CN207184066U - 基于变参数供热的热电厂高机动调峰辅助系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于变参数供热的热电厂高机动调峰辅助系统。该系统包括热蒸汽发生系统、多汽源切换与调节系统和带缓冲设备的“热网‑建筑物”广义蓄能系统三个主要部分。该系统接收到电网AGC变负荷指令后，在利用常规的机炉协调控制系统（CCS）调节机组负荷的同时，通过多汽源切换与调节系统控制电站热力系统内相关抽汽管路的控制阀组，以控制进入热网的供热蒸汽流量和参数，从而在维持热网供热参数基本稳定的同时，达到提高热电厂变负荷速度、实现高机动调峰的目的。该系统改造成本低、运行安全，有效地提高了燃煤机组的变负荷速率，可对缓解新能源消纳过程中“弃风”“弃光伏”的现象起到有效的辅助作用。

Description

基于变参数供热的热电厂高机动调峰辅助系统

技术领域

本实用新型涉及燃煤发电技术领域，特别涉及一种高机动调峰系统，具体涉及一种基于变参数供热的热电厂高机动调峰辅助系统。

背景技术

随着2016年3月24日国家发改委《可再生能源发电全额保障性收购管理办法》的出台，燃煤电站的历史使命发生了质的变化。当电力系统全面引入风能等波动性较大的可再生能源时，燃煤电站需要实现快速、深度的调频调峰，才能保障电网对新能源的全额消纳。目前，我国的燃煤发电机组已经承担了大量调峰任务，年平均利用小时数已降至4000小时左右，其中高参数燃煤发电机组在全生命周期中处于变工况运行的时间比例已达70%以上。然而火电机组的快速调峰目前仍然无法实现：目前电网期望火电机组AGC（发电负荷指令）响应速率能够达到机组额定负荷的1-2%/min甚至更高，并为响应速率优秀的电厂提供奖励政策，但实际上大部分机组与这一目标仍存在较大差距。这是因为以目前主流电站的锅炉、汽轮机汽水系统的结构，快速升降负荷对机组热力设备会造成较大的冲击，容易触发机组保护程序，造成跳机等事故。因此，优化火电机组的调峰机制、提高机组的AGC响应速率具有重要的意义。

虽然目前我国的燃煤机组尚不具备灵活调峰能力。但随着蓄能技术的发展，提高燃煤机组的灵活调峰能力逐渐具备了可能性。这在国外已经有了可参考的经验，譬如丹麦通过全面的热电解耦、德国通过大量的纯凝机组运行研究大幅提高了机组运行的灵活性，这些经验对我们来说有着重要的参考意义。尤其需要注意的是，供暖期的热网、热用户环境作为一个具有庞大热容量的能量体系，具备巨大的蓄热潜力，这是在以往研究中被忽视的。借助供热网系统的蓄热潜力，燃煤机组有望在供暖期具备低冲击、高效益的快速大幅调峰能力。

发明内容

本实用新型针对新能源消纳过程中燃煤电站调峰灵活性有限的问题，提供了一种基于变参数供热的高机动调峰辅助系统，利用热网-热用户侧巨大的蓄热潜力，通过对供热抽汽的灵活调控，提高了供热机组在供暖季对电网侧变负荷指令的响应速率，实现了灵活、高机动性调峰。从而在保障热网供热质量的同时，为可再生能源全额保障性消纳提供了技术支撑。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

基于变参数供热的热电厂高机动调峰辅助系统，该系统包括热蒸汽发生系统、多汽源切换与调节系统和带缓冲设备的“热网-建筑物”广义蓄能系统三个主要部分。其特征在于，所述的热蒸汽发生系统通过常规供热管道、第一级低压供热抽汽旁路和第二级低压供热抽汽旁路连接多汽源切换与调节系统；多汽源切换与调节系统通过集总供热抽汽管路连接“热网-建筑物”广义蓄能系统；供热抽汽经过“热网-建筑物”广义蓄能系统中的热网加热器冷却成水后，通过集总供热抽汽管路冷段返回至热蒸汽发生系统。

所述的热蒸汽发生系统，在常规热电厂中压缸出口的供热抽汽以外，在低压缸第一级、第二级抽汽管道上分别增设第一级低压供热抽汽旁路、第二级低压供热抽汽旁路，以应对热网对热源的不同需求。

所述的多汽源切换与调节系统，包含常规供热管道的截止阀和控制阀，第一级低压供热抽汽旁路的截止阀和控制阀，第二级低压供热抽汽旁路的截止阀和控制阀；上述阀门由数字化控制器集中控制，将实际抽汽输入集总供热抽汽管路；集总供热抽汽管路上设置调节阀及抽汽调节蝶阀以调节抽汽；数字化控制器实时接受负荷偏差信号，调节集总供热抽汽管路调节阀、抽汽调节蝶阀的开度，以此控制集总供热抽汽管路中蒸汽的实际参数。

其工作过程为：当机组需要变负荷时，通过多汽源切换与调节系统控制机组供热抽汽，从而控制汽轮机汽水系统与热网-建筑物系统的热量交换；当机组达到目标负荷时，利用热网-建筑物系统的蓄热能力维持热用户的温度。同时，当机组需要变负荷时，短期内能控制机组抽汽流量及参数，在较小影响热用户供热效果的同时，能短时间内辅助加速热电厂的升、降负荷动作。

所述的带缓冲设备的“热网-建筑物”广义蓄能系统由热网加热器、一次网管路、温度过偏差缓冲装置、换热站、二次网管路、热用户建筑物系统构成；当变参数供热过程中一次网管路产生大幅温度偏差，可通过串联的温度过偏差缓冲装置进行调节。

本实用新型具有以下优点和效果：

1）利用了热网及相关建筑物的巨大热容量，实现了电站热力系统内热能沿时间维度的多次转移，在保障热网供热质量的前提下，实现了提高燃煤电站调峰灵活性的目的，对新能源消纳工作具有积极的辅助作用。

2）利用多汽源切换与调节系统实现了不同情境下供热蒸汽的分级利用，提高了热能利用过程中的能级匹配程度。

附图说明

图1为基于变参数供热的热电厂高机动调峰辅助系统示意图。

图中：1-常规供热管道的截止阀、2-第一级低压供热抽汽旁路的截止阀、3-第二级低压供热抽汽旁路的截止阀、4-常规供热管道的控制阀、5-第一级低压供热抽汽旁路的控制阀、6-第二级低压供热抽汽旁路的控制阀、7-数字化控制器、8-常规供热管道、9-第一级低压供热抽汽旁路、10-第二级低压供热抽汽旁路、11-温度过偏差缓冲装置、12-集总供热抽汽管路的抽汽调节蝶阀、13-集总供热抽汽管路、14-热网加热器、15-一次网管路、16-换热站、17-二次网管路、18-热用户建筑物系统。

具体实施方式

本实用新型提出了一种基于变参数供热的热电厂高机动调峰辅助系统，下面结合附图和实例给予说明。

如图1所示的基于变参数供热的热电厂高机动调峰辅助系统，包括热蒸汽发生系统（I）、多汽源切换与调节系统（II）和带缓冲设备的“热网-建筑物”广义蓄能系统（III）三个主要部分；其特征在于，当电站接收到电网AGC变负荷指令后，一方面通过常规的机炉协调控制系统（CCS）调节机组负荷，另一方面将负荷信号输入多汽源切换与调节系统（II）中的数字化控制器7，该控制器将控制热蒸汽发生系统I接出的不同参数的蒸汽管道的截止阀1和控制阀4，以控制进入带缓冲设备的“热网-建筑物”广义蓄能系统（III）的供热蒸汽13流量和参数。

所述的热蒸汽发生系统（I），在常规热电厂中压缸出口的供热抽汽以外，在低压缸第一级、第二级抽汽管道上分别增设第一级低压供热抽汽旁路9、第二级低压供热抽汽旁路10，以应对热网对热源的不同需求。

所述的多汽源切换与调节系统（II），包含常规供热管道8的截止阀1和控制阀4，第一级低压供热抽汽旁路9的截止阀2和控制阀5，第二级低压供热抽汽旁路10的截止阀3和控制阀6；上述阀门由数字化控制器7集中控制，将实际抽汽输入集总供热抽汽管路13；集总供热抽汽管路13上设置抽汽调节蝶阀12以调节抽汽；数字化控制器7实时接受负荷偏差信号，调节集总供热抽汽管路抽汽调节蝶阀12的开度，以此控制集总供热抽汽管路13中蒸汽的实际参数。

所述的带缓冲设备的“热网-建筑物”广义蓄能系统（III）由热网加热器14、一次网管路15、温度过偏差缓冲装置11、换热站16、二次网管路17、热用户建筑物系统18构成；当变参数供热过程中一次网管路15产生大幅温度偏差，可通过串联的温度过偏差缓冲装置11进行调节。

下面结合实施例对具体控制过程进行举例说明：

当机组需要快速降负荷时，数字化控制器7接收到信号，增大阀门4的开度，提高供热抽汽量，辅助机炉协调控制系统进一步降负荷。当机组负荷达到目标负荷时，减小阀门4的开度，由于此前向热网输出了额外的热量，因此此时可利用热网与相关建筑物的热迟滞效应，短期内将供热蒸汽降至额定供热量以下。至电厂锅炉出力降至适应新负荷同时热用户温度降至额定水平时，将抽汽调节至正常水平。

由于多汽源管路及控制阀组的存在，在需要降低电站供热量的过程中，可以关闭中压缸排汽抽汽管道阀门1，按需要打开低负荷抽汽管道阀门2或阀门3，以实现能量的梯级利用。

当机组需要快速升负荷时，短期内将中压缸排汽抽汽管路的控制阀4开度调小，同时参考实际情况开启低参数抽汽管路阀门2或阀门3，可以将做功能力更强的蒸汽短期内用于做功；待达到目标符合后，可以关闭低参数抽汽管路阀门2或阀门3，提高中压缸排汽抽汽管路控制阀4的开度，补足上一过程对热用户的供热不足。由于热网及其附属建筑物巨大的热容量，及热网侧温度过偏差缓冲装置11的设置，热网对热用户的供热质量是可以得到保障的。

另一方面，电站接收到电网AGC变负荷指令后，机组通过常规的机炉协调控制系统（CCS）变负荷的同时，由于多汽源切换与调节系统中的数字化控制器的数字化处理，能在不同负荷信号通过对控制阀组的配合控制，实现最有效的供热抽汽量的控制。在较小影响热用户供热效果的同时，实现短时间内辅助加速机组变负荷的速率。

本实用新型利用了热网及相关建筑物的巨大热容量，实现了电站热力系统内热能沿时间维度的多次转移，在保障热网供热质量的前提下，实现了提高燃煤电站调峰灵活性的目的，对新能源消纳工作具有积极的辅助作用。同时，利用多汽源切换与调节系统实现了不同情境下供热蒸汽的分级利用，提高了热能利用过程中的能级匹配程度。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.基于变参数供热的热电厂高机动调峰辅助系统，包括热蒸汽发生系统（I）、多汽源切换与调节系统（II）和带缓冲设备的“热网-建筑物”广义蓄能系统（III）三个主要部分；其特征在于，所述的热蒸汽发生系统（I）通过常规供热管道（8）、第一级低压供热抽汽旁路（9）和第二级低压供热抽汽旁路（10）连接多汽源切换与调节系统（II）；多汽源切换与调节系统（II）通过集总供热抽汽管路（13）连接“热网-建筑物”广义蓄能系统（III）；供热抽汽经过“热网-建筑物”广义蓄能系统（III）中的热网加热器（14）冷却成水后，通过集总供热抽汽管路（13）冷段返回至热蒸汽发生系统（I）。

2.根据权利要求1所述的基于变参数供热的热电厂高机动调峰辅助系统，其特征在于，所述的热蒸汽发生系统（I），在常规热电厂中压缸出口的供热抽汽以外，在低压缸第一级、第二级抽汽管道上分别增设第一级低压供热抽汽旁路（9）、第二级低压供热抽汽旁路（10），以应对热网对热源的不同需求。

3.根据权利要求1所述的基于变参数供热的热电厂高机动调峰辅助系统，其特征在于，所述的多汽源切换与调节系统（II），包含常规供热管道（8）的截止阀（1）和控制阀（4），第一级低压供热抽汽旁路（9）的截止阀（2）和控制阀（5），第二级低压供热抽汽旁路（10）的截止阀（3）和控制阀（6）；上述阀由数字化控制器（7）集中控制，将实际抽汽输入集总供热抽汽管路（13）；集总供热抽汽管路（13）上设置抽汽调节蝶阀（12）以调节抽汽；数字化控制器（7）实时接受负荷偏差信号，调节集总供热抽汽管的抽汽调节蝶阀（12）的开度，以此控制集总供热抽汽管路（13）中蒸汽的实际参数。

4.根据权利要求1所述的基于变参数供热的热电厂高机动调峰辅助系统，其特征在于，所述的带缓冲设备的“热网-建筑物”广义蓄能系统（III）中一次网管路（15）先后连接热网加热器（14）、温度过偏差缓冲装置（11）和换热站（16）；二次网管路（17）先后连接换热站（16）和热用户建筑物系统（18）；多条二次网管路（17）呈支路并联连接关系；当变参数供热过程中一次网管路（15）产生大幅温度偏差，可通过串联的温度过偏差缓冲装置（11）进行调节。