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CN110863870A - 一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰系统及调峰方法 - Google Patents

一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰系统及调峰方法 Download PDF

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CN110863870A CN201911088051.3A CN201911088051A CN110863870A CN 110863870 A CN110863870 A CN 110863870A CN 201911088051 A CN201911088051 A CN 201911088051A CN 110863870 A CN110863870 A CN 110863870A
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Abstract

本发明公开了一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰系统及调峰方法，调峰系统包括储热模块和调峰模块，调峰模块包括主路节流阀、旁路节流阀、第一熔盐泵、第二熔盐泵、第一熔盐阀、第二熔盐阀、第一蒸汽阀和第二蒸汽阀，调峰方法是根据输入的调峰目标，通过调峰模块改变汽轮机做功状态，即实现动态调峰；本发明能够提高火电机组升降负荷速率，提高机组灵活性和经济性，且结构简单，操作便捷。

Description

一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰系统及调峰方法
技术领域
本发明涉及火力发电技术领域，尤其涉及一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰系统及调峰方法。
背景技术
目前，随着我国经济迅猛发展以及人民生活水平日益提高，用电需求也在不断提升。电力系统中燃煤机组装机容量大，为了配合规模化风电、太阳能等新能源发电并网，以及我国用电结构的变化，燃煤机组将承担更多、更难的调峰任务。这对燃煤机组的灵活性提出了较高要求，要求其能大幅度变负荷运行且具备快速变负荷速率。当电网要求快速变负荷时，系统内部蓄热能力有限，需要更有潜力的蓄热系统与传统燃煤机组相互配合。我国火电机组灵活性主要制约因素有调峰能力不足、负荷响应速度迟缓，以及对机组安全性、环保性以及经济性影响显著。国内外提高机组灵活性所采用的技术主要有：最低稳燃技术，储热罐热电解耦调峰技术，电锅炉热电解耦调峰技术，汽轮机旁路供热调峰技术，储能调峰技术，协调优化控制技术等。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰系统及调峰方法，能够提高火电机组升降负荷速率，提高机组灵活性和经济性，且结构简单，操作便捷。
本发明采用的技术方案为：
一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰系统，包括锅炉、汽轮机、凝汽器和回热系统，锅炉内蒸汽通过蒸汽管道进入汽轮机做功，锅炉、汽轮机、凝汽器和回热系统依次连接构成回路，还包括储热模块和调峰模块；
所述汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸，锅炉新蒸汽出口连接高压缸入口，高压缸排汽进入锅炉再热，锅炉再热蒸汽出口连接中压缸入口，中压缸排汽口连接低压缸入口，低压缸排汽口连接凝汽器；
所述回热系统包括通过主管道依次连接的低压换热器、除氧器和高压换热器，低压换热器入口连接凝汽器，高压换热器出口连接锅炉入口；低压换热器换热口连接低压缸抽汽口，除氧器入口连接中压缸排汽口，高压换热器换热口分别连接中压缸抽汽口和高压缸抽汽口；
所述储热系统包括水-熔盐换热器、熔盐罐、蒸汽-熔盐换热器和热泵，熔盐罐为单罐；水-熔盐换热器水侧入口连接除氧器出口，水-熔盐换热器水侧出口通过汽包连接锅炉入口，水-熔盐换热器熔盐侧入口连接熔盐罐顶部，水-熔盐换热器熔盐侧出口连接熔盐罐底部；蒸汽-熔盐换热器熔盐侧出口连接熔盐罐顶部，蒸汽-熔盐换热器熔盐侧入口连接熔盐罐底部，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧出口通过汽包连接锅炉入口，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧入口连接热泵出口；热泵一次入口通过新蒸汽旁路管路连接锅炉新蒸汽出口，热泵二次入口通过再热蒸汽旁路管路连接锅炉再热蒸汽出口；
所述调峰模块包括主路节流阀、旁路节流阀、第一熔盐泵、第二熔盐泵、第一熔盐阀、第二熔盐阀、第一蒸汽阀和第二蒸汽阀；主路节流阀设于除氧器出口给水管路，旁路节流阀设于水-熔盐换热器的水侧入口，第一熔盐泵和第一熔盐阀依次设于水-熔盐换热器的熔盐侧入口处，第二熔盐泵和第二熔盐阀依次设于蒸汽-熔盐换热器的熔盐侧入口处，第一蒸汽阀设于热泵一次入口与锅炉新蒸汽出口之间，第二蒸汽阀设于热泵二次入口与锅炉再热蒸汽出口之间。
进一步地，所述热泵采用喷射式热泵。
一种采用上述基于高压加热回路的斜温层储热调峰系统的调峰方法，包括以下步骤：
A、在控制中心输入机组调峰目标；调峰目标包括调峰类型、负荷调整目标值；
B、根据调峰目标，通过调峰模块改变汽轮机做功状态，即实现动态调峰；调峰类型包括快速升负荷和快速降负荷；
（a）快速升负荷的调峰过程具体为：
a1：打开第一熔盐阀和旁路节流阀，第一熔盐泵工作，第二熔盐泵不工作；
a2：关闭第一蒸汽阀、第二蒸汽阀和第二熔盐阀；
a3：根据负荷调整目标值调小主路节流阀开度，除氧器出口主给水量减小，汽轮机高压缸和中压缸抽汽量减少，低压缸更多蒸汽做功回到凝汽器，汽轮机做功增加；
a4：一部分除氧器出口给水经过旁路节流阀进入水-熔盐换热器进行加热，加热后的水进入汽包；
a5：熔盐罐顶部热熔盐在第一熔盐泵驱动下经过水-熔盐换热器放热后变成冷熔盐回到熔盐罐底部；
（b）快速降负荷的调峰过程具体为：
b1：打开第一蒸汽阀、第二蒸汽阀、第二熔盐阀和主路节流阀，其中，第一蒸汽阀和第二蒸汽阀的开度根据负荷调整目标值进行调整；
b2：关闭第一熔盐阀和旁路节流阀，第一熔盐泵不工作，第二熔盐泵工作；
b3：锅炉新蒸汽和再热蒸汽经过热泵进入蒸汽-熔盐换热器进行热量释放，释放热量后的蒸汽进入汽包；
b4：熔盐罐底部冷熔盐在第二熔盐泵驱动下经过蒸汽-熔盐换热器加热后回到熔盐罐顶部，作为热熔盐蓄热；由于部分新蒸汽和再热蒸汽加热熔盐蓄热，使汽轮机做功减少。
本发明具有以下有益效果：
（1）采用调峰模块对不同工况下的储热系统进行结构调整，利用熔盐罐内斜温层的蓄热特点，即上层为热熔盐，下层为冷熔盐，实现升降负荷时热量的动态转换，提高火电机组升降负荷速率，并提高机组灵活性和经济性，同时，兼具结构简单，节省成本的优点；
（2）通过采用喷射式热泵，并且设计喷射式热泵的进汽分别是锅炉的新蒸汽和再热蒸汽，可灵活调节温度以达到熔盐所需加热温度，进一步提高本发明灵活性；
（3）通过根据负荷调整要求对调峰模块中不同结构进行调整，实现快速升负荷和快速降负荷的调峰目标，调峰效率高，灵活度强，且充分利用系统产生能量，提高本发明经济性。
附图说明
图1为本发明中调峰系统的结构示意图。
附图标记说明：
1、热泵；1-1、一次入口；1-2、二次入口；2、熔盐罐；3、蒸汽-熔盐换热器；3-1、蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧入口；3-2、蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧出口；3-3、蒸汽-熔盐换热器熔盐侧出口；3-4、蒸汽-熔盐换热器熔盐侧入口；4、水-熔盐换热器；4-1、水-熔盐换热器熔盐侧入口；4-2、水-熔盐换热器熔盐侧出口；4-3、水-熔盐换热器水侧出口；4-4、水-熔盐换热器水侧入口；5、第一熔盐泵；6、第二熔盐泵；7、第二蒸汽阀；8、第一蒸汽阀；9、第一熔盐阀；10、第二熔盐阀；11、旁路节流阀；12、凝汽器；13、汽包；14、锅炉；15、高压缸；16、中压缸；17、低压缸；18、除氧器；19、主路节流阀。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰系统及调峰方法。
调峰系统包括锅炉14、汽轮机、凝汽器12和回热系统，锅炉14内蒸汽通过蒸汽管道进入汽轮机做功，锅炉14、汽轮机、凝汽器12和回热系统依次连接构成回路，还包括储热模块和调峰模块；
所述汽轮机包括高压缸15、中压缸16和低压缸17，锅炉14新蒸汽出口连接高压缸15入口，高压缸15排汽进入锅炉14再热，锅炉14再热蒸汽出口连接中压缸16入口，中压缸16排汽口连接低压缸17入口，低压缸17排汽口连接凝汽器12；
所述回热系统包括通过主管道依次连接的低压换热器、除氧器18和高压换热器，低压换热器入口连接凝汽器12，高压换热器出口连接锅炉14入口；低压换热器换热口连接低压缸17抽汽口，除氧器18入口连接中压缸16排汽口，高压换热器换热口分别连接中压缸16抽汽口和高压缸15抽汽口；
所述储热系统包括水-熔盐换热器4、熔盐罐2、蒸汽-熔盐换热器3和热泵1，熔盐罐2为单罐；水-熔盐换热器水侧入口4-4连接除氧器18出口，水-熔盐换热器水侧出口4-3通过汽包13连接锅炉14入口，水-熔盐换热器熔盐侧入口4-1连接熔盐罐2顶部，水-熔盐换热器熔盐侧出口4-2连接熔盐罐2底部；蒸汽-熔盐换热器熔盐侧出口3-3连接熔盐罐2顶部，蒸汽-熔盐换热器熔盐侧入口3-4连接熔盐罐2底部，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧出口3-2通过汽包13连接锅炉14入口，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧入口3-1连接热泵1出口；热泵1一次入口1-1通过新蒸汽旁路管路连接锅炉14新蒸汽出口，热泵1二次入口1-2通过再热蒸汽旁路管路连接锅炉14再热蒸汽出口；
所述调峰模块包括主路节流阀19、旁路节流阀11、第一熔盐泵5、第二熔盐泵6、第一熔盐阀9、第二熔盐阀10、第一蒸汽阀8和第二蒸汽阀7；主路节流阀19设于除氧器18出口给水管路，旁路节流阀11设于水-熔盐换热器4的水侧入口，第一熔盐泵5和第一熔盐阀9依次设于水-熔盐换热器熔盐侧入口4-1处，第二熔盐泵6和第二熔盐阀10依次设于蒸汽-熔盐换热器熔盐侧入口3-4处，第一蒸汽阀8设于热泵1一次入口1-1与锅炉14新蒸汽出口之间，第二蒸汽阀7设于热泵1二次入口1-2与锅炉14再热蒸汽出口之间。
调峰方法包括：
A、在控制中心输入机组调峰目标；调峰目标包括调峰类型、负荷调整目标值；
B、根据调峰目标，通过调峰模块改变汽轮机做功状态，即实现动态调峰；调峰类型包括快速升负荷和快速降负荷；
（a）快速升负荷的调峰过程具体为：
a1：打开第一熔盐阀9和旁路节流阀11，第一熔盐泵5工作，第二熔盐泵6不工作；
a2：关闭第一蒸汽阀8、第二蒸汽阀7和第二熔盐阀10；
a3：根据负荷调整目标值调小主路节流阀19开度，除氧器18出口主给水量减小，汽轮机高压缸15和中压缸16抽汽量减少，低压缸17更多蒸汽做功回到凝汽器12，汽轮机做功增加；
a4：一部分除氧器出口给水经过旁路节流阀11进入水-熔盐换热器4进行加热，加热后的水进入汽包13；
a5：熔盐罐2顶部热熔盐在第一熔盐泵5驱动下经过水-熔盐换热器4放热后变成冷熔盐回到熔盐罐2底部；
（b）快速降负荷的调峰过程具体为：
b1：打开第一蒸汽阀8、第二蒸汽阀7、第二熔盐阀10和主路节流阀19，其中，第一蒸汽阀8和第二蒸汽阀7的开度根据负荷调整目标值进行调整；
b2：关闭第一熔盐阀9和旁路节流阀11，第一熔盐泵5不工作，第二熔盐泵6工作；
b3：锅炉14新蒸汽和再热蒸汽经过热泵1进入蒸汽-熔盐换热器3进行热量释放，释放热量后的蒸汽进入汽包13；
b4：熔盐罐2底部冷熔盐在第二熔盐泵6驱动下经过蒸汽-熔盐换热器3加热后回到熔盐罐2顶部，作为热熔盐蓄热；由于部分新蒸汽和再热蒸汽加热熔盐蓄热，使汽轮机做功减少。
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1所示，本发明公开了一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰系统，包括锅炉14、汽轮机、凝汽器12、回热系统、储热模块和调峰模块，锅炉14内蒸汽通过蒸汽管道进入汽轮机做功，锅炉14、汽轮机、凝汽器12和回热系统依次连接构成回路。
汽轮机包括高压缸15、中压缸16和低压缸17，锅炉14新蒸汽出口连接高压缸15入口，高压缸15排汽进入锅炉14再热，锅炉14再热蒸汽出口连接中压缸16入口，中压缸16排汽口连接低压缸17入口，低压缸17排汽口连接凝汽器12。
回热系统包括通过主管道依次连接的低压换热器、除氧器18和高压换热器，主管道中设有用于驱动循环的循环泵，低压换热器入口通过连接凝汽器12，低压换热器与凝汽器12之间设有低压给水泵，高压换热器出口连接锅炉14入口；低压换热器换热口连接低压缸17抽汽口，除氧器18入口连接中压缸排汽口，高压换热器若干换热口连接中压缸16抽汽口，高压换热器的其余换热口连接高压缸15抽汽口。
储热系统包括水-熔盐换热器4、熔盐罐2、蒸汽-熔盐换热器3和热泵1，熔盐罐2为单罐；水-熔盐换热器水侧入口4-4连接除氧器18出口，水-熔盐换热器水侧出口4-3通过汽包13连接锅炉14入口，水-熔盐换热器熔盐侧入口4-1连接熔盐罐2顶部，水-熔盐换热器熔盐侧出口4-2连接熔盐罐2底部；蒸汽-熔盐换热器熔盐侧出口3-3连接熔盐罐2顶部，蒸汽-熔盐换热器熔盐侧入口3-4连接熔盐罐2底部，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧出口3-2通过汽包13连接锅炉14入口，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧入口3-1连接热泵1出口；热泵1一次入口1-1通过新蒸汽旁路管路连接锅炉14新蒸汽出口，热泵1二次入口1-2通过再热蒸汽旁路管路连接锅炉14再热蒸汽出口。
熔盐罐2内介质为熔盐，利用斜温层形成上高下低温度分布，顶部与底部分别与两个熔盐换热器相连，在放热时与水-熔盐换热器4形成换热回路，在蓄热时与蒸汽-熔盐换热器3形成换热回路。
热泵1采用喷射式热泵1，需要指出，喷射式热泵1一次入口1-1进汽为新蒸汽，二次入口1-2进汽为再热蒸汽，可以灵活控制蒸汽品质达到熔盐所需温度，为了达到加热熔盐所需温度，可以在不同情况下调节第一蒸汽阀8、第二蒸汽阀7的开度来调节蒸汽-熔盐换热器3中蒸汽侧的温度，具体调节过程为本领域成熟技术手段，在此不再赘述。
调峰模块包括主路节流阀19、旁路节流阀11、第一熔盐泵5、第二熔盐泵6、第一熔盐阀9、第二熔盐阀10、第一蒸汽阀8和第二蒸汽阀7；主路节流阀19设于除氧器18出口给水管路，主路节流阀19与除氧器18之间设有高压给水泵，旁路节流阀11设于水-熔盐换热器4的水侧入口，第一熔盐泵5和第一熔盐阀9依次设于水-熔盐换热器4的熔盐侧入口处，第二熔盐泵6和第二熔盐阀10依次设于蒸汽-熔盐换热器3的熔盐侧入口处，第一蒸汽阀8设于热泵1一次入口1-1与锅炉14新蒸汽出口之间，第二蒸汽阀7设于热泵1二次入口1-2与锅炉14再热蒸汽出口之间。
本发明还公开了一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰方法，包括以下步骤：
A、在控制中心输入机组调峰目标；调峰目标包括调峰类型、负荷调整目标值；
B、根据调峰目标，通过调峰模块改变汽轮机做功状态，即实现动态调峰；调峰类型包括快速升负荷和快速降负荷；
（a）快速升负荷的调峰过程具体为：
a1：打开第一熔盐阀9和旁路节流阀11，第一熔盐泵5工作，第二熔盐泵6不工作；
a2：关闭第一蒸汽阀8、第二蒸汽阀7和第二熔盐阀10；
a3：根据负荷调整目标值调小主路节流阀19开度，除氧器18出口主给水量减小，汽轮机高压缸15和中压缸16抽汽量减少，低压缸17更多蒸汽做功回到凝汽器12，汽轮机做功增加；
a4：一部分除氧器18出口给水经过旁路节流阀11进入水-熔盐换热器4进行加热，加热后的水进入汽包13；
a5：熔盐罐2顶部热熔盐在第一熔盐泵5驱动下经过水-熔盐换热器4放热后变成冷熔盐回到熔盐罐2底部。
在快速升负荷时，部分高压回路给水经热熔盐加热，减少了高压缸15和中压缸16抽汽，增加汽轮机做功，即通过减少高压给水量增加汽轮机做功，并利用热熔盐给高压旁路给水回路提供热量，提高机组升负荷时的灵活性。
（b）快速降负荷的调峰过程具体为：
b1：打开第一蒸汽阀8、第二蒸汽阀7、第二熔盐阀10和主路节流阀19，其中，第一蒸汽阀8和第二蒸汽阀7的开度根据负荷调整目标值进行调整；
b2：关闭第一熔盐阀9和旁路节流阀11，第一熔盐泵5不工作，第二熔盐泵6工作；
b3：锅炉14新蒸汽和再热蒸汽经过热泵1进入蒸汽-熔盐换热器3进行热量释放，释放热量后的蒸汽进入汽包13；
b4：熔盐罐2底部冷熔盐在第二熔盐泵6驱动下经过蒸汽-熔盐换热器3加热后回到熔盐罐2顶部，作为热熔盐蓄热；由于部分新蒸汽和再热蒸汽加热熔盐蓄热，使汽轮机做功减少。
在快速降负荷时，部分新蒸汽和再热蒸汽加热熔盐蓄热，新蒸汽和再热蒸汽进入汽轮机做功量相应减少，减少了汽轮机做功。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰系统，包括锅炉、汽轮机、凝汽器和回热系统，锅炉内蒸汽通过蒸汽管道进入汽轮机做功，锅炉、汽轮机、凝汽器和回热系统依次连接构成回路，其特征在于：还包括储热模块和调峰模块；
所述汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸，锅炉新蒸汽出口连接高压缸入口，高压缸排汽进入锅炉再热，锅炉再热蒸汽出口连接中压缸入口，中压缸排汽口连接低压缸入口，低压缸排汽口连接凝汽器；
所述回热系统包括通过主管道依次连接的低压换热器、除氧器和高压换热器，低压换热器入口连接凝汽器，高压换热器出口连接锅炉入口；低压换热器换热口连接低压缸抽汽口，除氧器入口连接中压缸排汽口，高压换热器换热口分别连接中压缸抽汽口和高压缸抽汽口；
所述储热系统包括水-熔盐换热器、熔盐罐、蒸汽-熔盐换热器和热泵，熔盐罐为单罐；水-熔盐换热器水侧入口连接除氧器出口，水-熔盐换热器水侧出口通过汽包连接锅炉入口，水-熔盐换热器熔盐侧入口连接熔盐罐顶部，水-熔盐换热器熔盐侧出口连接熔盐罐底部；蒸汽-熔盐换热器熔盐侧出口连接熔盐罐顶部，蒸汽-熔盐换热器熔盐侧入口连接熔盐罐底部，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧出口通过汽包连接锅炉入口，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧入口连接热泵出口；热泵一次入口通过新蒸汽旁路管路连接锅炉新蒸汽出口，热泵二次入口通过再热蒸汽旁路管路连接锅炉再热蒸汽出口；
所述调峰模块包括主路节流阀、旁路节流阀、第一熔盐泵、第二熔盐泵、第一熔盐阀、第二熔盐阀、第一蒸汽阀和第二蒸汽阀；主路节流阀设于除氧器出口给水管路，旁路节流阀设于水-熔盐换热器的水侧入口，第一熔盐泵和第一熔盐阀依次设于水-熔盐换热器的熔盐侧入口处，第二熔盐泵和第二熔盐阀依次设于蒸汽-熔盐换热器的熔盐侧入口处，第一蒸汽阀设于热泵一次入口与锅炉新蒸汽出口之间，第二蒸汽阀设于热泵二次入口与锅炉再热蒸汽出口之间。
2.根据权利要求1所述的基于高压加热回路的斜温层储热调峰系统，其特征在于：所述热泵采用喷射式热泵。
3.一种采用权利要求1所述基于高压加热回路的斜温层储热调峰系统的调峰方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、在控制中心输入机组调峰目标；调峰目标包括调峰类型、负荷调整目标值；
B、根据调峰目标，通过调峰模块改变汽轮机做功状态，即实现动态调峰；调峰类型包括快速升负荷和快速降负荷；
（a）快速升负荷的调峰过程具体为：
a1：打开第一熔盐阀和旁路节流阀，第一熔盐泵工作，第二熔盐泵不工作；
a2：关闭第一蒸汽阀、第二蒸汽阀和第二熔盐阀；
a3：根据负荷调整目标值调小主路节流阀开度，除氧器出口主给水量减小，汽轮机高压缸和中压缸抽汽量减少，低压缸更多蒸汽做功回到凝汽器，汽轮机做功增加；
a4：一部分除氧器出口给水经过旁路节流阀进入水-熔盐换热器进行加热，加热后的水进入汽包；
a5：熔盐罐顶部热熔盐在第一熔盐泵驱动下经过水-熔盐换热器放热后变成冷熔盐回到熔盐罐底部；
（b）快速降负荷的调峰过程具体为：
b1：打开第一蒸汽阀、第二蒸汽阀、第二熔盐阀和主路节流阀，其中，第一蒸汽阀和第二蒸汽阀的开度根据负荷调整目标值进行调整；
b2：关闭第一熔盐阀和旁路节流阀，第一熔盐泵不工作，第二熔盐泵工作；
b3：锅炉新蒸汽和再热蒸汽经过热泵进入蒸汽-熔盐换热器进行热量释放，释放热量后的蒸汽进入汽包；
b4：熔盐罐底部冷熔盐在第二熔盐泵驱动下经过蒸汽-熔盐换热器加热后回到熔盐罐顶部，作为热熔盐蓄热；由于部分新蒸汽和再热蒸汽加热熔盐蓄热，使汽轮机做功减少。
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