耦合喷射器和储热的火电机组热电解耦系统及运行方法 |
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| 申请号 | CN202410095471.9 | 申请日 | 2024-01-23 | 公开(公告)号 | CN117905542A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 山东大学; | 发明人 | 赵红霞; 张浩; 张修澳; 曾宏轩; 辛公明; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种耦合喷射器和储热的火 电机 组热 电解 耦系统及运行方法，火电机组技术领域，包括热电厂燃 煤 发电机组 、回热抽汽系统、抽汽供热模 块 、储能释能模块；在系统中引入了 蒸汽 喷射器，蒸汽喷射器引射汽源来自低压缸出口的排汽，将排汽热量 回收利用 ，减少冷凝损失，提高系统 能源 效率；在供热负荷要求较高的时间段，可以增加喷射器的高压抽汽量来提升机组供 热能 力 ，满足高供热负荷时段的要求；系统中耦合熔盐储能模块，可满足不同供暖地区对不同电热负荷的要求，实现电热负荷的灵活转移，实现深度调峰、灵活调频。所以，蒸汽喷射器和热能存储的引入，可以增强系统的调峰能力，并提高系统的能源效率和灵活性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种耦合喷射器和储热的火电机组热电解耦系统，其特征在于：包括热电厂燃煤发电机组、回热抽汽系统、抽汽供热模块、储能释能模块； |
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| 说明书全文 | 耦合喷射器和储热的火电机组热电解耦系统及运行方法技术领域[0001] 本发明涉及一种火电机组热电解耦系统及运行方法技术领域，具体为一种耦合喷射器和储热的火电机组热电解耦系统及运行方法。 背景技术[0002] 2022年，我们国家风电、光伏发电新增装机突破1.2亿千瓦，全年可再生能源新增装机1.52亿千瓦，可再生能源发电总量位居世界第一。但是，可再生能源快速发展的同时，我们国家有些地区“弃风、弃光”的矛盾比较凸显，特别“三北”地区尤为严重。这是伴随着我国能源结构调整变革的新问题，新能源的装机占比逐年提升，新能源的消纳成为我们面临的严峻挑战。当前我国电源结构以火电为主，根据2021年国家能源局的统计数据，火力发电量为57702.7亿千瓦时，占总发电量比为71.13％。所以，至少10年内以火力发电为主的能源结构很难发生根本性改变。以“三北”地区为例，在采暖季的时候，即使在保障供热的最小出力状态下，很多地区的可再生能源发电接纳空间也大大受限，低负荷时期电力更是难以平衡，据统计，当前90％的弃风时间发生在供暖季。 [0003] 在“碳达峰碳中和”发展要求下，火电厂需要逐渐转型为调峰电站，为可再生能源发电让路。近年来，各地纷纷加大了火电纯凝机组和热电联产机组技术改造力度，将纯凝火电改造为同时满足北方地区供热和为可再生能源调峰的模式成为未来热电联产的主要发展模式。但在热电联产机组“以热定电”的运行模式下，热电输出相互耦合、相互制约，尤其是在冬季用电高峰时期，电、热矛盾愈发凸显。热电机组若发挥最大供热能力，发电出力不可调节；若为了满足电力调峰需求而降低发电出力，供热能力则随之下降。 [0004] 因此，需要找到一种解耦热电联产热电输出的方法，使得热电机组在满足供热负荷的同时，发电量还能在大范围内进行调节。 发明内容[0005] 针对以上问题，本发明设计一种火电机组热电解耦系统及运行方法，可满足不同供暖地区对不同电热负荷的要求，实现电热负荷的灵活转移，实现深度调峰、灵活调频，并提高系统能源效率。 [0008] 回热抽汽系统包括依次相连通的凝汽器、一号给水泵、四号低压加热器、三号低压加热器、二号低压加热器、一号低压加热器，除氧器、二号给水泵、三号高压加热器、二号高压加热器、一号高压加热器、二号止回阀，抽汽进入再热器后冷凝，通过低压再热器换热后的冷凝水和低压缸的排汽都进入凝汽器，通过给水泵通过各级加热器后流入除氧器；通过高压再热器换热后的冷凝水和中压缸的部分排汽一同汇入除氧器，再由给水泵将两部分凝结水通过再热器加热后去往锅炉加热，至此，整个蒸汽和冷凝水的循环完成； [0009] 储能释能模块包括依次相连通的低温熔盐储罐、低温熔盐泵、低温熔盐换热器、高温熔盐储罐、高温熔盐泵和高温熔盐换热器，储能过程的抽汽来自锅炉再热蒸汽出口，通过调节阀控制，与高温熔盐换热器换热后的冷凝水通过阀后排入除氧器，由于低温熔盐储罐中是低温熔盐，所以可以被高温蒸汽加热，将热量存储在高温熔盐罐中；释能过程加热来自高压加热器的给水，通过泵和调节阀控制，之后被低温熔盐换热器中的热熔盐加热后通过阀后流入锅炉给水入口； [0010] 优选的，回热抽汽系统包括两部分，一是包括依次相连通的燃煤锅炉、一号流量调节阀、蒸汽喷射器、汽轮机低压缸、三号流量调节阀、第一级热网加热器；第二部分是依次相连通的汽轮机中压缸、二号流量调节阀、第二级热网加热器、两部分通过一号减压阀和一号止回阀与除氧器连接，第一部分通过流量调节阀控制，高压抽汽进入蒸汽喷射器，由于喷射器具有升压的功能，通过引射低压缸排汽进行供热，排汽量通过阀控制，并通过热交换器加热来自热网的回水；第二部分是中压缸排汽供热，通过流量调节阀控制，再通过热交换器二次加热供热回水。两部分抽汽换热冷凝后一同汇入，通过阀后排入除氧器，最终，热网的回水通过换热器加热后，供向热网热用户。 [0011] 优选的，所述一号流量调节阀和二号流量调节阀分别与第一级热网加热器和第二级热网加热器连通，所述第一级热网加热器和第二级热网加热器通过三号给水泵连通。 [0012] 优选的，所述四号流量调节阀与高温熔盐换热器连通；所述五号流量调节阀通过四号给水泵、三号止回阀与低温熔盐换热器连通；所述一号减压阀和二号减压阀与除氧器连通。 [0013] 优选的，其方法包括如下： [0014] S1：燃煤锅炉出口的主蒸汽流向汽轮机高压缸，汽轮机高压缸一部分回热抽汽流向一号高压加热器，汽轮机高压缸另一部分流向二号高压加热器，另一部分流向燃煤锅炉再热，燃煤锅炉出口的再热蒸汽流向汽轮机中压缸；汽轮机中压缸一部分抽汽流向三号高压加热器，汽轮机中压缸排汽一部分去往除氧器，另一部分流向汽轮机低压缸；汽轮机低压缸有四股抽汽分别流向四号低压加热器、三号低压加热器、二号低压加热器、一号低压加热器，排汽去往凝汽器冷凝；高温高压蒸汽带动汽轮机运行，在发电机中发电入网；抽汽回热的作用为提高锅炉给水的温度，提高汽轮机的效率； [0015] S2：供热模式运行时，从主蒸汽抽汽至蒸汽喷射器抽吸汽轮机低压缸排汽至第一级热网加热器，给热网回水加热；另一部分供热源来自汽轮机中压缸排汽旁路，去往第二级热网加热器给热网回水再次加热，最终产生的热水供向热用户； [0016] S3：储能模式运行时，从再热蒸汽旁路抽走多余的热蒸汽去往低温熔盐换热器，将热量存储在高温熔盐罐中；在热负荷需求量大时，释能模块运行，将来自高压换热器的部分给水通往高温熔盐换热器，将热量释放给锅炉给水，最终，换热完成的低温熔盐存储在低温熔盐罐中。 [0017] 优选的，所述燃煤锅炉出气分为两部分：第一部分称为主蒸汽，来自加热后的给水，主蒸汽流向汽轮机中压缸，蒸汽热能转化为机械能，带动发电机发电；第二部分称为再热蒸汽，来自汽轮机高压缸的部分排汽，对做过功的排汽进行再热，然后流向汽轮机中压缸继续做功。 [0018] 优选的，所述汽轮机高压缸的进汽为主蒸汽，而出汽包括两部分：一部分去往高压再热器，对去往燃煤锅炉的给水进行再热，提高能源利用效率；第二部分是高压缸排汽，分别去往高压再热器和锅炉再热。 [0019] 优选的，所述汽轮机中压缸的进汽来源是再热蒸汽，出汽分别去往高压再热器和除氧器和低压缸。 [0020] 优选的，所述汽轮机低压缸的进汽是汽轮机中压缸的排汽，有四部分抽汽，分别去往四号低压加热器、三号低压加热器、二号低压加热器、一号低压加热器，最后，低压缸的排汽流向凝汽器，所述发电机的连接轴与汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸连通。 [0021] 本发明提供了一种火电机组热电解耦系统及运行方法。具备以下有益效果： [0022] 传统抽凝式热电机组通过在中压缸排汽抽汽供热来实现热电解耦，解耦幅度和抽汽热量有限，能源效率低，且在低负荷情况下机组调峰能力不足。本发明首先在系统中引入了蒸汽喷射器，好处有三点：一是蒸汽喷射器的高压抽汽来自燃煤锅炉出口高压旁路，可以在满足供热负荷的条件下调节进入汽轮机高压缸的主蒸汽流量，在低电负荷工况下实现机组的深度调峰；二是蒸汽喷射器引射汽源来自低压缸出口的排汽，将排汽热量回收利用，减少冷凝损失，提高系统能源效率；三是在供热负荷要求较高的时间段，仅从中压缸排汽抽汽供热难以满足负荷要求，此时，可以增加喷射器的高压抽汽量来提升机组供热能力，满足高供热负荷时段的要求。所以，蒸汽喷射器的引入，可以增强系统在高热负荷工况的调峰能力，并提高系统的能源效率。 [0023] 其次，本发明中还加入了熔盐储能释能模块，旨在提升系统在中低热工况负荷下的调峰能力，因为，在中低热负荷工况下，蒸汽喷射器来自高压旁路的抽汽量减少，此时，系统调峰能力下降，为了合理消纳可再生能源发电量，减少电负荷浪费，在低电负荷低热负荷工况下，再热蒸汽旁路的流量调节阀打开，在保证机组安全运行的条件下，将多余的再热蒸汽与来自低温熔盐储罐的熔盐进行换热，将热量存储在高温熔盐储罐中，在电负荷或者热负荷需求量增加时，将高温熔盐储罐中热量放出，加热来自二号高压加热器的给水，极大地提升了系统变负荷运行灵活性和机组调峰能力。附图说明 [0024] 图1为本发明的耦合喷射器和储热的火电机组热电解耦系统原理图。 [0025] 图中，1、燃煤锅炉；2、汽轮机高压缸；3、汽轮机中压缸；4、汽轮机低压缸；5、发电机；6、凝汽器；7、四号低压加热器；8、三号低压加热器；9、二号低压加热器；10、一号低压加热器；11、除氧器；12、三号高压加热器；13、二号高压加热器；14、一号高压加热器；15、蒸汽喷射器；16、第一级热网加热器；17、第二级热网加热器；18、低温熔盐储罐；19、高温熔盐储罐；20、高温熔盐换热器；21、低温熔盐换热器；22、一号流量调节阀；23、二号流量调节阀；24、三号流量调节阀；25、一号减压阀；26、一号止回阀；27、四号流量调节阀；28、二号止回阀；29、五号流量调节阀；30、三号止回阀；31、一号给水泵；32、二号给水泵；33、三号给水泵； 34、四号给水泵；35、二号减压阀；36、高温熔盐泵；37、低温熔盐泵。 具体实施方式[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0027] 实施例1： [0028] 高热负荷低电负荷——“三北”地区夜晚 [0029] 在“三北”地区夜晚时间段，有较高的热负荷，同时电负荷需要量较低，消纳可再生能源发电量即可，此时，热电厂燃煤发电机组和抽汽回热系统正常工作，另外，需要打开系统的一号流量调节阀22、二号流量调节阀23、三号流量调节阀24、四号流量调节阀27和相应的减压阀和止回阀，即开启系统的“喷射抽汽供热模块”和“熔盐储能模块”，从燃煤锅炉高压旁路抽取所需量的高温蒸汽引射汽轮机低压排气，为来自热用户端的热网回水一次加热，然后从中压缸排气抽取所需量的中压蒸汽对热网回水进行二次加热，以满足高供热负荷要求，同时，为了消纳可再生能源发电，在保证机组安全运行的条件下，需要将汽轮机发电量降到最低，因此，将最大限度的再热蒸汽从燃煤锅炉再热出口抽出，通入高温熔盐换热器20，加热来自低温熔盐储罐18的低温熔盐，最后将热量储存在高温熔盐储罐19中，在系统需要时释放。 [0030] 实施例2： [0031] 高热负荷高电负荷——“三北”地区白天 [0032] 在“三北”地区白天时间段，有较高的热负荷，同时电负荷需要量也较高，此时，热电厂燃煤发电机组和抽汽回热系统正常工作，另外，需要打开系统的一号流量调节阀22、二号流量调节阀23、三号流量调节阀24、五号流量调节阀29和相应的减压阀和止回阀，即开启系统的“喷射抽汽供热模块”和“熔盐释能模块”，开启喷射抽汽供热增强供热能力，但在电负荷需求较高时段，仅仅消纳可再生能源的发电量是远远不够的，需求机组在满足供热的条件下增加发电量，因此，系统的抽汽储能阀关闭，释能模块打开，将夜晚存下的能量放出，加热一部分来自二号高压加热器13的给水，提高燃煤锅炉入口给水温度，增强机组供热和出力能力，满足高热负荷高电负荷要求，储能释能模块能增强机组在变工况条件下的调频能，拥有更强的灵活性。 [0033] 实施例3： [0034] 中低热负荷低电负荷——北方供暖地区夜晚 [0035] 在除了“三北”地区的其他北方集中供暖地区，中低热负荷即可满足需求，在夜晚，电负荷需求也较低，此时，热电厂燃煤发电机组和抽汽回热系统都正常工作，另外，中压缸排汽抽汽供热旁路阀23和抽汽释能阀29关闭，需要打开系统的一号流量调节阀22、三号流量调节阀24、四号流量调节阀27和相应的减压阀和止回阀，即开启系统的“喷射抽汽供热模块”和“熔盐储能模块”，在热负荷要求不高的条件下，为了提高能源利用效率，只利用喷射抽汽供热即可满足需求，同理，夜晚电负荷需求量较低，将电负荷最大限度的转化为热负荷储存起来，在需要时释放。 [0036] 实施例4： [0037] 中低热负荷高电负荷——北方供暖地区白天 [0038] 在除了“三北”地区的其他北方集中供暖地区，中低热负荷即可满足需求，在白天，电负荷需求量较高，此时，热电厂燃煤发电机组和抽汽回热系统正常工作，另外，中压缸排汽抽汽供热旁路阀23和抽汽储能阀27关闭，需要打开系统的一号流量调节阀22、三号流量调节阀24、五号流量调节阀29和相应的减压阀和止回阀，即开启系统的“喷射抽汽供热模块”和“熔盐释能模块”，同理，在热负荷要求不高的条件下，为了提高能源利用效率，只利用喷射抽汽供热即可满足需求，但白天的电负荷需求较高，机组满足供热负荷时的最大出力还不能满足要求时，需要打开机组的释能模块，将夜晚储存的热量释放转化为电能。 [0039] 因此，综上系统的运行模式可知，本发明的运行方案结合“喷射抽汽供热模块”和“熔盐储能释能模块”可实现热电机组对不同电热负荷的需求，在满足供热负荷的同时，引入蒸汽喷射器提高能源效率，并可实现低负荷工况下的深度调峰，压低负荷运行，在供暖季将发电的空间腾挪出来，给新能源机组创造电能消纳的条件，化解“三北”地区弃风、弃光问题。同时，打破传统“以热定电”的运行模式，实现热电负荷相互转移，热电解耦，深度调峰调频，增强热电机组运行灵活性并提高机组能源效率。 [0040] 本发明的1、燃煤锅炉；2、汽轮机高压缸；3、汽轮机中压缸；4、汽轮机低压缸；5、发电机；6、凝汽器；7、四号低压加热器；8、三号低压加热器；9、二号低压加热器；10、一号低压加热器；11、除氧器；12、三号高压加热器；13、二号高压加热器；14、一号高压加热器；15、蒸汽喷射器；16、第一级热网加热器；17、第二级热网加热器；18、低温熔盐储罐；19、高温熔盐储罐；20、高温熔盐换热器；21、低温熔盐换热器；22、一号流量调节阀；23、二号流量调节阀；24、三号流量调节阀；25、一号减压阀；26、一号止回阀；27、四号流量调节阀；28、二号止回阀；29、五号流量调节阀；30、三号止回阀；31、一号给水泵；32、二号给水泵；33、三号给水泵； 34、四号给水泵；35、二号减压阀；36、高温熔盐泵；37、低温熔盐泵，部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。 [0041] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 [0042] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。 |
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