一种提升供热机组调峰能力的供热和发电解耦方法及系统与流程

本发明属于火力发电技术领域，具体涉及一种提升供热机组调峰能力的供热和发电解耦方法及系统。

背景技术：

可再生能源装机量逐年上升，使能源结构中的火力发电比例逐步降低。可再生能源大部分都具有较强的随机性、间歇性、不可控性和反调峰性，因此需要火力发电作为基础负荷参与调峰，保证电网安全。但随着火电给新能源让路的政策进一步实施，导致目前现有火电机组负荷波动较大，并且深度调峰的需求越来越迫切。目前我国“三北”地区主要电源为煤电，其中供热机组装机占50％以上，供热机组在保证机组供热的情况下，机组负荷需要维持在较高的水平，无法继续降低负荷，严重限制了电源的灵活性。

因此为提高供热火电机组的灵活性，适用于深度调峰，将供热机组的供热和发电进行解耦，从而提高供热机组的灵活性是一项亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种提升供热机组调峰能力的供热和发电解耦方法及系统，适用于深度调峰，将供热机组的供热和发电进行解耦。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种提升供热机组调峰能力的供热和发电解耦方法，具体如下：

当机组在较高负荷对外供热时，将部分机组中的高参数介质引出至储热系统，在满足供热需要的前提下将部分热量储存；

当机组参与电网调峰需要降低出力对外供热时，降低进入汽轮机的蒸汽量，降低汽轮机出力，实现机组降负荷调峰运行，同时提高锅炉负荷，从机组主汽和再热系统抽取部分蒸汽经与储热系统换热后直接对外供热，或从机组供热系统中抽取部分蒸汽或热水至储热系统，吸收存储的热量对外进行供热，满足供热需求。

具体如下：

当机组在较高负荷对外供热时：

锅炉在最低稳燃负荷以上到额定负荷间运行；从供热机组中抽取高参数介质进入储热系统；将抽取的高参数介质热量进行储存，换热后后的介质成为较低品质的低参数介质；所述较低品质的介质直接对外供热或送入机组回热系统热力接口；

当机组参与电网调峰需要降低出力对外供热时：

保持锅炉负荷不低于最低稳燃负荷；从机组主汽和再热系统抽取部分蒸汽与储热系统换热，换热后的蒸汽直接对外供热；从机组供热母管或热网首站中抽取部分低参数蒸汽或热水；将抽取的低参数蒸汽或热水进入储热系统吸收所存储的热量，增加热量后的蒸汽或热水成为较高参数的蒸汽对外供热。

所述储热系统根据温度划分为高、中、低三个储热区间，所述高参数介质热量进行存储是通过高参数介质依次通过储热系统中的高、中、低区间，与不同储热区间中的介质进行连续换热实现将高参数中的部分热量转移至储热介质并存储；所述低参数蒸汽或热水进行吸热是通过低参数蒸汽或热水通过至少一个储热区间，与储热区间中的介质进行换热实现。

所述高参数介质为主蒸汽、再热蒸汽、汽轮机抽汽、高温烟气或空冷乏汽中的至少一种。

所述机组回热系统热力接口包括高压加热器蒸汽入口、高压加热器给水入口、高压加热器给水出口、除氧器蒸汽入口、除氧器给水入口、除氧器给水出口、低压加热器蒸汽入口、低压加热器凝结水入口和/或低压加热器凝结水出口。

所述机组为有供热系统的亚临界、超临界或超超临界火电机组，所述机组采用现有任一等级容量的煤电机组。

所述对外供热包括采暖供汽和工业供汽。

一种实现本发明所述提升供热机组调峰能力的供热和发电解耦系统，包括现任一项有供热发电机组和储热系统；所述储热系统由串联相连的高温、中温、低温储热区间组成；所述储热系统的入口与高参数介质管道连通，所述储热系统的出口与机组回热系统热力接口相连通；所述储热系统的入口还与机组回热系统、供热母管或热网首站的低参数蒸汽或热水管道连通，所述储热系统的出口与供热管道连通。

所述高温储热区间的储热介质为熔盐，中温储热区间的储热介质为混凝土，低温储热区间的储热介质为热水。

所述机组回热系统热力接口包括高压加热器蒸汽入口、高压加热器给水入口、高压加热器给水出口、除氧器蒸汽入口、除氧器给水入口、除氧器给水出口、低压加热器蒸汽入口、低压加热器凝结水入口、低压加热器凝结水出口中的至少一个。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发在机组处于较高负荷时，将部分机组中的高参数介质引出至储热系统，在满足供热需要的前提下将部分储存部分热量；在机组参与电网调峰需要降低出力对外供热时，通过降低汽轮机进汽量降低汽轮机出力实现降负荷调峰，同时从机组的回热系统或供热系统中抽取部分蒸汽或热水至储热系统，吸收存储的热量对外进行供热，满足供热需求。通过储热系统在高负荷吸收的热量再低负荷调峰时进行供热，大幅提高供热机组的调峰能力，实现深度调峰的需求。

进一步的，本发明的储热系统配置了多个储热区间，在吸热和放热时均能够根据机组的不同需求选择储热介质，实现能力的梯级利用，保证机组灵活性的前提下提高能量利用效率。

进一步的，本发明方法不进行锅炉和汽轮机的改造，只增加了一套储热系统，对新建和改造机组均有较好的适用性。

附图说明

图1为本发明的一种可实施的系统示意图。

图2为本发明另一种降低出力可实施的系统示意图。

图3为本发明一种可实施负荷状态的系统示意图。

图4为本发明另一种可实施负荷状态的系统示意图。

图5为本发明一种低负荷可实施的系统示意图。

图6为本发明另一种低负荷可实施的系统示意图。

图中标号：1-锅炉；2-储热系统；3-汽轮机高压缸；4-汽轮机中/低压缸；51-第一给水加热器；52-第二给水加热器；5n-第n给水加热器；6-除氧器；7-凝汽器。

具体实施方式

本发明提供了一种提升供热机组调峰能力的供热和发电解耦方法及系统，下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明的一种提升供热机组调峰能力的供热和发电解耦方法及系统，如图1所示，当供热机组在较高负荷对外供热时，保持锅炉1的负荷不低于最低稳燃负荷，从机组中抽取高参数介质进入储热系统2，抽取的高参数介质可为汽轮机抽汽、高温烟气或空冷乏汽中的至少一种；储热系统根据温度划分为高、中、低三个储热区间；将抽取的高参数介质根据介质参数进入对应的储热区间进行热量储存，损失热量后的介质成为较低品质的低参数介质直接对外供热或返回机组回热系统热力接口，如高压加热器蒸汽入口、高压加热器给水入口、高压加热器给水出口、除氧器蒸汽入口、除氧器给水入口、除氧器给水出口、低压加热器蒸汽入口、低压加热器凝结水入口和/或低压加热器凝结水出口管道等。如图2所示，当机组参与电网调峰需要降低出力对外供热时，保持锅炉1的负荷不低于最低稳燃，从机组回热系统、供热母管或热网首站中抽取部分低参数蒸汽或热水；将抽取的低参数蒸汽或热水根据介质参数进入对应的储热区间进行换热吸收所存储的热量，增加热量后的蒸汽或热水成为较高参数的蒸汽对外供热。

下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

为机组配置储热系统，储热系统包含高温、中温、低温储热模块，其中高温储热模块为熔盐储热、中温储热模块为混凝土储热、低温储热模块为热水储热。汽轮机主蒸汽管道、抽汽管道、锅炉高温烟气管道分别与储热系统的高、中、低温储热模块入口相连，储热系统的出口分别与再热器入口管道、除氧器入口管道和锅炉排烟管道相连。

如图3所示，当机组运行在70％负荷时，设置锅炉在80％负荷运行，从进入汽轮机高压缸前的主蒸汽管道上抽取部分主蒸汽进入储热系统的高温储热模块，与熔盐介质换热，换热后与高压缸排汽混合后进入锅炉再热；同时从机组第二级抽汽管道中抽取部分抽汽进入储热系统的中温储热模块，与混凝土换热，换热后返回除氧器；同时从锅炉排烟管道中抽取部分高温烟气进入储热系统的低温储热模块，与热水换热，换热后排烟管道。协同控制抽取的主蒸汽、抽汽和高温烟气流量使汽轮机组在70％负荷运行。

机组除氧器出口管道、供热母管、凝汽器出口管道分别与储热系统的高、中、低温储热模块入口相连，储热系统的出口分别与高压加热器出口管道、供热母管和除氧器入口管道相连。当机组参与电网调峰需要降低出力至35％负荷时，如图4所示，设置锅炉在30％负荷运行、汽轮机在35％负荷运行，从除氧器出口管道上抽取部分高压给水进入储热系统的高温储热模块，与熔盐介质换热，换热后与第一级高压加热器出口给水混合进入锅炉；同时从供热母管中抽取部分供热蒸汽进入储热系统的中温储热模块，与混凝土换热，换热后返回供热母管对外供热；同时从凝汽器出口管道上抽取部分低压给水进入储热系统的低温模块，与热水换热，换热后进入除氧器。协同控制抽取的高压给水、供热蒸汽和低压给水的流量使汽轮机组在35％负荷运行，同时满足对外供热的需求。

实施例2

为机组配置储热系统，储热系统包含高温、中温、低温储热模块，其中高温储热模块为熔盐储热、中温储热模块为混凝土储热、低温储热模块为热水储热。汽轮机再热蒸汽管道、抽汽管道、空冷乏汽管道分别与储热系统的高、中、低温储热模块入口相连，储热系统的出口分别与除氧器入口管道、低压加热器入口管道和凝汽器入口相连。

如图5所示，当机组运行在60％负荷时，设置锅炉在75％负荷运行，从进入汽轮机中压缸前的再热蒸汽管道上抽取部分再热蒸汽进入储热系统的高温储热模块，与熔盐介质换热，换热后与返回除氧器；同时从机组第四级抽汽管道中抽取部分抽汽进入储热系统的中温储热模块，与混凝土换热，换热后返回低压加热器；同时从空冷乏汽管道中抽取部分乏汽进入储热系统的低温储热模块，与热水换热，换热后返回凝汽器。协同控制抽取的再热蒸汽、抽汽和空冷乏汽流量使汽轮机组在60％负荷运行。

热网回水管道、工业供汽管道分别与储热系统的高、中、低温储热模块入口相连，储热系统的出口分别与热网供热管道和工业供汽管道相连。当机组参与电网调峰需要降低出力至30％负荷时，如图6所示，设置锅炉和汽轮机在30％负荷运行，从工业供汽管道中抽取部分蒸汽分别进入高温、中温储热模块，与熔盐或混凝土换热，换热后满足不同工业供汽的参数需求；同时从热网回水管道中抽取部分热水进入中温、低温储热模块，与混凝土或热水换热，换热后返回热网供热管道对外供热，满足对外供热的需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。