本發(fā)明涉及一種熱力發(fā)電系統(tǒng)，特別涉及一種火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)調(diào)峰系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命要求推動(dòng)能源供給側(cè)革命，建立多元供應(yīng)體系，為了滿足可再生能源的快速發(fā)展需要，電網(wǎng)必須完善調(diào)峰電源結(jié)構(gòu)，提高可再生能源消納能力,其中提升火電運(yùn)行靈活性是亟待解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一。“十三五”期間，我國(guó)火電將面臨降電價(jià)、降利用小時(shí)、低電量增長(zhǎng)率、低負(fù)荷率的“雙降雙低”的電力市場(chǎng)背景，開(kāi)發(fā)火電機(jī)組靈活性能力，加快能源技術(shù)創(chuàng)新，挖掘燃煤機(jī)組調(diào)峰潛力，提升我國(guó)電網(wǎng)的運(yùn)行靈活性，提高系統(tǒng)新能源消納能力，是建立清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系的必然要求。

近日，國(guó)家能源局頒布了《可再生能源調(diào)峰機(jī)組優(yōu)先發(fā)電試行辦法》，提出“誰(shuí)調(diào)峰，誰(shuí)受益”的原則，建立了調(diào)峰機(jī)組激勵(lì)機(jī)制，給火電機(jī)組開(kāi)展技術(shù)創(chuàng)新提高靈活性，實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰，并且保持高效運(yùn)行，提供了政策的支持和效益保障。

研究開(kāi)發(fā)一種火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)調(diào)峰靈活性技術(shù)，使新建火電機(jī)組或現(xiàn)役火電機(jī)組改造為在寬負(fù)荷范圍內(nèi)能夠做到穩(wěn)定高效率運(yùn)行，一直是熱能動(dòng)力學(xué)科和能源工程領(lǐng)域尚未解決的重要課題。本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)施對(duì)電網(wǎng)改善調(diào)峰電源結(jié)構(gòu)，大幅度吸納可再生能源入網(wǎng)提供技術(shù)保障，并將產(chǎn)生巨大的節(jié)能減排效益和社會(huì)效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)代火力發(fā)電機(jī)組普遍需要具備深度調(diào)峰能力，以及調(diào)峰機(jī)組低負(fù)荷時(shí)運(yùn)行效率低和難于保證減排達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，提出了一種火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)調(diào)峰系統(tǒng)，該系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)分流為以0號(hào)汽缸構(gòu)成的高效小循環(huán)，以及以設(shè)置高壓缸、中壓缸和低壓缸的汽輪機(jī)構(gòu)成的基礎(chǔ)大循環(huán)，共同實(shí)現(xiàn)工質(zhì)的熱力循環(huán)。充分利用高效小循環(huán)的優(yōu)勢(shì)，以及基礎(chǔ)大循環(huán)工質(zhì)分流的靈活性，實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組調(diào)峰性能的明顯提升和調(diào)峰運(yùn)行總體較高的循環(huán)熱效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)調(diào)峰系統(tǒng)，包括火電機(jī)組的熱源鍋爐、0號(hào)汽缸、高壓汽缸、中壓汽缸、低壓汽缸、過(guò)熱器、兩組高壓加熱器組、低壓加熱器組、0號(hào)除氧器、0號(hào)高壓加熱器、除氧器、高壓和低壓旁路、熱用戶、儲(chǔ)熱裝置、機(jī)組冷源凝汽器以及發(fā)電機(jī)，

機(jī)組冷源凝汽器的冷源工質(zhì)經(jīng)過(guò)低壓加熱器組后分流，一路工質(zhì)經(jīng)過(guò)除氧器，第一組高壓加熱器組，進(jìn)入0號(hào)高壓加熱器，依次送入熱源鍋爐和過(guò)熱器，熱源過(guò)熱器出來(lái)后的工質(zhì)進(jìn)入高壓汽缸、中壓汽缸和低壓汽缸做功后回到機(jī)組冷源凝汽器，完成基礎(chǔ)大循環(huán)；

經(jīng)過(guò)低壓加熱器組后分流的另一路工質(zhì)依次經(jīng)過(guò)0號(hào)除氧器、第二組高壓加熱器組，進(jìn)入0號(hào)高壓加熱器，依次送入熱源鍋爐、第一過(guò)熱器、第二過(guò)熱器，從熱源兩個(gè)過(guò)熱器輸出的工質(zhì)進(jìn)入0號(hào)汽缸做功后回到0號(hào)除氧器或回?zé)峒訜崞?，完成小循環(huán)；

0號(hào)汽缸做功以后的蒸汽除了回到0號(hào)除氧器外，還流向0號(hào)高壓加熱器、0號(hào)汽缸的其他抽汽、供熱用戶、儲(chǔ)熱裝置、回?zé)峒訜崞骰驒C(jī)組冷源凝汽器；

高壓缸做功后的蒸汽有兩種流向，一種是流向熱源鍋爐再熱器，第二種是流向高壓汽缸、中壓汽缸和低壓汽缸的回?zé)岢槠?，進(jìn)入中壓缸做功的蒸汽來(lái)自鍋爐再熱器出口，該蒸汽進(jìn)入中壓缸做功后的蒸汽有兩種流向，一種是流向中壓汽缸和低壓汽缸的回?zé)岢槠虺跗骰虻蛪杭訜崞鳎诙N是流向低壓缸繼續(xù)做功，進(jìn)入低壓缸做功后的蒸汽有兩種流向，一種是流向低壓加熱器，第二種是流向凝汽器凝結(jié)成凝結(jié)水；

基礎(chǔ)大循環(huán)和小循環(huán)的熱動(dòng)力分別或共同驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，0號(hào)汽缸的排汽作為供熱汽流送熱用戶，進(jìn)入0號(hào)汽缸與高壓汽缸、中壓汽缸、低壓汽缸的部分蒸汽，經(jīng)過(guò)串連的高壓和低壓旁路組成的減溫減壓旁路裝置，送回冷源機(jī)組凝汽器或者儲(chǔ)熱裝置，進(jìn)行蒸汽流量調(diào)節(jié)。

所述火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)調(diào)峰系統(tǒng)，所述0號(hào)汽缸與高壓汽缸的汽源均為鍋爐同源輸出的過(guò)熱蒸汽，該過(guò)熱蒸汽升溫通過(guò)鍋爐內(nèi)置的過(guò)熱器或者外置式的受熱面完成。

所述0號(hào)汽缸為工作壓力是寬范圍的汽缸，所謂寬范圍為覆蓋高壓缸工作壓力范圍與中壓缸工作壓力范圍，或覆蓋高、中、低缸工作壓力范圍，系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置所述0號(hào)汽缸，并驅(qū)動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)。

所述兩組高壓加熱器組、低壓加熱器組、0號(hào)汽缸的抽汽、排汽以及高壓汽缸、中壓汽缸和低壓汽缸的回?zé)岢槠募?jí)數(shù)及其壓力、流量參數(shù)由系統(tǒng)綜合優(yōu)化結(jié)果決定。

所述0號(hào)汽缸及其配置的0號(hào)除氧器或回?zé)峒訜崞鳌?號(hào)加熱器，通過(guò)給水分流調(diào)節(jié)與加熱器焓升調(diào)節(jié)及其兩者的配合調(diào)節(jié)，以及凝結(jié)水再循環(huán)回流的配合調(diào)節(jié)共同實(shí)現(xiàn)小循環(huán)高效穩(wěn)定。

所述火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)調(diào)峰系統(tǒng)，用于凝汽式機(jī)組或用于供熱機(jī)組。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)調(diào)峰系統(tǒng)，運(yùn)用汽輪機(jī)原理，通過(guò)循環(huán)工質(zhì)分流調(diào)節(jié)和回?zé)峒訜崞黛噬呐浜险{(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)由高效小循環(huán)與基礎(chǔ)大循環(huán)構(gòu)成的熱力循環(huán)，大大提升火力發(fā)電機(jī)組的調(diào)峰能力和運(yùn)行效率；該新穎熱力系統(tǒng)對(duì)于凝汽式機(jī)組或供熱機(jī)組均是適用的，用于新建火力發(fā)電機(jī)組可以提升汽輪發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰能力，用于現(xiàn)役汽輪發(fā)電機(jī)組節(jié)能和調(diào)峰性能改造，都有巨大的現(xiàn)實(shí)意義，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)調(diào)峰系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)調(diào)峰系統(tǒng)連接圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)調(diào)峰系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，系統(tǒng)包括火電機(jī)組的熱源鍋爐5及其過(guò)熱器6、7，0號(hào)汽輪機(jī)0（或稱0號(hào)汽缸）及其常規(guī)汽輪機(jī)1、2、3（或稱高壓汽缸1、中壓汽缸2、低壓汽缸3），機(jī)組冷源凝汽器35，高壓加熱器組A1和B1，低壓加熱器組A2，0號(hào)除氧器16， 0號(hào)高壓加熱器14，除氧器37，高壓、低壓旁路29、30，熱用戶23、以及儲(chǔ)熱裝置34等。

來(lái)自機(jī)組冷源凝汽器35的冷源工質(zhì)經(jīng)過(guò)低壓加熱器組A2后分流，一路工質(zhì)經(jīng)過(guò)除氧器37，高壓加熱器組A1，進(jìn)入0號(hào)高壓加熱器14，依次送入熱源鍋爐5和過(guò)熱器6，熱源過(guò)熱器6出來(lái)后的工質(zhì)進(jìn)入汽輪機(jī)1、2、3做功后回到機(jī)組冷源凝汽器35，完成基礎(chǔ)大循環(huán)。

來(lái)自機(jī)組冷源凝汽器35的冷源工質(zhì)經(jīng)過(guò)低壓加熱器組A2后分流，另一路工質(zhì)依次經(jīng)過(guò)0號(hào)除氧器16、高壓加熱器組B1，進(jìn)入0號(hào)高壓加熱器14，依次送入熱源熱源鍋爐5、過(guò)熱器6、過(guò)熱器7，從熱源過(guò)熱器6或過(guò)熱器7輸出的工質(zhì)進(jìn)入0號(hào)汽輪機(jī)0做功后回到0號(hào)除氧器16，完成高效小循環(huán)。

高效小循環(huán)和基礎(chǔ)大循環(huán)的熱動(dòng)力可以分別驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，也可以共同驅(qū)動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)。0號(hào)汽輪機(jī)0的排汽可以作為供熱汽流送熱用戶23。機(jī)組調(diào)峰時(shí)，進(jìn)入0號(hào)汽輪機(jī)0與汽輪機(jī)1、2、3號(hào)缸的部分蒸汽，可以經(jīng)過(guò)減溫減壓旁路裝置29、30后，送回機(jī)組冷源凝汽器35，或者送入儲(chǔ)熱裝置34。

本發(fā)明火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)調(diào)峰系統(tǒng)是一種火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)調(diào)峰靈活性技術(shù)，適用于凝汽式機(jī)組和供熱機(jī)組，可以用于一次再熱機(jī)組的新建或改造，也可以用于二次再熱機(jī)組的新建或改造現(xiàn)役火電機(jī)組，其中一個(gè)實(shí)施例如圖2所示。

如圖2所示火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)調(diào)峰系統(tǒng)連接圖，此為本發(fā)明將火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)調(diào)峰靈活性技術(shù)運(yùn)用在一次再熱機(jī)組上的應(yīng)用例。冷源凝汽器35的熱井33的凝結(jié)水，經(jīng)過(guò)凝結(jié)水泵36升壓后，把凝結(jié)水送入低壓加熱器組A2，然后分流成兩路，一路凝結(jié)水經(jīng)過(guò)閥門52，進(jìn)入除氧器37，除氧器37的給水由給水泵38升壓后，經(jīng)過(guò)若干級(jí)高壓加熱器組A1加熱，由給水管39通過(guò)閥門53控制引入0號(hào)高壓加熱器14的進(jìn)口；另一路凝結(jié)水由管路40通過(guò)調(diào)節(jié)閥18控制流量后，由管路41把凝結(jié)水引入0號(hào)除氧器16，0號(hào)除氧器16的給水由給水泵15升壓后，經(jīng)過(guò)若干級(jí)前置高壓加熱器組B1加熱，與來(lái)自閥門53控制的給水混合后送入0號(hào)高壓加熱器14吸熱，然后，該給水由高壓給水管路17送入熱源鍋爐5、過(guò)熱器6。閥門54是0號(hào)除氧器16的調(diào)峰閥，閥門51是除氧器37的調(diào)峰閥。供熱管道輸送熱化氣流至儲(chǔ)熱熱力系統(tǒng)HS。

熱源鍋爐5和過(guò)熱器6產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽，經(jīng)過(guò)主蒸汽管路8和閥門11，由管路12引入0號(hào)汽輪機(jī)0做功，過(guò)熱蒸汽進(jìn)入0號(hào)汽缸做功，做功以后的蒸汽有四種流向，一是通過(guò)管路13流向0號(hào)高壓加熱器14，第二是經(jīng)過(guò)調(diào)峰閥門54控制后流向0號(hào)除氧器16，第三種是流向若干級(jí)高壓加熱器（與0號(hào)汽缸的抽汽B的級(jí)數(shù)匹配），第四是由管路20引入供熱用戶23或由管路21引入儲(chǔ)熱管路HS，然后通過(guò)減溫減壓控制引入，并經(jīng)過(guò)閥門55送入儲(chǔ)熱裝置34或通過(guò)閥門47引入凝汽器35。

主蒸汽管路8的主蒸汽另一路，把主蒸汽引入常規(guī)汽輪機(jī)高壓缸1做功，在高壓缸1做功后的蒸汽有兩種流向，一種是經(jīng)過(guò)管路25流向鍋爐再熱器24，第二種是作為高壓汽缸1、中壓汽缸2和低壓汽缸3的回?zé)岢槠鸄的組成部分。再熱器24出來(lái)的蒸汽經(jīng)過(guò)管路27進(jìn)入中壓缸2做功，做功后的蒸汽有兩種流向，一種是作為高壓汽缸1、中壓汽缸2和低壓汽缸3的回?zé)岢槠鸄的組成部分，第二種是流向低壓缸3繼續(xù)做功。進(jìn)入低壓缸3做功后的蒸汽有兩種流向，一種是作為高壓汽缸1、中壓汽缸2和低壓汽缸3的回?zé)岢槠鸄的組成部分，第二種是通過(guò)排汽管流向凝汽器35。

0號(hào)汽缸的汽源與高壓汽缸1的汽源是鍋爐5同源輸出的過(guò)熱蒸汽，0號(hào)汽缸的汽源根據(jù)需要可以是鍋爐過(guò)熱器分流的，并且經(jīng)過(guò)升溫后的過(guò)熱蒸汽，該過(guò)熱蒸汽升溫的方法，可以通過(guò)鍋爐內(nèi)置的，也可以外置式的受熱面完成。

本應(yīng)用例的0號(hào)汽輪機(jī)與帶有高壓、中壓、低壓汽缸的汽輪機(jī)同軸驅(qū)動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)4。

調(diào)節(jié)閥19的上游管路42連接管路41，其下游管路43連接到凝汽器35，調(diào)節(jié)閥19調(diào)節(jié)凝結(jié)水回流并配合調(diào)節(jié)閥18共同完成控制進(jìn)入0號(hào)除氧器16的凝結(jié)水量。

根據(jù)新建機(jī)組選型或現(xiàn)役機(jī)組改造需要，過(guò)熱器6引出的過(guò)熱蒸汽可以分流，一路由主蒸汽管路8直接引主蒸汽進(jìn)入常規(guī)汽輪機(jī)高壓汽缸1、中壓汽缸2和低壓汽缸3。另一路過(guò)熱蒸汽經(jīng)過(guò)過(guò)熱器7繼續(xù)升溫，經(jīng)由隔離閥9（打開(kāi)），隔離閥10（打開(kāi)），經(jīng)過(guò)管路12（隔離閥11關(guān)閉）進(jìn)入 0號(hào)汽輪機(jī)0做功。

配合機(jī)組深度調(diào)峰，高壓旁路29與低壓旁路30為兩級(jí)串聯(lián)減溫減壓，把汽輪機(jī)旁路蒸汽通過(guò)管路31，內(nèi)置式減溫減壓器32，送入凝汽器35。通過(guò)管路44把儲(chǔ)熱減溫減壓器45與低壓旁路30并聯(lián)，通過(guò)管路46把旁路蒸汽送入儲(chǔ)熱裝置34，以滿足機(jī)組深度調(diào)峰平衡工質(zhì)流量的需要。

該機(jī)組回?zé)岢槠鸄、A1、A2、B、B2（或?yàn)榛責(zé)峒訜崞鳎┑募?jí)數(shù)（或?yàn)榕_(tái)數(shù)）及其參數(shù)由綜合優(yōu)化結(jié)果決定。

0號(hào)汽缸技術(shù)可用于新建的一次再熱或兩次再熱汽輪機(jī)機(jī)組，包括700℃等級(jí)初參數(shù)的火電機(jī)組；0號(hào)汽缸技術(shù)用于現(xiàn)役火電機(jī)組改造的進(jìn)汽參數(shù)是寬范圍的，即可以是超超臨界、超臨界初壓初溫的配合參數(shù)或初壓初溫按需特定的配合參數(shù)。

0號(hào)汽缸的工作壓力是寬范圍的，即可以同時(shí)覆蓋高壓缸工作壓力范圍與中壓缸工作壓力范圍，必要時(shí)其工作壓力可以覆蓋到低壓缸壓力范圍。根據(jù)需要，0號(hào)汽缸可以獨(dú)立設(shè)置并驅(qū)動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)。

該機(jī)組可以適應(yīng)寬負(fù)荷調(diào)峰運(yùn)行，特別是低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，在鍋爐技術(shù)上允許的最低負(fù)荷下，0號(hào)汽輪機(jī)保持穩(wěn)定運(yùn)行，汽輪機(jī)高、中、低壓缸保持循環(huán)流量平衡，機(jī)組運(yùn)行仍可以在低負(fù)荷下維持較高的循環(huán)熱效率。

0號(hào)汽缸配置的0號(hào)除氧器與0號(hào)加熱器之間的回?zé)峒訜峒?jí)數(shù)和回?zé)岱绞酵ㄟ^(guò)方案優(yōu)化確定，配合工質(zhì)分流循環(huán)確保0號(hào)加熱器的汽源參數(shù)穩(wěn)定，使機(jī)組調(diào)峰時(shí)繼續(xù)保持在最佳給水溫度下運(yùn)行。

0號(hào)汽缸及其配置的0號(hào)除氧器、0號(hào)加熱器、0號(hào)給水泵，通過(guò)給水分流調(diào)節(jié)與加熱器焓升調(diào)節(jié)及其兩者的配合調(diào)節(jié)，包括調(diào)峰閥門51、54的調(diào)節(jié)，以及凝結(jié)水再循環(huán)回流的配合調(diào)節(jié)共同實(shí)現(xiàn)小循環(huán)高效穩(wěn)定。新建機(jī)組可以設(shè)計(jì)流量不對(duì)稱雙列回?zé)峒訜崞?，其中一列凝結(jié)水進(jìn)入0號(hào)除氧器、0號(hào)加熱器、0號(hào)給水泵以及若干臺(tái)相關(guān)回?zé)峒訜崞?，另一列凝結(jié)水進(jìn)入常規(guī)除氧器；改造現(xiàn)役機(jī)組的0號(hào)汽缸可以只設(shè)0號(hào)加熱器，原機(jī)組除氧器可以用作代替0號(hào)除氧器，0號(hào)汽缸設(shè)置的回?zé)岢槠?jí)數(shù)與原機(jī)組回?zé)岢槠?jí)數(shù)必須整體綜合優(yōu)化確定，實(shí)現(xiàn)小循環(huán)與基本循環(huán)的合理配合，提升機(jī)組靈活調(diào)峰的能力。

本發(fā)明涉及火力發(fā)電機(jī)組新機(jī)組熱力系統(tǒng)優(yōu)化或在現(xiàn)役機(jī)組節(jié)能改造方面，既可以用于凝汽式機(jī)組，也可以用于供熱機(jī)組，通過(guò)火電機(jī)組工質(zhì)分流循環(huán)實(shí)現(xiàn)機(jī)組高效深度調(diào)峰和提升調(diào)峰靈活性，并且高效小循環(huán)，與常規(guī)汽輪機(jī)構(gòu)成的基礎(chǔ)大循環(huán)組合成復(fù)合循環(huán)保證機(jī)組調(diào)峰的經(jīng)濟(jì)性。本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)施對(duì)電網(wǎng)改善調(diào)峰電源結(jié)構(gòu)，大幅度吸納可再生能源入網(wǎng)提供技術(shù)保障，帶來(lái)巨大的節(jié)能減排效益和社會(huì)效益。