一种调节供热与发电的背压机联合系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种调节供热与发电的背压机联合系统及方法，系统包括背压供热机组、热水箱储能供热子系统和绝热压缩空气储能子系统。在供热低谷时，机组满负荷运行，多余供热在低压汽轮机发电后，先加热储热介质，再加热补水储能于热水箱中；在供热高峰时，补水改为热水箱中的热水,增加对外供热量；供热需求在补水温度25℃与95℃对应的额定供热量之间时,计算并设定合理给水温度，调节给水自动控制器,使得机组满负荷运行。用电低谷时，将多余的电能压缩存储，压缩过程中产生的热量被补水吸收；用电高峰时，压缩的空气吸收储热罐中的热量，膨胀发电增加发电量。本发明不仅能够确保机组高效稳定运行，同时也能根据用电需求来调节发电。
【专利说明】
一种调节供热与发电的背压机联合系统及方法
技术领域
[0001]本发明属于供热与发电技术领域，具体地讲是涉及一种调节供热与发电的背压机联合系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着工业发展与生活水平的提高，我国的生产与生活用汽也越来越多。热电厂背压机组排汽直接对外供热，理论上，当对外供热量大于背压机供热量时投运减温减压器供热，而热负荷需求较小时背压机组减负荷运行，但现状是一些热电厂背压机组长期处于低负荷运行工况，使得背压型热电联产效益难以体现出来。
[0003]背压机组的原则是以热定电，热负荷直接决定电负荷，这就使电负荷难以调节。加之国内大面积关停小型抽凝机组，鼓励发展背压机组与大型抽凝供热机组，这就使电网调峰能力更加不足。电网调峰的难度大大增加，也对其他能源的利用造成了限制，热电机组如何参与调峰成为电力行业迫切需要解决的问题。为了确保背压机组高效稳定运行，有些热电厂采取了诸如在背压机组后加装后置机运行或储能系统的措施，保证了背压供热机组满负荷运行，但此时机组发电始终保持最大发电量，导致用电低谷时产生过剩电能，用电高峰时产出不足，与实际用电需求不匹配，调节困难。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种调节供热与发电的背压机联合系统及方法。该系统保证背压机组长期满负荷运行，用热高峰时增大对外供热量，提高供热可调幅度，降低热负荷波动调节区间，通过绝热压缩空气储能子系统降低背压机组热电耦合效应，根据用电需求较灵活地调节发电。
[0005]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种调节供热与发电的背压机联合系统，包括背压供热机组、热水箱储能供热子系统和绝热压缩空气储能子系统。
[0006]所述背压供热机组包括锅炉、主汽轮机、主发电机，除氧器、给水栗、减温减压器和高压加热器;所述锅炉的输出端分为两条支路，其中一条支路通过主蒸汽管道与主汽轮机主汽门连接，另外一条支路通过减温减压器与热用户的输入端
连接;所述主汽轮机与主发电机连接，所述除氧器与主汽轮机排汽相连加热补水，所述高压加热器通过给水栗与除氧器给水端相连，所述高压加热器输出端与锅炉给水输入端相连，输出端热水送入锅炉省煤器。
[0007]所述热水箱储能供热子系统包括第一汽水换热器、第二汽水换热器、冷水箱、热水箱、给水自动控制器、冷水栗、热水栗、低压汽轮机、储能发电机;补水输送管道一路与冷水箱的入水口相连，另一路依次连接第一汽水换热器、第二汽水换热器、热水箱;给水自动控制器进水端同时与冷水箱、热水箱出水口相连，所述给水自动控制器出水端与除氧器进水口相连。
[0008]从化学水车间来的补水在第一汽水换热器中吸收压缩气体过程中产生的热量，初步加热的补水在第二汽水换热器中与加热储热罐中的介质后的排汽混合换热变成95°C热水存储于热水箱中。
[0009]所述绝热压缩空气储能子系统包括压缩机、第一汽水换热器、储气罐、储热罐和膨胀发电设备，所述储热罐中的介质为诸如熔融盐或复合材料的高温相变储能材料。
[0010]—种调节供热与发电的背压机联合系统的方法，包括如下步骤:
1)在用热需求低谷时段，保证主汽轮机满负荷运行，在满足电厂自身与热用户供热需求后，剩余排汽先通过低压汽轮机发电，然后进入储热罐加热储能介质，最后进入第二汽水换热器，将进入的补水混合加热至95°c，存储于热水箱中，此时由给水自动控制器控制进入除氧器的补水为冷水箱的25°C冷水；
2)在用热需求高峰时段，给水自动控制器控制进入除氧器的补水由冷水箱的25°C补水改为热水箱的95°C热水，减少除氧器加热用汽量，增加对外供热量；
3)在用热需求小于补水95°C的额定供热量且大于补水25°C的额定供热量时段，依据背压机组热力学特性，在给水自动控制器中设定背压机组满负荷运行并匹配外界供热负荷的给水温度，实际运行时按照该设定值控制进入给水自动控制器的热水和冷水量，使得供热背压机满负荷运行；
4)在用电低谷时段，此时也是用热需求低谷时段，多余发电量通过压缩机压缩空气储能于储气罐，空气压缩过程中产生的热量吸收于通过第一汽水换热器的补水。
[0011]5)在用电高峰时段，此时也是非供热低谷时段，主汽轮机排汽全部对外供热，低压汽轮机停止运行，储热罐中储能介质停止吸热，压缩空气经过储热罐中的储能介质加热后变成高温高压气体，膨胀发电增加高峰用电时产电量。
[0012]通常用电与用热峰谷时段基本趋于一致，由系统工作过程可知，由于压缩空气过程中在第一汽水换热器中放热，用热低谷时排汽储热于储热罐与热水箱，热水箱储能系统与绝热压缩空气储能系统相对独立，因此即使当用电与用热需求峰谷不同步时也具有很好的匹配性。
[0013]本发明的方法与现有技术比较，具有以下有益效果:
(I)本发明提供的系统在保证机组满负荷稳定运行、满足对外供热量、降低热负荷波动调节区间的同时，能够根据电负荷需求较灵活地调节用电。
[0014](2)本发明提供的系统能够降低背压机组热电耦合效应，使供热与用电能够较灵活地调节。
[0015](3)空气压缩过程中产生的热量吸收于待加热的补水，压缩空气膨胀发电时吸收储能介质热量，一定程度上调节背压机组的热电比。
[0016](4)供热与发电储能调节系统相对独立，用电与用热需求峰谷时段不同步时也有较好的适用性。
【附图说明】
[0017]图1是本发明调节供热与发电的背压机联合系统的结构示意图；
图2是实施例1所示的某热电厂夏季典型日热负荷曲线图；
图3是实施例1所示的热电厂采用联合系统后的供热流量曲线图；
图4是是实施例1所示的热电厂发电与用电需求调节示意图。
[0018]图1主要附图标记的说明:1锅炉；2减温减压器;3.主汽轮机;4主发电机;5热用户；6低压汽轮机;7储能发电机;8除氧器;9给水栗；10高压加热器；11压缩机；12第一汽水换热器;13储气罐;14储热罐;15膨胀发电设备；16第二汽水换热器;17热水箱；18热水栗；19给水自动控制器;20冷水栗;21冷水箱。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图，通过【具体实施方式】对本发明作进一步描述。
[0020]参照图1，本发明提供一种调节供热与发电的背压机联合系统，包括背压供热机组、热水箱储能供热子系统和绝热压缩空气储能子系统。
[0021]所述背压供热机组包括锅炉1、主汽轮机3、主发电机4，除氧器8、给水栗9、减温减压器2和高压加热器10;所述锅炉I的输出端分为两条支路，其中一条支路通过主蒸汽管道与主汽轮机3主汽门连接，另外一条支路通过减温减压器2与热用户5的输入端连接;所述主汽轮机3与主发电机4连接，所述除氧器8与主汽轮机3排汽相连加热除盐水，所述高压加热器10通过给水栗9与除氧器8给水端相连，所述高压加热器10输出端与锅炉I给水输入端相连，输出端热水送入锅炉省煤器。
[0022]所述热水箱储能供热子系统包括第一汽水换热器12、第二汽水换热器16、冷水箱21、热水箱17、给水自动控制器19、冷水栗20、热水栗18、低压汽轮机6、储能发电机7;除盐水输送管道一路与冷水箱21的入水口相连，另一路依次连接第一汽水换热器12、第二汽水换热器16、热水箱17，给水自动控制器19进水端同时与冷水箱21、热水箱17出水口相连，所述给水自动控制器19出水端与除氧器8进水口相连。
[0023]从化学水车间来的补水在第一汽水换热器12中吸收压缩气体过程中产生的热量，初步加热的补水在第二汽水换热器16中与加热储热罐14中的介质后的排汽混合换热变成95°C热水存储于热水箱17中。
[0024]所述绝热压缩空气储能子系统包括压缩机11、第一汽水换热器12、储气罐13、储热罐14和膨胀发电设备15，所述储热罐14中的介质为诸如熔融盐或复合材料的高温相变储能材料，该介质仅在用热低谷时段被低压汽轮机6的排汽加热，其余时段停止吸热并加热压缩空气，高温高压的压缩空气膨胀增加发电量。
[0025]—种调节供热与发电的背压机联合系统的方法，包括如下步骤:
1)在用热需求低谷时段，保证主汽轮机满负荷运行，在满足电厂自身与热用户供热需求后，剩余排汽先通过低压汽轮机发电，然后进入储热罐加热储能介质，最后进入第二汽水换热器，将进入的补水混合加热至95°C，存储于热水箱中，此时由给水自动控制器控制进入除氧器的补水为冷水箱的25°C冷水；
2)在用热需求高峰时段，给水自动控制器控制进入除氧器的补水由冷水箱
的25 °(:补水改为热水箱的95 °C热水，减少除氧器加热用汽量，增加对外供热量；
3)在用热需求小于补水95°C的额定供热量且大于补水25°C的额定供热量时段，依据背压机组热力学特性，在给水自动控制器中设定背压机组满负荷运行并匹配外界供热负荷的给水温度，实际运行时按照该设定值控制进入给水自动控制器的热水和冷水量，使得供热背压机满负荷运行；
4)在用电低谷时段，此时也是用热需求低谷时段，多余发电量通过压缩机压缩空气储能于储气罐，空气压缩过程中产生的热量吸收于通过第一汽水换热器的补水。
[0026]5)在用电高峰时段，此时也是非供热低谷时段，主汽轮机排汽全部对外供热，低压汽轮机停止运行，储热罐储能介质停止吸热，压缩空气经过储热罐中的储能介质加热后变成高温高压气体，膨胀发电增加用电高峰时产电量。
[0027]通常供热与发电峰谷时段基本趋于一致，由系统工作过程可知，压缩空气过程中在第一汽水换热器12中放热，用热低谷时排汽储能于储热罐14与热水箱17，由于热水箱储能系统与绝热压缩空气储能系统相对独立，因此即使当用电与用热需求峰谷不同步时也具有很好的匹配性。
[0028]实施例1
参照图2，本发明以某热电厂的夏季典型日热负荷曲线举例，具体阐述背压机联合系统供热与发电调节过程，对于其他热电厂，运行原理相同。
[0029]某热电厂主汽轮机3额定发电功率为151^，排气参数为1.2710^、292.7°(:，用热需求最大为144.5t/h、最小为82.7t/h。当除盐水补水为25 V时，对外供热111.4t/h ；当除盐水补水为95°C时，对外供热125.6t/h。进入除氧器8的补水由25°C冷水改为95°C热水时，对外供热量增加14.2t/h。
[0030]图2中，23时至次日6时，用热需求小于补水为25°C时主汽轮机3的额定供热量，此时是供热低谷时段。给水自动控制器19控制进入除氧器8的补水为冷水箱21中25°C的除盐水，保证机组满负荷运行，主汽轮机3多余排汽进入低压背压机6进行发电，发电功率为2.5MW，低压背压机6排汽加热储热罐14中储能介质，最后在第二汽水换热器16中与补水混合加热至95°C存储于热水箱17
中。该时段也是用电低谷时段，主发电机4与储能发电机7发电功率为17.5MW。
[0031]图2中，6时至7时、17时至23时，该时段内供热需求小于补水95°C的额定供热量且大于补水25°C的额定供热量，此时给水自动控制器19运行时按照设定值控制进入的热水和冷水量，背压机组满负荷运行，并满足此时的用热需求。
[0032]图2中，7时至17时，该时段是供热高峰时段，给水自动控制器19控制进入除氧器8的补水为热水箱17中95°C的热水，不足供热量由调峰机组进行补偿。低压汽轮机6在非供热低谷时段停止运行，储热罐14中储能介质停止吸热。
[0033]图3是采用联合系统后主汽轮机3的夏季典型日供热流量曲线，虚线是调峰补偿供热量，与采用联合系统运行前相比，降低了供热期间调峰机组的频繁启停，调峰区间从33.1 t/h降到了 18.9t/h，保证了机组的长期稳定运行。
[0034]图4是夏季典型日的发电与用电需求调节示意图，曲线I是运行绝热压缩空气储能子系统前的系统发电曲线，曲线2是夏季典型日用电需求曲线。20时至次日6时，该时段是用电低谷时段，主发电机4与储能发电机7发电功率为17.5MW，此时产电过剩，启用压缩空气储能子系统，压缩空气存储于储气罐13中。6时至20时是用电高峰时段，此时储气罐13中压缩的空气经储热罐14中的储能介质加热后变成高温高压气体，膨胀发电增加用电高峰时产电量。
[0035]图4中用电对象是热电厂周围用电户，此时背压机联合系统产电不上网，满足热电厂周围用电户需求，就地产销，实现对用电需求的灵活调节。对于其他热电厂，当热电厂发电上网时，运行压缩空气储能子系统，产电有较大的调节区间，当多家热电厂背压机组都采用联合系统方式运行并发电上网时，能增大产电可调区间，减缓电网电负荷调节的困难。图2与图4可知，供热峰谷时段与用电峰谷时段大体同步，由于热水箱供热储能子系统与绝热压缩空气储能子系统相对独立，本发明表现出了较好的适用性。
[0036]在本发明实施过程中，背压机组始终保持满负荷运行，在用热高峰时增加了对外供热量，降低了供热波动调节区间；同时较好地降低了用电低谷时产生过剩电能，用电高峰时产出不足的情况，较灵活的根据用热需求调节用电，给出了一种背压供热机组联合系统供热与发电的调节系统与方法。
[0037]本发明中所述【具体实施方式】仅为本发明的较佳实施案例，并非用来限定本发明的实施范围。在不脱离本发明原理与内容的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种调节供热与发电的背压机联合系统，其特征在于:所述系统包括背压供热机组、热水箱储能供热子系统和绝热压缩空气储能子系统； 所述背压供热机组包括锅炉、主汽轮机、主发电机，除氧器、给水栗、减温减压器和高压加热器;所述锅炉的输出端分为两条支路，其中一条支路通过主蒸汽管道与主汽轮机主汽门连接，另外一条支路通过减温减压器与热用户的输入端连接;所述主汽轮机与主发电机连接，所述除氧器与主汽轮机排汽相连加热补水，所述高压加热器通过给水栗与除氧器给水端相连，所述高压加热器输出端与锅炉给水输入端相连，输出端热水送入锅炉省煤器； 所述热水箱储能供热子系统包括第一汽水换热器、第二汽水换热器、冷水箱、热水箱、给水自动控制器、冷水栗、热水栗、低压汽轮机、储能发电机;补水输送管道一路与冷水箱的入水口相连，另一路依次连接第一汽水换热器、第二汽水换热器、热水箱，给水自动控制器进水端同时与冷水箱、热水箱出水口相连，所述给水自动控制器出水端与除氧器进水口相连； 所述绝热压缩空气储能子系统包括压缩机、第一汽水换热器、储气罐、储热罐和膨胀发电设备。2.根据权利要求1所述的调节供热与发电的背压机联合系统，其特征在于:所述热水箱储能供热子系统中，从化学水车间来的补水在第一汽水换热器中吸收压缩气体过程中产生的热量，初步加热的补水在第二汽水换热器中与加热储热罐中的介质后的排汽混合换热变成95°C热水存储于热水箱中。3.根据权利要求1或2所述的调节供热与发电的背压机联合系统，其特征在于:所述储热罐中的介质为高温相变储能材料。4.根据权利要求3所述的调节供热与发电的背压机联合系统，其特征在于:所述高温相变储能材料为熔融盐或复合材料。5.基于权利要求1所述的调节供热与发电的背压机联合系统的调节方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤(1)、在用热需求低谷时段，保证主汽轮机满负荷运行，在满足电厂自身与热用户供热需求后，剩余排汽先通过低压汽轮机发电，然后进入储热罐加热储能介质，最后进入第二汽水换热器，将进入的补水混合加热至950C，存储于热水箱中，此时由给水自动控制器控制进入除氧器的补水为冷水箱的25°C冷水； 步骤(2)、在用热需求高峰时段，给水自动控制器控制进入除氧器的补水由冷水箱的25°C补水改为热水箱的95 °C热水； 步骤(3)、在用热需求小于补水95°C的额定供热量且大于补水25°C的额定供热量时段，依据背压机组热力学特性，在给水自动控制器中设定背压机组满负荷运行并匹配外界供热负荷的给水温度，实际运行时按照该设定值控制进入给水自动控制器的热水和冷水量，使得供热背压机满负荷运行； 步骤(4)、在用电低谷时段，此时也是用热需求低谷时段，多余发电量通过压缩机压缩空气储能于储气罐，空气压缩过程中产生的热量吸收于通过第一汽水换热器的补水； 步骤(5)、在用电高峰时段，此时也是非供热低谷时段，主汽轮机排汽全部对外供热，低压汽轮机停止运行，储热罐中储能介质停止吸热，储气罐中的压缩空气经过储热罐中的储能介质加热后变成高温高压气体，膨胀发电增加用电高峰时产电量。
【文档编号】F01K11/00GK106089338SQ201610385205
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月3日 公开号201610385205.5, CN 106089338 A, CN 106089338A, CN 201610385205, CN-A-106089338, CN106089338 A, CN106089338A, CN201610385205, CN201610385205.5
【发明人】王祥图, 许红胜, 庄贺峰
【申请人】东南大学