耦合斜温层储热罐燃煤机组冷端余热供热系统及运行方法与流程

1.本发明涉及热电联产技术领域，具体涉及耦合斜温层储热罐燃煤机组冷端余热供热系统及运行方法。


背景技术：

2.能源是我国经济社会的基石，发展绿色火电，开展高效清洁发电是我国火电行业的发展指南，北方地区开展集中供热，是改善冬季北方雾霾多发的有效办法，有利于建设环境友好型社会，对我国生态环境的提升有重要意义。
3.目前热电联产机组多采用抽凝式汽轮机、背压式汽轮机或者使凝器式汽轮机在供热工况下提高背压运行，但由于热网回水温度在40℃以上，热网供水温度多在70-120℃，抽凝式机组汽轮机抽气温度较高，直接用于加热热网水有较大的不可逆损失，背压式汽轮机或者使凝器式汽轮机提高背压运行时，可以利用汽轮机乏汽加热热网水，可以合理利用冷端损失，抽凝式汽轮机机组与高背压机组热电负荷特性如图1所示，可以看出，高背压机组机组的运行灵活性较差，但是可以输出较高的热负荷，但是不能满足热负荷在不同时期的变化。
4.有鉴于此，亟需提供一种提高燃煤机组能源利用率及运行灵活性，减少污染物排放及资源消耗的燃煤机组供热系统及其运行方式。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种耦合斜温层储热罐燃煤机组冷端余热供热系统，包括以下：
6.通过热网循环水泵小汽机驱动的热网循环水泵、供热凝汽器、斜温层储热罐、小汽机乏汽加热器、尖峰加热器；其中
7.热网循环水泵入口通过管道接入热网回水，热网循环水泵出口分别与供热凝汽器冷侧入口和尖峰加热器冷侧入口连接；尖峰加热器热侧连接斜温层储热罐；供热凝汽器冷侧出口端与吸收式热泵被加热工质入口连接，吸收式热泵被加热工质出口接小汽机乏汽加热器冷侧入口端；小汽机乏汽加热器冷侧出口与尖峰加热器冷侧出口汇合完成热网供水；
8.热网回水首先经过热网循环水泵完成增压过程，之后分流为两股水流出，第一股水进入尖峰加热器冷侧，利用斜温层储热罐工质替换尖峰加热器热侧中的工质对流入尖峰加热器冷侧的热网水进行加热；第二股水先经过供热凝汽器冷侧利用汽轮机乏汽潜热加热之后进入吸收式热泵加热，然后进入小汽机乏汽加热器冷侧利用热网循环水泵小汽机乏汽继续加热；最后小汽机乏汽加热器冷侧和尖峰加热器冷侧的热网水汇合形成热网供水。
9.本发明还提供了一种耦合斜温层储热罐燃煤机组冷端余热供热系统的运行方法，包括步骤：
10.热网回水先经过热网循环水泵增压分流为两股水分别流至尖峰加热器和供热凝汽器；
11.利用斜温层储热罐工质替换尖峰加热器热侧工质进行换热，经流尖峰加热器的热网回水吸收工质热量后流出至热网供水；
12.供热凝汽器对流入的热网回水利用汽轮机乏汽潜热加热，在分流为两股水分别流至吸收式热泵被加热后，同时汇合流入小汽机乏汽加热器中利用热网循环水泵小汽机乏汽再次进行加热后流出至热网供水；
13.利用形成的热网供水为外供热。
14.本发明还提供了一种燃煤机组，包括如上述所述耦合斜温层储热罐燃煤机组冷端余热供热系统。
15.本发明采用朗肯循环为动力循环，耦合斜温层储热罐及吸收式热泵，利用燃煤机组汽轮机抽汽和冷端余热，同时为用户提供热、电两种能源。通过冷端-斜温层储热罐-吸收式热泵-抽汽过程的耦合优化，本发明可大幅度提高燃煤机组的能量利用率。
16.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为某300mw抽凝机组以及高背压供热机组电热负荷特性图，用于展示抽凝供热机组与高背压供热机组的电热负荷运行域的特点以及两者之间的差别，抽汽供热机组与高背压供热机组的电热负荷运行域的特点具有一般普适性，其他机组的电热负荷运行域也会有类似特点；
19.图2为本发明提供的系统结构框架示意图；
20.图3为本发明提供的方法流程图；
21.图4为本发明提供的计算机系统框架图。
具体实施方式
22.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做出详细的说明。
26.系统实施例
27.根据本发明实施例，提供了一种耦合斜温层储热罐燃煤机组冷端余热供热系统，如图2所示，为本实施例提供的耦合斜温层储热罐燃煤机组冷端余热供热系统，该系统包括：
28.通过热网循环水泵小汽机3驱动的热网循环水泵4、供热凝汽器5、斜温层储热罐6、小汽机乏汽加热器9、尖峰加热器10；其中
29.热网循环水泵4入口通过管道接入热网回水，热网循环水泵4出口分别与供热凝汽器5冷侧入口和尖峰加热器10冷侧入口连接；尖峰加热器10热侧连接斜温层储热罐6；供热凝汽器5冷侧出口端与吸收式热泵被加热工质入口连接，吸收式热泵被加热工质出口接小汽机乏汽加热器9冷侧入口端；小汽机乏汽加热器9冷侧出口与尖峰加热器10冷侧出口汇合完成热网供水。
30.具体工作过程如下：
31.热网回水首先经过热网循环水泵4完成增压过程，之后分流为两股水流出，第一股水进入尖峰加热器10冷侧，利用斜温层储热罐6工质替换尖峰加热器10热侧中的工质对流入尖峰加热器10冷侧的热网水进行加热；第二股水先经过供热凝汽器5冷侧利用汽轮机乏汽潜热加热之后进入吸收式热泵加热，然后进入小汽机乏汽加热器9冷侧利用热网循环水泵小汽机乏汽继续加热；最后小汽机乏汽加热器9冷侧和尖峰加热器10冷侧的热网水汇合形成热网供水。
32.本发明采用朗肯循环为动力循环，耦合斜温层储热罐及吸收式热泵，利用燃煤机组汽轮机抽汽和冷端余热，同时为用户提供热、电两种能源。通过冷端-斜温层储热罐-吸收式热泵-抽汽过程的耦合优化，本发明可大幅度提高燃煤机组的能量利用率。
33.本实施例优选，本实施例系统吸收式热泵设置了包括第一吸收式热泵7和第二吸收式热泵8；所述供热凝汽器5冷侧出口端分别与第一吸收式热泵7和第二吸收式热泵8被加热工质入口连接，第一吸收式热泵7和第二吸收式热泵8被加热工质出口共同接小汽机乏汽加热器9冷侧入口端。其中，
34.热网循环水泵4入口通过管道接入热网回水，热网循环水泵4出口分别与供热凝汽器5冷侧入口和尖峰加热器10冷侧入口连接；尖峰加热器10热侧连接斜温层储热罐6；供热凝汽器5冷侧出口端与吸收式热泵被加热工质入口连接，吸收式热泵被加热工质出口接小汽机乏汽加热器9冷侧入口端；小汽机乏汽加热器9冷侧出口与尖峰加热器10冷侧出口汇合完成热网供水。
35.具体工作过程如下：
36.热网回水首先经过热网循环水泵4完成增压过程，之后分流为两股水流出，第一股
水进入尖峰加热器10冷侧，利用斜温层储热罐6工质替换尖峰加热器10热侧中的工质对流入尖峰加热器10冷侧的热网水进行加热；第二股水先经过供热凝汽器5冷侧利用汽轮机乏汽潜热加热之后进入吸收式热泵加热，然后进入小汽机乏汽加热器9冷侧利用热网循环水泵小汽机乏汽继续加热；最后小汽机乏汽加热器9冷侧和尖峰加热器10冷侧的热网水汇合形成热网供水。
37.本实施例系统通过合理分配不同阶段加热热源，合理利用系统余热，机组的能量利用率较高，通过第八控制阀h和第三控制阀c调整分流进入第二吸收式热泵的抽汽及热网水比例，满足不同供热期所需热负荷，利用抽汽进行机组调峰，并将抽汽热负荷暂时储存在斜温层储热罐中，在热负荷增加或者其他热网回水加热阶段热负荷不足时通过第一控制阀a调整进入尖峰加热器热网回水质量流量，满足热负荷变化需求，具有较好的运行灵活性，具体如下。
38.本实施例优选，该系统还设置了第一机组低压汽轮机1、第二机组低压汽轮机2、热网循环水泵小汽机3作为整个系统的动力装置；
39.本实施例优选，该系统还设置了第一控制阀a、第二控制阀b、第三控制阀c、第四控制阀d、第五控制阀e、第六控制阀f、第七控制阀g、第八控制阀h、第九控制阀i和第十控制阀j，其中，
40.第一中压汽轮机排汽端口分别与第一机组低压汽轮机1入口、第九控制阀i入口、第四控制阀d入口、第十控制阀j入口及第八控制阀h入口相连通；
41.热网循环水泵小汽机3入口与第九控制阀i出口相连通，出口分别与热网循环水泵4及小汽机乏汽加热器9热侧工质入口相连通；
42.第一机组低压汽轮机(1)出口分别与第二吸收式热泵(8)冷源工质入口和第一机组凝汽器热井相连通；
43.第二中压汽轮机排汽端口与第二机组低压汽轮机2入口相连通，第二机组低压汽轮机2出口分别与第一吸收式热泵7冷源入口及供热凝汽器5热侧工质入口相连通。本实施例热网循环水泵4动力由热网循环水泵小汽机3提供，热网循环水泵小汽机3驱动蒸汽来自第一机组中压汽轮机排汽，驱动蒸汽做功之后进入小汽机乏汽加热器9热侧工质入口，放热之后汇至第一机组凝汽器热井。
44.本实施例，供热凝汽器5热侧工质出口与第二机组凝汽器热井相连通，供热凝汽器5冷侧工质入口与热网循环水泵4出口连通，供热凝汽器5冷侧工质出口与第一吸收式热泵7被加热工质入口及第二吸收式热泵8被加热工质入口相连通；
45.第一吸收式热泵7工质为溴化锂溶液，第一吸收式热泵7冷源工质出口汇入第二机组凝汽器热井；第一吸收式热泵7驱动蒸汽入口与第十控制阀j出口相连通，驱动蒸汽做功之后汇入第一机组凝汽器热井；第一吸收式热泵7被加热工质出口分别与第二吸收式热泵8被加热工质出口和小汽机乏汽加热器9冷侧工质入口相连通；小汽机乏汽加热器9冷侧工质出口与热网供水管道相连通；
46.第二吸收式热泵8工质为溴化锂溶液，第二吸收式热泵8冷源工质出口汇入第一机组凝汽器热井；第二吸收式热泵8驱动蒸汽入口与第八控制阀h出口相连通，驱动蒸汽做功之后汇入第一机组凝汽器热井；第一机组低压汽轮机1排汽一部分进入第二吸收式热泵8冷源入口，其余部分进入第一机组凝汽器热井；
47.本实施例，斜温层储热罐6冷侧入口与尖峰加热器10热侧工质出口连接，斜温层储热罐6冷侧出口汇入第一机组凝汽器热井，斜温层储热罐6热侧出口与尖峰加热器10热侧工质入口相连，尖峰加热器10冷侧工质入口与冷侧工质出口分别连接热网循环水泵4和热网供水管道。
48.第一控制阀a入口与出口分别连接供热凝汽器5冷侧工质入口和尖峰加热器10冷侧工质入口；第二控制阀b入口与出口分别连接尖峰加热器10冷侧工质出口和小汽机乏汽加热器9冷侧工质出口；第三控制阀c入口与#2机组供热凝汽器5冷侧出口和第一吸收式热泵7被加热工质入口相连通，出口与第二吸收式热泵8被加热工质入口相连通；第四控制阀d入口与出口分别连接第一机组低压汽轮机入口和斜温层储热罐6热侧入口；第五控制阀e入口与出口分别连接斜温层储热罐6冷侧出口和第一机组除氧器入口；第六控制阀f入口与出口分别连接斜温层储热罐6热侧出口和尖峰加热器10热侧工质入口；第七控制阀g入口与出口分别连接尖峰加热器10热侧工质出口和斜温层储热罐6冷侧入口；第八控制阀h入口与#1机组低压汽轮机入口、第九控制阀i入口、第十控制阀j入口、第四控制阀d入口相连通，出口与第二吸收式热泵8热源工质入口相连通；第九控制阀i出口与热网循环水泵小汽机入口相连通；第十控制阀j出口与第一吸收式热泵7热源工质入口相连通。
49.本实施例中，利用上述系统实现具体工作过程如下：
50.热网回水先经过热网循环水泵4增压0.4-0.6mpa，之后分流为两股水，第一股进入尖峰加热器10，并利用斜温层储热罐6工质热量加热至85-105℃后流至热网供水端，第二股进入供热凝汽器5利用汽轮机乏汽潜热加热至60-70℃后分流为两部分，一部分经过第一吸收式热泵7被加热至85-90℃，另一部分通过第二吸收式热泵8被加热至85-90℃后，两部分水汇合之后进入小汽机乏汽加热器9热网循环水泵小汽机乏汽进一步加热至85-105℃，最后两股水均汇入热网供水端；本实施例两股工质汇合满足不同供热时期的温度需求，同时可以利用汽轮机抽汽进行机组调峰，并将抽汽热负荷暂时储存在斜温层储热罐中，斜温层储热罐6热侧温度为110-130℃，斜温层储热罐6冷侧温度为40-60℃，在热负荷增加或者其他热网回水加热阶段热负荷不足时调整进入尖峰加热器热网回水质量流量，满足热负荷变化需求，具有较好的运行灵活性。
51.本实施例系统的优点在于：
52.(1)、本实施例系统采用高背压机组乏汽先加热热网给水，之后将抽凝机组乏汽作为吸收式热泵冷源以及蒸汽喷射器低压工质，合理利用冷端余热，提高能量利用率，同时可以显著降低机组综合发电煤耗率。
53.(2)、本实施例系统采用汽轮机抽汽驱动热网循环水泵，同时将小汽机乏汽用于加热供热给水，合理利用汽轮机抽汽的压力和热量，实现能量的梯级利用，可以降低机组的发电煤耗率。
54.(3)、本实施例系统通过第一控制阀a调整进入尖峰加热器的热网水量，可以调整热网供水温度在85-105℃之间，满足不同供热时期的温度需求，系统有较好的灵活性。
55.(4)、本发明设置斜温层储热罐，利用抽汽进行机组调峰，并将抽汽热负荷暂时储存在斜温层储热罐中，在热负荷增加或者其他热网回水加热阶段热负荷不足时通过第一控制阀a调整进入尖峰加热器热网回水质量流量，以利用斜温层储热罐的热量，满足热负荷变化需求，电、热负荷调节能力强。
56.方法实施例
57.根据本发明实施例，提供了一种基于上述耦合斜温层储热罐燃煤机组冷端余热供热系统实现耦合斜温层储热罐燃煤机组冷端余热供热方法，如图3所示，根据本发明实施例的耦合斜温层储热罐燃煤机组冷端余热供热方法，该方法包括步骤：
58.s1、热网回水先经过热网循环水泵增压分流为两股水分别流至尖峰加热器和供热凝汽器；
59.s2、利用斜温层储热罐工质替换尖峰加热器工质进行换热，经流尖峰加热器的热网回水吸收工质热量后流出至热网供水；
60.s3、供热凝汽器对流入的热网回水利用汽轮机乏汽潜热加热，在分流为两股水分别流至吸收式热泵被加热后，同时汇合流入小汽机乏汽加热器中利用热网循环水泵小汽机乏汽再次进行加热后流出至热网供水；
61.s4、利用步骤s 2与步骤s 3的形成的热网供水为外供热。
62.本实施例优选，具体加热步骤包括：
63.热网回水先经过热网循环水泵4增压0.4-0.6mpa，之后分流为两股水，第一股进入尖峰加热器10，并利用斜温层储热罐6工质热量加热至85-105℃后流至热网供水端，第二股进入供热凝汽器5利用汽轮机乏汽潜热加热至60-70℃后分流为两部分，一部分经过第一吸收式热泵7被加热至85-90℃，另一部分通过第二吸收式热泵8被加热至85-90℃后，两部分水汇合之后进入小汽机乏汽加热器9热网循环水泵小汽机乏汽进一步加热至85-105℃，最后两股水均汇入热网供水端；
64.本实施例方法工作原理与上述系统实施例相同，其具体内容可参考上面系统实施例内容，再此不再赘述。
65.如图4所示，本发明还提供了一种燃煤机组，通过设置上述提供的耦合斜温层储热罐燃煤机组冷端余热供热系统实现燃煤机组中热网供水为外供热。
66.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
67.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
68.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发
明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。