CN210768958U - 基于全厂电、热负荷协同调度的双机组耦合调峰装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于全厂电、热负荷协同调度的双机组耦合调峰装置，属于热电联产、火电灵活性技术领域，装置包括第一热电机组、第二热电机组、第一冷却蒸汽系统和第二冷却蒸汽系统。本实用新型设计合理，结构简单，性能可靠，在保证外界供热负荷需求的前提下，通过制定两台机组的调峰运行策略，既能保障民生采暖需求，又能实现全厂调峰运行的经济效益最大化。

Description

基于全厂电、热负荷协同调度的双机组耦合调峰装置

技术领域

本实用新型属于热电联产、火电灵活性技术领域，具体涉及一种基于全厂电、热负荷协同调度的双机组耦合调峰装置。

背景技术

目前，我国政策逐渐重视新能源的推广，降低火电机组的比例。对于火力发电厂，汽轮机的冷端乏汽余热直接排放而造成了巨大的冷端损失。例如300MW亚临界纯凝机组冷端余热损失可达45％，采用抽汽供热后机组仍有20％的冷凝余热被排放掉，这部分热量由于品位低而难以直接利用。同时，由于电网为消纳新能源电力，对煤电机组火电灵活性的要求不断加强，煤电机组需实现超低负荷运行，才能满足电网的调峰需求，这给燃煤热电机组带来了极大的挑战。

目前，实现火电机组深度调峰的核心专利技术为“汽轮机抽凝背系统及其调节方法(专利号201710193938.3)”，即实现低压缸不进汽做功的稳定运行，又最大程度地挖掘了对外供热能力，高效益地实现了机组超低负荷发电。另外，专利申请“一种基于热电厂全厂调峰能力最大化的热负荷分配方法(申请号201810644679.6)”通过优化全厂不同机组的热负荷分配，从而深度挖掘全厂的最大调峰能力，但未考虑全厂调峰经济性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理，性能可靠基于全厂电、热负荷协同调度的双机组耦合调峰装置。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于全厂电、热负荷协同调度的双机组耦合调峰装置，其特征在于，它包括：第一热电机组、第二热电机组、第一冷却蒸汽系统和第二冷却蒸汽系统；

所述第一热电机组包括第一汽轮机高中压缸、第一汽轮机低压缸、第一凝汽器、第一冷却塔和第一热网加热器，所述第一汽轮机高中压缸的排汽口通过第一连通管与第一汽轮机低压缸的进汽口连接，且在第一连通管上安装有第一液压蝶阀，所述第一汽轮机低压缸的排汽口与第一凝汽器连接，所述第一凝汽器的循环水侧通过第一循环供水管和第一循环回水管与第一冷却塔连接，所述第一汽轮机高中压缸的排汽口还通过第一采暖抽汽管与第一热网加热器连接，且在第一采暖抽汽管上安装有第一阀门；

所述第二热电机组包括第二汽轮机高中压缸、第二汽轮机低压缸、第二凝汽器、第二冷却塔和第二热网加热器，所述第二汽轮机高中压缸的排汽口通过第二连通管与第二汽轮机低压缸的进汽口连接，且在第二连通管上安装有第二液压蝶阀，所述第二汽轮机低压缸的排汽口与第二凝汽器连接，所述第二凝汽器的循环水侧通过第二循环供水管和第二循环回水管与第二冷却塔连接，所述第二汽轮机高中压缸的排汽口还通过第二采暖抽汽管与第二热网加热器连接，且在第二采暖抽汽管上安装有第八阀门；

所述第一冷却蒸汽系统包括：第一冷却蒸汽管、第一减温减压装置、第一汽水分离装置、第一流量仪和第二流量仪，所述第一冷却蒸汽管的进汽端和出汽端分别与第一汽轮机高中压缸的排汽口和第一汽轮机低压缸的进汽口连接，且在第一冷却蒸汽管的进汽端安装有第六阀门，在第一冷却蒸汽管的出汽端安装有第七阀门和第一截止阀，在第一冷却蒸汽管上沿着蒸汽流动方向依次安装有第一流量仪、第一减温减压装置、第一汽水分离装置、和第二流量仪；

所述第二冷却蒸汽系统包括：第二冷却蒸汽管、第二减温减压装置、第二汽水分离装置、第三流量仪和第四流量仪，所述第二冷却蒸汽管的进汽端和出汽端分别与第二汽轮机高中压缸的排汽口和第二汽轮机低压缸的进汽口连接，且在第二冷却蒸汽管的进汽端安装有第十三阀门，在第二冷却蒸汽管的出汽端安装有第十四阀门和第二截止阀，在第二冷却蒸汽管上沿着蒸汽流动方向依次安装有第三流量仪、第二减温减压装置、第二汽水分离装置和第四流量仪；

所述第一循环供水管通过循环供水旁路与第二循环供水管连接，且在循环供水旁路上安装有第十五阀门，在第一循环供水管的进水端和出水端分别安装有第二阀门和第三阀门，在第二循环供水管的进水端和出水端分别安装有第九阀门和第十阀门；所述第一循环回水管通过循环回水旁路与第二循环回水管连接，且在循环回水旁路上安装有第十六阀门，在第一循环回水管的进水端和出水端分别安装有第四阀门和第五阀门，在第二循环回水管的进水端和出水端分别安装有第十一阀门和第十二阀门。

进一步的，所述第一热电机组和第二热电机组可以是同一类型机组，也可以是不同类型机组。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：(1)本实用新型设计合理，结构简单，性能可靠，创造了基于全厂电、热负荷协同调度的双机组耦合调峰装置；(2)在保证外界供热负荷需求的前提下，通过制定两台机组的调峰运行策略，既能保障民生采暖需求，又能实现全厂调峰运行的经济效益最大化。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

参见图1，本实施例中的基于全厂电、热负荷协同调度的双机组耦合调峰装置，它包括：第一热电机组、第二热电机组、第一冷却蒸汽系统和第二冷却蒸汽系统；

第一热电机组包括第一汽轮机高中压缸11、第一汽轮机低压缸12、第一凝汽器13、第一冷却塔14和第一热网加热器15，第一汽轮机高中压缸11的排汽口通过第一连通管101与第一汽轮机低压缸12的进汽口连接，且在第一连通管101上安装有第一液压蝶阀110，第一汽轮机低压缸12的排汽口与第一凝汽器13连接，第一凝汽器13的循环水侧通过第一循环供水管104和第一循环回水管105与第一冷却塔14连接，第一汽轮机高中压缸11的排汽口还通过第一采暖抽汽管102与第一热网加热器15连接，且在第一采暖抽汽管102上安装有第一阀门111；

第二热电机组包括第二汽轮机高中压缸21、第二汽轮机低压缸22、第二凝汽器23、第二冷却塔24和第二热网加热器25，第二汽轮机高中压缸21的排汽口通过第二连通管201与第二汽轮机低压缸22的进汽口连接，且在第二连通管201上安装有第二液压蝶阀210，第二汽轮机低压缸22的排汽口与第二凝汽器23连接，第二凝汽器23的循环水侧通过第二循环供水管204和第二循环回水管205与第二冷却塔24连接，第二汽轮机高中压缸21的排汽口还通过第二采暖抽汽管202与第二热网加热器25连接，且在第二采暖抽汽管202上安装有第八阀门211；

第一冷却蒸汽系统包括：第一冷却蒸汽管103、第一减温减压装置16、第一汽水分离装置17、第一流量仪18和第二流量仪19，第一冷却蒸汽管103的进汽端和出汽端分别与第一汽轮机高中压缸11的排汽口和第一汽轮机低压缸12的进汽口连接，且在第一冷却蒸汽管103的进汽端安装有第六阀门116，在第一冷却蒸汽管103的出汽端安装有第七阀门117和第一截止阀118，在第一冷却蒸汽管103上沿着蒸汽流动方向依次安装有第一流量仪18、第一减温减压装置16、第一汽水分离装置17、和第二流量仪19；

第二冷却蒸汽系统包括：第二冷却蒸汽管203、第二减温减压装置26、第二汽水分离装置27、第三流量仪28和第四流量仪29，第二冷却蒸汽管203的进汽端和出汽端分别与第二汽轮机高中压缸21的排汽口和第二汽轮机低压缸22的进汽口连接，且在第二冷却蒸汽管203的进汽端安装有第十三阀门216，在第二冷却蒸汽管203的出汽端安装有第十四阀门217和第二截止阀218，在第二冷却蒸汽管203上沿着蒸汽流动方向依次安装有第三流量仪28、第二减温减压装置26、第二汽水分离装置27和第四流量仪29；

第一循环供水管104通过循环供水旁路1与第二循环供水管204连接，且在循环供水旁路1上安装有第十五阀门3，在第一循环供水管104的进水端和出水端分别安装有第二阀门112和第三阀门113，在第二循环供水管204的进水端和出水端分别安装有第九阀门212和第十阀门213；第一循环回水管105通过循环回水旁路2与第二循环回水管205连接，且在循环回水旁路2上安装有第十六阀门4，在第一循环回水管105的进水端和出水端分别安装有第四阀门114和第五阀门115，在第二循环回水管205的进水端和出水端分别安装有第十一阀门214和第十二阀门215。

第一热电机组和第二热电机组可以是同一类型机组，也可以是不同类型机组。

本实施例的运行方法如下：

第一步：根据第一热电机组和第二热电机组的设计参数、机组性能参数以及机组历史运行数据，绘制两台热电机组在抽凝式工况运行和低压缸不进汽做功工况运行两种方式下，机组采暖抽汽流量与机组出力和机组进汽流量的关系曲线；

第二步：记录两台热电机组在不同机组出力和不同采暖抽汽流量组合时，抽凝式工况运行和低压缸不进汽做功工况运行两种方式下的各类设备运行参数和资源消耗数据，通过计算得出两种运行方式下的单位发电煤耗成本、单位发电厂用电量、单位发电耗水成本和单位发电环保耗材成本，由此得出，在采暖抽汽流量一定时，机组采用低压缸不进汽做功工况运行比采用抽凝式工况运行所节约的单位发电成本；

第三步：计算两台机组在不同机组出力情况下的调峰收益和两种运行方式下的运行成本，在采暖抽汽流量一定时，以全厂经济效益最大化为目标，结合第一步的关系曲线，进行两台机组的出力负荷分配，制定两台机组耦合调峰的运行策略。

两种运行方式具体如下：

第一热电机组或第二热电机组为抽凝式工况运行时，第一冷却蒸汽系统或第二冷却蒸汽系统为关闭状态，此时，调节第一液压蝶阀110的开度或调节第二液压蝶阀210的开度，第一汽轮机高中压缸11的一部分排汽进入第一汽轮机低压缸12继续做功发电，或者第二汽轮机高中压缸21的一部分排汽进入第二汽轮机低压缸22继续做功发电；

第一热电机组或第二热电机组为低压缸不进汽做功工况运行时，第一冷却蒸汽系统或第二冷却蒸汽系统为运行状态，此时，全关闭第一液压蝶阀110或全关闭第二液压蝶阀210，除很小量的排汽进入第一冷却蒸汽系统或进入第二冷却蒸汽系统外，第一汽轮机高中压缸11的全部排汽还进入第一热网加热器15对外供热，或者第二汽轮机高中压缸21的全部排汽还进入第二热网加热器25对外供热。

其中，第一步的具体步骤是：

S1：统计记录第一热电机组和第二热电机组的设计参数、机组性能参数以及机组历史运行数据；

S2：确定机组在两种运行方式下的机组采暖抽汽流量Q_采与机组出力P_出和机组进汽流量Q_进的关系式，分别为：

机组在低压缸不进汽做功工况运行时，

或者

其中：a≥0，b≥0；此时，Q_进的值一定时，P_出的值也一定，采暖抽汽流量是含机组进汽流量n次方的单一变量函数，也是含机组出力n次方的单一变量函数；

机组在抽凝式工况运行时，

其中：c≥0，d≥0；此时，采暖抽汽流量是含机组进汽流量n次方和机组出力n次方的多变量函数；

S3：根据步骤S1中统计的第一热电机组和第二热电机组的设计参数、机组性能参数以及机组历史运行数据，计算拟合得出步骤S2中各变量的具体值，包括：a、b、c、d、k_n+1、j_n+1、t_n+1、r_m+1的具体参数值；

S4：利用步骤S2中的函数关系式和步骤S3中各变量的具体参数值，绘制机组在抽凝式工况运行和低压缸不进汽做功工况运行两种方式下机组采暖抽汽流量与机组出力和机组进汽流量的关系曲线；此时，机组在抽凝式工况运行时，在关系曲线范围内，针对不同采暖抽汽流量值Q_采，机组具有对应的最小出力值minP_出和最大出力值maxP_出。

第二步的具体步骤是：

S1：统计记录两台热电机组在不同机组出力P_出和不同采暖抽汽流量Q_采组合时，抽凝式工况运行和低压缸不进汽做功工况运行两种方式下的各类设备历史运行参数和历史资源消耗数据，利用统计的历史数据，计算得出两台热电机组在两种运行方式下单位发电量所需要的煤耗成本U_煤、厂用电量P_厂、耗水成本U_水和环保耗材成本U_材；

S2：采暖抽汽流量Q_采一定时，计算得出机组采用低压缸不进汽做功工况运行比采用抽凝式工况运行所节约的单位发电成本W_切节，计算公式为：

W_切节＝(U_煤+P_厂·U_煤+U_水+U_材)_抽凝式-(U_煤+P_厂·U_煤+U_水+U_材)_{低压缸不进汽}。

第三步的具体步骤是：

S1：统计记录不同热电机组在单位统计周期T内的单位上网电价Y_网和单位发电成本Y_成，不同热电机组的额定出力P_额；单位统计周期T内的单位发电罚金Y_罚，以及单位统计周期T内的第1挡市场出清电价Y_1挡和第2挡市场出清电价Y_2挡；

S2：根据第一步的计算方法，变换得出机组出力P_出与采暖抽汽流量Q_采的关系式，分别为：

机组在低压缸不进汽做功工况运行时，P_切出＝f(Q_切采)，此时，锅炉稳燃对应的机组最小出力为minP_切出，则有minP_切出＝f(minQ_切采)；

机组在抽凝式工况运行时，P_抽出＝f(Q_抽采，Q_抽进)，当采暖抽汽流量值Q_抽采一定时，机组具有对应的最小出力值minP_抽出和最大出力值maxP_抽出；

S3：当机组采暖抽汽流量Q_采一定时，单台热电机组在不同运行方式下的调峰经济性计算方法如下：

当机组采暖抽汽流量Q_采一定时，机组在低压缸不进汽做功工况运行时的出力为P_切出，机组在抽凝式工况运行时的出力为P_抽出，其中minP_抽出≤P_抽出≤maxP_抽出；

当机组在抽凝式工况运行时，单位调峰收益W_抽调、单位调峰罚金W_抽罚和不同出力下收益差W_抽差的计算方法如下：

此时，当W_抽差≥0时，P_抽出取值为P_x抽出；当W_抽差＜0时，P_抽出取值为P_y抽出；

当机组在低压缸不进汽做功工况运行时，单位调峰收益W_切调、单位调峰罚金W_切罚和单位切缸影响收益W_切受的计算方法如下：

S4：当机组采暖抽汽流量Q_采一定时，以全厂经济效益最大化为目标，制定两台机组耦合调峰的运行策略，约束函数如下：

当Q_采＝f(maxP_抽出1)+f(maxP_抽出2)，且Q_采小于外界总热负荷时，第一热电机组和第二热电机组均采用低压缸不进汽做功工况运行；

当Q_采＝f(minP_切出1)+f(minP_切出2)，且Q_采大于外界总热负荷时，第一热电机组和第二热电机组均采用抽凝式工况运行；

当W_抽总1＞W_切总1且W_抽总2＞W_切总2时，第一热电机组和第二热电机组均采用抽凝式工况运行；

当W_抽总1＜W_切总1且W_抽总2＜W_切总2时，第一热电机组和第二热电机组均采用低压缸不进汽做功工况运行；

当W_抽总1＞W_切总1且W_抽总2＜W_切总2时，第一热电机组采用抽凝式工况运行，第二热电机组采用低压缸不进汽做功工况运行；

当W_抽总1＜W_切总1且W_抽总2＞W_切总2时，第一热电机组采用低压缸不进汽做功工况运行，第二热电机组采用抽凝式工况运行。

本实用新型应用于新疆华电哈密热电有限责任公司两台完成低压缸不进汽做功改造的135MW热电机组后，在满足外界供热需求的同时，通过优化两台机组的运行策略，实现了全厂调峰经济效益的最大化。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例说明。凡依据本实用新型专利构思的构造、特征及原理所做的等效变化，均包括在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、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 (2)

1.一种基于全厂电、热负荷协同调度的双机组耦合调峰装置，其特征在于，它包括：第一热电机组、第二热电机组、第一冷却蒸汽系统和第二冷却蒸汽系统；

所述第一热电机组包括第一汽轮机高中压缸（11）、第一汽轮机低压缸（12）、第一凝汽器（13）、第一冷却塔（14）和第一热网加热器（15），所述第一汽轮机高中压缸（11）的排汽口通过第一连通管（101）与第一汽轮机低压缸（12）的进汽口连接，且在第一连通管（101）上安装有第一液压蝶阀（110），所述第一汽轮机低压缸（12）的排汽口与第一凝汽器（13）连接，所述第一凝汽器（13）的循环水侧通过第一循环供水管（104）和第一循环回水管（105）与第一冷却塔（14）连接，所述第一汽轮机高中压缸（11）的排汽口还通过第一采暖抽汽管（102）与第一热网加热器（15）连接，且在第一采暖抽汽管（102）上安装有第一阀门（111）；

所述第二热电机组包括第二汽轮机高中压缸（21）、第二汽轮机低压缸（22）、第二凝汽器（23）、第二冷却塔（24）和第二热网加热器（25），所述第二汽轮机高中压缸（21）的排汽口通过第二连通管（201）与第二汽轮机低压缸（22）的进汽口连接，且在第二连通管（201）上安装有第二液压蝶阀（210），所述第二汽轮机低压缸（22）的排汽口与第二凝汽器（23）连接，所述第二凝汽器（23）的循环水侧通过第二循环供水管（204）和第二循环回水管（205）与第二冷却塔（24）连接，所述第二汽轮机高中压缸（21）的排汽口还通过第二采暖抽汽管（202）与第二热网加热器（25）连接，且在第二采暖抽汽管（202）上安装有第八阀门（211）；

所述第一冷却蒸汽系统包括：第一冷却蒸汽管（103）、第一减温减压装置（16）、第一汽水分离装置（17）、第一流量仪（18）和第二流量仪（19），所述第一冷却蒸汽管（103）的进汽端和出汽端分别与第一汽轮机高中压缸（11）的排汽口和第一汽轮机低压缸（12）的进汽口连接，且在第一冷却蒸汽管（103）的进汽端安装有第六阀门（116），在第一冷却蒸汽管（103）的出汽端安装有第七阀门（117）和第一截止阀（118），在第一冷却蒸汽管（103）上沿着蒸汽流动方向依次安装有第一流量仪（18）、第一减温减压装置（16）、第一汽水分离装置（17）、和第二流量仪（19）；

所述第二冷却蒸汽系统包括：第二冷却蒸汽管（203）、第二减温减压装置（26）、第二汽水分离装置（27）、第三流量仪（28）和第四流量仪（29），所述第二冷却蒸汽管（203）的进汽端和出汽端分别与第二汽轮机高中压缸（21）的排汽口和第二汽轮机低压缸（22）的进汽口连接，且在第二冷却蒸汽管（203）的进汽端安装有第十三阀门（216），在第二冷却蒸汽管（203）的出汽端安装有第十四阀门（217）和第二截止阀（218），在第二冷却蒸汽管（203）上沿着蒸汽流动方向依次安装有第三流量仪（28）、第二减温减压装置（26）、第二汽水分离装置（27）和第四流量仪（29）；

所述第一循环供水管（104）通过循环供水旁路（1）与第二循环供水管（204）连接，且在循环供水旁路（1）上安装有第十五阀门（3），在第一循环供水管（104）的进水端和出水端分别安装有第二阀门（112）和第三阀门（113），在第二循环供水管（204）的进水端和出水端分别安装有第九阀门（212）和第十阀门（213）；所述第一循环回水管（105）通过循环回水旁路（2）与第二循环回水管（205）连接，且在循环回水旁路（2）上安装有第十六阀门（4），在第一循环回水管（105）的进水端和出水端分别安装有第四阀门（114）和第五阀门（115），在第二循环回水管（205）的进水端和出水端分别安装有第十一阀门（214）和第十二阀门（215）。

2.根据权利要求1所述的基于全厂电、热负荷协同调度的双机组耦合调峰装置，其特征在于，所述第一热电机组和第二热电机组可以是同一类型机组，也可以是不同类型机组。

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