一种热电厂热电解耦系统的制作方法

文档序号:14985865发布日期:2018-07-20 21:13

本发明属于热电厂领域,具体涉及一种热电厂热电解耦系统。



背景技术:

在冬季供热期,城市集中供热主要依靠热电厂的热电联产机组,既供热又发电,供热为主发电为辅。热电厂常规供热方式,供热热量主要来自汽轮机中压缸排汽,用于加热热网循环水。中压缸排汽,是已经在汽轮机高压缸和中压缸做完功的蒸汽。如果用中排蒸汽供热,这股蒸汽必须在高压缸和中压缸中做功。即为了实现和保证供热,高压缸和中压缸必须发出一定量的电量,这就是所谓的“热电耦合”。依靠中排蒸汽进行供热的热电联产机组,必然存在“热电耦合”现象。

可是,冬季时期,社会用电需求量并没有那么大,加上大量的风电、太阳能电力等非水可再生电力,国家要求火电机组的发电量必须实现大大压缩。中国当前的热电联产的技术改造方向和目标是:在保证正常供热的前提下,热电联产机组尽可能少发电。解除供热对发电量的绑架,在保证居民供热的前提下,把发电量降下来,还不能造成能耗的浪费,这其中最关键的技术手段就是“热电解耦”。“热电解耦”也是“火电机组灵活性调峰”的核心。“热电解耦”的技术手段是多元的。“热电解耦”的技术手段,是多专业、多技术、多措施之间的匹配和组合。锅炉专业有其技术手段,比如低负荷稳燃技术,富氧燃烧技术;汽轮机专业也有其相应的技术手段,比如蒸汽旁路技术,大型蓄热罐技术,光轴供热技术,双背压双转子技术;发电机专业也有其相应的技术手段,比如电蓄热技术,电锅炉技术。

就汽轮机专业而言,现有“热电解耦”技术手段,每项技术都有其优缺点。第一,中排(常规)抽汽供热技术,这是“热电耦合”的根本,没有“热电解耦”能力。第二,光轴供热技术,表面上,相当于“甩掉”了汽轮机低压缸,但是,对于双机组配置电厂,只能“光轴一台机组”,另一台必须保持“抽汽供热”模式。这样,“热电解耦”能力就很大程度上受限了。第三,水冷机组双背压双转子供热技术,受热网回水温度影响很大。在初末寒期,热网回水温度比较低,50℃左右,背压大约25KPa;在深冷期,热网回水温度比较高,65--70℃,背压大约45KPa。对于初末寒期,热网回水温度较低,此方案运行很好。对于严寒期,热网回水温度较高,此方案就会有一些致命问题产生:1、回水温度会导致汽轮机背压升高,有可能引发跳机,导致运行安全事故;2、背压升高,会导致中排抽汽能力下降,在最需要热量的时候,反而中排抽汽供不上,导致供热量不足;3、每年需更换转子,操作麻烦。这样,“热电解耦”能力很大程度上受限。第四,空冷机组高背压供热技术,对于初末寒期,热网回水温度较低,此方案运行很好。对于严寒期,热网回水温度较高,此方案就会有一些致命问题产生:1、背压升高,会导致中排抽汽能力下降,在最需要热量的时候,反而中排抽汽供不上,导致供热量不足;2、乏汽利用量有限。这样,“热电解耦”能力很大程度上受限。第五,热泵技术,乏汽利用量有限。“热电解耦”能力很大程度上受限。第六,低压缸切除,简称“切缸”。关于切缸技术,表面上看来:热电解耦能力强,供热能力大,设备少。实际上,切缸存在不少安全隐患,从技术上就不成立。切缸方案中,最主要的是叶片的安全性,特别是末两级叶片的颤振。理论计算不准确,需要具体试验。其他还有排汽温度控制、低压标高变化、机组振动控制、低压进汽量控制等多方面关键因素。另外,进入低压缸的蒸汽需要冷却,但又不能产生凝结水。因此,必须用稍微高于饱和温度的水去冷却过热蒸汽,而这个高温水又需要另一个冷却水系统去冷却,形成(汽-高温水-低温水)套环冷却系统,难以在汽轮机房内实施布置。该系统相当于纯抽汽,并且低压缸存在鼓风损失,没有任何节能收益,并且还会导致实际燃煤量上升。

虽然目前存在上述多种问题,事实上在汽轮机侧,“热电解耦”还是有相应技术潜力可挖。如果采用回收乏汽(汽轮机低压缸排汽)供热技术,就可以减少中排蒸汽使用量。一方面可以降低热电厂冷端损失,节能减排;另一方面,可以作为一种有效的“热电解耦”技术措施。汽轮机乏汽中的热量主要是水的汽化潜热,这部分热量是比较大的。每回收1t/h乏汽的热量,就相当于少抽约0.9t/h中排蒸汽的热量。多利用乏汽供热,就可以少用中排抽汽。每回收利用1t/h乏汽,就相当于少用约0.9t/h中排蒸汽,主蒸汽也就可以相应减少0.9t/h,高压缸中压缸就可以相应地少0.9t/h主蒸汽的发电量。当然,供热热负荷、乏汽利用量、中排蒸汽量、主蒸汽流量,这些量之间有一个相应的匹配量。不可能任意随意运行已经存在的汽轮机。可以通过供热热力系统计算出在保证供热情况下,能减少的最大发电量,即热电解耦量。

关于热电解耦,一种情况是正向解耦,在保证供热量的前提下,少发电。另一种情况是反向解耦,在保持发电量不增加的前提下,多供热。对于正向解耦,如果汽轮机乏汽利用量150t/h,就意味着少抽135t/h中排蒸汽就可以满足供热量要求,主蒸汽也就可以相应减少135t/h。对于某300MW直接空冷热电机组,热平衡图上显示,进汽量1137t/h,额定抽汽工况下中排蒸汽量790t/h,空冷岛防冻流量80t/h。如果汽轮机乏汽利用量150t/h,折算成发电量,大约35.6MW,相当于11.87%的“热电解耦”能力。对于反向解耦,如果汽轮机乏汽利用量150t/h,就意味着在保持发电量不增加的前提下,多供热量约94MW。汽轮机乏汽除了维持空冷岛(塔)或冷却塔防冻所需蒸汽外,其余都可以回收利用。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种热电厂热电解耦系统,属于汽轮机侧实现热电解耦的新技术措施,热电解耦能力较强,而且可以克服上述技术措施的不足。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

一种热电厂热电解耦系统,包括两汽轮机和对应两凝汽器或空冷岛,乏汽引出系统、乏汽回收供热系统;两汽轮机具有不同运行背压,分别为高背压汽轮机、低背压汽轮机;其特征在于:利用乏汽引出系统,分别在两凝汽器或汽轮机排汽管道上开孔将乏汽引出来,通过管道输送到乏汽回收供热系统;乏汽回收供热系统接入供热管网,乏汽回收供热系统包括第一乏汽凝汽器、第二乏汽凝汽器、增汽机、增汽机凝汽器,利用第一乏汽凝汽器、第二乏汽凝汽器、增汽机、增汽机凝汽器,回收汽轮机乏汽进行供热,减少供热所消耗中排蒸汽量,从而减少主蒸汽流量,减少高压缸、中压缸功率,大幅提高热电解耦能力。

进一步地,所述热电厂热电解耦系统的运行方法如下:

在供热初末寒期,温度T1热网水回水先经过经过第一乏汽凝汽器进行一级加热,一级加热汽源利用低背压汽轮机乏汽,经过一级加热后热网水温度升为T2,然后进入第二乏汽凝汽器;

热网水经过第二乏汽凝汽器进行二级加热,二级加热汽源利用高背压汽轮机乏汽,经过二级加热的热网水温度由T2升至T3,然后进入增汽机凝汽器;

热网水再经过增汽机凝汽器进行三级加热,热网水温度由T3至T4,送往市政供热网,其中热网加热器停运或旁路;

在供热深寒期,热网加热器投运,经过增汽机凝汽器进行三级加热后的热网水进入热网加热器;

热网水进入热网加器进行四级加热,第四级加热利用机组抽出中排汽源,最后升温至T5,送往市政供热网。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

1)达到在保证供热的前提下,大幅度热电解耦。

2)回收乏汽,可以降低冷端损失,节能减排。

3)汽轮机本体及辅机系统不做改动。改动量小。新增系统设备全都是静设备,没有转动设备。技术改造难度和风险小,操作运行和维修维护简单,运行安全可靠性高,投资少,见效快,技术改造周期短。

4)乏汽回收系统具有自平衡功能,变工况性能优越,适应性强。

5)通过设置可调式增汽机,用于替代阀门。可调式增汽机的开启或关闭速度小于等于35秒,大大快于阀门的开启或关闭速度。利用增汽机开启或关闭速度快这个优点,快速调节汽轮机负荷,提高了机组调峰的“爬坡能力”和“响应速度”,进一步提高了“火电机组灵活性调峰”质量。

6)与其他类型热电解耦技术互补性好,联合运行效果更佳。因为,本发明所述热电厂热电解耦系统,针对的是汽轮机乏汽,是蒸汽的末端了,只要能保证空冷岛(塔)或冷却塔所需防冻蒸汽量,蒸汽可以全部回收。系统上,末端是个独立的模块了,不会影响到其他系统。比如,本发明所述热电厂热电解耦系统,可与热电厂的空冷机组高背压运行方案联合运行,可与吸收式热泵或压缩式热泵联合运行,可与纯粹中排抽汽供热方案联合运行等等,综合热电解耦能力都将得到提升,联合运行时不存在相互抵消现象。

附图说明

图1为热电厂热电解耦系统方式一示意图。

图2为热电厂热电解耦系统方式二示意图。

图3为热电厂热电解耦系统方式三示意图。

图4为热电厂热电解耦系统方式四示意图。

图中:其中1中压缸排汽,2中压缸排汽,3高背压汽轮机低压缸,4低背压汽轮机低压缸,5汽轮机凝汽器,6汽轮机凝汽器,7第一乏汽凝汽器,8第二乏汽凝汽器,9增汽机凝汽器,10热网加热器,11增汽机,12热泵机组,13热网回水,14热网出水,15乏汽联箱(母管)。

具体实施方式

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、完整地描述,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。

本发明既可以独立运行,也可以跟其他系统联合运行。下述实施方式1即为独立运行方式,实施方式2、3、4即为联合运行方式。

实施例一:

如图1所示,某电厂装机为2台300MW级机组,两台汽轮机的乏汽同时被回收利用。两汽轮机具有不同运行背压,分别为高背压汽轮机3、低背压汽轮机4。比如,两台300MW级汽轮机组(直接空冷、间接空冷、水冷均可),两台300MW机组同时运行。冬季运行时,其中一台汽轮机背压为15KPa运行,另一台汽轮机背压为18KPa运行,热网回水量15000t/h。(15KPa和18KPa和15000t/h,仅仅是为了叙述方便而举的例子。其他参数的配置方式也在本申请保护范围内)。两台机组的乏汽都被回收利用。

热电厂热电解耦系统,包括两汽轮机和对应两凝汽器或空冷岛,乏汽引出系统、增汽机式乏汽回收利用供热系统;

利用乏汽引出系统,分别从1#300MW级汽轮机凝汽器6和2#300MW汽轮机凝汽器5或者汽轮机排汽管道上开孔,将两台汽轮机组的乏汽引出来,通过乏汽引出管输送到增汽机式乏汽回收利用供热系统。

乏汽引出系统包括乏汽引出特制件、乏汽引出管路和乏汽联箱15(图4中所示);乏汽引出特制件固定安装于凝汽器喉部侧面上,乏汽引出特制件所包围的喉部侧板上设置乏汽引出孔,开孔的凝汽器喉部侧面内侧设置加强结构,乏汽引出孔内侧设置乏汽导流板;乏汽引出特制件通过乏汽引出管路连接乏汽联箱15,乏汽联箱15上设有控制阀门,可开启或关闭用于对来自不同汽轮机的乏汽进行合理分配;乏汽引出管设有控制阀门。

乏汽引出系统是将(直接空冷、间接空冷、水冷)汽轮机排汽从凝汽器或排汽管道引出来,控制乏汽排往空冷岛或凝汽器的量。

增汽机式乏汽回收利用供热系统,包括第一乏汽凝汽器7、第二乏汽凝汽器8、增汽机11、增汽机凝汽器9、热网水系统、配套管系(包括管道、阀门、管件、支吊架、膨胀节等)。所有各台凝汽器的抽真空系统,既可以共用,也可以独立设置,也可以与大机的抽真空系统共用。

低背压汽轮机乏汽引出管连接第一乏汽凝汽器7,高背压汽轮机乏汽引出管连接第二乏汽凝汽器8;汽轮机中压缸排汽连接管路至增汽机11的工作(动力)蒸汽入口;高背压汽轮机乏汽引出管还连接增汽机11的抽吸汽口;增汽机排汽口连接增汽机凝汽器9。

增汽机为可调节增汽机,也可以是不可调节增汽机。

低背压汽轮机乏汽引出管连接至第一乏汽凝汽器汽(壳)侧,高背压汽轮机乏汽引出管连接至第二乏汽凝汽器汽(壳)侧,增汽机排汽口连接至增汽机汽凝汽器汽(壳)侧。

热网水系统的热网循环水依次经过第一乏汽凝汽器7、第二乏汽凝汽器8、增汽机凝汽器9,热网循环水经过加热升温后供水给热网。

这种运行模式,热网首站的加热器不投运,供热热量80--90%左右来自乏汽,10-20%左右来自中排蒸汽(即中排蒸汽作为增汽机的动力蒸汽)。这种运行方式,适用于供热“初末寒期”,向市政热网的供水温度小于90℃。由于中排蒸汽用量大大减少,热电解耦能力就可以大大提高。并且热网回水温度越低,乏汽用量越大,中排蒸汽消耗越少,热电解耦能力越大。

实施例二:如图2所示,其中增汽机式乏汽回收利用供热系统,包括第一乏汽凝汽器7、第二乏汽凝汽器8、增汽机11、增汽机凝汽器9、热网加热器10、热网水系统、配套管系(包括管道、阀门、管件、支吊架、膨胀节等)。

低背压汽轮机乏汽引出管连接第一乏汽凝汽器7,高背压汽轮机乏汽引出管连接第二乏汽凝汽器8;汽轮机中压缸排汽连接管路至增汽机11的工作(动力)蒸汽入口;高背压汽轮机乏汽引出管还连接增汽机11的抽吸汽口;增汽机排汽口连接增汽机凝汽器9;汽轮机中压缸排汽还连接管路至热网加热器,热网加热器出水接入供热管网。

增汽机为可调节增汽机,也可以是不可调节增汽机。

低背压汽轮机乏汽引出管连接至第一乏汽凝汽器汽(壳)侧,高背压汽轮机乏汽引出管连接至第二乏汽凝汽器汽(壳)侧,增汽机排汽口连接至增汽机凝汽器汽(壳)侧。汽轮机中压缸排汽连接管路至热网首站加热器。

热网水系统的热网循环水依次经过第一乏汽凝汽器7、第二乏汽凝汽器8、增汽机凝汽器9、热网加热器10,热网循环水经过加热升温后供水给热网。

这种乏汽回收供热运行方式,适用于供热深寒期,向市政热网的供水温度100--130℃。深寒期,热网出水和回水温度提高,乏汽回收利用量减少,中排蒸汽消耗量加大,热电解耦能力减小。

在实施例一系统基础上接入热网加热器。其中热网加热器可利用相应阀门控制其接入中排蒸汽,当阀门断开时,热网加热器不工作,用于热电解耦系统独立运行,当阀门开通时,用于热电解耦系统与热网首站联合运行。

在供热初末寒期:

温度T1热网水回水先经过经过第一乏汽凝汽器进行一级加热,一级加热汽源利用低背压汽轮机乏汽,经过一级加热后热网水温度升为T2,然后进入第二乏汽凝汽器;

热网水经过第二乏汽凝汽器进行二级加热,二级加热汽源利用高背压汽轮机乏汽,经过二级加热的热网水温度由T2升至T3,然后进入增汽机凝汽器;

热网水再经过增汽机凝汽器进行三级加热,热网水温度由T3至T4,送往市政供热网,其中热网加热器停运或旁路;

在供热深寒期:

热网加热器投运,经过增汽机凝汽器进行三级加热后的热网水进入热网加热器;

热网水进入热网加器进行四级加热,第四级加热利用机组抽出中排汽源,最后升温至T5,送往市政供热网。

实施例三:

如图3、4所示,在实施例二基础上可进一步接入热泵系统。

其火电厂热电解耦系统,包括两汽轮机和对应两凝汽器或空冷岛,乏汽引出系统、增汽机式乏汽回收利用供热系统、吸收式或压缩式热泵供热系统。

增汽机式乏汽回收利用供热系统,包括第一乏汽凝汽器7、第二乏汽凝汽器8、增汽机11、增汽机凝汽器9、热网加热器10、热网水系统、配套管系(包括管道、阀门、管件、支吊架、膨胀节等)。

吸收式或压缩式热泵供热系统,包括吸收式或压缩式热泵机组;热泵机组放热段具有热泵机组放热水(或乏汽)进口、热泵机组放热水水(或乏汽)出口,热泵机组加热段具有热泵机组被加热水进水口、热泵机组被加热水出水口;热泵机组具有热泵机组动力蒸汽系统,热泵机组动力蒸汽系统连接汽轮机中压缸排汽,采用吸收式或压缩式蒸汽驱动方式。

吸收式热泵可采用水源热泵和乏汽热泵两种类型。

第一,如图3所示,对于热网循环水式热泵,热网循环回水管路首先连接热泵机组放热进水口,热泵机组放热出水口连接第一乏汽凝汽器进水口;第二乏汽凝汽器出水口分别连接增汽机凝汽器和热泵机组被加热水进水口,热泵机组被加热水出水口和增汽机凝汽器出水口连接热网加热器进水口。

热网水系统的热网循环水依次经过热泵12放热端、第一乏汽凝汽器7、第二乏汽凝汽器8、增汽机凝汽器9和热泵12加热端、热网加热器10,热网循环水经过加热后供水给热网。热网回水先在热泵放热段中放热降温,从而可实现乏汽用量大,中排蒸汽消耗少,热电解耦能力大。热网回水随后在热泵加热段中还继续吸热升温。

第二,如图4所示,对于汽轮机乏汽式热泵,低背压运行的汽轮机乏汽管路连接热泵机组乏汽进口,热泵机组乏汽疏水出口连接第一乏汽凝汽器6热井。

热网循环回水管路连接第一乏汽凝汽器进水口;第二乏汽凝汽器出水口分别连接增汽机凝汽器和热泵机组被加热水进水口,热泵机组被加热水出水口和增汽机凝汽器出水口连接热网加热器进水口。

热网水系统的热网循环水依次经过第一乏汽凝汽器7、第二乏汽凝汽器8、增汽机凝汽器9和热泵12加热端、热网加热器10,热网循环水经过加热后供水给热网。部分汽轮机乏汽在热泵放热段中放热降温,从而实现乏汽用量大,热电解耦能力大。热网回水随后在热泵加热段中还吸热升温。

压缩式热泵的系统跟吸收式热泵的系统相似,只是其热泵动力系统不同而已,其管路连接方式同吸收式热泵。

通过将增汽机式乏汽回收利用供热系统与吸收式或压缩式热泵系统相互结合,发挥二者的优势,使得整个热力系统参数匹配最合理,运行方式最佳,提高乏汽利用量,减少中排蒸汽使用量,最大程度地降低冷端损失,实现热电解耦能力提升。

实施例四:单台汽轮机乏汽被回收利用,实施例三的单机运行情况。

某电厂装机为2台300MW级汽轮机组(直接空冷、间接空冷、水冷均可),其中一台汽轮机的乏汽被回收利用。汽轮机背压为15KPa运行,热网回水量15000t/h。(15KPa和15000t/h,仅仅是为了叙述方便而举的例子。其他参数的配置方式也在本申请保护范围内)。

热电解耦系统包括第二乏汽凝汽器8、增汽机凝汽器9、热泵系统、热网加热器、热网水系统、配套管系(包括管道、阀门、管件、支吊架、膨胀节等)。

从300MW高背压汽轮机排汽管道或凝汽器上开孔,将乏汽引出来,接入第二乏汽凝汽器8。系统可采用旁路方式去掉第一乏汽凝汽器7。其余工作连接方式同实施方式三。

本领域技术人员还可合理变形有其他组合运行方式。不管哪一种方式,其目的就是要:回收汽轮机乏汽,降低冷端损失,减少中排蒸汽用量,减少主蒸汽流量,减小高中压缸汽轮机做功,在保证供热的前提下,减小发电量,实现热电解耦。

最后应说明的是:以上所述仅为本发明的解释,并不用于限制本发明,尽管对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

再多了解一些
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