CN207674554U - 一种基于热泵与蓄热罐结合供热的热电解耦辅助系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种基于热泵与蓄热罐结合供热的热电解耦辅助系统。该系统主要由热泵、蓄热罐、热网加热器、热力站、热用户以及汽轮机相关部分等组成。该系统在机组高负荷运行时期，来自中低压缸连通管的供热抽汽由热网加热器通过热网系统正常向热用户供热，同时，热泵由一部分供热抽汽驱动，利用低品位的汽轮机乏汽加热蓄热罐工质以满足供热需求且完成蓄热罐的蓄热过程；在机组低负荷时，减少中低压缸连通管的供热抽汽，且蓄热罐释放热量共同加热一次网回水，然后通过热网系统向热用户供热以充分满足供热需求。本实用新型通过实现热电解耦，不仅能够有效地提高热电联产机组的变负荷效率，从而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，而且利用了低品位乏汽，实现能量的阶梯利用，减少高品位能量损失。

Description

一种基于热泵与蓄热罐结合供热的热电解耦辅助系统
技术领域
本实用新型涉及燃煤发电技术领域，特别涉及一种热电解耦系统，具体涉及一种基于热泵与蓄热罐结合供热的热电解耦辅助系统。
背景技术
中国的东北、华北、西北（简称“三北”）地区供热期持续时间长、热负荷需求大，热电联产机组装机比例高，其类型主要为大型抽汽凝汽式燃煤机组。优先满足热用户供热期采暖需求，是机组工作在“以热定电”运行模式的首要原因。热电联产机组具有较强的“热电耦合”特性，为满足热负荷需求，其强迫电出力始终处于较高水平，电出力范围变窄，限制了机组调峰能力。另外，夜间等热负荷较高时段的风电出力也较大，热电联产机组调峰能力受限导致风电上网空间不足，从而容易造成大量弃风。
而为了提高热电联产机组调峰能力的主要措施分为两种：其一是传统的提高调峰能力的措施，通过准确确定机组的实际调峰能力，从而为深度挖掘机组的调峰能力提供依据；另一种则是通过实现“热电解耦”来提高调峰能力的措施。本方案属于第二种方式。
本实用新型是通过电热负荷转换从而来达到削减热负荷、提高电负荷的目的，该系统通过配置热泵和蓄热罐从而实现“热电解耦”。在机组处于高负荷运行状态时，从中低压缸连通管抽汽以实现对热用户正常供热的同时，以部分抽汽驱动热泵回收乏汽热量，完成对蓄热罐的蓄热过程；当机组负荷降低了，减少抽汽，利用蓄热罐蓄热共同对热用户供热，从而满足供热需求。
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，提供了一种基于热泵与蓄热罐结合供热的热电解耦辅助系统，利用热泵对乏汽进行余热回收，并结合蓄热罐的蓄热潜力，从而实现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频繁的变负荷指令下的效率，实现了深度调峰。在保障热网供热质量和机组效率的同时，实现热电解耦，从而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：
一种基于热泵与蓄热罐结合供热的热电解耦辅助系统，该系统主要包括：汽轮机中压缸1、汽轮机低压缸4、发电机5、热泵8、热网加热器11、热力站20、蓄热罐16；其特征在于，所述的汽轮机中压缸1、汽轮机低压缸4、发电机5依次连接；中压缸1排汽分三路，一路通过中低压缸连通管3与低压缸4连接，一路通过驱动蒸汽管道7与热泵8汽侧的驱动蒸汽入口连接，另一路通过常规抽汽供热管道10与热网加热器11的汽侧入口相连；汽轮机低压缸4的排汽分两路，一路经由管道与热泵8汽侧的乏汽入口连接，另一路直接与凝汽器入口相连；热泵8汽侧的驱动蒸汽出口与汽轮机疏水系统相连，其汽侧的乏汽出口与汽轮机的凝汽器相连，热泵8水侧的进口通过蓄热冷水管道13与蓄热罐16连接，热泵8水侧的出口通过蓄热热水管道12与蓄热罐16连接；蓄热罐16通过放热热水管道18与一次网供水管道19相连，通过放热冷水管道23与一次网回水管道21相连；热网加热器11与热力站20并联，热网加热器11水侧出口通过一次网供水管道19与热力站20热源侧进口连接，热网加热器11水侧入口通过一次网回水管道21与热力站20热源侧出口相连；热力站20与热用户并联。
所述的汽轮机中压缸1的排汽分三路，流向低压缸4的蒸汽由中低压缸连通管3上控制阀2控制，流向热泵8的抽汽由驱动蒸汽管道7上的控制阀6控制，流向热网加热器11的供热抽汽由常规抽汽供热管道10上控制阀9控制。
所述的机组处于高负荷运行时，控制阀14、15处于开通状态，控制阀17、22处于关闭状态，蓄热罐16的蓄热工质流过热泵8被加热，然后储存在蓄热罐16中，完成蓄热过程；当机组处于低负荷运行时，控制阀14、15处于关闭状态，控制阀17、22处于开通状态，蓄热罐16、热网加热器11和热力站20三者并联，蓄热罐16与热网加热器11同时对一次网回水进行加热，将储存于蓄热罐16的热量释放。
其工作过程为：在机组处于高负荷运行状态的时候，调节常规抽汽供热管道和中低压缸连通管上的控制阀门，合理抽汽，从而使中低压缸连通管的供热抽汽由热网加热器通过热网系统正常向热用户供热，同时通过驱动蒸汽管道上的控制阀门的调节，使热泵由一部分供热抽汽驱动，利用低品位的汽轮机乏汽加热蓄热罐工质且完成蓄热罐的蓄热过程；当机组处于低负荷运行时，调节常规抽汽供热管道和中低压缸连通管上的控制阀门，减少中低压缸连通管的供热抽汽，同时，调节放热冷、热水管道和蓄热冷、热水管道上的控制阀门，使蓄热罐释放热量共同加热一次网回水，然后通过热网系统向热用户供热以充分满足供热需求。
本实用新型具有以下优点和效果：
1）利用了热泵和蓄热罐的结合，提高了机组在低负荷运行的效率，提高了燃煤电站深度调峰能力，在保障热网供热质量的前提下，实现了机组热电解耦。
2）利用了部分供热抽汽驱动热泵，从而实现了对汽轮机乏汽的余热回收利用，实现了能量的阶梯利用，减少了高品位能量损失，整体上提高了循环的热效率。
附图说明
图1为一种基于热泵与蓄热罐结合供热的热电解耦辅助系统示意图。
图中：1-汽轮机中压缸；2-中低压缸连通管控制阀；3-中低压缸连通管道；4-汽轮机低压缸；5-发电机；6-驱动蒸汽管道控制阀；7-驱动蒸汽管道；8-热泵；9-常规抽汽供热管道控制阀；10-常规抽汽供热管道；11-热网加热器；12-蓄热热水管道；13-蓄热冷水管道；14-蓄热热水管道控制阀；15-蓄热冷水管道控制阀；16-蓄热罐；17-放热热水管道控制阀；18-放热热水管道；19-一次网供水管道；20-热力站；21-一次网回水管道；22-放热冷水管道控制阀；23-放热冷水管道。
具体实施方式
本实用新型提出了一种基于热泵与蓄热罐结合供热的热电解耦辅助系统示意图，下面结合附图和实例给予说明。
如图1所示的一种基于热泵与蓄热罐结合供热的热电解耦深度调峰辅助系统，该系统主要包括： 汽轮机中压缸1、汽轮机低压缸4、发电机5、热泵8、热网加热器11、热力站20、蓄热罐16；其特征在于，所述的汽轮机中压缸1、汽轮机低压缸4、发电机5依次连接；中压缸1排汽分三路，一路通过中低压缸连通管3与低压缸4连接，一路通过驱动蒸汽管道7与热泵8汽侧的驱动蒸汽入口连接，另一路通过常规抽汽供热管道10与热网加热器11的汽侧入口相连；汽轮机低压缸4的排汽分两路，一路经由管道与热泵8汽侧的乏汽入口连接，另一路直接与凝汽器入口相连；热泵8汽侧的驱动蒸汽出口与汽轮机疏水系统相连，其汽侧的乏汽出口与汽轮机的凝汽器相连，热泵8水侧的进口通过蓄热冷水管道13与蓄热罐16连接，热泵8水侧的出口通过蓄热热水管道12与蓄热罐16连接；蓄热罐16通过放热热水管道18与一次网供水管道19相连，通过放热冷水管道23与一次网回水管道21相连；热网加热器11与热力站20并联，热网加热器11水侧出口通过一次网供水管道19与热力站20热源侧进口连接，热网加热器11水侧入口通过一次网回水管道21与热力站20热源侧出口相连；热力站20与热用户并联。
下面结合实施例对具体控制过程进行举例说明：
在机组处于高负荷运行状态的时候，调节中低压缸连通3和常规抽汽供热管道10上的控制阀门2、9，按照热负荷指令合理抽汽，从而使中低压缸连通管的供热抽汽由热网加热器通过热网系统正常向热用户供热以满足供热需求，同时通过驱动蒸汽管道7上的控制阀门6的调节，使热泵8由一部分供热抽汽驱动，并打开控制阀14、15，关闭控制阀17、22，利用低品位的汽轮机乏汽加热蓄热罐16工质且完成蓄热罐的蓄热过程；当机组处于低负荷运行时，调节中低压缸连通管3和常规抽汽供热管道10上的控制阀2、9，以减少中低压缸连通管的供热抽汽，同时，调节放热冷、热水管道23、18和蓄热冷、热水管道13、12上的控制阀门，即关闭控制阀14、15，打开控制阀17、22，使蓄热罐16释放热量共同加热一次网回水，然后通过热网系统向热用户供热以充分满足供热需求。
本实用新型不仅利用了热泵和蓄热罐的结合，从而实现了热电解耦，提高了机组在低负荷运行的效率，在保障热网供热质量的前提下，实现了提高燃煤电站深度调峰的目的，对新能源消纳工作具有积极的辅助作用，而且利用了部分供热抽汽驱动热泵，从而实现了对汽轮机乏汽的余热回收利用，实现了能量的阶梯利用，减少了高品位能量损失，整体上提高了循环的热效率。
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 (3)

1.一种基于热泵与蓄热罐结合供热的热电解耦辅助系统，该系统主要包括：汽轮机中压缸（1）、汽轮机低压缸（4）、发电机（5）、热泵（8）、热网加热器（11）、热力站（20）、蓄热罐（16）；其特征在于，所述的汽轮机中压缸（1）、汽轮机低压缸（4）、发电机（5）依次连接；中压缸（1）排汽分三路，一路通过中低压缸连通管（3）与低压缸（4）连接，一路通过驱动蒸汽管道（7）与热泵（8）汽侧的驱动蒸汽入口连接，另一路通过常规抽汽供热管道（10）与热网加热器（11）的汽侧入口相连；汽轮机低压缸（4）的排汽分两路，一路经由管道与热泵（8）汽侧的乏汽入口连接，另一路直接与凝汽器入口相连；热泵（8）汽侧的驱动蒸汽出口与汽轮机疏水系统相连，其汽侧的乏汽出口与汽轮机的凝汽器相连，热泵（8）水侧的进口通过蓄热冷水管道（13）与蓄热罐（16）连接，热泵（8）水侧的出口通过蓄热热水管道（12）与蓄热罐（16）连接；蓄热罐（16）通过放热热水管道（18）与一次网供水管道（19）相连，通过放热冷水管道（23）与一次网回水管道（21）相连；热网加热器（11）与热力站（20）并联，热网加热器（11）水侧出口通过一次网供水管道（19）与热力站（20）热源侧进口连接，热网加热器（11）水侧入口通过一次网回水管道（21）与热力站（20）热源侧出口相连；热力站（20）与热用户并联。
2.根据权利要求1所述基于热泵与蓄热罐结合供热的热电解耦辅助系统，其特征在于，汽轮机中压缸（1）的排汽分三路，流向低压缸（4）的蒸汽由中低压缸连通管（3）上控制阀（2）控制，流向热泵（8）的抽汽由驱动蒸汽管道（7）上的控制阀（6）控制，流向热网加热器（11）的供热抽汽由常规抽汽供热管道（10）上控制阀（9）控制。
3.根据权利要求1所述基于热泵与蓄热罐结合供热的热电解耦辅助系统，其特征在于，机组处于高负荷运行时，控制阀（14、15）处于开通状态，控制阀（17、22）处于关闭状态，蓄热罐（16）的蓄热工质流过热泵（8）被加热，然后储存在蓄热罐（16）中，完成蓄热过程；当机组处于低负荷运行时，控制阀（14、15）处于关闭状态，控制阀（17、22）处于开通状态，蓄热罐（16）、热网加热器（11）和热力站（20）三者并联，蓄热罐（16）与热网加热器（11）同时对一次网回水进行加热，将储存于蓄热罐（16）的热量释放。
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