CN115341964A - 一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***及方法，所述***包括：锅炉、高压缸、中压缸、低压缸、发电机、凝汽器、3个高加回热器、4个低加回热器、除氧器、轴封加热器、凝结水泵和给水泵；所述***中设置的储热装置包括第二调节阀、第三调节阀、冷水罐、第五调节阀、第四调节阀、第一输送泵、除盐水罐、第六调节阀、第二输送泵和逆止阀。本发明提供的***可工作在释能模式和储能模式下，可实现对中压缸排汽管道抽汽量的控制，达到控制发电机组输出功率的控制的目的；能够提升超临界火电机组应对电网负荷波动的响应能力，可提高深度调峰能力。

Description

一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***及方法

技术领域

本发明属于火电机组调峰调频技术领域，特别涉及一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***及方法。

背景技术

近年来，新能源发电技术在全球迅速发展，可再生能源占比持续提升，但是新的问题也相应而生；其中，新能源发电受自然资源、气候禀赋等影响稳定性差，负荷波动大，供热时段的电热矛盾等引起的调峰能力受限制约着可再生能源健康、持续发展。世界各地相继开展了相关研究，致力于解决普遍的弃风现象，提高热电机组调峰的灵活性，实现了巨大的经济效益和社会效益。

现阶段的储热调峰技术，通过与分布式风电、分布式光伏、分布式燃机、火电等形成互补，以其占地面积小，运行调度灵活，备受关注，尚存的技术问题主要包括：

(1)以经济效益、社会效益为前提，在现有辅助服务政策下适应调峰需求，提高机组运行灵活性；

(2)结合供热能力和热网负荷分析，电、热价机制，如何配置蓄热罐和电锅炉最佳容量并加以优化；

(3)探索促进***消纳可再生能源，在集中供热***中建设背压机进行供热有何影响。

综上所述，目前电力***灵活性较弱，新能源迅速发展造成“风热冲突”严重制约着能源可持续发展，亟需提出一种基于储热调峰的火电机组发电***。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明通过增加除盐水箱作为储热装置，可提升火电机组应对电网负荷波动的响应能力，能够提升机组运行灵活性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***，包括：锅炉、高压缸、中压缸、低压缸、发电机、凝汽器、1号高加回热器、2号高加回热器、3号高加回热器、5号低加回热器、6号低加回热器、7号低加回热器、8号低加回热器、除氧器、轴封加热器、凝结水泵、冷水罐和除盐水罐；其中，所述1号高加回热器、所述2号高加回热器和所述3号高加回热器依次串连连通，所述5号低加回热器、所述6号低加回热器、所述7号低加回热器和所述8号低加回热器依次串连连通；

所述锅炉的过热蒸汽出口连通至所述高压缸的主蒸汽进口，所述锅炉的热再热蒸汽出口连通至所述中压缸的热再热蒸汽进，所述锅炉的给水口连通至所述1号高加回热器的储水出口；

所述高压缸的一段抽汽口连通至所述1号高加回热器的进汽口，所述高压缸的排汽口连通至所述2号高加回热器的进汽口以及所述锅炉的冷再热蒸汽进口；

所述中压缸的三段抽汽口连通至所述3号高加回热器的进汽口，所述中压缸的四段抽汽连通至所述除氧器的进汽口，所述中压缸的五段抽汽口连通至所述5号低加回热器的进汽口，所述中压缸的排汽口连通至所述低压缸的进汽口；所述5号低加回热器经凝结水管路与所述除氧器的进口相连通；

所述低压缸的排汽口连通至所述凝汽器的进汽口，所述低压缸的六段抽汽口连通至所述6号低加回热器的进汽口，所述低压缸的七段抽汽口连通至所述7号低加回热器的进汽口，所述低压缸的八段抽汽口连通至所述8号低加回热器的进汽口；

所述凝汽器的凝结水经凝结水泵分为两路，其中一路经第一调节阀连通至所述轴封加热器的进口，所述轴封加热器的出口与所述8号低加回热器相连通；另外一路经第二调节阀后分为冷水罐管路和除盐水罐管路；所述冷水罐管路设置有第三调节阀并与所述冷水罐的进口相连通，所述除盐水罐管路设置有第四调节阀并与所述除盐水罐的进口相连通；所述冷水罐的出口经第五调节阀、第一输送泵与所述凝结水管路相连通，所述除盐水罐的出口经第六调节阀和第二输送泵与所述凝结水管路相连通。

本发明的进一步改进在于，所述凝结水管路上设置有逆止阀。

本发明的进一步改进在于，所述锅炉为直流锅炉。

本发明的进一步改进在于，所述高压缸、所述中压缸、所述低压缸以及所述发电机同轴设置。

本发明的进一步改进在于，所述除盐水罐的数量为一个或多个。

本发明提供的一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电方法，基于上述任一项所述的配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***；

所述配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电方法中，电网负荷处于波谷时，处于储热调峰运行模式；当电网负荷处于波峰时，处于释能运行模式。

本发明的进一步改进在于，所述储热调峰运行模式中，第一调节阀、第二调节阀、第四调节阀、第五调节阀和第一输水泵处于开启状态；第三调节阀、第六调节阀和第二输送泵处于关闭状态。

本发明的进一步改进在于，所述释能运行模式中，第一调节阀处于部分关闭状态；第二调节阀、第三调节阀、第六调节阀和第二输送泵处于开启状态；第四调节阀、第五调节阀和第一输水泵处于关闭状态。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明具体提供了一种改进的储热装置提升火电机组调峰能力的***，当电网处于高负荷和低负荷时，可提高火电机组调峰调频能力；具体解释性的，本发明通过增加除盐水箱作为储热装置，用于储存来自凝结水泵出口的低温凝结水或通过除盐水箱出水输送泵将除盐水箱中的热水逐步输送至凝结水管路。

本发明提供的方法中，释能模式和储能模式下，可实现对中压缸排汽管道抽汽量的控制，达到控制发电机组输出功率的控制的目的；能够提升超临界火电机组应对电网负荷波动的响应能力，可提高深度调峰能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***的示意图；

图中，1、凝结水泵；2、第一调节阀；3、轴封加热器；4、第二调节阀；5、第三调节阀；6、第四调节阀；7、冷水罐；8、第五调节阀；9、第一输送泵；10、逆止阀；11、给水泵；12、第一除盐水罐；13、第二除盐水罐；14、第六调节阀；15、第二输送泵；16、锅炉；17、高压缸；18、中压缸；19、低压缸；20、发电机；21、凝汽器；22、除氧器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

请参阅图1，本发明实施例提供的一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***，包括：锅炉16、高压缸17、中压缸18、低压缸19、发电机20、凝汽器21、3个高加回热器、4个低加回热器、除氧器22、轴封加热器3、凝结水泵1和给水泵11；储热装置包括第二调节阀4、第三调节阀5、冷水罐7、第五调节阀8、第四调节阀6、第一输送泵9、除盐水罐(可包括第一除盐水罐12和第二除盐水罐13；另外，其数量也可以是多个)、第六调节阀14、第二输送泵15和逆止阀10。

本发明实施例中，高压缸17、中压缸18、低压缸19和发电机20依次同轴连接，3个高加回热器依次连接，4个低加回热器与依次连接，末端低加回热器与轴封加热器3连接；

锅炉16示例性的可选用直流锅炉；直流锅炉的过热蒸汽出口连接至高压缸17的主蒸汽进口，直流锅炉的热再热蒸汽出口连接至中压缸18的热再热蒸汽进口，直流锅炉的给水口连接至1号高加回热器的储水出口，高压缸17的排汽口分别连接至直流锅炉的冷再蒸汽和2号高加回热器的进汽口，高压缸17的一段抽汽口连接至1号高加回热器的进汽口；中压缸18的三段抽汽口连接至3号高加回热器的进汽口，中压缸18的四段抽汽连接至除氧器22的进汽口，中压缸18的五段抽汽口连接至5号低加回热器的进汽口和回热器的进汽口，中压缸18的排汽口连接至低压缸19的进汽口；低压缸19的排汽口连接至凝汽器21的进汽口，低压缸19的六段抽汽口连接至6号低加回热器的进汽口，低压缸19的七段抽汽口连接至7号低加回热器的进汽口，低压缸19的八段抽汽口连接至8号低加回热器的进汽口；凝汽器21的凝结水通过凝结水泵1出口分为三路，一路连接至轴封加热器3的进口，二路连接至冷水罐7的第一进水口，三路分别连接至第一除盐水罐12和第二除盐水罐13。第一除盐水罐12和第二除盐水罐13的出口与除氧器22入口凝结水管路相连接的逆止阀10出口；冷水罐7的出口在第一输送泵9作用下，将低温的除盐水输送至凝结水管路的逆止阀10进口；除盐水罐的出水口连接至除氧器22进水口管道上，该管道上设置了逆止阀10，有效防止回流。

凝结水泵1的出水口连接至除氧器22的进水口管道上设置有第一调节阀2，凝结水泵1的出水口连接至除盐水箱的第一进水口管道上设置有第二调节阀4，凝结水泵1的出水口连接至冷水罐7的进水口管道上设置有第三调节阀5，凝结水泵1的出水口连接至除盐水罐的进水口管道上设置有第四调节阀6，冷水罐7出水口连接至5号低加出水管道上设置有第五调节阀8，除盐水罐出水口连接至除氧器22入水口管道上设置有第六调节阀14。

本发明实施例提供一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电方法，该方法基于本发明实施例上述配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***，包括：

所述配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***的储热装置(除盐水罐)用于提高火电机组的调峰能力，根据电网的负荷状态储热装置有两种运行模式，分别为储热调峰运行模式和释能运行模式；其中，当电网负荷处于波峰时，储热装置处于释能运行模式；电网负荷处于波谷时，储能装置处于储热调峰运行模式。

本发明实施例中，在储热调峰运行模式下，中压缸18排汽至除盐水罐的抽汽量增大，此时，冷水罐7通过第五调节阀8阀门开度打开，通过第一输送泵9、将低温的冷却水输送至5号低加回热器管道处，除盐水罐液位高度增加；第六调节阀14处于关闭状态，随着汽轮机的抽汽量增加，减小了汽轮机的发电做功，除盐水罐中除盐水温度逐渐升高，直至储能过程结束。具体解释性的，在储热过程中第五调节阀8阀门开度打开，通过第一输送泵9将冷却的除盐水送至除氧器22，增大了一段抽汽至四段抽汽的抽汽量，减小了高、中压缸18的做功能力。

本发明实施例中，在释能运行模式下，此时电网处于高负荷，火电机组需提高其做功能力，储热装置将转变为释能运行模式，除盐水罐中热水将通过第六调节阀14以及第二输送泵15的作用，将温度较高的除盐水输送至低加凝结水管路，此时第六调节阀14和第二输送泵15处于开启状态。释能运行模式中，第二调节阀4处于开启状态，由于凝结水泵1出口的凝结水温度较低，为提高火电机组的做功能力，需减小火电机组的抽汽量，因此凝结水泵1出水至第一调节阀2将处于部分关闭状态，使得进入低加换热器的凝结水流量减小，减小了五段抽汽至八段抽汽的流量，冷水罐7中随着低温的凝结水逐渐增多，导致了除盐水箱中水温逐渐降低，直至释能过程结束。

释能运行模式中，五段抽汽至回热器调节阀、回热器出水至除盐水箱调节阀和疏水输送泵处于关闭状态，减小了五段抽汽流量，由此进一步提高了低压缸19的进汽流量，提高了低压缸19的做功能力；另一方面，由于温度较高的除盐水通过除盐水箱出水输送泵输送至低加凝结水管路，提高了各低加换热器进水温度，减小了五段抽汽至八段抽汽流量，进一步提高了低压缸19中蒸汽的做功，实现了电网高负荷时增大火电机组的输出功率。

基于本发明实施例提供的技术方案，当电网处于高负荷和低负荷时，为提高火电机组调峰调频能力；通过增加除盐水箱作为储热装置，用于储存来自凝结水泵出口的低温凝结水或通过除盐水箱出水输送泵将除盐水箱中的热水逐步输送至凝结水管路，实现对中压缸排汽管道抽汽量的控制，达到控制发电机组输出功率的控制的目的，提升了超临界火电机组应对电网负荷波动的响应能力；热能在能源终端应用形式中占据较大的比例，储热作为连接热能与电能转化的纽带，储热具有良好的调峰特性，打破了火电机组以热定电的刚性约束；促进风电等清洁能源的并网，使得火电机组应对低负荷时，实现对有调节能力的火电机组低于最小技术出力，提高了深度调峰能力。

本发明实施例提供的一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电方法，由于新能源装机容量的持续增长和负荷增速的不断下降进一步加剧了电网的源荷供需矛盾，导致调峰问题愈发凸显。电网负荷常处在波峰和波谷位置，储热装置用于提高火电机组的调峰能力，根据电网的负荷状态储热装置有两种运行模式，分别为储热调峰运行模式和释能运行模式。当电网负荷处于波峰时，储热装置处于释能运行模式；电网负荷处于波谷时，储能装置处于储热调峰运行模式。

其中，电网负荷处于波谷，配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***处于储热调峰运行模式。在储热调峰运行模式下，中压缸18排汽管道上抽汽至除盐水罐的抽汽量增大，第六调节阀14和第二输送泵15处于关闭状态，第四调节阀6处于开启状态，第一除盐水罐12和第二除盐水罐13的液位升高；第三调节阀5处于关闭状态，第五调节阀8和第一输送泵9处于开启状态，低温的除盐水通过第一输送泵9输送至除氧器22入水口管道，降低了除氧器22入口凝结水的温度，一抽至四抽的抽汽量增加，减小了蒸汽在汽轮机中的做功。由于中压缸18排汽口至除盐水罐的抽汽量的升高，降低了进入低压缸19蒸汽进汽流量，减小了低压缸19的做功能力，使得电网处于低负荷时，进一步降低火电机组的做功能力，提高机组的深度调峰能力。

其中，电网负荷处于波峰，配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***处于逐步释能运行模式。当电网处于高负荷时，此时火电机组需提高其做功能力，储热装置将转变为释能运行模式，除盐水罐中热水将通过第六调节阀14和第二输送泵15输送至低加凝结水管路，此时第一调节阀2处于部分关闭状态，第三调节阀5、第六调节阀14处于开启状态，第四调节阀6和第五调节阀8处于关闭状态，由于凝结水泵1出口的凝结水温度较低，为提高火电机组的做功能力，需减小火电机组的抽汽量，因此凝结水泵1出水至第一调节阀2将处于部分关闭状态，使得进入低加换热器的凝结水流量减小，减小了五段抽汽至八段抽汽的流量，冷水罐7中随着低温的凝结水逐渐增多，导致了冷水罐7中水温逐渐降低。另一方面，由于温度较高的除盐水通过第六调节阀14和第二输送泵15输送至低加凝结水管路，提高了低加换热器进水温度，减小了五段抽汽至八段抽汽流量，进一步提高了低压缸19中蒸汽的做功，实现了电网高负荷时增大火电机组的输出功率，直至释能过程结束。

请参阅表1，本发明实施例的储热调峰运行模式、释能运行模式两种运行模式下***主要阀组、设备的运行状态，为应对电网负荷的大幅度变化，***各阀组、设备相应的调节策略，调节策略如下。

表1.两种运行模式下***主要阀组、设备的运行状态

本发明实施例中，结合数据实例对本发明上述技术方案进一步补充说明如下：

(1)储热调峰运行模式：

储能调峰模式开始前，第一除盐水罐12和第二除盐水罐13各储存约1300t冷水，水温平均为35.5℃；凝结水储水箱储存满500t冷水。

储能调峰模式开始后，抽取中压缸18排汽直接进入第一除盐水罐12和第二除盐水罐13中，加热水温至95℃；第一除盐水罐12和第二除盐水罐13中增加喷淋口，蒸汽和除盐水直接混合，应注意防止激振。

为了保持***工质平衡及进一步挖掘调峰深度，在抽取中压缸18排汽的同时，将凝结水储水箱的冷水利用泵输送至除氧器22入口凝结水管路，增加四段抽汽的抽汽量；其中，储能过程计算数据如表2所示。

表2.储能过程计算数据

基于表2所示，释能模式下，机组当前负荷105MW时，调峰时长为2小时的情况下，抽汽量x增加120t/h，使得机组的负荷能够降低至89MW，调峰负荷变化量达到16MW，辅助调峰后机组调峰负荷率降低至29.6％，提高了机组的深度调峰能力。

(2)逐步释能模式：

第一除盐水罐12和第二除盐水罐13的第六调节阀14和第二输送泵15启动，将除盐水罐中的热水打入除氧器22入口凝结水管路；同时，从凝结水泵1出口凝结水管路来的凝结水冷水不断补充冷水罐7、第一除盐水罐12和第二除盐水罐13；其中，逐步释能过程计算数据如表3所示

表3.逐步释能过程计算数据

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***，其特征在于，包括：锅炉(16)、高压缸(17)、中压缸(18)、低压缸(19)、发电机(20)、凝汽器(21)、1号高加回热器、2号高加回热器、3号高加回热器、5号低加回热器、6号低加回热器、7号低加回热器、8号低加回热器、除氧器(22)、轴封加热器(3)、凝结水泵(1)、冷水罐(7)和除盐水罐；其中，所述1号高加回热器、所述2号高加回热器和所述3号高加回热器依次串连连通，所述5号低加回热器、所述6号低加回热器、所述7号低加回热器和所述8号低加回热器依次串连连通；

所述锅炉(16)的过热蒸汽出口连通至所述高压缸(17)的主蒸汽进口，所述锅炉(16)的热再热蒸汽出口连通至所述中压缸(18)的热再热蒸汽进，所述锅炉(16)的给水口连通至所述1号高加回热器的储水出口；

所述高压缸(17)的一段抽汽口连通至所述1号高加回热器的进汽口，所述高压缸(17)的排汽口连通至所述2号高加回热器的进汽口以及所述锅炉(16)的冷再热蒸汽进口；

所述中压缸(18)的三段抽汽口连通至所述3号高加回热器的进汽口，所述中压缸(18)的四段抽汽连通至所述除氧器(22)的进汽口，所述中压缸(18)的五段抽汽口连通至所述5号低加回热器的进汽口，所述中压缸(18)的排汽口连通至所述低压缸(19)的进汽口；所述5号低加回热器经凝结水管路与所述除氧器(22)的进口相连通；

所述低压缸(19)的排汽口连通至所述凝汽器(21)的进汽口，所述低压缸(19)的六段抽汽口连通至所述6号低加回热器的进汽口，所述低压缸(19)的七段抽汽口连通至所述7号低加回热器的进汽口，所述低压缸(19)的八段抽汽口连通至所述8号低加回热器的进汽口；

所述凝汽器(21)的凝结水经凝结水泵(1)分为两路，其中一路经第一调节阀(2)连通至所述轴封加热器(3)的进口，所述轴封加热器(3)的出口与所述8号低加回热器相连通；另外一路经第二调节阀(4)后分为冷水罐(7)管路和除盐水罐管路；所述冷水罐(7)管路设置有第三调节阀(5)并与所述冷水罐(7)的进口相连通，所述除盐水罐管路设置有第四调节阀(6)并与所述除盐水罐的进口相连通；所述冷水罐(7)的出口经第五调节阀(8)、第一输送泵(9)与所述凝结水管路相连通，所述除盐水罐的出口经第六调节阀(14)和第二输送泵(15)与所述凝结水管路相连通。

2.根据权利要求1所述的一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***，其特征在于，所述凝结水管路上设置有逆止阀(10)。

3.根据权利要求1所述的一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***，其特征在于，所述锅炉(16)为直流锅炉。

4.根据权利要求1所述的一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***，其特征在于，所述高压缸(17)、所述中压缸(18)、所述低压缸(19)以及所述发电机(20)同轴设置。

5.根据权利要求1所述的一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***，其特征在于，所述除盐水罐的数量为一个或多个。

6.一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电方法，其特征在于，基于权利要求1至5中任一项所述的配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电***；

所述配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电方法中，电网负荷处于波谷时，处于储热调峰运行模式；当电网负荷处于波峰时，处于释能运行模式。

7.根据权利要求6所述的一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电方法，其特征在于，所述储热调峰运行模式中，第一调节阀(2)、第二调节阀(4)、第四调节阀(6)、第五调节阀(8)和第一输送泵(9)处于开启状态；第三调节阀(5)、第六调节阀(14)和第二输送泵(15)处于关闭状态。

8.根据权利要求6所述的一种配置除盐水罐的火电机组储热调峰发电方法，其特征在于，所述释能运行模式中，第一调节阀(2)处于部分关闭状态；第二调节阀(4)、第三调节阀(5)、第六调节阀(14)和第二输送泵(15)处于开启状态；第四调节阀(6)、第五调节阀(8)和第一输送泵(9)处于关闭状态。

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