CN208504515U - 一种利用相变蓄热的热电解耦供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用相变蓄热的热电解耦供热系统，其特征是：包括发电支路、凝结水泵、加热支路、凝汽器、凝汽换热器、相变蓄热罐、蓄热旁路和热网循环泵；凝汽换热器的蒸汽入口与发电支路相连接，凝汽换热器凝结水出口与凝结水泵入口相连；凝汽换热器与凝汽器连接，所述凝汽器、发电支路和供热支路依次连接，形成环路；热网管路的回水口经热网循环泵与凝汽换热器的热网水入口相连，凝汽换热器热网水出口与相变蓄热罐或蓄热旁路热网水入口相连，相变蓄热罐和蓄热旁路的热网水出口与热网管路相连。本实用新型采用相变蓄能，减少原有水蓄能体积大的缺点。

Description

一种利用相变蓄热的热电解耦供热系统

技术领域

本实用新型涉及一种利用相变蓄热的热电解耦供热系统。

背景技术

我国北方城市大面积集中采暖采用燃煤电厂热电联产，随着国家节能减排工作的深入，电网对电厂发电负荷响应的要求，热电联产在冬季电负荷与热负荷不匹配问题日益突出。

电厂在进行热电联产运行模式，在快速响应和节能上存在不足。目前大多数电厂以热定电模式运行，来保障供居民冬季热负荷。电厂热负荷与发电负荷存在固定的关系，即热负荷确定后，电厂对电网的电负荷响应灵活性受到制约，也就造成北方地区冬季风电窝电，风力发电、太阳能等新能源难以上网消纳。随着国家可再生能源政策的逐步实施，未来热电厂也会参与电网调峰的任务，急需对热电厂进行热电解耦。

目前热电解耦方式主要三种：一种是在热网内增设备用锅炉，当电厂发电负荷降低而供热能力不足时，启用备用锅炉补充。该方式投资成本高，备用锅炉频繁启停，同时大多数采用燃气，环保虽过关，但存在运行成本和维护成本高的问题。一种是热网内增设蓄热水罐，通过水的显热来达到移峰填谷的目的，但这类蓄热罐通常体积庞大，蓄热能力和持续时间有限，同时占地面积大，受场地限制较严重，并不适合大范围使用。最后一种为采用从电站锅炉抽蒸汽，通过抽气减压加热热网水来进行调节。这种方式具有成本低，相对灵活的优势。但是也存在缺陷，从锅炉抽高品位蒸汽降压加热热网回水，是一种高品位能低用的方式，同时从锅炉打孔抽高压蒸汽存在安全问题。调节热负荷时，频繁开启阀门，会造成抽气管与焊接处频繁热胀冷缩，可能造成蒸汽泄漏，引发安全事故。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种利用相变蓄热的热电解耦供热系统，本实用新型可以实现热电解相,使热电联产电厂具有配合电网的调峰能力,当电厂发电量降低时,可保持供热能力不降低、并且提升电站锅炉低负荷的脱硝环保性能。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种利用相变蓄热的热电解耦供热系统，包括发电支路、凝结水泵、加热支路、凝汽器、凝汽换热器、相变蓄热罐、蓄热旁路和热网循环泵；

所述凝汽换热器的蒸汽入口与发电支路相连接，凝汽换热器凝结水出口与凝结水泵入口相连；所述凝汽换热器与凝汽器连接，所述凝汽器、发电支路和供热支路依次连接，形成环路；

所述热网管路的回水口经热网循环泵与凝汽换热器的热网水入口相连，凝汽换热器热网水出口与相变蓄热罐或蓄热旁路热网水入口相连，所述相变蓄热罐和蓄热旁路的热网水出口与热网管路相连。

进一步的，所述系统还包括释放旁路，所述凝汽换热器的热网水出口与蓄热循环泵或释热旁路或热网管路的热网水入口相连，蓄热循环泵或释热旁路热网水出口与相变蓄热罐相连。

更进一步的，当发电支路的负荷高于设定值，热网供热负荷低于负荷预定值时，凝汽换热器对热网回水的加热能力充足，开启释热旁路或蓄热循环泵进行相变蓄热，相变蓄热罐与热网管路处于并联状态。

更进一步的，当发电支路的负荷低于设定值，热网供热系统高于负荷预定值时，凝汽换热器对热网回水的加热能力不足，关闭释热旁路或蓄热循环泵，使相变蓄热罐与凝汽换热器处于并联状态。

进一步的，所述相变蓄热罐包括罐体，罐体内填充有90-120℃温度范围内的相变材料。

优选的，相变材料为硝酸钠、硝酸钾和硝酸锂的混合盐；或六水硝酸镁与六水氯化镁的混合盐；或85#微晶蜡通过添加膨胀石墨或金属铝粉制成的相变材料。

进一步的，所述供电支路包括电站锅炉、汽轮机和汽轮发电机，电站锅炉的主蒸汽出口与汽轮机的高压缸蒸汽入口相连，汽轮机的高压缸蒸汽出口与电站锅炉的再热蒸汽入口相连，电站锅炉的再热蒸汽出口与汽轮机的中压缸蒸汽入口相连，汽轮机的中压缸蒸汽出口与汽轮机的低压缸蒸汽入口相接。

更进一步的，所述汽轮机的高压缸、中压缸、低压缸和汽轮发电机同轴连接。

进一步的，所述加热支路包括依次相连的凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器。

进一步的，热网回水先经凝汽换热器利用汽轮机抽汽或高背压汽轮机排汽加热，在热网负荷超过设定值时，通过蓄热旁路进入热网，同时部分热网水通过相变蓄热罐进行放热；在热网热负荷地域设定值时，通过相变蓄热罐进行蓄热，最后送回热网。

更进一步的，所述高压加热器的出口与所述供电支路的电站锅炉连接。

进一步的，所述凝汽换热器的蒸汽入口与汽轮机高背压排汽相连或与汽轮机的中压缸与低压缸之间的抽蒸汽连通管相连。

进一步的，所述凝汽器从汽轮机低压或中压缸内抽取蒸汽作为热源蒸汽；进入凝汽换热器内的蒸汽被热网水冷凝后通过凝结水泵送回汽轮机给水加热系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型可以实现热电厂的热电解耦，使热电联产电厂具有配合电网的调峰能力，避免机组负荷波动剧烈；

2、当电厂发电量降低时,可保持供热能力不降低，同时提高热能使用率，并且减少电站锅炉尾部烟气的降低，保证锅炉脱硝系统正常工作；

3、本实用新型安全解决热电厂机组热负荷与电负荷耦合造成机组运行灵活性差的问题，由于采用相变蓄能，减少原有水蓄能体积大的缺点；

4、相对增加备用锅炉或锅炉抽气方式，采用相变蓄能，能提高能源梯级利用。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为第一种实施方式的系统结构图；

图2为第二种实施方式的系统结构图；

其中：1、电站锅炉，2、汽轮机，3、汽轮发电机，4、凝汽换热器，5、凝结水泵，6、低压加热器，7、除氧器，8、给水泵，9、高压加热器，10、相变蓄热罐，11、蓄热旁路，12、热用户/热网管路，13、热网循环泵，14、凝汽器，15、释放旁路。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

正如背景技术中所述的，目前的热电解耦的三种方式均具有一定的缺点。

本实用新型安全解决热电厂机组热负荷与电负荷耦合造成机组运行灵活性差的问题，提出一种利用相变蓄热的热电解耦的供热系统，该系统相对从锅炉抽气来热电解耦的供热系统安全、可靠，相对利用水蓄热来热电解耦的供热系统占地面积小、蓄热量大，相对新建备用燃气锅炉来实现热电解耦的供热系统，造价低，运行和维护经济。

一种利用相变蓄热的热电解耦的供热系统，包括电站锅炉、汽轮机、汽轮发电机、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器、凝汽换热器，还包括相变蓄热罐和热网用户。相变蓄热罐通过选取90-120℃温度范围内的相变材料，通过壳管式换热或堆积床，来实现相变蓄热。相变材料主要有三种：一种为硝酸钠、硝酸钾、硝酸锂的混合盐；一种为六水硝酸镁与六水氯化镁的混合盐；一种为85#微晶蜡通过添加膨胀石墨或金属铝粉制成的相变材料。

凝汽换热器的蒸汽入口与汽轮机高背压排汽相连，或与汽轮机的中压缸与低压缸之间的抽蒸汽连通管相连，凝汽换热器凝结水出口与凝结水泵入口相连；热网用户回水经热网水泵与凝汽换热器的热网水入口相连，凝汽换热器热网水出口通过蓄热旁通或蓄热循环水泵与相变蓄热罐相连；

当汽轮发单机电负荷低，热负荷大时，凝汽换热器对热网回水的加热能力充足，开启蓄热旁路或蓄热循环水泵进行蓄热；当汽轮发单机电负荷高，热负荷小时，凝汽换热器对热网回水的加热能力不足，关闭蓄热旁路或蓄热循环水泵，开启释热旁路。

相变蓄热材料根据不同电厂供应末端的温度对相变材料进行调整。对应90-120℃之间的蓄热温度范围，蓄热相变材料的类型是系列化的。根据限定的蓄热温度，决定改性相变材料基材的成分。

例如，热网供水水温为90-100℃，采用85#微晶蜡为蓄热基材。

具体实施：85#微晶蜡在高出蓄热基材熔化温度40～50℃的熔融状态下，添加1～2％的导电高分子材料和2～3％的膨胀石墨或超细铝粉，以及适量的阻燃剂，经充分搅拌后填充加入相变蓄热罐中。

例如，热网供水水温为100-110℃，采用六水硝酸镁为蓄热基材，以六水氯化镁为添加剂。六水氯化镁添加量为质量分数4％-20％，，最佳比例为6％。

具体实施：蓄热温度为120℃，采用六水硝酸镁与六水氯化镁混合材料，六水硝酸镁为蓄热基材，六水氯化镁添加质量分数为6％。

例如，热网供水温度为110-120℃，采用硝酸钠、硝酸钾、硝酸锂组合的混合盐。

具体实施：热网供水水温为120℃，采用硝酸钠、硝酸钾、硝酸锂组合的混合盐比例为18％、32％、50％。

作为典型实施例，如图1所示，实施例一：热电解耦供热系统,包括电站锅炉(1)、汽轮机(2)、汽轮发电机(3)、凝结水泵(5)、低压加热器(6)、除氧器(7)、给水泵(8)和高压加热器(9)、凝汽器(14)，还包括凝汽换热器(4)、相变蓄热罐(10)、蓄热旁路(11)、热用户(12)、热网循环泵(13)；

凝汽换热器(4)的蒸汽入口与汽轮机高背压排汽相连或与汽轮机(2)的中压缸与低压缸之间的抽蒸汽连通管相连，凝汽换热器(4)凝结水出口与凝结水泵(5)入口相连；热网用户(12)回水口经热网循环泵(13)与凝汽换热器(4)的热网水入口相连，凝汽换热器(4)热网水出口与相变蓄热罐(10)或蓄热旁路(11)热网水入口相连，相变蓄热罐(10)或蓄热旁路(11)热网水出口与热网用户(12)相连。

凝汽器(14)从汽轮机低压或中压缸内抽取蒸汽作为热源蒸汽；进入凝汽换热器(4)内的蒸汽被热网水冷凝后通过凝结水泵(5)送回汽轮机给水加热系统；热网回水先经凝汽换热器(4)利用汽轮机抽汽或高背压汽轮机排汽加热，在热网负荷高时，通过蓄热旁路(11)进入热网，同时部分热网水通过相变蓄热罐(10)进行放热；在热网热负荷低时，通过相变蓄热罐(10)进行蓄热，最后送回热网。

实施例二，如图2所示，一种利用凝汽换热器凝结放热来加热相变蓄热罐进行热电解耦的供热系统,包括:电站锅炉(1)、汽轮机(2)、汽轮发电机(3)、凝气换热器(4)、凝结水泵(5)、低压加热器(6)、除氧器(7)、给水泵(8)和高压加热器(9)、相变蓄热罐(10)、蓄热旁路(11)、释热旁路(15)、热用户(13)、热网循环泵(14)、凝汽器(15)；

凝汽换热器(4)的蒸汽入口与汽轮机高背压排汽相连或与汽轮机(2)的中压缸与低压缸之间的抽蒸汽连通管相连，凝汽换热器(4)凝结水出口与凝结水泵(5)入口相连；热用户(12)回水口经热水循环泵(13)与凝汽换热器(4)的热网水入口相连，凝汽换热器(4)热网水出口与蓄热循环泵(11)或释热旁路(15)或热用户(12)热网水入口相连，蓄热循环泵(11)或释热旁路(15)热网水出口与相变蓄热罐(10)相连。

凝汽换热器凝结放热来加热相变蓄热罐进行热电解耦的供热系统，当汽轮发电系统处于高负荷，热网供热负荷处于低负荷时，凝汽换热器(4)对热网回水的加热能力充足，开启释热旁路(15)或蓄热循环泵(11)进行相变蓄热，相变蓄热罐(10)与热用户(12)处于并联状态。当汽轮发电系统处于低负荷，热网供热系统处于高负荷时，凝汽换热器(4)对热网回水的加热能力不足，关闭释热旁路(15)或蓄热循环泵(11)，使相变蓄热罐(10)与凝汽换热器(4)处于并联状态。本实用新型可以实现热电厂的热电解耦，保证低发电负荷下供热能力不减，并且减少电站锅炉尾部烟气的降低，保证锅炉脱硝系统正常工作。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种利用相变蓄热的热电解耦供热系统，其特征是：包括发电支路、凝结水泵、加热支路、凝汽器、凝汽换热器、相变蓄热罐、蓄热旁路和热网循环泵；

所述凝汽换热器的蒸汽入口与发电支路相连接，凝汽换热器凝结水出口与凝结水泵入口相连；所述凝汽换热器与凝汽器连接，所述凝汽器、发电支路和供热支路依次连接，形成环路；

所述热网管路的回水口经热网循环泵与凝汽换热器的热网水入口相连，凝汽换热器热网水出口与相变蓄热罐或蓄热旁路热网水入口相连，所述相变蓄热罐和蓄热旁路的热网水出口与热网管路相连。

2.如权利要求1所述的利用相变蓄热的热电解耦供热系统，其特征是：还包括释放旁路，所述凝汽换热器的热网水出口与蓄热循环泵或释热旁路或热网管路的热网水入口相连，蓄热循环泵或释热旁路热网水出口与相变蓄热罐相连。

3.如权利要求2所述的利用相变蓄热的热电解耦供热系统，其特征是：当发电支路的负荷高于设定值，热网供热负荷低于负荷预定值时，凝汽换热器对热网回水的加热能力充足，开启释热旁路或蓄热循环泵进行相变蓄热，相变蓄热罐与热网管路处于并联状态。

4.如权利要求2所述的利用相变蓄热的热电解耦供热系统，其特征是：当发电支路的负荷低于设定值，热网供热系统高于负荷预定值时，凝汽换热器对热网回水的加热能力不足，关闭释热旁路或蓄热循环泵，使相变蓄热罐与凝汽换热器处于并联状态。

5.如权利要求1所述的利用相变蓄热的热电解耦供热系统，其特征是：所述相变蓄热罐包括罐体，罐体内填充有90-120℃温度范围内的相变材料；

进一步的，相变材料为硝酸钠、硝酸钾和硝酸锂的混合盐；或六水硝酸镁与六水氯化镁的混合盐；或85#微晶蜡通过添加膨胀石墨或金属铝粉制成的相变材料。

6.如权利要求1所述的利用相变蓄热的热电解耦供热系统，其特征是：所述供热支路包括电站锅炉、汽轮机和汽轮发电机，电站锅炉的主蒸汽出口与汽轮机的高压缸蒸汽入口相连，汽轮机的高压缸蒸汽出口与电站锅炉的再热蒸汽入口相连，电站锅炉的再热蒸汽出口与汽轮机的中压缸蒸汽入口相连，汽轮机的中压缸蒸汽出口与汽轮机的低压缸蒸汽入口相接。

7.如权利要求1所述的利用相变蓄热的热电解耦供热系统，其特征是：所述加热支路包括依次相连的凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器。

8.如权利要求1所述的利用相变蓄热的热电解耦供热系统，其特征是：热网回水先经凝汽换热器利用汽轮机抽汽或高背压汽轮机排汽加热，在热网负荷超过设定值时，通过蓄热旁路进入热网，同时部分热网水通过相变蓄热罐进行放热；在热网热负荷地域设定值时，通过相变蓄热罐进行蓄热，最后送回热网。

9.如权利要求1所述的利用相变蓄热的热电解耦供热系统，其特征是：所述凝汽换热器的蒸汽入口与汽轮机高背压排汽相连或与汽轮机的中压缸与低压缸之间的抽蒸汽连通管相连。

10.如权利要求1所述的利用相变蓄热的热电解耦供热系统，其特征是：所述凝汽器从汽轮机低压或中压缸内抽取蒸汽作为热源蒸汽；进入凝汽换热器内的蒸汽被热网水冷凝后通过凝结水泵送回汽轮机给水加热系统。