用于火电机组灵活性调峰的蒸汽提质系统的制作方法

本实用新型涉及用于火电机组灵活性调峰的蒸汽提质系统，属于火电机组调峰及工业用汽供应领域。

背景技术：

据统计资料显示，2015年全国平均弃风率为15％，“三北”地区的弃风问题尤为严峻，弃风率超过30％，究其原因为北方火电机组比例较高，其中大部分为热电机组。热电机组冬季采取以热定电方式运行，调峰能力十分有限，造成可再生能源不必要的浪费。

自2006年后，我国新能源产业迅速发展，风电、太阳能容量不断提高。但是，由于经济发展和社会用电水平放缓，以及新能源的波动性和管理利用水平、配套政策的不完善等因素，新能源的消纳成了一个能源电力领域亟待解决的新问题。

近年来相关政策和规定明确表示要充分挖掘现有系统调峰潜力，着力增强系统尤其是火电机组的灵活性。

目前，我国“三北”地区煤电占总装机容量的60％，其中一半左右为热电机组。到2020年，我国发电装机将达到20亿千瓦，其中煤电装机11亿千瓦时，占比55％，煤电仍将处于主体地位。预计到2020年北方煤电机组装机容量仍将高于60％，热电机组比重也将有所增加。与之相比，抽水蓄能、调峰汽电等调峰电源占比到2020年仍不足2％。在未来相当长的一段时期内，“三北”地区电力系统仍将依赖煤电机组进行调峰。

根据北欧和丹麦等国相关经验，通过灵活性改造，煤电机组可以增加20％以上额定容量的调峰能力。因此，探寻提升火电机组灵活性的技术路径，以适应新的能源战略要求，更好地接纳新能源入网，以及实现在役大容量火电机组的技术改造优化都有实际意义。

鉴于上述，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种用于火电机组灵活性调峰的耦合射流器蒸汽提质系统和控制方式，使其可以满足电网调峰要求，同时保证采暖供热质量不降低，更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于火电机组灵活性调峰的蒸汽提质系统，该用于火电机组灵活性调峰的蒸汽提质系统可以在机组正常负荷时利用射流器系统提取机组余热，增加电厂经济性。在机组调峰或长期处于部分负荷时，通过控制系统协同调度相关阀组，提升再热器出口蒸汽流量和品质，提升射流器动力蒸汽品质；同时弥补机组因负荷降低，采暖抽汽量的不足。使射流器可以在机组调峰模式下，同样具有较高效率，机组采暖抽汽量也得到了一定程度补充。最终机组满足调峰要求同时，不影响对外供热质量。

本实用新型的技术方案如下：

用于火电机组灵活性调峰的蒸汽提质系统，包括锅炉，锅炉的主蒸汽出口连通高压缸，高压缸的排汽端连通锅炉的再热器，蒸汽经锅炉的再热器后输出至中压缸，中压缸的排汽进入低压缸，低压缸的排汽进入空冷岛；所述再热器的出汽口通过第一抽汽管路单向连通射流器的高压进汽侧；低压缸的抽汽口通过第二抽汽管路连通射流器的低压进汽侧；中压缸的抽汽口通过第三抽汽管路单向连通射流器的高压进汽侧；第一抽汽管路上设有第一阀组，第二抽汽管路上设有第二阀组；第三抽汽管路上设有第三阀组。

其中，所述高压缸的进汽管和排汽管之间旁通有旁路管路；旁路管路上设有第四阀组。

其中，还包括一余热回收热水供应系统，所述供应系统包括热网管线以及由热网管线回水端至供水端依次串联在热网管线上的前置加热器、射流加热器以及热网加热器；所述低压缸的抽汽口通过第四抽汽管路连通前置加热器的进汽口；所述射流器的出汽口通过第五抽汽管路连通射流加热器的进汽口；所述中压缸的抽汽口通过第六抽汽管路连通热网加热器的进汽口；所述第六抽汽管路上设置有第五阀组。

其中，所述射流加热器的疏水与前置加热器汽侧疏水连通。

其中，所述用于火电机组灵活性调峰的蒸汽提质系统还包括一控制器，控制器分别与第一阀组、第三阀组、第四阀组和第五阀组信号连接并控制它们的启闭。

其中，所述第一阀组包括隔离阀和减压阀，减压阀后设置有喷水减温器；所述第二阀组为隔离阀，实现射流器的低压进汽侧隔离；所述第三阀组为隔离阀，实现由中压缸至射流器的高压进汽侧隔离；所述第四阀组包括隔离阀和减压阀，减压阀后设置有喷水减温器。

其中，所述第五阀组为隔离阀，实现热网加热器的进汽侧隔离。

本实用新型具有如下有益效果：

1、实用新型采用耦合射流器蒸汽提质系统，在机组调峰时能同时满足电网调峰和用户供热的需要，实现火电机组灵活运行。

2、机组调峰期间，本实用新型采用部分主蒸汽提升再热器出口蒸汽品质，进而提升射流器效率，并补充采暖抽汽量下降，保证机组对外供热负荷稳定。

3、本实用新型技术，可以使射流器始终保持高效运行，提取机组余热，获得较好经济性。

4、本实用新型利用射流器在调峰时段高效回收机组余热，补充对外供热负荷的不足，降低主蒸汽减温减压至冷再用量，有利于节能降耗，并大幅提升机组热电解耦能力。

5、本实用新型利用第一阀组、第二阀组、第三阀组、第四阀组、第五阀组以及射流器的智能联动作用，将机组在发电与对热网回水进行加热两者之间形成有机的结合，能够实现由尖峰发电至尖峰加热热网回水之间平滑线性的任意调节，避免脉冲式变化，其调节方式简便、相应速度快、并且对机组的损害小，具有高效、高速、智能、改造成本低、使用寿命长等优点。

附图说明

图1为本实用新型的整体示意图。

图中附图标记表示为：

1-控制器、10-第二阀组、11-热网加热器、111-第六抽汽管路、12-第一阀组、13-射流器、14-热网、141-回水端、142-供水端、2-锅炉、21再热器、211-第一抽汽管路、3-第四阀组、4-高压缸、41-旁路管路、5-中压缸、51-第三抽汽管路、511-第三阀组、513-第五阀组、6-低压缸、61-第二抽汽管路、7-空冷岛、8-前置加热器、81-第四抽汽管路、9-射流加热器、91-第五抽汽管路、92-疏水。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本实用新型进行详细的说明。

参见图1，用于火电机组灵活性调峰的蒸汽提质系统，包括锅炉2，锅炉2的主蒸汽出口连通高压缸4，高压缸4的排汽端连通锅炉2的再热器21，蒸汽经锅炉2的再热器21后输出至中压缸5，中压缸5的排汽进入低压缸6，低压缸6的排汽进入空冷岛7；所述再热器21的出汽口通过第一抽汽管路211单向连通射流器13的高压进汽侧；低压缸的抽汽口通过第二抽汽管路61连通射流器13的低压进汽侧；中压缸5的抽汽口通过第三抽汽管路51单向连通射流器13的高压进汽侧；第一抽汽管路211上设有第一阀组12，第二抽汽管路61上设有第二阀组10；第三抽汽管路51上设有第三阀组511。

进一步的，所述高压缸4的进汽管和排汽管之间旁通有旁路管路41；旁路管路41上设有第四阀组3。

进一步的，还包括一余热回收热水供应系统，所述供应系统包括热网管线14以及由热网管线14回水端141至供水端142依次串联在热网管线14上的前置加热器8、射流加热器9以及热网加热器11；所述低压缸6的抽汽口通过第四抽汽管路81连通前置加热器8的进汽口；所述射流器13的出汽口通过第五抽汽管路91连通射流加热器9的进汽口；所述中压缸5的抽汽口通过第六抽汽管路111连通热网加热器11的进汽口；所述第六抽汽管路111上设置有第五阀组513。

进一步的，所述射流加热器9的疏水92与前置加热器8汽侧疏水连通。

进一步的，所述用于火电机组灵活性调峰的蒸汽提质系统还包括一控制器1，控制器1分别与第一阀组12、第三阀组511、第四阀组3和第五阀组513信号连接并控制它们的启闭。

进一步的，所述第一阀组12包括隔离阀和减压阀，减压阀后设置有喷水减温器；所述第二阀组10为隔离阀，实现射流器13的低压进汽侧隔离；所述第三阀组511为隔离阀，实现由中压缸5至射流器13的高压进汽侧隔离；所述第四阀组3包括隔离阀和减压阀，减压阀后设置有喷水减温器。

进一步的，所述第五阀组513为隔离阀，实现热网加热器11的进汽侧隔离。

用于火电机组灵活性调峰的蒸汽提质系统的控制方法，包括所述的用于火电机组灵活性调峰的蒸汽提质系统，其特征在于：步骤如下：

S1、机组处于正常负荷时，低压缸6部分排汽引入前置加热器8，对热网回水进行初级加热，低压缸6排汽仅保留最小防冻流量送至空冷岛7；当射流器13需要回收全部机组排汽时，将空冷岛7短暂隔离；

第四阀组3和第一阀组12关闭；控制器1控制第三阀组511开启并控制其开度，使射流器13通过使用高压汽源作为动力蒸汽，引射低压汽源在射流器13出口形成中压蒸汽，通入射流加热器9，对热网管线14回水进行二级加热；射流加热器9疏水回前置加热器8；机组负荷小幅变化时，射流器13通过调节内部喷针行程对射流器13出口蒸汽温度、压力、流量参数进行调整以稳定机组负荷；

控制器1控制第五阀组513开启并控制其开度，使中压缸5排汽的一部分通入热网加热器11，对热网管线14回水进行尖峰加热，使之满足用户侧供水温度要求。

进一步的，还包括步骤如下：

S2、机组响应电网调峰后，初始状态同S1；机组开始进入滑压模式运行，主蒸汽参数下降，汽轮机各汽缸排汽、各段抽汽参数下降，射流器效率开始下降，采暖抽汽量下降，机组对外供热负荷下降；

机组负荷下降到一定水平时，系统通过控制器1协调开启第四阀组3和第一阀组12并控制其开度，提升锅炉再热器21出口蒸汽参数，进而提升射流器13汽源温度、压力和流量参数，射流器效率回升至正常水平；

控制器1根据热网14水温通过控制第一阀组12和第三阀组511的开度调整射流器13进汽，并调节射流器13内部喷针行程，从而调整射流加热器9出口的水温；同时，控制第五阀组513的开度调整热网加热器11采暖抽汽量，维持对外供热负荷稳定；

调峰结束后，机组负荷升高，系统根据主蒸汽、再热蒸汽参数，通过控制器1逐步关小第四阀组3和第一阀组12，直至全部关闭，射流器13恢复S1常规运行和调节模式。

其中射流器效率由以下方式计算：

η＝Q2/Q1 (1)

Q1＝Q3+Q4 (2)

其中：

η为射流器效率；

Q1为射流器高压汽源流量；

Q2为射流器低压汽源流量；

Q3为汽轮机高压抽汽流量；

Q4为汽轮机高压抽汽减温水流量；

根据上述流量测量值，进行减温减压前后流量数据的校核，当出现较大偏差时，需要重新校验仪表，校验公式如下：

H′(p，t)＝Hl(t)+H0(p，t)

其中：

H′为减温减压后蒸汽焓值,由减温减压后蒸汽对应压力参数p和温度参数t求得；

Hl为减温水焓值，由减温水对应温度参数t求得；

H0为蒸汽减温减压前焓值，由蒸汽减温减压前对应压力参数p和温度参数t求得；

射流器通过调整喷针行程或改变进汽流量，在满足用户供汽需求情况下，改善射流器高压汽源与低压汽源比例，使射流器保持较高效率状态。

在机组进入调峰模式时，射流器优先使用低品质动力汽源，当动力汽源品质无法满足射流器需求时，依照中压缸排汽、中压缸抽汽、高压缸抽汽、再热器抽气顺序，切换高品质汽源，维持射流器高效运行状态。

调峰状态下，第四阀组3后温度通过以下策略控制：

T＝ft(w)+T1

其中：

T为第四阀组3后控制温度；

ft(w)为机组设计工况下，电负荷w和高压缸排汽温度t关系函数；

T1为温度修正值。

第四阀组3后压力通过以下策略控制：

P＝fp(w)+P1

其中：

P为第四阀组3后控制压力；

fp(w)为电负荷w和高压缸排汽压力p关系函数，由机组历史运行数据拟合得出；

P1为压力修正值。

为保证机组整体运行经济性，需适当提高机组背压运行，经济运行背压根据如下方法控制：

Q′C(H(p，t)-Hl(p))＝QCpΔt

其中：

Q′C为进入前置加热器乏汽流量；

H(p，t)为乏汽在汽轮机排汽压力p和温度t下焓值；

Hl(p)为乏汽疏水在排汽背压p对应焓值；

Q为热网管线循环水流量；

Cp为水的定压比热；

Δt为热网循环水在前置加热器温升。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。