一种分布式能源电站系统和能源梯级利用方法与流程

本发明涉及能源领域，尤其涉及一种分布式能源电站系统。本发明还公开了一种用于形成上述分布式能源电站系统的能源梯级利用方法。

背景技术：

现有的燃气蒸汽联合循环冷、热、电联产机组中，一台燃气轮机对应配置一台余热锅炉，一台余热锅炉对应配置一台汽轮机，燃气轮机、余热锅炉、汽轮机的匹配单一，未实现能源综合利用率的最大化，且难以满足调节灵活和长期安全可靠的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种分布式能源电站系统，能够提供多重能源供应方式，保证各个设备在经济负荷安全稳定运行的前提下，实现能源阶梯利用的最大化。本发明的另一目的是提供一种用于形成上述分布式能源电站系统的能源梯级利用方法。

为实现上述目的，本发明提供一种分布式能源电站系统，包括多个燃气轮机发电机组和多个与所述燃气轮机发电机组连接的余热锅炉；全部所述余热锅炉的高压蒸汽出汽口均通过高压联络母管连接于背压机；全部所述余热锅炉的低压蒸汽出汽口均与低压联络母管的进汽端连接；

所述低压联络母管的第一出汽端通过低压阀门连接于纯凝机；所述低压联络母管的第二出汽端通过供热阀门连接于供热管道；所述背压机的排汽口通过排汽口阀门连接于所述低压联络母管的进汽端。

优选地，任一所述高压蒸汽出汽口与所述低压联络母管间设有用以当所述背压机退出运行时自动联开的联动阀门。

优选地，所述低压联络母管的第三出汽端连接有凝汽器，所述第三出汽端与所述凝汽器之间设有自动调节以实现减温减压的低旁减温减压阀；

任一所述联动阀门与所述低压联络母管之间设有用以当所述背压机退出运行时自动调节以实现减温减压的高旁减温减压阀。

优选地，全部所述联动阀门包括多个分别设置于任一所述高压蒸汽出汽口与所述高旁减温减压阀之间的第一联动阀门和一个设置于所述高旁减温减压阀与所述低压联络母管之间的第二联动阀门。

优选地，任一所述高压蒸汽出汽口与所述高压联络母管之间、任一所述低压蒸汽出汽口与所述低压联络母管之间均设有控制阀。

优选地，所述高压联络母管与所述背压机之间串联设置有背压机主汽阀和背压机调节阀；

所述低压联络母管与所述纯凝机之间串联设置有纯凝机主汽阀和纯凝机调节阀。

优选地，所述纯凝机连接有用以当热网负荷需求增加时提高所述纯凝机的发电功率、当热网负荷需求减少时降低所述纯凝机的发电功率的纯凝机控制部。

一种能源梯级利用方法，用于形成上述分布式能源电站系统，包括：

s1：将高压联络母管的一端与多个余热锅炉的高压蒸汽出汽口并联，且将所述高压联络母管的另一端与背压机连接；

将低压联络母管的进汽端与多个所述余热锅炉的低压蒸汽出汽口并联，将所述低压联络母管的第一出汽端通过低压阀门与纯凝机连接且将所述低压联络母管的第二出汽端通过供热阀门与供热管道连接；

s2：将所述背压机的排汽口通过排汽口阀门与所述低压联络母管的进汽端连接。

优选地，所述步骤s1之后还包括：

s3：将用于在所述背压机退出运行后自动联开的联动阀门设置于任一所述高压蒸汽出汽口与所述低压联络母管之间。

优选地，所述步骤s3之后还包括：

s4：将凝汽器连接于所述低压联络母管的第三出汽端，并将低旁减温减压阀连接于所述第三出汽端与所述凝汽器之间；将高旁减温减压阀连接于任一所述联动阀门与所述低压联络母管之间；和/或，

将多个控制阀分别连接于任一所述高压蒸汽出汽口与所述高压联络母管之间以及任一所述低压蒸汽出汽口与所述低压联络母管之间。

相对于上述背景技术，本发明所提供的分布式能源电站系统包括多个燃气轮机发电机组、多个余热锅炉、背压机和纯凝机。

燃气在燃气轮机发电机组内做功发电后，燃气轮机发电机组生成的余热通过烟道进入余热锅炉产生高压蒸汽和低压蒸汽。全部余热锅炉的高压蒸汽通过高压联络母管通入背压机内，全部余热锅炉的低压蒸汽通入低压联络母管内；背压机的排汽口与低压联络母管之间设有排汽口阀门，高压蒸汽经背压机做工后通入低压联络母管内。

低压联络母管设有第一出汽端和第二出汽端，第一出汽端通过低压阀门连接于纯凝机，第二出汽端通过供热阀门连接于供热管道。

当该分布式能源电站系统处于供电调峰工况时，供热阀门关闭；全部余热锅炉的高压蒸汽进入背压机做功发电；背压机排出的蒸汽通过排汽口阀门进入低压联络母管，全部余热锅炉的低压蒸汽进入低压联络母管，前述两路蒸汽混合后进入纯凝机做功发电。

当该分布式能源电站系统处于供热调峰工况时，低压阀门和排汽口阀门关闭，供热阀门打开；全部余热锅炉的高压蒸汽进入背压机做功发电；背压机排出的蒸汽进入低压联络母管，全部余热锅炉的低压蒸汽也进入低压联络母管，低压联络母管内的混合蒸汽通过供热阀门进入供热管道，达到对外供热顶峰。

当该分布式能源电站系统处于热电联供灵活调峰工况时，低压阀门和供热阀门均保持一定开度；全部余热锅炉的高压蒸汽进入背压机做功；背压机排出的蒸汽进入低压联络母管，全部余热锅炉的低压蒸汽也进入低压联络母管，低压联络母管内的混合蒸汽一部分通过低压阀门进入纯凝机做功发电，另一部分通过供热阀门对外供热。

上述任何一种对外供能方式均可以在优先保证其供热供电调峰工况下，同时保证余热锅炉、背压机和纯凝机始终在经济负荷安全稳定运行，实现能源阶梯利用的最大化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的第一种分布式能源电站系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的第二种分布式能源电站系统的原则性热力系统图。

其中，1-余热锅炉、2-高压联络母管、21-联动阀门、22-高旁减温减压阀、3-背压机、31-背压机主汽阀、32-背压机调节阀、33-排汽口阀门、4-低压联络母管、41-低旁减温减压阀、5-纯凝机、51-低压阀门、52-纯凝机主汽阀、53-纯凝机调节阀、6-供热管道、61-供热阀门、7-凝汽器、8-控制阀、9-减温水入口、10-燃气轮机发电机组。

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。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为本发明实施例所提供的第一种分布式能源电站系统的结构示意图；图2为本发明实施例所提供的第二种分布式能源电站系统的原则性热力系统图。

本发明提供一种分布式能源电站系统，包括多个燃气轮机发电机组10、多个余热锅炉1、背压机3和纯凝机5；全部余热锅炉1的高压蒸汽出汽口均通过高压联络母管2与背压机3连通，全部余热锅炉1的低压蒸汽出汽口均通过低压联络母管4与纯凝机5连通。

燃气轮机发电机组10的数目可与余热锅炉1的数目相等。一台燃气轮机发电机组10对应连接一台余热锅炉1，燃气在燃气轮机发电机组10内做功发电后，燃气轮机发电机组10生成的余热通过烟道进入余热锅炉1产生蒸汽(包括高压蒸汽和低压蒸汽)。

背压机3的排汽口通过排汽口阀门33连接于低压联络母管4，高压蒸汽进入背压机3内做功，用于向用户供电，做功后排出的蒸汽进入低压联络母管4，进而与全部余热锅炉1的低压蒸汽混合。

低压联络母管4设有第一出汽端和第二出汽端；第一出汽端与纯凝机5连通，且第一出汽端与纯凝机5连接设有低压阀门51，当低压阀门51打开时，低压联络母管4内的混合蒸汽进入纯凝机5内做功，用于向用户供电；第二出汽端与供热管道6连通，且第二出汽端与供热管道6连接设有供热阀门61，当供热阀门61打开时，低压联络母管4内的混合蒸汽进入供热管道6，用于向用户供热。

正常工作状态下，该分布式能源电站系统包括三种工况：一、供电调峰工况；二、供热调峰工况；三、热电联供灵活调峰工况。

针对供电调峰工况，该分布式能源电站系统的供热阀门61关闭，高压联络母管2、低压联络母管4、低压阀门51和排汽口阀门33均处于连通状态。全部余热锅炉1的高压蒸汽经由高压联络母管2进入背压机3做功发电，背压机3排出的蒸汽通过排汽口阀门33进入低压联络母管4，全部余热锅炉1的低压蒸汽同样进入低压联络母管4，前述两路蒸汽混合后进入纯凝机5做功发电。

针对供热调峰工况，该分布式能源电站系统的低压阀门51和排汽口阀门33关闭，高压联络母管2、低压联络母管4和供热阀门61均处于连通状态。全部余热锅炉1的高压蒸汽进入背压机3做功发电；背压机3排出的蒸汽进入低压联络母管4，全部余热锅炉1的低压蒸汽也进入低压联络母管4，前述两路蒸汽混合后通过供热阀门61进入供热管道6，达到对外供热顶峰。

针对热电联供灵活调峰工况，该分布式能源电站系统的低压阀门51、排汽口阀门33和供热阀门61均保持一定开度；全部余热锅炉1的高压蒸汽进入背压机3做功；背压机3排出的蒸汽进入低压联络母管4，全部余热锅炉1的低压蒸汽也进入低压联络母管4，前述两路蒸汽混合后一部分通过低压阀门51进入纯凝机5做功发电，另一部分通过供热阀门61进入供热管道6对外供热。根据热电联供的具体需求调整低压阀门51、排汽口阀门33和供热阀门61中一者或多者的开度，从而调节背压机3和纯凝机5的发电情况以及供热管道6的供热情况。

综上，上述分布式能源电站系统通过调节各个阀门的状态以及背压机3、纯凝机5和供热管道6的状态实现多种供能方式，任何一种对外供能方式均可以在优先保证其各自供热供电调峰工况下，同时保证余热锅炉1、背压机3和纯凝机5始终在经济负荷安全稳定运行，实现能源阶梯利用的最大化。

下面结合附图和实施方式，对本发明所提供的分布式能源电站系统做更进一步的说明。

为了提高该分布式能源电站系统的可靠性，上述分布式能源电站系统还包括设置于任一高压蒸汽出汽口与低压联络母管4之间的联动阀门21。

当背压机3因故障或其他原因退出运行时，联动阀门21自动接通，从而使全部余热锅炉1内的高压蒸汽进入低压联络母管4，用于纯凝机5做功发电和/或供热管道6供热。通常，余热锅炉1内的高压蒸汽进入低压联络母管4之前还需要减温减压。针对前述减温减压的相关设备和操作均可参照现有技术。

如图2所示，供热管道6还设置有用于通入减温水的减温水入口9，从而调节供热管道6内的蒸汽温度。

上述分布式能源电站系统能够有效应对背压机3的特殊工作状态，提高该系统调节的灵活性、安全性和稳定性。

为了更好的技术效果，在上述实施例的基础上，低压联络母管4的第三出汽端通过低旁减温减压阀41与凝汽器7连接；任一联动阀门21与低压联络母管4之间设有高旁减温减压阀22。其中，凝汽器7也连接于纯凝机5的排汽口。

当背压机3退出运行后联动阀门21接通高压蒸汽出汽口与低压联络母管4，此时，高旁减温减压阀22能够自动调节进入低压联络母管4内的高压蒸汽的蒸汽压力和蒸汽温度，以使经低压联络母管4进入纯凝机5的蒸汽实现纯凝机5的正常做功发电，和/或经低压联络母管4进入供热管道6的蒸汽正常运输。

在上述过程中，凝汽器7主要用于回收纯凝机5运行时的排汽，同样，低压联络母管4内的一小部分蒸汽也能够进入凝汽器7内，低旁减温减压阀41能够自动调节进入凝汽器7内的蒸汽压力和蒸汽温度，确保凝汽器7安全运行。

进一步的，联动阀门21包括多个第一联动阀门和一个第二联动阀门；多个第一联动阀门分别设置于任一高压蒸汽出汽口与高旁减温减压阀22之间，第二联动阀门设置于高旁减温减压阀22与低压联络母管4之间。举例来说，余热锅炉1设置为两个，则两个余热锅炉1各自的高压蒸汽出汽口均与低压联络母管4连接，任意一个高压蒸汽出汽口处的管道设置一个第一联动阀门，两个管道汇合后与低压联络母管4连接，汇合后的管道设置有高旁减温减压阀22和第二联动阀门。

本申请所提供的分布式能源电站系统的任一高压蒸汽出汽口与高压联络母管2之间设有控制阀8，用于接通和断开余热锅炉1的高压蒸汽出汽口与高压联络母管2。同理，任一低压蒸汽出汽口与低压联络母管4之间均设有控制阀8，用于接通和断开余热锅炉1的低压蒸汽出汽口与低压联络母管4。

示例性的，任一高压蒸汽出汽口与高压联络母管2的控制阀8设置两个，且两个控制阀8串联，从而提高操作安全性和可靠性。

本申请所提供的分布式能源电站系统的高压联络母管2与背压机3之间还设有背压机主汽阀31和背压机调节阀32。背压机主汽阀31和背压机调节阀32串联，通常，背压机主汽阀31设置于靠近高压联络母管2的一侧，背压机调节阀32设置于靠近背压机3的一侧。

相应的，低压联络母管4与纯凝机5之间还设有纯凝机主汽阀52和纯凝机调节阀53。纯凝机主汽阀52和纯凝机调节阀53串联，通常，纯凝机主汽阀52设置于靠近低压联络母管4的一侧，纯凝机调节阀53设置于靠近纯凝机5的一侧。

背压机主汽阀31和背压机调节阀32用于调节背压机3的发电功率，纯凝机主汽阀52和纯凝机调节阀53用于调节纯凝机5的发电功率，从而在热电联供灵活调峰工况下灵活调整该分布式能源电站系统。

为了方便调节，本发明所提供的分布式能源电站系统还设有纯凝机控制部，纯凝机控制部与纯凝机5连接，用于调节纯凝机5的发电功率。具体的，当热网负荷需求增加时，纯凝机控制部提高纯凝机5的发电功率；当热网负荷需求减少时，纯凝机控制部降低纯凝机5的发电功率。

本发明还提供一种能源梯级利用方法，用于形成上述分布式能源电站系统，包括：

s1：将高压联络母管2的一端与多个余热锅炉1的高压蒸汽出汽口并联，且将高压联络母管2的另一端与背压机3连接；

将低压联络母管4的进汽端与多个余热锅炉1的低压蒸汽出汽口并联，将低压联络母管4的第一出汽端通过低压阀门51与纯凝机5连接且将低压联络母管4的第二出汽端通过供热阀门61与供热管道6连接；

s2：将背压机3的排汽口通过排汽口阀门33与低压联络母管4的进汽端连接。

该能源梯级利用方法的核心在于将多台余热锅炉1的高压蒸汽出汽口并联于高压联络母管2，通过高压联络母管2将高压蒸汽输送至背压机3进行发电，同时将多台余热锅炉1的低压蒸汽出汽口并联于低压联络母管4。

其中，低压联络母管4包括进汽端和至少两个出汽端，示例性的，进汽端具体为与全部余热锅炉1的低压蒸汽出汽口连接的进汽端，出汽端具体为与纯凝机5连接的第一出汽端和与供热管道6连接的第二出汽端。第一出汽端设有低压阀门51，用于控制低压联络母管4内的蒸汽是否进入纯凝机5发电；第二出汽端设有供热阀门61，用于控制低压联络母管4内的蒸汽是否进入供热管道6向用户供热。通过减小低压阀门51的开度(包括关闭)和供热阀门61中的一者并增大另一者的开度(包括打开)，实现纯凝机5的发电量与供热管道6的供热量的灵活调节。

该能源梯级利用方法能够形成上文所提及的分布式能源电站系统，也能够对现有的分布式能源电站进行改造，通过设置并调节高压联络母管2、低压联络母管4以及相关的阀门，实现能源阶梯利用的最大化。

进一步的，该能源梯级利用方法在步骤s1之后还包括：

s3：将用于在背压机3退出运行后自动联开的联动阀门21设置于任一高压蒸汽出汽口与低压联络母管4之间。

需要说明的时，步骤s3设置于步骤s1之后包括设置于步骤s1与步骤s2之间和设置于步骤s2之后这两种情况。

通过设置联动阀门21保证背压机3退出运行后其他设备正常工作，由此提高设备运行的稳定性和安全性。

进一步的，步骤s3之后还包括：

s4：将凝汽器7连接于低压联络母管4的第三出汽端，并将低旁减温减压阀41连接于第三出汽端与凝汽器7之间；将高旁减温减压阀22连接于任一联动阀门21与低压联络母4管之间；和/或，

将多个控制阀8分别连接于任一高压蒸汽出汽口与高压联络母管2之间以及任一低压蒸汽出汽口与低压联络母管4之间。

在这一实施例中，包括设置低旁减温减压阀41和高旁减温减压阀22，或设置控制阀8，或既设置低旁减温减压阀41和高旁减温减压阀22又设置控制阀8这三种情况。

同样，根据步骤s3在具体操作中的顺序，步骤s4可以设置于步骤s2之前，也可以设置于步骤s2之后。

以上对本发明所提供的分布式能源电站系统及能源梯级利用方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。