，而在白天，进行供暖、供能，这一优点同时解决了供暖和风电低谷消纳的问题。固体式电蓄热调峰装置具有高电压、大功率、可蓄热的特点。

上述任一方案优选的是，所述电蓄热装置依实际工程需要配套设置GIS开关设备或母线开关设备。

上述任一方案优选的是，所述固体式电蓄热装置电压等级范围10~66kV。

上述任一方案优选的是，所述固体式电蓄热装置功率范围10~100MW。

上述任一方案优选的是，新增间隔、降压变压器、GIS开关设备、电蓄热装置之间依实际工程需要采用钢芯铝绞线或电缆连接。

上述任一方案优选的是，所述热网循环水系统包括热网供水管道、热网回水管道、背压式汽轮机、汽动循环水泵、热网前置加热器、热网加热器、阀门及其连接管道。

上述任一方案优选的是，电蓄热装置与热网前置加热器之间为串联或并联。

上述任一方案优选的是，电蓄热装置与热网前置加热器串联时，热网循环水系统供水侧管道设置分支管道与所述电蓄热装置连接，由热用户端热网回水管道回流的水经过汽动循环水泵增压，流经热网前置加热器一级加热后，部分或全部循环水进入热网加热器进行二级加热，之后循环水直接流经热网供水管道输送给用户，或者部分或全部进入电蓄热装置进行三级加热后经热网供水管道输送给用户。

上述任一方案优选的是，电蓄热装置与热网前置加热器并联时，热网循环水系统回水侧管道设置分支管道与所述电蓄热装置连接，热网循环水经过汽动循环水泵增压后，一定比例的循环水进入热网前置加热器加热，其余部分进入电蓄热装置加热，最后部分或全部循环水进入热网加热器加热后经热网供水管道供给至热用户。

上述任一方案优选的是，所述主接线系统包括第一发电机、第二发电机、变压器、电厂出线母线、第一出线、第二出线及连接电网。

上述任一方案优选的是，所述汽轮机抽汽系统包括汽轮机及其进出汽管道。采用汽轮机抽汽供热，一方面可以利用高效率的锅炉生产高品质的蒸汽，大幅度提高燃料的利用率，减少污染排放；另一方面，机组采用抽汽对外供热，可以避免这部分蒸汽在凝汽器内的冷源损失，改善机组循环效率，降低机组煤耗率，使机组节能降耗的一条重要途径。

上述任一方案优选的是，所述汽轮机出汽管道的一个分支与热网加热器连接，输送蒸汽为热网加热器加热，另一个分支与背压式汽轮机连接，为背压式汽轮机提供汽源。

本实用新型中，固体式电蓄热装置也可替换为液体式电蓄热装置，形成固体式电蓄热系统、液体式电蓄热系统或者液体式和固体式电蓄热混合系统。固体式电蓄热系统包括一个或多个固体式电蓄热装置及其连接电网，固体式电蓄热系统指采用固体式电蓄热系统进行深度调峰的设备和系统，主要以固体式电蓄热锅炉为主要设备，以固体作为蓄热体进行电能和热能转换。液体式电蓄热系统包括一个或多个液体式电蓄热装置及其连接电网，液体式电蓄热系统指仅采用液体式热水蓄热系统进行深度调峰的设备和系统，主要以电极式热水锅炉为主要设备，以水作为蓄热体和工质进行电能和热能转换。液体式和固体式电蓄热混合系统包括液体式电蓄热装置、固体式电蓄热装置及其连接电网，该系统采用电极式热水蓄热系统和固体式电蓄热系统相结合的系统进行深度调峰，此系统的核心设备为电极式热水锅炉和固体式电蓄热锅炉。此系统主要综合考虑了两种电锅炉各自的优点，电极式固体电蓄热锅炉电压变化平滑，对电网冲击小，而固体电蓄热锅炉蓄热能力大，占地面积小的特点。

目前每套固体电蓄热装置内部是由多组电阻丝采用串并联方式组成电加热组，该电加热组作为一个启停单元同时启同时停，启停容量最大可达到100MW，对电网造成很大的冲击，影响电网的安全运行。鉴于此种情况，本发明中采用如下几种方式解决此问题。

1、采用斜坡升压软起动器。该软起动器的主要构成是串接于电源与电蓄热装置之间的三相反并联高压晶闸管及其电子控制电路。通过控制软起动器控制其内部晶闸管的导通角，使电蓄热装置输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至升高到额定电压后起动结束。通过软启动器的逐步调压来降低电蓄热装置接入电网的冲击。

2、采用串接可变电阻降压启动方式。在电源与固体电蓄热装置之间串接一套可变电阻启动柜，该可变电阻柜可以是热变电阻或液体电阻。在固体电蓄热装置接入电网时，按预定设置阻值，无级平滑调节可变电阻的阻值，直至阻值接近为0后起动结束，从而使固体电蓄热装置的输入电压不断增加，直至达到额定电压，从而避免全压启动对电网的冲击。

本实用新型的有益效果是：

1）本实用新型综合了固体电蓄热装置以及汽动循环水泵的优势，解决区域内电能和热能的能源需求不平衡问题，对供热需求较大地区提供更多热量，增大供热面积，同时由于电蓄热锅炉技术可实现机组深度调峰，供热电厂在0～50%的负荷之间运行，为新能源提供上网空间。

2) 电蓄热设备可以作为应急备用热源，提高供热的可靠性。

3）最大限度地为新能源提供上网空间，有效缓解可再生能源消纳困境。

4）随着调峰服务费、峰谷电价等政策的逐步落实，具有广阔的市场发展空间。

5）汽动循环水泵利用背压机余热，进一步提高了机组热经济性。

附图说明

图1 为按照本实用新型的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统的一串联加热系统的优选实施例的示意图。

图2为按照本实用新型的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统的一并联加热系统的优选实施例的示意图。

图示说明：

1-降压变压器，2-电蓄热母线，3-电蓄热装置，4-热网供水管道，5-热网回水管道，6-背压式汽轮机，7-汽动循环水泵，8-热网前置加热器，9-热网加热器，10-阀门，11-汽轮机，12-第二发电机，13-第一发电机，14-第一出线，15-第二出线，16-电厂出线母线，17-电蓄热系统，18-热网循环水系统，19-主接线系统，20-汽轮机抽汽系统。

具体实施方式

为了更进一步了解本实用新型的发明内容，下面将结合具体实施例对本实用新型作更为详细的描述，实施例只对本实用新型具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本实用新型的基础上作出的非实质性修改，都应属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，包括主接线系统19、电蓄热系统17、热网循环水系统18、汽轮机抽汽系统19，电蓄热系统17在电厂出线母线16上新增一个间隔，与降压变压器1连接，降压变压器1另一端与电蓄热装置3供电母线连接，一个或多个电蓄热装置3连接到电蓄热母线2上；在热网循环水系统18的供水侧管道或回水侧管道设置分支管道，与所述电蓄热装置3连接；所述热网循环水系统18上设置汽动循环水泵7，与背压式汽轮机6连接，背压式汽轮机6为汽动循环水泵7提供汽源，背压式汽轮机6乏汽余热对热网循环水进行加热。汽动循环水泵7是热电企业向热用户输送供热介质的动力来源，也是热电企业供暖期间厂用电消耗的主要辅机之一。北方部分严寒地区供暖时间可长达半年，且在此期间设备不停运转，因此热网汽动循环水泵7耗能总量较大。采用背压式汽轮机6驱动汽动循环水泵7，既可回收背压式汽轮机6热量，又能降低厂用电率，而且汽动循环水泵7转速可调，更便于热网循环水流量调整，丰富了系统供热调节方式。

本实施例中，所述电蓄热装置3包括固体式电蓄热装置。

本实施例中，所述固体式电蓄热装置包括固体式电蓄热锅炉。固体式电蓄热锅炉有足够大的蓄能系统，可以在夜间，用电低谷的时间段进行储能，而在白天，进行供暖、供能，这一优点同时解决了供暖和风电低谷消纳的问题。固体式电蓄热调峰装置具有高电压、大功率、可蓄热的特点。

本实施例中，所述电蓄热装置3依实际工程需要配套设置GIS开关设备或母线开关设备。

本实施例中，所述固体式电蓄热装置电压等级范围10~66kV。

本实施例中，所述固体式电蓄热装置功率范围10~100MW。

本实施例中，新增间隔、降压变压器1、GIS开关设备、电蓄热装置3之间依实际工程需要采用钢芯铝绞线或电缆连接。

本实施例中，所述热网循环水系统18包括热网供水管道4、热网回水管道5、背压式汽轮机6、汽动循环水泵7、热网前置加热器8、热网加热器9、阀门10及其连接管道。

本实施例中，电蓄热装置3与热网前置加热器8之间为串联，热网循环水系统18供水侧管道设置分支管道与所述电蓄热装置3连接，由热用户端热网回水管道5回流的水经过汽动循环水泵7增压，流经热网前置加热器8一级加热后，部分或全部循环水进入热网加热器9进行二级加热，之后循环水直接流经热网供水管道4输送给用户，或者部分或全部进入电蓄热装置3进行三级加热后经热网供水管道4输送给用户。

本实施例中，所述主接线系统包括第一发电机13、第二发电机12、变压器、电厂出线母线16、第一出线14、第二出线15及连接电网。

本实施例中，所述汽轮机抽汽系统20包括汽轮机11及其进出汽管道。采用汽轮机11抽汽供热，一方面可以利用高效率的锅炉生产高品质的蒸汽，大幅度提高燃料的利用率，减少污染排放；另一方面，机组采用抽汽对外供热，可以避免这部分蒸汽在凝汽器内的冷源损失，改善机组循环效率，降低机组煤耗率，是机组节能降耗的一条重要途径。

本实施例中，所述汽轮机11出汽管道的一个分支与热网加热器9连接，输送蒸汽为热网加热器9加热，另一个分支与背压式汽轮机6连接，为背压式汽轮机6提供汽源。

本实施例中，固体式电蓄热装置也可替换为液体式电蓄热装置，形成固体式电蓄热系统、液体式电蓄热系统或者固体式与液体式并存的混合电蓄热系统。

本实用新型的有益效果是：

1）本实用新型综合了固体电蓄热装置以及汽动循环水泵的优势，解决区域内电能和热能的能源需求不平衡问题，对供热需求较大地区提供更多热量，增大供热面积，同时由于电蓄热锅炉技术可实现机组深度调峰，供热电厂在0～50%的负荷之间运行，为新能源提供上网空间。

2) 电蓄热设备可以作为应急备用热源，提高供热的可靠性。

3）最大限度地为新能源提供上网空间，有效缓解可再生能源消纳困境。

4）随着调峰服务费、峰谷电价等政策的逐步落实，具有广阔的市场发展空间。

5）汽动循环水泵利用背压机余热，进一步提高了机组热经济性。

实施例2

如图1所示，一种固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，包括主接线系统19、电蓄热系统17、热网循环水系统18、汽轮机抽汽系统19，电蓄热系统17在电厂出线母线16上新增一个间隔，与降压变压器1连接，降压变压器1另一端与电蓄热装置3供电母线连接，一个或多个电蓄热装置3连接到电蓄热母线2上；在热网循环水系统18的供水侧管道或回水侧管道设置分支管道，与所述电蓄热装置3连接；所述热网循环水系统18上设置汽动循环水泵7，与背压式汽轮机6连接，背压式汽轮机6为汽动循环水泵7提供汽源，背压式汽轮机6乏汽余热对热网循环水进行加热。汽动循环水泵7是热电企业向热用户输送供热介质的动力来源，也是热电企业供暖期间厂用电消耗的主要辅机之一。北方部分严寒地区供暖时间可长达半年，且在此期间设备不停运转，因此热网汽动循环水泵7耗能总量较大。采用背压式汽轮机6驱动汽动循环水泵7，既可回收背压式汽轮机6热量，又能降低厂用电率，而且汽动循环水泵7转速可调，更便于热网循环水流量调整，丰富了系统供热调节方式。

本实施例中，所述电蓄热装置3包括固体式电蓄热装置。

本实施例中，所述固体式电蓄热装置包括固体式电蓄热锅炉。固体式电蓄热锅炉有足够大的蓄能系统，可以在夜间，用电低谷的时间段进行储能，而在白天，进行供暖、供能，这一优点同时解决了供暖和风电低谷消纳的问题。固体式电蓄热调峰装置具有高电压、大功率、可蓄热的特点。

本实施例中，所述电蓄热装置3依实际工程需要配套设置GIS开关设备或母线开关设备。

本实施例中，所述固体式电蓄热装置电压等级范围10~66kV。

本实施例中，所述固体式电蓄热装置功率范围10~100MW。

本实施例中，新增间隔、降压变压器1、GIS开关设备、电蓄热装置3之间依实际工程需要采用钢芯铝绞线或电缆连接。

本实施例中，所述热网循环水系统18包括热网供水管道4、热网回水管道5、背压式汽轮机6、汽动循环水泵7、热网前置加热器8、热网加热器9、阀门10及其连接管道。

本实施例中，电蓄热装置3与热网前置加热器8之间为并联，热网循环水系统18回水侧管道设置分支管道与所述电蓄热装置3连接，热网循环水经过汽动循环水泵7增压后，一定比例的循环水进入热网前置加热器8加热，其余部分进入电蓄热装置3加热，最后部分或全部循环水进入热网加热器9加热后经热网供水管道4供给至热用户。

本实施例中，所述主接线系统包括第一发电机13、第二发电机12、变压器、电厂出线母线16、第一出线14、第二出线15及连接电网。

本实施例中，所述汽轮机抽汽系统20包括汽轮机11及其进出汽管道。采用汽轮机11抽汽供热，一方面可以利用高效率的锅炉生产高品质的蒸汽，大幅度提高燃料的利用率，减少污染排放；另一方面，机组采用抽汽对外供热，可以避免这部分蒸汽在凝汽器内的冷源损失，改善机组循环效率，降低机组煤耗率，是机组节能降耗的一条重要途径。

本实施例中，所述汽轮机11出汽管道的一个分支与热网加热器9连接，输送蒸汽为热网加热器9加热，另一个分支与背压式汽轮机6连接，为背压式汽轮机6提供汽源。

本实施例中，固体式电蓄热装置也可替换为液体式电蓄热装置，形成固体式电蓄热系统、液体式电蓄热系统或者固体式与液体式并存的混合电蓄热系统。

本实用新型的有益效果是：

1）本实用新型综合了固体电蓄热装置以及汽动循环水泵的优势，解决区域内电能和热能的能源需求不平衡问题，对供热需求较大地区提供更多热量，增大供热面积，同时由于电蓄热锅炉技术可实现机组深度调峰，供热电厂在0～50%的负荷之间运行，为新能源提供上网空间。

2) 电蓄热设备可以作为应急备用热源，提高供热的可靠性。

3）最大限度地为新能源提供上网空间，有效缓解可再生能源消纳困境。

4）随着调峰服务费、峰谷电价等政策的逐步落实，具有广阔的市场发展空间。

5）汽动循环水泵利用背压机余热，进一步提高了机组热经济性。

尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本实用新型，但本领域的技术人员可以理解，可以作出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本实用新型的范围。以上结合本实用新型的具体实施例做了详细描述，但并非是对本实用新型的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本实用新型技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，包括主接线系统（19）、电蓄热系统（17）、热网循环水系统（18）、汽轮机抽汽系统（20），其特征在于：电蓄热系统（17）在电厂出线母线（16）上新增一个间隔，与降压变压器（1）连接，降压变压器（1）另一端与电蓄热装置（3）供电母线连接，一个或多个电蓄热装置（3）连接到电蓄热母线（2）上；在热网循环水系统（18）的供水侧管道或回水侧管道设置分支管道，与所述电蓄热装置（3）连接；所述热网循环水系统（18）上设置汽动循环水泵（7），与背压式汽轮机（6）连接，背压式汽轮机（6）为汽动循环水泵（7）提供汽源，背压式汽轮机（6）乏汽余热对热网循环水进行加热。

2.如权利要求1所述的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，其特征在于：所述电蓄热装置（3）包括固体式电蓄热装置。

3.如权利要求2所述的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，其特征在于：所述固体式电蓄热装置包括固体式电蓄热锅炉。

4.如权利要求2所述的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，其特征在于：所述电蓄热装置（3）依实际工程需要配套设置GIS开关设备或母线开关设备。

5.如权利要求2所述的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，其特征在于：所述固体式电蓄热装置电压等级范围10~66kV。

6.如权利要求2所述的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，其特征在于：所述固体式电蓄热装置功率范围10~100MW。

7.如权利要求1~6所述任意一项的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，其特征在于：新增间隔、降压变压器（1）、GIS开关设备、电蓄热装置（3）之间依实际工程需要采用钢芯铝绞线或电缆连接。

8.如权利要求1所述的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，其特征在于：所述热网循环水系统（18）包括热网供水管道（4）、热网回水管道（5）、背压式汽轮机（6）、汽动循环水泵（7）、热网前置加热器（8）、热网加热器（9）、阀门（10）及其连接管道。

9.如权利要求1所述的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，其特征在于：电蓄热装置（3）与热网前置加热器（8）之间为串联或并联。

10.如权利要求1所述的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，其特征在于：电蓄热装置（3）与热网前置加热器（8）串联时，热网循环水系统（18）供水侧管道设置分支管道与所述电蓄热装置（3）连接，由热用户端热网回水管道（5）回流的水经过汽动循环水泵（7）增压，流经热网前置加热器（8）一级加热后，部分或全部循环水进入热网加热器（9）进行二级加热，之后循环水直接流经热网供水管道（4）输送给用户，或者部分或全部进入电蓄热装置（3）进行三级加热后经热网供水管道（4）输送给用户。

11.如权利要求1所述的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，其特征在于：电蓄热装置（3）与热网前置加热器（8）并联时，热网循环水系统（18）回水侧管道设置分支管道与所述电蓄热装置（3）连接，热网循环水经过汽动循环水泵（7）增压后，一定比例的循环水进入热网前置加热器（8）加热，其余部分进入电蓄热装置（3）加热，最后部分或全部循环水进入热网加热器（9）加热后经热网供水管道（4）供给至热用户。

12.如权利要求1所述的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，其特征在于：所述主接线系统包括第一发电机（13）、第二发电机（13）、变压器、电厂出线母线（16）、第一出线（14）、第二出线（15）及连接电网。

13.如权利要求1所述的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，其特征在于：所述汽轮机抽汽系统（20）包括汽轮机（11）及其进出汽管道。

14.如权利要求13所述的固体电蓄热装置配合汽动循环水泵深度调峰系统，其特征在于：所述汽轮机（11）出汽管道的一个分支与热网加热器（9）连接，输送蒸汽为热网加热器（9）加热，另一个分支与背压式汽轮机（6）连接，为背压式汽轮机提供汽源。