本发明属于燃煤发电热电联产技术领域，具体涉及基于固体储热的热电解耦系统及其工作方法。
背景技术：
当前，供热的电厂机组多为带有凝汽器的抽汽式机组，非采暖季以供电为主，采暖季通过抽取一部分汽轮机乏汽满足采暖负荷，绝大多数供热机组均采取汽轮机中压缸排汽供热方式，而受汽轮机低压缸最小冷却流量的限制，在机组供热量一定的情况下，机组发电负荷不能低于某一限值，这种“以热定电”的模式限制了供热机组在供热期的深度调峰能力，这也是我国三北地区供暖期调峰困难、弃风弃光现象严重的重要原因。由于供热季热电联产机组的电力负荷调节能力下降，出现了电负荷调节与热负荷调节矛盾，为了解决这一矛盾，需要打破热电联产机组热—电刚性耦合关系，实现热—电灵活调节。目前主要的解耦技术有：汽轮机旁路供热，切除低压缸供热，热水罐储热供热，电锅炉或电热泵供热技术。
汽轮机旁路技术方案能最大程度地实现热电解耦，可达到“停机不停炉”的效果。不足之处在于供热经济性较差。此外，在方案设计中需要对各路蒸汽流量进行精确的匹配，保持汽轮机转子的推力平衡，确保高压缸末级叶片的运行安全性，防止受热面超温，并且还应确保旁路供热时的运行安全性，对设计和运营要求高。
切除低压缸技术能使机组在原供热能力的基础上增加20％左右的供热能力，由于减少了低压缸排汽的冷源损失热经济性好，但该项技术调节能力有限，目前技术手段还不太成熟，无法准确预估出汽轮机低压缸长期“空转”对机组的影响。
热水罐储热技术是通过设置热水罐存储热量，作为电网负荷较低时机组供热抽汽的补充或热量的存储，间接实现热电解耦。储热罐供热技术对机组原热力系统的改造少，供热经济性较好，不足之处在于改造投资较大，储热罐占地面积大，且不适用于长期连续调峰。
电锅炉或电热泵供热技术是指在电源侧设置电锅炉、电热泵等，在低负荷抽汽供热不足时，通过电热或电蓄热的方式将电能转换为热能，补充供热所需，从而实现热电解耦。该技术改造投资大，且机组热经济性较差。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于固体储热的热电解耦系统及其工作方法，以解决现有解耦技术供热经济性较差、改造投资较大或储热罐占地面积大的问题。
本发明所采取的技术方案是：基于固体储热的热电解耦系统，包括固体储热系统，固体储热系统用于储存热电机组的蒸汽热量，并能将热量释放给热用户；
固体储热系统连接有以下管路：用于导入热电机组蒸汽热量的热源导入管路；用于排放疏水的有疏水排放管路；热网水导入管路，该管路用于导入热用户排放的低温水至固体储热系统中进行换热升温；热网水导出管路，该管路用于将升温后的水输送至热用户。
进一步的，还包括水加热换热系统，水加热换热系统分别通过水加热换热系统出水管和热网回水母管连接至热用户，并形成回路；水加热换热系统还连接有导入热电机组蒸汽热量的管道、以及用于排放疏水的管道。
进一步的，固体储热系统包括串联或并联的若干个储热模块。
进一步的，储热模块为无机非金属类固体储热材料，每个储热模块外设置有多组换热管，储热模块和换热管外层均包裹有保温层。
进一步的，还包括热电机组，热电机组通过抽汽供热母管与热源导入管路相连接，热电机组通过抽汽供热母管与水加热换热系统相连接。
进一步的，还包括热电机组，热电机组通过抽汽供热母管与热源导入管路相连接，热电机组通过抽汽供热母管与水加热换热系统相连接。
本发明采用的第二种技术方案是，一种基于固体储热的热电解耦系统的工作方法，定义热源导入管路、疏水排放管路、热网回水母管、热网水导入管路、热网水导出管路和水加热换热系统出水管上对应设置的阀门编号为k1～k6；
热电解耦系统的储热过程为：储热过程为：开启阀门k1和阀门k2；抽汽供热母管将热电机组的多余蒸汽输送至储热系统的进气口，储热系统将热量吸收并存储；
进一步的，热电解耦系统的放热过程为：开启阀门k3、阀门k4和阀门k5；将热用户中产生的冷却热网水，一路经水泵流入水加热换热系统，并在水加热换热系统中换热升温后流入热用户；另一路经储热系统换热升温后流入热用户。
本发明采用的第三种技术方案是，基于固体储热的热电解耦系统的热电解耦方法，在热电机组非调峰时段，调节热电机组以增加供热抽汽量，利用固体储热系统将多余蒸汽热量储存；在热电机组调峰时段，调节热电机组以降低机组的供电负荷，再将固体储热系统储存的热量释放出来，以弥补热电机组相应减少的供热量。
本发明采用的第四种技术方案是，基于固体储热的热电解耦系统的热电解耦方法，在热电机组调峰时段，在锅炉负荷不变的情况下，通过蒸汽旁路或增加供热抽汽以降低电负荷，再将多余蒸汽热量存储在固体储热系统中；在热电机组非调峰时段，减小供热抽汽，增加上网电负荷，再将固体储热系统储存的热量释放出对外供热。
本发明具有以下有益效果：本发明的热电解耦方法取热位置灵活，可在抽汽管路侧，也可以在热网换热侧，调峰方式多样，适应性广泛，具有对热电机组安全影响小、热经济性好，接入系统和安装位置灵活，运维费用低廉等特点。
【附图说明】
图1是本发明基于固体储热的热电解耦系统的连接示意图；
图2是本发明基于固体储热的热电解耦系统在非调峰时段储热调峰时段放热运行策略示意图；
图3是本发明基于固体储热的热电解耦系统在调峰时段放热非调峰时段储热运行策略示意图。
图中，1.抽汽供热母管，2.固体储热系统，3.热用户，4.水泵，5.水加热换热系统，6.疏水母管。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理做进一步说明。
本发明提供了一种基于固体储热的热电解耦系统，如图1所示，包括热电机组的抽汽供热母管1、固体储热系统2、热用户3、热网循环泵4、水加热换热系统5、疏水母管6。
固体储热系统2用于储存热电机组的蒸汽热量，并能将热量释放给热用户3；固体储热系统2连接有以下管路：用于导入热电机组蒸汽热量的热源导入管路；用于排放疏水的有疏水排放管路；热网水导入管路，该管路用于导入热用户3排放的低温水至固体储热系统2中进行换热升温；热网水导出管路，该管路用于将经固体储热系统2换热升温后的水输送至热用户3。
水加热换热系统5分别通过水加热换热系统出水管和热网回水母管连接至热用户3，并形成回路；水加热换热系统5还连接有导入热电机组蒸汽热量的管道、以及用于排放疏水的管道。热电机组通过抽汽供热母管1与热源导入管路相连接，热电机组通过抽汽供热母管1与水加热换热系统5相连接。
具体的，抽汽供热母管1通过热源导入管路连通至固体储热系统2的入口，固体储热系统2的出口经疏水排放管路连通至疏水母管6；热网回水母管通过热网水导入管路连通至固体储热系统2，固体储热系统2经热网水导出管路连通至热用户3；固体储热系统2用于储存热电机组多余的蒸汽热量，并将热量释放给热用户3；
抽汽供热母管1还连通至水加热换热系统5蒸汽入口，水加热换热系统5的疏水出口管道连接至疏水母管6，水加热换热系统5热网水出口连通至热网供水母管流经热用户3，水加热换热系统5热网水入口与热网回水母管连接；热网回水母管上设置有用于提供热网水循环动力的水泵4；
热源导入管路、疏水排放管路、热网回水母管、热网水导入管路、热网水导出管路和水加热换热系统出水管上均设置有控制所在管路闭合的阀门。
固体储热系统2包括多组固体储热模块并联或串联组成，储热模块由无机非金属类固体储热材料和多组直径20～150mm的换热管构成，储热模块中的换热管进口全部与进口联箱连接，出口与出口联箱连接，系统外层包裹保温层。固体储热系统和热网侧水换热加热系统以并联方式连接，在电网高峰时段吸收热电机组产生的多余热量，并在电网低谷时将多余热量补充至热电机组；或在热低谷时段储存多余热量，并在热高峰时段放出储存的热量。固体储热系统2，用于在电网高峰时段吸收热电机组产生的多余热量，并在电网低谷时将多余热量补充至热电机组；或用于在热低谷时段储存多余热量，并在热高峰时段放出储存的热量。
设计热电解耦系统供热时，首先需要确定运行策略和固体储热系统2的容量。根据机组蒸汽抽汽参数和机组的典型日供热、供电负荷曲线，分析出该机组在区域网内的热、电负荷冲突时间段和调峰容量需求，根据分析的数据确定机组的运行策略，最后估算出固体储热系统2的容量。
二、本发明提出一种基于固体储热的热电解耦系统的工作方法：
定义热源导入管路、疏水排放管路、热网回水母管、热网水导入管路、热网水导出管路和水加热换热系统出水管上对应设置的阀门编号为k1～k6；
系统的储热过程为：储热过程为：开启阀门k1和阀门k2，关闭阀门k3、阀门k4和阀门k5；抽汽供热母管1将热电机组的多余蒸汽输送至固体储热系统2的进气口，固体储热系统2将热量吸收并存储，固体储热系统2中产生的疏水从疏水母管6排出。
系统的放热过程为：关闭阀门k1和阀门k2，开启阀门k3、阀门k4和阀门k5；将热用户3中产生的冷却热网水，一路经水泵4流入水加热换热系统5，并在水加热换热系统5中换热升温后流入热用户3；另一路经固体储热系统2换热升温后流入热用户3。
基于固体储热的热电解耦系统的固体储热系统2取热位置灵活，即可以从机组供热抽汽母管分一路蒸汽引入固体储热系统，也可以从热网尖峰抽汽管路引入蒸汽，可适应热源温度范围110℃～550℃；从固体储能系统换热后的疏水可返回热电机组除氧器、疏水扩容器等设备加以重复利用。
目前主要的解耦技术有汽轮机旁路供热，切除低压缸供热，热水罐储热供热，电锅炉或电热泵供热技术。但是都存在这样或那样的问题，比如：对设计和运营要求高、调节能力有限不适用于长期连续调峰、或者机组热经济性较差。采用本发明基于固体储热的热电解耦系统，增加固体储热系统2后，在机组供热热负荷小，或供电电负荷大时，可增加机组供热抽气量，多余的供热热量储存在储热系统中；在机组需要降低电负荷时，减小机组出力，机组相应减少的供热热量，由固体储热系统2承担。通过固体储热系统2配合热电机组在不同时段储/放热，使热电机组实现了热电解藕的目的。而且，该基于固体储热的热电解耦系统及工作方法具有调峰方式多样，适应性广泛，具有对热电机组安全影响小、热经济性好，接入系统和安装位置灵活，运维费用低廉等特点。
三、本发明提出一种基于固体储热的热电解耦系统的热电解耦方法。
第一种方法：在热电机组非调峰时段，调节热电机组以增加供热抽汽量，利用固体储热系统2将多余蒸汽热量储存；在热电机组调峰时段，调节热电机组以降低机组的供电负荷，再将固体储热系统2储存的热量释放出来，以弥补热电机组相应减少的供热量。
第二种方法：在热电机组调峰时段，在锅炉负荷不变的情况下，通过蒸汽旁路或增加供热抽汽以降低电负荷，再将多余蒸汽热量存储在固体储热系统2中；在热电机组非调峰时段，减小供热抽汽，增加上网电负荷，再将固体储热系统2储存的热量释放出对外供热。
对于调峰时段供热负荷相对饱满的热电联产机组，适合选取电网非调峰时段储热调峰时段放热的运行策略，对于热负荷有余量的热电联产机组，适合选取电网调峰时段多抽蒸汽储热非调峰时段放热多发电的运行策略。
固体储热系统2取热/放热位置的选取是储热调峰系统成败的关键之一，热电厂的供热系统由热源、热网和热用户三部分组成，根据固体储热系统可以存储更高的温度优势，在热源侧安装最佳。
热电厂就是供热系统的热源，以抽汽式机组为例，抽汽式热电机组根据汽轮机类型一般分为2种，一种为低压可调节抽汽汽轮机供热系统，其抽汽压力为0.12～0.25mpa，多用于城市区域性民用供热；另一种为高、低压可调节抽汽汽轮机供热系统，抽汽压力为0.78～1.27mpa和0.12～0.25mpa，多用于工业区域，同时兼顾生产和生活供热。以对热电机组改动最小为出发点，固体储热系统2可以采用并联或者串联的形式设计在已有的换热器附近。
如图1所示，安装在热网换热器旁，配合热电机组调节电负荷时的供热负荷的波动，吸收热电机组多余热量，或向热网补充热量，达到热电解耦的目的。