一种基于汽电双驱的供热系统及其运行方法与流程

本发明属于热电联产及节能降耗，具体涉及一种基于汽电双驱的供热系统及其运行方法。

背景技术：

1、随着我国经济的飞速发展，城镇化和工业化的步伐逐渐加快，城市和工业园区热力需求日渐增长。为解决电力和热力资源供应的矛盾，火力发电厂热电联产改造是实现热能梯级利用、提高资源综合利用效率的有效途径之一。

2、传统的纯凝机组热电联产改造多采用直接抽汽，所抽蒸汽温度和压力较高，高品质蒸汽直接供热与用户需求不匹配，一般需要对高参数抽汽进行减温减压以满足用户需求，存在“高品低用”的问题，此外由于多余的电能和余热无法储存，导致热能利用率不高，能源的梯级利用效果差。为降低循环水泵等辅机耗能，提高经济效益，热电联产机组通常设置小汽轮机驱动热网循环水泵，在一定程度上提高了能源利用效率，但仍存在稳定性、灵活性不够等缺陷。现有技术存在以下缺点：

3、1)传统热电联产机组采用中低压缸蒸汽直接抽汽，直接供热时存在“高品低用”问题。降温减压过程将损失较多的压力能及蒸汽的汽化潜热，导致能量利用率不高，不利于能源的梯级利用。

4、2)热电联产机组通常配置小汽轮机驱动热网循环水泵。当机组负荷升高或下降，小汽轮机运行效率变化较大，与之连接的循环水泵工作时的稳定性及灵活性不够，需要同步配置电动机以稳定输出功率，提高系统经济性。

5、3)热电联产供热系统中存在大量高温烟气余热、可燃废气余热、冷凝水、废水余热等废热无法有效利用，会导致能源浪费。且由于用户侧的需求存在波动，现有供热系统无法提供随需求及时响应的稳定热源，供热方式缺乏灵活性。

6、中国发明专利cn113027540a公布了一种能够余压利用的不同荷载汽电双驱抽汽供热系统。通过汽轮机、电机及循环水泵之间的同轴布置，提高能源梯级利用效率，同时该系统在不同负荷段运行下，汽轮机内效率均维持较高区间运行，同时提高高品质热能的利用率。

7、中国发明专利cn110159559a公布了一种汽电双驱引风机系统及其运行控制方法。解决现有技术中汽轮机驱动下调门节流经济性不高和引风机可靠性降低等问题。

8、中国发明专利cn113864002a公布了一种基于热电联产机组的汽、电双驱压缩空气制取系统。通过背压汽轮机和电动机同时驱动同轴空压机做功，可实现供热期采暖蒸汽余压梯级利用，降低厂用电率，增加上网电量，提高热电联产机组冬季供热运行经济性的目的。

9、中国发明专利cn115597047a公布了一种多汽源利用烧结余热提效发电并耦合供热的能源利用系统。将钢铁厂内多种参数品质的余热汽源整合后应用于发电，还可以回收发电机组循环冷却水的热量，并向外供应热水，进一步提高余热利用率。

10、上述现有技术中存在以下缺点：

11、1)传统热电联产机组采用中低压缸蒸汽直接抽汽，直接供热时存在“高品低用”问题。降温减压过程将损失较多的压力能及蒸汽的汽化潜热，导致能量利用率不高，不利于能源的梯级利用。

12、2)热电联产机组通常配置小汽轮机驱动热网循环水泵。当机组负荷升高或下降，小汽轮机运行效率变化较大，与之连接的循环水泵工作时的稳定性及灵活性不够，需要同步配置电动机以稳定输出功率，提高系统经济性。

13、3)热电联产供热系统中存在大量高温烟气余热、可燃废气余热、冷凝水、废水余热等废热无法有效利用，会导致能源浪费。且由于用户侧的需求存在波动，现有供热系统无法提供随需求及时响应的稳定热源，供热方式缺乏灵活性。

技术实现思路

1、本发明要克服现有技术的解决现有技术中存在的余热利用率低、能源梯级利用差及供热方式单一的缺点，提供一种汽电双驱的供热系统及其运行方法。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种基于汽电双驱的供热系统，其特征在于，包括锅炉(1)、高压缸(2)、中压缸(3)、低压缸(4)、背压汽轮机(5)、电动机(7)、变频器(8)、热网循环水泵(9)、蒸汽发生器(10)、低温熔盐罐(11)、换热器(13)、高温熔盐罐(14)；

4、锅炉(1)燃烧产生的高温高压蒸汽进入高压缸(2)做功后，高压缸(2)出口蒸汽再次回到锅炉(1)加热，锅炉的再热蒸汽进入中压缸(3)做功；中压缸(3)出口蒸汽进入低压缸(4)做功；

5、低压缸(4)出口蒸汽分为两路，一路进入背压汽轮机(5)，另一路进入换热器(13)；

6、背压汽轮机(5)与电机(7)连接，电机(7)与热网循环水泵(9)连接，电机(7)与厂用电系统相连；

7、背压汽轮机(5)汽源来自机组低压缸(4)排汽，经蒸汽驱动带动电机(7)和热网循环水泵(9)运转；电机所发的多余电量输送至厂用电系统中；

8、背压汽轮机(5)的排气进入换热器进行热交换后生成凝结水；低压缸(4)抽汽进入换热器进行热交换后生成凝结水；多路凝结水汇合后经加热重新进入锅炉(1)，实现热力循环；

9、熔盐流经换热器(13)与低压缸(4)抽汽和背压汽轮机(5)乏汽进行热量交换，进入高温熔盐罐(14)，实现余热存储；

10、高温熔盐罐(14)内熔盐进入蒸汽发生器(10)内与热网循环水进行热量交换；

11、换热后的低温熔盐进入低温熔盐罐(11)储存，低温熔盐再次进入换热器(13)进行热量交换，实现热力循环。

12、进一步的，所述背压汽轮机(5)通过定速比齿轮箱(6)与电机(7)同轴连接。

13、进一步的，所述定速比齿轮箱(6)连接在背压汽轮机(5)的输出轴上，用于调节输出的转速。

14、进一步的，所述定速比齿轮箱(6)内置超越离合器。

15、进一步的，电机(7)与热网循环水泵(9)同轴布置。

16、进一步的，所述电机(7)通过变频器(8)与厂用电系统相连，电机所发的多余电量经变频器(8)转化后输送至厂用电系统中。

17、进一步的，所述高温熔盐罐(14)内熔盐经第二熔盐泵(15)至蒸汽发生器(10)内与热网循环水进行热量交换。

18、进一步的，所述低温熔盐经第一熔盐泵(12)至换热器(13)进行热量交换。

19、本发明的第二个方面涉及一种基于汽电双驱的供热系统的运行方法，运行过程中，由于机组负荷情况及用户端需求不同，背压汽轮机5与电机7存在以下几种汽电工作状态：

20、(1)纯电驱动运行

21、定速比齿轮箱的离合器处于脱开状态，背压汽轮机做功无法形成有效输出，此时电机作为电动机直接驱动热网循环水泵；

22、(2)汽电混驱运行

23、当机组运行在最低稳燃负荷以上且汽源参数满足冲转条件时，背压汽轮机输出转速经减速齿轮箱减速后的转速n1与电动机转速n2相同时，超越离合器实现啮合功能，背压汽轮机和电动机一起转动驱动热网循环水泵；

24、(3)汽驱发电运行

25、随着机组负荷升高，背压汽轮机进汽参数逐渐增大，输出功率逐渐增大时，电动机输出功率逐渐减小。当背压汽轮机输出功率满足热网循环水泵需求时，电动机空转，此时为纯汽驱运行。进一步，当背压汽轮机输出功率增大至大于热网循环水泵功耗要求时，电机自动转为发电转态，多余电能经变频设备转化输送至厂用电系统。

26、本发明的熔盐储能系统供热运行方法如下：

27、熔盐储能系统包括，高温熔盐罐、低温熔盐罐、换热器、蒸汽发生器、熔盐循环泵等。

28、高温熔盐罐存储高温熔盐，低温熔盐罐存储低温熔盐。由于传统的锅炉系统存在热能品位高低差异、余热废热利用率低等问题。当用户侧供热需求降低，热负荷大幅波动时，从低压缸抽取的蒸汽和背压汽轮机做功后的乏汽经过蒸汽管路至换热器中，与低温熔盐进行充分热量传递和能量交换，高温熔盐进入高温熔盐罐存储，灵活控制过剩热能及余热的存储和应用。

29、当用户侧供热需求增加，机组无法及时响应，供热无法满足时，高温熔盐经熔盐循环泵至蒸汽发生器，进行热量传递和能量交换，产生热水供给热网。

30、由此，通过熔盐储能供热系统，有效将热能的生产和利用分离，同时满足锅炉的高效运行和供热系统的稳定灵活性，增加机组对波动热负荷的适应能力。

31、自此，就完成了/实现了供热系统对复杂多变负荷的强适应能力，使动力源范围变宽，增强了供热系统灵活性。

32、本发明的工作原理是：

33、锅炉中高温高压蒸汽进入高压缸做功后再次回到锅炉加热，锅炉的再热蒸汽进入中压缸做功；中压缸出口蒸汽进入低压缸做功；低压缸出口的蒸汽分为两路，一路进入背压汽轮机，另一路进入换热器；

34、背压汽轮机的排气进入换热器进行热交换后生成凝结水；低压缸抽汽进入换热器进行热交换后生成凝结水；多路凝结水汇合后经加热重新进入锅炉，实现热力循环；背压汽轮机汽源来自机组低压缸排汽，经蒸汽驱动带动电机和热网循环水泵运转；电机所发的多余电量经变频器转化后输送至厂用电系统中；

35、背压汽轮机通过定速比齿轮箱与电机同轴连接，电机与热网循环水泵同轴布置，电机与供电母线相连；

36、定速比齿轮箱连接在背压汽轮机的输出轴上，用于调节输出功率的转速；

37、定速比齿轮箱采用可离合的设计，以便在需要时将汽轮机与后续装置分离；

38、当机组处于低负荷状态，末端蒸汽参数较低，汽轮机的输出动力小于热网循环水泵的功率时，电机作为电动机与汽轮机一起驱动热网循环水泵工作，实现汽电双重驱动。

39、当汽轮机的输出动力大于热网循环水泵的功率，电机作为发电机将汽轮机多余的输出动力转换为电能，并输送至供电母线上。

40、熔盐流经换热器与低压缸抽汽和背压汽轮机乏汽进行热量交换，进入高温熔盐罐，实现余热存储；

41、高温熔盐经熔盐循环泵至蒸汽发生器内与热网循环水进行热量交换，产生的高温热水/蒸汽供给热网；

42、换热后的低温熔盐进入低温熔盐罐储存，低温熔盐再次经熔盐循环泵至换热器进行热量交换，实现热力循环；

43、本发明的系统组成是：

44、锅炉用于将燃料燃烧产生的热能转化为高温高压蒸汽；

45、蒸汽依次通过高压缸、中压缸和低压缸进行功的输出；

46、背压汽轮机汽源来自机组低压缸排汽，进行做功输出；

47、定速比齿轮箱与背压汽轮机同轴连接，具有可离合功能，用于调节输出功率的转速；

48、电机与定速比齿轮箱同轴连接，驱动热网循环水泵运转；

49、定速比齿轮箱内置有超越离合器，实现啮合动力传输功能；

50、变频器将电机发出的多余电量转化后输送至厂用电系统中；

51、熔盐储能系统内置低温熔盐罐、高温熔盐罐和熔盐循环泵，熔盐通过熔盐循环泵在换热器和蒸汽发生器内实现热量交换和热力循环过程；

52、换热器用于低温熔盐与低压缸排汽和背压汽轮机乏汽的热量传递和能量交换；

53、蒸汽发生器用于高温熔盐和热网循环水的热量传递和能量交换。

54、本发明解决了现有技术中存在的余热利用率低、能源梯级利用差及供热方式单一等问题。此外，通过汽电双驱热网循环水泵和增加余热存储装置，满足机组在不同负荷工况下稳定的供热输出。该系统及方法能有效提高火电机组热电联产运行效率和供热方式灵活性，保障火电机组运行的经济性和安全性。

55、本发明的有益效果是：

56、(1)对低压缸和背压汽轮机抽汽或乏汽有效利用，提高能源利用效率，实现能源梯级利用。

57、(2)采用汽电两种方式共同驱动热网循环水泵，保障了变负荷条件下热网循环水泵工作的稳定性及灵活性。此外，电机处于发电状态所发电量还可供给厂用电系统，降低厂用电率，提升企业综合经济效益。

58、(3)热网侧增加储能装置，实现“热电解耦”。将高温烟气余热、可燃废气余热、冷凝水、废水余热等废热通过熔盐蓄热系统存储起来，转化为可持续供暖或热水的稳定热源，实现供热方式的灵活性，达到节能降耗的目的。、

59、说明书附图

60、图1是本发明的系统接头示意图。