CN114233419B - 一种集成压缩机组的热电协同***及运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种集成压缩机组的热电协同***及运行方法，该***包括依次相连通的锅炉、汽轮机高中低压缸、排汽阀门甲、冷凝器、凝结水泵、汽轮机低压加热器组、除氧器、给水泵和汽轮机高压加热器组；还包括各类阀门、高低压压缩机、高低温换热器、电热泵、高低温储热罐等。电力高峰时段高低压压缩机、高低温换热器、电热泵均不工作，采用低温储热罐回收汽轮机排汽余热，高温储热罐用于热网供热；电力低谷时段高低压压缩机、高低温换热器、电热泵均投入工作，并根据热网供热负荷灵活有序地选择高压压缩机的入口蒸汽，采用高温储热罐存储多余热水用于电力高峰时段对外供热。本发明调峰过程实现了能源梯级有序利用，能源利用效率高，调峰深度大，参数调节灵活。

Description

一种集成压缩机组的热电协同***及运行方法
技术领域
本发明涉及热电协同、电站调峰与压缩机技术领域，具体涉及集成压缩机组的热电协同***及运行方法。
背景技术
由于风电、光伏发电具有较强的波动性、反调峰特性，风力、光伏发电占比的增加给电网调峰带来巨大挑战。随着我国清洁能源快速发展，新能源发电的消纳问题依然严峻，弃风、弃光等现象普遍存在。目前我国火电产能过剩，发电设备年利用小时数低，未来数年火电机组持续低负荷运行或深度调峰运行会成为一种常态。因此，提高火电机组深度调峰能力是消纳可再生能源发电的关键技术。目前常规的机组深度调峰技术存在以下问题：
(1)电锅炉、旁通主汽和切缸等调峰方式只在电力低谷期降低机组发电出力，为了提高供热能力，在电力高峰期机组抽汽供热使得高峰期发电出力受到影响。常规的机组调峰技术面临能源利用效率低，调峰深度小等实际问题。
(2)现有的热电协同***存在参数调节不够灵活，吸收式热泵投资大，温差换热过程较多，热源蒸汽选择不够灵活，热泵驱动蒸汽未做进一步处理等问题。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种集成压缩机组的热电协同***及运行方法，在电力高峰时段采用低温储热罐充分回收乏汽余热，在电力低谷时段采用两级压缩机梯级压缩汽轮机排汽加热热网水，并采用电热泵辅助加热，从而实现电力低谷期深度、高效调峰的目的，同时在电力低谷期采用高温储热罐充分存储热水；本发明在电力低谷期可根据当地热网供热负荷灵活有序地选择高压压缩机的入口蒸汽，同时可高效灵活地调整压缩机组以及电热泵、各加热器、储热罐参数。本发明实现了电站***高峰-低谷时段工作模式的灵活快速切换，调峰过程实现了能源梯级有序利用，其能源利用效率高，调峰深度大，参数调节灵活。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种集成压缩机组的热电协同***，包括依次相联通的锅炉101主蒸汽侧、汽轮机高压缸102、锅炉101再热蒸汽侧、汽轮机中压缸103、汽轮机低压缸104、排汽阀门甲207、冷凝器111壳侧、凝结水泵110、汽轮机低压加热器组109、除氧器108、给水泵107和汽轮机高压加热器组106；汽轮机低压缸104压力逐级递减的四级抽汽管道分别通过抽汽阀门甲201、抽汽阀门乙202、抽汽阀门丙203、抽汽阀门丁204与高压压缩机115的蒸汽入口相联通；所述高压压缩机115的出口与高温换热器117的热流体侧入口相联通；低压压缩机116的出口分别通过压缩机阀门甲212、压缩机阀门乙213与高压压缩机115的入口、低温换热器120的热流体侧入口相联通；所述低温换热器120的热流体侧出口与除氧器108相联通；所述高温换热器117的热流体侧出口与低温换热器120的热流体侧入口相联通；所述汽轮机低压缸104的排汽管道通过排汽阀门乙209与低压压缩机116的入口相联通；该***还包括依次相联通的热网进水管道、冷凝器111管侧、切换阀门甲214、高温水泵119、高温储热罐118、高温罐阀门216和热网供水管道；该***还包括依次相联通的热网进水管道、低温罐阀门208、低温水泵113、低温储热罐112、切换阀门乙211、换热器阀门205、低温换热器120的冷流体侧、高温换热器117的冷流体侧、切换阀门丙215和热网供水管道；所述冷凝器111管侧出口与低温储热罐112的高温区相联通；所述高温储热罐118的低温区依次通过高温水泵119、切换阀门丁206、电热泵121的冷凝器与高温换热器117的冷流体侧相联通；所述低温储热罐112的高温区依次通过切换阀门乙211、电热泵阀门217、电热泵121的蒸发器、切换阀门戊210、低温罐阀门208与热网进水管道相联通；该***还包括通过电路与发电机105输电线连接的热泵电闸114，热泵电闸114和电热泵121通过电路连接；所述***还包括与汽轮机低压缸104同轴连接的发电机105，通过电路与发电机105输电线连接的压缩机电闸122，压缩机电闸122通过电路依次与高压压缩机115和低压压缩机116连接。
所述一种集成压缩机组的热电协同***的运行方法，电力高峰时段，断开压缩机电闸122并且关闭抽汽阀门甲201、抽汽阀门乙202、抽汽阀门丙203、抽汽阀门丁204、排汽阀门乙209和压缩机阀门乙213，即低压压缩机116与高压压缩机115均不工作；并且断开热泵电闸114、关闭切换阀门乙211、切换阀门丙215、切换阀门丁206以及切换阀门戊210，即电热泵121、高温换热器117和低温换热器120均不工作；打开切换阀门甲214，调节低温水泵113使得低温储热罐112中的蓄热流体由低温区抽出，同时冷凝器111管侧出口部分水流存入低温储热罐112中的高温区；调节高温水泵119将高温水泵119所在管路中的流体抽入高温储热罐118的低温区，同时高温储热罐118中高温区的蓄热流体对热网供热；调节低温罐阀门208与高温罐阀门216的流通量，使得热网供水参数与存入低温储热罐112高温区的蓄热流体参数维持设定量；
电力低谷时段，关闭切换阀门甲214，闭合热泵电闸114，打开切换阀门乙211、切换阀门丙215、切换阀门丁206以及切换阀门戊210，即电热泵121、高温换热器117和低温换热器120均工作；根据热网供水热负荷的大小，选择打开抽汽阀门甲201或抽汽阀门乙202或抽汽阀门丙203或抽汽阀门丁204；并且打开排汽阀门乙209以及压缩机阀门乙213，闭合压缩机电闸122，即低压压缩机116与高压压缩机115均工作；调节低温水泵113将电热泵121蒸发器出口水流以及部分热网供水抽入低温储热罐112中的低温区，同时高温蓄热流体由高温区排出；调节高温水泵119，将高温储热罐118的低温区流体抽出，同时将高温换热器117冷流体侧出口的流体存入高温储热罐118的高温区。
电力低谷时段，根据热负荷灵活选择高压压缩机115的入口蒸汽参数，即根据热网供水热负荷由最大到最小的变化，将热负荷划分为4个等级，分别依次采用且仅采用汽轮机第#5级抽汽(打开抽汽阀门甲201)、汽轮机第#6级抽汽(打开抽汽阀门乙202)、汽轮机第#7级抽汽(打开抽汽阀门丙203)、汽轮机第#8级抽汽(打开抽汽阀门丁204)作为高压压缩机115的入口蒸汽；且在每一个热负荷等级内，通过调节压缩机阀门甲212、压缩机阀门乙213、高温罐阀门216、切换阀门丁206、电热泵阀门217、切换阀门戊210和换热器阀门205，使得电热泵121冷凝器出口水温度与低温换热器120的冷流体出口温度参数保持一致。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)电力低谷时段采用两级压缩机压缩汽轮机排汽以及汽轮机抽汽作为供热热源，实现了能源梯级有序利用，避免采用吸收式热泵换热过程多、***投资大等问题。
(2)电力低谷时段可根据实际供热负荷的大小，灵活选择高压压缩机的入口蒸汽参数。
(3)电力高峰时段可充分回收汽轮机排汽余热，且不影响高峰电力输出及供热输出；电力低谷时段通过压缩机组与电热泵可实现高效、深度调峰，且保障供热负荷。
(4)本发明实现了电站***高峰-低谷时段工作模式的灵活快速切换，调峰过程实现了能源梯级有序利用，其能源利用效率高，调峰深度大，参数调节灵活。
附图说明
图1为本发明一种集成压缩机组的热电协同***及运行方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
为了实现能源梯级利用，在换热过程中应合理匹配热源与被加热流体的温度，为此，本发明采用两级压缩的技术方案来获得中、低压两种不同参数的蒸汽，在换热过程中有序利用不同品位的热能。如图1所示，本发明一种集成压缩机组的热电协同***，包括依次相联通的锅炉101主蒸汽侧、汽轮机高压缸102、锅炉101再热蒸汽侧、汽轮机中压缸103、汽轮机低压缸104、排汽阀门甲207、冷凝器111壳侧、凝结水泵110、汽轮机低压加热器组109、除氧器108、给水泵107和汽轮机高压加热器组106；汽轮机高压缸102的第#2级抽汽管道即排气管道连接锅炉101再热蒸汽侧入口，锅炉101再热蒸汽侧出口连接汽轮机中压缸103入口。汽轮机低压缸104压力逐级递减的第#5至#8级抽汽管道分别通过抽汽阀门甲201、抽汽阀门乙202、抽汽阀门丙203、抽汽阀门丁204与高压压缩机115的蒸汽入口相联通，为***运行时供热热源的灵活合理选择提供条件；所述高压压缩机115的出口与高温换热器117的热流体侧入口相联通；低压压缩机116的出口分别通过压缩机阀门甲212、压缩机阀门乙213与高压压缩机115的入口、低温换热器120的热流体侧入口相联通；所述低温换热器120的热流体侧出口与除氧器108相联通，该联通方式使低温换热器120的疏水在除氧器108中被回收，可提高***整体能量效率；所述高温换热器117的热流体侧出口与低温换热器120的热流体侧入口相联通，便于高温换热器117的疏水在低温换热器120中进一步利用；所述汽轮机低压缸104的排汽管道通过排汽阀门乙209与低压压缩机116的入口相联通；该***还包括依次相联通的热网进水管道、冷凝器111管侧、切换阀门甲214、高温水泵119、高温储热罐118、高温罐阀门216和热网供水管道；该***还包括依次相联通的热网进水管道、低温罐阀门208、低温水泵113、低温储热罐112、切换阀门乙211、换热器阀门205、低温换热器120的冷流体侧、高温换热器117的冷流体侧、切换阀门丙215和热网供水管道；所述冷凝器111管侧出口与低温储热罐112的高温区相联通；所述高温储热罐118的低温区依次通过高温水泵119、切换阀门丁206、电热泵121的冷凝器与高温换热器117的冷流体侧相联通；所述低温储热罐112的高温区依次通过切换阀门乙211、电热泵阀门217、电热泵121的蒸发器、切换阀门戊210、低温罐阀门208与热网进水管道相联通；该***还包括通过电路与发电机105输电线连接的热泵电闸114，热泵电闸114和电热泵121通过电路连接；所述***还包括与汽轮机低压缸104同轴连接的发电机105，通过电路与发电机105输电线连接的压缩机电闸122，压缩机电闸122通过电路依次与高压压缩机115和低压压缩机116连接。
如图1所示，本发明一种集成压缩机组的热电协同***的运行方法，电力高峰时段，断开压缩机电闸122并且关闭抽汽阀门甲201、抽汽阀门乙202、抽汽阀门丙203、抽汽阀门丁204、排汽阀门乙209和压缩机阀门乙213，即低压压缩机116与高压压缩机115均不工作；并且断开热泵电闸114、关闭切换阀门乙211、切换阀门丙215、切换阀门丁206以及切换阀门戊210，即电热泵121、高温换热器117和低温换热器120均不工作；打开切换阀门甲214，调节低温水泵113使得低温储热罐112中的蓄热流体由低温区抽出，同时冷凝器111管侧出口部分水流存入低温储热罐112中的高温区；调节高温水泵119将高温水泵119所在管路中的流体抽入高温储热罐118的低温区，同时高温储热罐118中高温区的蓄热流体对热网供热；调节低温罐阀门208与高温罐阀门216的流通量，使得热网供水参数与存入低温储热罐112高温区的蓄热流体参数维持设定量。电力高峰期采用该技术方案时，热电联产机组运行在纯凝工况，在保证额定供热出力的条件下，同时可以实现100％额定发电出力，拓宽了热电机组的调峰上限。
如图1所示，本发明一种集成压缩机组的热电协同***的运行方法，电力低谷时段，关闭切换阀门甲214，闭合热泵电闸114，打开切换阀门乙211、切换阀门丙215、切换阀门丁206以及切换阀门戊210，即电热泵121、高温换热器117和低温换热器120均工作；根据热网供水热负荷的大小，选择打开抽汽阀门甲201或抽汽阀门乙202或抽汽阀门丙203或抽汽阀门丁204；并且打开排汽阀门乙209以及压缩机阀门乙213，闭合压缩机电闸122，即低压压缩机116与高压压缩机115均工作；调节低温水泵113将电热泵121蒸发器出口水流以及部分热网供水抽入低温储热罐112中的低温区，同时高温蓄热流体由高温区排出；调节高温水泵119，将高温储热罐118的低温区流体抽出，同时将高温换热器117冷流体侧出口的流体存入高温储热罐118的高温区。电力低谷期采用该技术方案时，热电联产机组运行在最小凝汽工况，在保证额定供热出力的条件下，通过储热装置将高峰期所需热量转移到低谷期生产，同时通过电热泵进一步消耗低谷电力，***的发电出力进一步降低，拓宽了热电机组的调峰下限，实现了热电机组深度调峰。
如图1所示，本发明一种集成压缩机组的热电协同***的运行方法，电力低谷时段，可根据热负荷灵活选择高压压缩机115的入口蒸汽参数，即根据热网供水热负荷由最大到最小的变化，将热负荷划分为4个等级，分别依次采用且仅采用汽轮机第#5级抽汽(打开抽汽阀门甲201)、汽轮机第#6级抽汽(打开抽汽阀门乙202)、汽轮机第#7级抽汽(打开抽汽阀门丙203)、汽轮机第#8级抽汽(打开抽汽阀门丁204)作为高压压缩机115的入口蒸汽；且在每一个热负荷等级内，通过调节压缩机阀门甲212、压缩机阀门乙213、高温罐阀门216、切换阀门丁206、电热泵阀门217、切换阀门戊210和换热器阀门205，使得电热泵121冷凝器出口水温度与低温换热器120的冷流体出口温度参数保持一致。通过此运行方案，实现了电力低谷期供热热源与供热负荷的灵活合理匹配，有效减少了传热过程中的
Figure BDA0003412888790000081
损失。

Claims (3)

1.一种集成压缩机组的热电协同***，包括依次相联通的锅炉(101)主蒸汽侧、汽轮机高压缸(102)、锅炉(101)再热蒸汽侧、汽轮机中压缸(103)、汽轮机低压缸(104)、排汽阀门甲(207)、冷凝器(111)壳侧、凝结水泵(110)、汽轮机低压加热器组(109)、除氧器(108)、给水泵(107)和汽轮机高压加热器组(106)；其特征在于：汽轮机低压缸(104)压力逐级递减的四级抽汽管道分别通过抽汽阀门甲(201)、抽汽阀门乙(202)、抽汽阀门丙(203)、抽汽阀门丁(204)与高压压缩机(115)的蒸汽入口相联通；所述高压压缩机(115)的出口与高温换热器(117)的热流体侧入口相联通；低压压缩机(116)的出口分别通过压缩机阀门甲(212)、压缩机阀门乙(213)与高压压缩机(115)的入口、低温换热器(120)的热流体侧入口相联通；所述低温换热器(120)的热流体侧出口与除氧器(108)相联通；所述高温换热器(117)的热流体侧出口与低温换热器(120)的热流体侧入口相联通；所述汽轮机低压缸(104)的排汽管道通过排汽阀门乙(209)与低压压缩机(116)的入口相联通；该***还包括依次相联通的热网进水管道、冷凝器(111)管侧、切换阀门甲(214)、高温水泵(119)、高温储热罐(118)、高温罐阀门(216)和热网供水管道；该***还包括依次相联通的热网进水管道、低温罐阀门(208)、低温水泵(113)、低温储热罐(112)、切换阀门乙(211)、换热器阀门(205)、低温换热器(120)的冷流体侧、高温换热器(117)的冷流体侧、切换阀门丙(215)和热网供水管道；所述冷凝器(111)管侧出口与低温储热罐(112)的高温区相联通；所述高温储热罐(118)的低温区依次通过高温水泵(119)、切换阀门丁(206)、电热泵(121)的冷凝器与高温换热器(117)的冷流体侧相联通；所述低温储热罐(112)的高温区依次通过切换阀门乙(211)、电热泵阀门(217)、电热泵(121)的蒸发器、切换阀门戊(210)、低温罐阀门(208)与热网进水管道相联通；该***还包括通过电路与发电机(105)输电线连接的热泵电闸(114)，热泵电闸(114)和电热泵(121)通过电路连接；所述***还包括与汽轮机低压缸(104)同轴连接的发电机(105)，通过电路与发电机(105)输电线连接的压缩机电闸(122)，压缩机电闸(122)通过电路依次与高压压缩机(115)和低压压缩机(116)连接。
2.权利要求1所述的一种集成压缩机组的热电协同***的运行方法，其特征在于：电力高峰时段，断开压缩机电闸(122)并且关闭抽汽阀门甲(201)、抽汽阀门乙(202)、抽汽阀门丙(203)、抽汽阀门丁(204)、排汽阀门乙(209)和压缩机阀门乙(213)，即低压压缩机(116)与高压压缩机(115)均不工作；并且断开热泵电闸(114)，关闭切换阀门乙(211)、切换阀门丙(215)、切换阀门丁(206)以及切换阀门戊(210)，即电热泵(121)、高温换热器(117)和低温换热器(120)均不工作；打开切换阀门甲(214)，调节低温水泵(113)使得低温储热罐(112)中的蓄热流体由低温区抽出，同时冷凝器(111)管侧出口部分水流存入低温储热罐(112)中的高温区；调节高温水泵(119)将高温水泵(119)所在管路中的流体抽入高温储热罐(118)的低温区，同时高温储热罐(118)中高温区的蓄热流体对热网供热；调节低温罐阀门(208)与高温罐阀门(216)的流通量，使得热网供水参数与存入低温储热罐(112)高温区的蓄热流体参数维持设定量；
电力低谷时段，关闭切换阀门甲(214)，闭合热泵电闸(114)，打开切换阀门乙(211)、切换阀门丙(215)、切换阀门丁(206)以及切换阀门戊(210)，即电热泵(121)、高温换热器(117)和低温换热器(120)均工作；根据热网供水热负荷的大小，选择打开抽汽阀门甲(201)或抽汽阀门乙(202)或抽汽阀门丙(203)或抽汽阀门丁(204)；并且打开排汽阀门乙(209)以及压缩机阀门乙(213)，闭合压缩机电闸(122)，即低压压缩机(116)与高压压缩机(115)均工作；调节低温水泵(113)将电热泵(121)蒸发器出口水流以及部分热网供水抽入低温储热罐(112)中的低温区，同时高温蓄热流体由高温区排出；调节高温水泵(119)，将高温储热罐(118)的低温区流体抽出，同时将高温换热器(117)冷流体侧出口的流体存入高温储热罐(118)的高温区。
3.根据权利要求2所述的一种集成压缩机组的热电协同***的运行方法，其特征在于：电力低谷时段，根据热负荷灵活选择高压压缩机(115)的入口蒸汽参数，即根据热网供水热负荷由最大到最小的变化，将热负荷划分为4个等级，分别依次采用且仅采用汽轮机第#5级抽汽即打开抽汽阀门甲(201)、汽轮机第#6级抽汽即打开抽汽阀门乙(202)、汽轮机第#7级抽汽即打开抽汽阀门丙(203)、汽轮机第#8级抽汽即打开抽汽阀门丁(204)作为高压压缩机(115)的入口蒸汽；且在每一个热负荷等级内，通过调节压缩机阀门甲(212)、压缩机阀门乙(213)、高温罐阀门(216)、切换阀门丁(206)、电热泵阀门(217)、切换阀门戊(210)和换热器阀门(205)，使得电热泵(121)冷凝器出口水温度与低温换热器(120)的冷流体出口温度参数保持一致。
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