CN110863870B - 一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰***及调峰方法 - Google Patents

一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰***及调峰方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰***及调峰方法，调峰***包括储热模块和调峰模块，调峰模块包括主路节流阀、旁路节流阀、第一熔盐泵、第二熔盐泵、第一熔盐阀、第二熔盐阀、第一蒸汽阀和第二蒸汽阀，调峰方法是根据输入的调峰目标，通过调峰模块改变汽轮机做功状态，即实现动态调峰；本发明能够提高火电机组升降负荷速率，提高机组灵活性和经济性，且结构简单，操作便捷。

Description

一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰***及调峰方法
技术领域
本发明涉及火力发电技术领域，尤其涉及一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰***及调峰方法。
背景技术
目前，随着我国经济迅猛发展以及人民生活水平日益提高，用电需求也在不断提升。电力***中燃煤机组装机容量大，为了配合规模化风电、太阳能等新能源发电并网，以及我国用电结构的变化，燃煤机组将承担更多、更难的调峰任务。这对燃煤机组的灵活性提出了较高要求，要求其能大幅度变负荷运行且具备快速变负荷速率。当电网要求快速变负荷时，***内部蓄热能力有限，需要更有潜力的蓄热***与传统燃煤机组相互配合。我国火电机组灵活性主要制约因素有调峰能力不足、负荷响应速度迟缓，以及对机组安全性、环保性以及经济性影响显著。国内外提高机组灵活性所采用的技术主要有：最低稳燃技术，储热罐热电解耦调峰技术，电锅炉热电解耦调峰技术，汽轮机旁路供热调峰技术，储能调峰技术，协调优化控制技术等。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰***及调峰方法，能够提高火电机组升降负荷速率，提高机组灵活性和经济性，且结构简单，操作便捷。
本发明采用的技术方案为：
一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰***，包括锅炉、汽轮机、凝汽器和回热***，锅炉内蒸汽通过蒸汽管道进入汽轮机做功，锅炉、汽轮机、凝汽器和回热***依次连接构成回路，还包括储热模块和调峰模块；
所述汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸，锅炉新蒸汽出口连接高压缸入口，高压缸排汽进入锅炉再热，锅炉再热蒸汽出口连接中压缸入口，中压缸排汽口连接低压缸入口，低压缸排汽口连接凝汽器；
所述回热***包括通过主管道依次连接的低压换热器、除氧器和高压换热器，低压换热器入口连接凝汽器，高压换热器出口连接锅炉入口；低压换热器换热口连接低压缸抽汽口，除氧器入口连接中压缸排汽口，高压换热器换热口分别连接中压缸抽汽口和高压缸抽汽口；
所述储热***包括水-熔盐换热器、熔盐罐、蒸汽-熔盐换热器和热泵，熔盐罐为单罐；水-熔盐换热器水侧入口连接除氧器出口，水-熔盐换热器水侧出口通过汽包连接锅炉入口，水-熔盐换热器熔盐侧入口连接熔盐罐顶部，水-熔盐换热器熔盐侧出口连接熔盐罐底部；蒸汽-熔盐换热器熔盐侧出口连接熔盐罐顶部，蒸汽-熔盐换热器熔盐侧入口连接熔盐罐底部，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧出口通过汽包连接锅炉入口，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧入口连接热泵出口；热泵一次入口通过新蒸汽旁路管路连接锅炉新蒸汽出口，热泵二次入口通过再热蒸汽旁路管路连接锅炉再热蒸汽出口；
所述调峰模块包括主路节流阀、旁路节流阀、第一熔盐泵、第二熔盐泵、第一熔盐阀、第二熔盐阀、第一蒸汽阀和第二蒸汽阀；主路节流阀设于除氧器出口给水管路，旁路节流阀设于水-熔盐换热器的水侧入口，第一熔盐泵和第一熔盐阀依次设于水-熔盐换热器的熔盐侧入口处，第二熔盐泵和第二熔盐阀依次设于蒸汽-熔盐换热器的熔盐侧入口处，第一蒸汽阀设于热泵一次入口与锅炉新蒸汽出口之间，第二蒸汽阀设于热泵二次入口与锅炉再热蒸汽出口之间。
进一步地，所述热泵采用喷射式热泵。
一种采用上述基于高压加热回路的斜温层储热调峰***的调峰方法，包括以下步骤：
A、在控制中心输入机组调峰目标；调峰目标包括调峰类型、负荷调整目标值；
B、根据调峰目标，通过调峰模块改变汽轮机做功状态，即实现动态调峰；调峰类型包括快速升负荷和快速降负荷；
（a）快速升负荷的调峰过程具体为：
a1：打开第一熔盐阀和旁路节流阀，第一熔盐泵工作，第二熔盐泵不工作；
a2：关闭第一蒸汽阀、第二蒸汽阀和第二熔盐阀；
a3：根据负荷调整目标值调小主路节流阀开度，除氧器出口主给水量减小，汽轮机高压缸和中压缸抽汽量减少，低压缸更多蒸汽做功回到凝汽器，汽轮机做功增加；
a4：一部分除氧器出口给水经过旁路节流阀进入水-熔盐换热器进行加热，加热后的水进入汽包；
a5：熔盐罐顶部热熔盐在第一熔盐泵驱动下经过水-熔盐换热器放热后变成冷熔盐回到熔盐罐底部；
（b）快速降负荷的调峰过程具体为：
b1：打开第一蒸汽阀、第二蒸汽阀、第二熔盐阀和主路节流阀，其中，第一蒸汽阀和第二蒸汽阀的开度根据负荷调整目标值进行调整；
b2：关闭第一熔盐阀和旁路节流阀，第一熔盐泵不工作，第二熔盐泵工作；
b3：锅炉新蒸汽和再热蒸汽经过热泵进入蒸汽-熔盐换热器进行热量释放，释放热量后的蒸汽进入汽包；
b4：熔盐罐底部冷熔盐在第二熔盐泵驱动下经过蒸汽-熔盐换热器加热后回到熔盐罐顶部，作为热熔盐蓄热；由于部分新蒸汽和再热蒸汽加热熔盐蓄热，使汽轮机做功减少。
本发明具有以下有益效果：
（1）采用调峰模块对不同工况下的储热***进行结构调整，利用熔盐罐内斜温层的蓄热特点，即上层为热熔盐，下层为冷熔盐，实现升降负荷时热量的动态转换，提高火电机组升降负荷速率，并提高机组灵活性和经济性，同时，兼具结构简单，节省成本的优点；
（2）通过采用喷射式热泵，并且设计喷射式热泵的进汽分别是锅炉的新蒸汽和再热蒸汽，可灵活调节温度以达到熔盐所需加热温度，进一步提高本发明灵活性；
（3）通过根据负荷调整要求对调峰模块中不同结构进行调整，实现快速升负荷和快速降负荷的调峰目标，调峰效率高，灵活度强，且充分利用***产生能量，提高本发明经济性。
附图说明
图1为本发明中调峰***的结构示意图。
附图标记说明：
1、热泵；1-1、一次入口；1-2、二次入口；2、熔盐罐；3、蒸汽-熔盐换热器；3-1、蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧入口；3-2、蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧出口；3-3、蒸汽-熔盐换热器熔盐侧出口；3-4、蒸汽-熔盐换热器熔盐侧入口；4、水-熔盐换热器；4-1、水-熔盐换热器熔盐侧入口；4-2、水-熔盐换热器熔盐侧出口；4-3、水-熔盐换热器水侧出口；4-4、水-熔盐换热器水侧入口；5、第一熔盐泵；6、第二熔盐泵；7、第二蒸汽阀；8、第一蒸汽阀；9、第一熔盐阀；10、第二熔盐阀；11、旁路节流阀；12、凝汽器；13、汽包；14、锅炉；15、高压缸；16、中压缸；17、低压缸；18、除氧器；19、主路节流阀。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰***及调峰方法。
调峰***包括锅炉14、汽轮机、凝汽器12和回热***，锅炉14内蒸汽通过蒸汽管道进入汽轮机做功，锅炉14、汽轮机、凝汽器12和回热***依次连接构成回路，还包括储热模块和调峰模块；
所述汽轮机包括高压缸15、中压缸16和低压缸17，锅炉14新蒸汽出口连接高压缸15入口，高压缸15排汽进入锅炉14再热，锅炉14再热蒸汽出口连接中压缸16入口，中压缸16排汽口连接低压缸17入口，低压缸17排汽口连接凝汽器12；
所述回热***包括通过主管道依次连接的低压换热器、除氧器18和高压换热器，低压换热器入口连接凝汽器12，高压换热器出口连接锅炉14入口；低压换热器换热口连接低压缸17抽汽口，除氧器18入口连接中压缸16排汽口，高压换热器换热口分别连接中压缸16抽汽口和高压缸15抽汽口；
所述储热***包括水-熔盐换热器4、熔盐罐2、蒸汽-熔盐换热器3和热泵1，熔盐罐2为单罐；水-熔盐换热器水侧入口4-4连接除氧器18出口，水-熔盐换热器水侧出口4-3通过汽包13连接锅炉14入口，水-熔盐换热器熔盐侧入口4-1连接熔盐罐2顶部，水-熔盐换热器熔盐侧出口4-2连接熔盐罐2底部；蒸汽-熔盐换热器熔盐侧出口3-3连接熔盐罐2顶部，蒸汽-熔盐换热器熔盐侧入口3-4连接熔盐罐2底部，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧出口3-2通过汽包13连接锅炉14入口，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧入口3-1连接热泵1出口；热泵1一次入口1-1通过新蒸汽旁路管路连接锅炉14新蒸汽出口，热泵1二次入口1-2通过再热蒸汽旁路管路连接锅炉14再热蒸汽出口；
所述调峰模块包括主路节流阀19、旁路节流阀11、第一熔盐泵5、第二熔盐泵6、第一熔盐阀9、第二熔盐阀10、第一蒸汽阀8和第二蒸汽阀7；主路节流阀19设于除氧器18出口给水管路，旁路节流阀11设于水-熔盐换热器4的水侧入口，第一熔盐泵5和第一熔盐阀9依次设于水-熔盐换热器熔盐侧入口4-1处，第二熔盐泵6和第二熔盐阀10依次设于蒸汽-熔盐换热器熔盐侧入口3-4处，第一蒸汽阀8设于热泵1一次入口1-1与锅炉14新蒸汽出口之间，第二蒸汽阀7设于热泵1二次入口1-2与锅炉14再热蒸汽出口之间。
调峰方法包括：
A、在控制中心输入机组调峰目标；调峰目标包括调峰类型、负荷调整目标值；
B、根据调峰目标，通过调峰模块改变汽轮机做功状态，即实现动态调峰；调峰类型包括快速升负荷和快速降负荷；
（a）快速升负荷的调峰过程具体为：
a1：打开第一熔盐阀9和旁路节流阀11，第一熔盐泵5工作，第二熔盐泵6不工作；
a2：关闭第一蒸汽阀8、第二蒸汽阀7和第二熔盐阀10；
a3：根据负荷调整目标值调小主路节流阀19开度，除氧器18出口主给水量减小，汽轮机高压缸15和中压缸16抽汽量减少，低压缸17更多蒸汽做功回到凝汽器12，汽轮机做功增加；
a4：一部分除氧器出口给水经过旁路节流阀11进入水-熔盐换热器4进行加热，加热后的水进入汽包13；
a5：熔盐罐2顶部热熔盐在第一熔盐泵5驱动下经过水-熔盐换热器4放热后变成冷熔盐回到熔盐罐2底部；
（b）快速降负荷的调峰过程具体为：
b1：打开第一蒸汽阀8、第二蒸汽阀7、第二熔盐阀10和主路节流阀19，其中，第一蒸汽阀8和第二蒸汽阀7的开度根据负荷调整目标值进行调整；
b2：关闭第一熔盐阀9和旁路节流阀11，第一熔盐泵5不工作，第二熔盐泵6工作；
b3：锅炉14新蒸汽和再热蒸汽经过热泵1进入蒸汽-熔盐换热器3进行热量释放，释放热量后的蒸汽进入汽包13；
b4：熔盐罐2底部冷熔盐在第二熔盐泵6驱动下经过蒸汽-熔盐换热器3加热后回到熔盐罐2顶部，作为热熔盐蓄热；由于部分新蒸汽和再热蒸汽加热熔盐蓄热，使汽轮机做功减少。
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
如图1所示，本发明公开了一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰***，包括锅炉14、汽轮机、凝汽器12、回热***、储热模块和调峰模块，锅炉14内蒸汽通过蒸汽管道进入汽轮机做功，锅炉14、汽轮机、凝汽器12和回热***依次连接构成回路。
汽轮机包括高压缸15、中压缸16和低压缸17，锅炉14新蒸汽出口连接高压缸15入口，高压缸15排汽进入锅炉14再热，锅炉14再热蒸汽出口连接中压缸16入口，中压缸16排汽口连接低压缸17入口，低压缸17排汽口连接凝汽器12。
回热***包括通过主管道依次连接的低压换热器、除氧器18和高压换热器，主管道中设有用于驱动循环的循环泵，低压换热器入口通过连接凝汽器12，低压换热器与凝汽器12之间设有低压给水泵，高压换热器出口连接锅炉14入口；低压换热器换热口连接低压缸17抽汽口，除氧器18入口连接中压缸排汽口，高压换热器若干换热口连接中压缸16抽汽口，高压换热器的其余换热口连接高压缸15抽汽口。
储热***包括水-熔盐换热器4、熔盐罐2、蒸汽-熔盐换热器3和热泵1，熔盐罐2为单罐；水-熔盐换热器水侧入口4-4连接除氧器18出口，水-熔盐换热器水侧出口4-3通过汽包13连接锅炉14入口，水-熔盐换热器熔盐侧入口4-1连接熔盐罐2顶部，水-熔盐换热器熔盐侧出口4-2连接熔盐罐2底部；蒸汽-熔盐换热器熔盐侧出口3-3连接熔盐罐2顶部，蒸汽-熔盐换热器熔盐侧入口3-4连接熔盐罐2底部，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧出口3-2通过汽包13连接锅炉14入口，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧入口3-1连接热泵1出口；热泵1一次入口1-1通过新蒸汽旁路管路连接锅炉14新蒸汽出口，热泵1二次入口1-2通过再热蒸汽旁路管路连接锅炉14再热蒸汽出口。
熔盐罐2内介质为熔盐，利用斜温层形成上高下低温度分布，顶部与底部分别与两个熔盐换热器相连，在放热时与水-熔盐换热器4形成换热回路，在蓄热时与蒸汽-熔盐换热器3形成换热回路。
热泵1采用喷射式热泵1，需要指出，喷射式热泵1一次入口1-1进汽为新蒸汽，二次入口1-2进汽为再热蒸汽，可以灵活控制蒸汽品质达到熔盐所需温度，为了达到加热熔盐所需温度，可以在不同情况下调节第一蒸汽阀8、第二蒸汽阀7的开度来调节蒸汽-熔盐换热器3中蒸汽侧的温度，具体调节过程为本领域成熟技术手段，在此不再赘述。
调峰模块包括主路节流阀19、旁路节流阀11、第一熔盐泵5、第二熔盐泵6、第一熔盐阀9、第二熔盐阀10、第一蒸汽阀8和第二蒸汽阀7；主路节流阀19设于除氧器18出口给水管路，主路节流阀19与除氧器18之间设有高压给水泵，旁路节流阀11设于水-熔盐换热器4的水侧入口，第一熔盐泵5和第一熔盐阀9依次设于水-熔盐换热器4的熔盐侧入口处，第二熔盐泵6和第二熔盐阀10依次设于蒸汽-熔盐换热器3的熔盐侧入口处，第一蒸汽阀8设于热泵1一次入口1-1与锅炉14新蒸汽出口之间，第二蒸汽阀7设于热泵1二次入口1-2与锅炉14再热蒸汽出口之间。
本发明还公开了一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰方法，包括以下步骤：
A、在控制中心输入机组调峰目标；调峰目标包括调峰类型、负荷调整目标值；
B、根据调峰目标，通过调峰模块改变汽轮机做功状态，即实现动态调峰；调峰类型包括快速升负荷和快速降负荷；
（a）快速升负荷的调峰过程具体为：
a1：打开第一熔盐阀9和旁路节流阀11，第一熔盐泵5工作，第二熔盐泵6不工作；
a2：关闭第一蒸汽阀8、第二蒸汽阀7和第二熔盐阀10；
a3：根据负荷调整目标值调小主路节流阀19开度，除氧器18出口主给水量减小，汽轮机高压缸15和中压缸16抽汽量减少，低压缸17更多蒸汽做功回到凝汽器12，汽轮机做功增加；
a4：一部分除氧器18出口给水经过旁路节流阀11进入水-熔盐换热器4进行加热，加热后的水进入汽包13；
a5：熔盐罐2顶部热熔盐在第一熔盐泵5驱动下经过水-熔盐换热器4放热后变成冷熔盐回到熔盐罐2底部。
在快速升负荷时，部分高压回路给水经热熔盐加热，减少了高压缸15和中压缸16抽汽，增加汽轮机做功，即通过减少高压给水量增加汽轮机做功，并利用热熔盐给高压旁路给水回路提供热量，提高机组升负荷时的灵活性。
（b）快速降负荷的调峰过程具体为：
b1：打开第一蒸汽阀8、第二蒸汽阀7、第二熔盐阀10和主路节流阀19，其中，第一蒸汽阀8和第二蒸汽阀7的开度根据负荷调整目标值进行调整；
b2：关闭第一熔盐阀9和旁路节流阀11，第一熔盐泵5不工作，第二熔盐泵6工作；
b3：锅炉14新蒸汽和再热蒸汽经过热泵1进入蒸汽-熔盐换热器3进行热量释放，释放热量后的蒸汽进入汽包13；
b4：熔盐罐2底部冷熔盐在第二熔盐泵6驱动下经过蒸汽-熔盐换热器3加热后回到熔盐罐2顶部，作为热熔盐蓄热；由于部分新蒸汽和再热蒸汽加热熔盐蓄热，使汽轮机做功减少。
在快速降负荷时，部分新蒸汽和再热蒸汽加热熔盐蓄热，新蒸汽和再热蒸汽进入汽轮机做功量相应减少，减少了汽轮机做功。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种基于高压加热回路的斜温层储热调峰***，包括锅炉、汽轮机、凝汽器和回热***，锅炉内蒸汽通过蒸汽管道进入汽轮机做功，锅炉、汽轮机、凝汽器和回热***依次连接构成回路，其特征在于：还包括储热模块和调峰模块；
所述汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸，锅炉新蒸汽出口连接高压缸入口，高压缸排汽进入锅炉再热，锅炉再热蒸汽出口连接中压缸入口，中压缸排汽口连接低压缸入口，低压缸排汽口连接凝汽器；
所述回热***包括通过主管道依次连接的低压换热器、除氧器和高压换热器，低压换热器入口连接凝汽器，高压换热器出口连接锅炉入口；低压换热器换热口连接低压缸抽汽口，除氧器入口连接中压缸排汽口，高压换热器换热口分别连接中压缸抽汽口和高压缸抽汽口；
所述储热模块 包括水-熔盐换热器、熔盐罐、蒸汽-熔盐换热器和热泵，熔盐罐为单罐；水-熔盐换热器水侧入口连接除氧器出口，水-熔盐换热器水侧出口通过汽包连接锅炉入口，水-熔盐换热器熔盐侧入口连接熔盐罐顶部，水-熔盐换热器熔盐侧出口连接熔盐罐底部；蒸汽-熔盐换热器熔盐侧出口连接熔盐罐顶部，蒸汽-熔盐换热器熔盐侧入口连接熔盐罐底部，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧出口通过汽包连接锅炉入口，蒸汽-熔盐换热器蒸汽侧入口连接热泵出口；热泵一次入口通过新蒸汽旁路管路连接锅炉新蒸汽出口，热泵二次入口通过再热蒸汽旁路管路连接锅炉再热蒸汽出口；
所述调峰模块包括主路节流阀、旁路节流阀、第一熔盐泵、第二熔盐泵、第一熔盐阀、第二熔盐阀、第一蒸汽阀和第二蒸汽阀；主路节流阀设于除氧器出口给水管路，旁路节流阀设于水-熔盐换热器的水侧入口，第一熔盐泵和第一熔盐阀依次设于水-熔盐换热器的熔盐侧入口处，第二熔盐泵和第二熔盐阀依次设于蒸汽-熔盐换热器的熔盐侧入口处，第一蒸汽阀设于热泵一次入口与锅炉新蒸汽出口之间，第二蒸汽阀设于热泵二次入口与锅炉再热蒸汽出口之间；所述热泵采用喷射式热泵。
2.一种采用权利要求1所述基于高压加热回路的斜温层储热调峰***的调峰方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、在控制中心输入机组调峰目标；调峰目标包括调峰类型、负荷调整目标值；
B、根据调峰目标，通过调峰模块改变汽轮机做功状态，即实现动态调峰；调峰类型包括快速升负荷和快速降负荷；
（a）快速升负荷的调峰过程具体为：
a1：打开第一熔盐阀和旁路节流阀，第一熔盐泵工作，第二熔盐泵不工作；
a2：关闭第一蒸汽阀、第二蒸汽阀和第二熔盐阀；
a3：根据负荷调整目标值调小主路节流阀开度，除氧器出口主给水量减小，汽轮机高压缸和中压缸抽汽量减少，低压缸更多蒸汽做功回到凝汽器，汽轮机做功增加；
a4：一部分除氧器出口给水经过旁路节流阀进入水-熔盐换热器进行加热，加热后的水进入汽包；
a5：熔盐罐顶部热熔盐在第一熔盐泵驱动下经过水-熔盐换热器放热后变成冷熔盐回到熔盐罐底部；
（b）快速降负荷的调峰过程具体为：
b1：打开第一蒸汽阀、第二蒸汽阀、第二熔盐阀和主路节流阀，其中，第一蒸汽阀和第二蒸汽阀的开度根据负荷调整目标值进行调整；
b2：关闭第一熔盐阀和旁路节流阀，第一熔盐泵不工作，第二熔盐泵工作；
b3：锅炉新蒸汽和再热蒸汽经过热泵进入蒸汽-熔盐换热器进行热量释放，释放热量后的蒸汽进入汽包；
b4：熔盐罐底部冷熔盐在第二熔盐泵驱动下经过蒸汽-熔盐换热器加热后回到熔盐罐顶部，作为热熔盐蓄热；由于部分新蒸汽和再热蒸汽加热熔盐蓄热，使汽轮机做功减少。
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