一种低压缸小流量工况余热深度回收供热系统及其应用方法与流程

1.本发明属于火力发电机组高效热电联产技术领域，具体涉及一种低压缸小流量工况余热深度回收供热系统及其应用方法。


背景技术：

2.国内已有多个电厂实时低压光轴供热改造，通过在供热期开始前将低压纯凝转子更换为低压光轴以实现冬季背压式供热运行，显著提升了单机供热能力及供热稳定性。
3.在低压光轴供热技术基础上，国内又开发了更为灵活的低压缸零出力供热方式。目前，国内已有百余台150mw～600mw等级机组实施了低压缸零出力供热(也称切缸供热)改造，进一步显著提升了机组供热运行灵活性及经济性。
4.无论是大量供热抽汽的抽凝运行、低压缸零出力供热运行或低压光轴供热运行，机组都需要保持低压缸处于一种小流量状态，以避免低压缸超温，导致机组存在大量的冷源损失，以典型300mw等级机组为例，低压缸零出力运行时乏汽量可达到65t/h以上(低压缸冷却蒸汽流量20t/h，给水泵汽轮机排汽流量可达45t/h)，而抽凝运行时乏汽量可达到150t/h以上。因此，在供热期内，尽管通过热电联产大幅提升了机组运行经济性，但仍然有大量的低压排汽余热未能充分利用，存在较大的节能挖潜空间。
5.而在当前双碳背景下，深度节能挖潜是对现有供热技术的必然要求。尽管大型火电机组高校热电联产技术已逐渐成为北方地区居民集中供热的首选技术路线，但其在热经济性及调峰能力方面仍需进一步提升和完善。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种低压缸小流量工况余热深度回收供热系统及其应用方法，以解决现有技术中低压排汽预热未能充分利用的问题。本发明针对目前蓬勃发展的抽凝运行、低压缸零出力供热运行或低压光轴供热运行等大量供热抽汽的运行方式，配套开发了一种可实现低品位余热高效、灵活回收的技术，旨在通过机组热力流程的优化改进，实现其低压排汽余热的深度回收，显著提高其供热经济性，同时实现机组供热能力与调峰能力的联合提升。
7.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
8.一种低压缸小流量工况余热深度回收供热系统，凝汽器、热泵组和热网首站；
9.所述凝汽器的出水端连接有凝汽器循环水出水管路，所述凝汽器冷却水出水管路连接至冷却塔；
10.所述凝汽器循环水出水管路设置有分支，所述分支为低位热源进水管路，所述低位热源进水管路和热泵组的热源入口连接，热泵组的热源出口连接有低位热源回水管路，低位热源回水管路汇入至凝汽器循环水出水管路；
11.所述热泵组的冷源入口连接有热网回水管路，热泵组的冷源出口通过循环水管路和热网首站连接，热网首站的出水端和用户用水连接；
12.所述凝汽器用于冷却低压缸小流量运行机组的乏汽。
13.本发明的进一步改进在于：
14.优选的，所述凝汽器循环水出水管路上设置有第一阀门，第一阀门和热泵组并联。
15.优选的，所述凝低位热源进水管路上设置有第四阀门。
16.优选的，所述热网回水管路上设置有第二阀门，所述循环水管路上设置有第三阀门。
17.优选的，所述热泵组由电压缩式热泵并联组成。
18.优选的，所述热泵组由吸收式热泵并联组成。
19.优选的，所述冷却塔设置有卷帘。
20.优选的，所述低压缸小流量运行机组的供热蒸汽连接至热网首站。
21.一种上述的低压缸小流量工况余热深度回收供热系统的应用方法，热网回水在热泵组内被首次加热后，流入至热网首站进行二次升温；
22.凝汽器中吸热后的冷却水作为低位热源在热泵组释放热量，被冷却后的冷却水流回至冷却塔。
23.优选的，被冷却后的冷却水≥22℃时进入冷却塔，否则进入冷却塔的水池中。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
25.本发明公开了一种低压缸小流量工况余热深度回收优化系统，该系统通过在将凝汽器的冷却水输入至热泵组，使得吸收了乏汽热量的冷却水能够再次在热泵组内释放热量。该系统适用于北方地区有深度调峰需求的低压缸小流量运行机组，该系统可深度回收低压缸零出力供热，低压光轴供热以及抽凝机组大规模供热抽汽运行时的低品位余热，用于加热热网循环水，实现机组供热运行流程的优化，从而最大限度上挖掘机组供热潜力与供热经济性，具有显著的经济效益和环保效益。本系统具有较高的运行灵活性，各台热泵可自由投切，机组可根据余热回收及冷却塔水池水温情况决定上塔水量及冷却塔风口卷帘开闭，两者运行独立、可靠。
26.进一步的，设置有连接分支，使得热泵系统无法消纳全部低位热源热量或系统退出时，冷却水能够部分或全部直接流回至冷却塔中。
27.进一步的，凝汽器冷却水出水管路上、循环水管路的进水端和出水端均设置有阀门，便于该余热回收系统的使用与停用。
28.进一步的，所述冷却塔设置有卷帘，低温天气下，当余热回收系统投入时，相应通过卷帘遮挡冷却塔进风口，实现冷却塔防冻保护。
29.本发明还公开了一种低压缸小流量工况余热深度回收优化供热方法，该方法针对供热期大型热电联产机组低压缸小流量运行工况，可深度回收抽凝运行、低压缸零出力供热运行或低压光轴供热运行等大量供热抽汽的供热机组低压缸小流量运行机组的低品位余热，用于加热热网循环水，实现机组供热运行流程的优化，从而最大限度上挖掘机组供热潜力与供热经济性。该方法可广泛应用于大流量供热抽汽的抽凝机组、低压缸零出力供热机组及低压光轴供热机组。
附图说明
30.图1为本发明的系统结构图；
31.其中：1-低压缸小流量运行机组；2-热网首站；3-热泵组；4-凝汽器；5-冷却塔；6-凝汽器循环水出水管路；7-热网回水管路；8-第一阀门；9-低位热源进水管路；10-循环水管路；11-低位热源回水管路；12-第二阀门；13-第三阀门；14-第四阀门
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.本发明结合低压缸小流量工况运行的供热机组开发，将水源电热泵与机组冷端系统进行耦合，从而实现将机组凝汽器出口循环冷却水引入电热泵，对低品位余热进行部分或完全回收。同时，为保证机组主、辅机安全、经济运行，还需一并实施以下适配性优化措施：循环冷却水上塔联锁控制、循环水泵调速改造、冷却塔防冻改造。
35.参见附图1为本发明的余热深度回收供热系统，该系统包括低压缸小流量运行机组1、热网首站2、热泵组3、凝汽器4和冷却塔5。
36.低压缸小流量运行机组1的热蒸汽输出至热网首站2，热网首站2将加热后的水供出给用户。
37.低压缸小流量运行机组1的乏汽连接至凝汽器4，在凝汽器4内被冷却。凝汽器4的凝汽器循环水出水管路6和冷却塔5连通。
38.凝汽器循环水出水管路6设置有分支，该分支为低位热源进水管路9，低位热源进水管路9连接至热泵组3，在热泵组3内释放热量后，通过低位热源回水管路11再汇入至凝汽器循环水管路6上，流回至冷却塔5。凝汽器循环水出水管路6上设置有第一阀门8，该第一阀门8和热泵组3并联。当热泵组3可以全部消纳低位热源热量时，该第一阀门8关闭，凝汽器流出的循环水全部进入热泵组；当热泵组3无法全部消纳低位热源热量时，该第一阀门8开启，凝汽器流出的循环水一部分进入热泵组，一部分直接回流至冷却塔。
39.作为优选的方案之一，热泵组3由若干台电压缩式泵组成，或若干台吸收式热泵组成。从凝汽器循环水出水管路进入冷却塔5的回水，如果回水温度达到22℃时进入冷却塔中，否则直接进入冷却塔5的水池中。热泵组3还连接有循环水管路10，循环水管路10的进水端和热网回水管路7连接，热泵组3的循环水管路10的出水端和热网首站2连接。
40.进一步的，低压缸小流量运行供热机组对真空要求较高，一般维持排汽背压4kpa左右，其循环冷却水进水20℃，出水一般在25℃左右。对于这一温度水平的低品位余热，目前相对高效的办法是采用热泵。而根据运行原理的不同，可采用电压缩式热泵或吸收式热泵。采用电压缩式热泵的优势是能效比(cop)高，且随机组负荷波动时其cop值可稳定维持在4～5左右，运行灵活性好，可提高机组调峰深度，并可通过电压缩式热泵的耗电功率控制
来实现辅助调频。采用吸收式热泵的优势是电耗小，热经济性高，但其缺点是能效比较低，需要抽取大量的驱动蒸汽，设计工况cop值可达到1.7左右，机组低负荷工况(此时中排抽汽压力下降明显)cop值可降低至1.2以下，也即其对频繁调峰机组的适应性不如电压缩式热泵。
41.因此，对于要求频繁调峰的地区，为保证不降低机组运行灵活性，推荐优先选用电压缩式热泵，此举除实现低压缸小流量运行机组余热的深度回收外，还可进一步改善机组调峰、调频的能力。
42.当选用电压缩式热泵时，若干个电压缩式热泵共同和高压电源连接，连接管路上配置对应的变压器和开关柜。
43.低位热源进水管路9上设置有第四阀门14、热网回水管路7上设置有第二阀门12，循环水管路10上设置有第三阀门13。当非供暖季时，该系统不投入使用，这三个阀门一并关闭。当供暖季时，在第二阀门12前和第三阀门13后另作联络方可全部关闭，否则只能关闭第四阀门6，以保障热网循环水能进入热网首站2。
44.冷却塔5增设有防冻措施，具体的增设卷帘装置。低温天气下，通过卷帘遮挡冷却塔进风口，实现冷却塔防冻保护。
45.上述系统改造的工作原理为：
46.1)热泵循环水系统改造。将50℃约5090t/h热网循环水回水作为热泵的循环水，分别引入4台电压缩式泵组，经加热提温至60℃后，引入热网首站二次提温。2)热泵低位热源改造。在机组循环冷却水管道增设旁路及相应阀组，将高温循环冷却水(25℃)连接至电压缩式泵组，作为热泵组3的低位热源，经换热冷却后回到冷却塔水池。3)热泵驱动电源改造。为电压缩式泵组增设12mw容量的高压电源，及相应的变压器、开关柜等。
47.实施例
48.以某典型300mw等级低压缸零出力低压缸小流量运行机组为例，对本发明内容进行说明。表1给出了总体设计边界。
49.表1项目设计边界参数
50.[0051][0052]
(1)低温余热回收设备选型
[0053]
(2)热力参数计算
[0054]
根据上述典型300mw机组边界条件，按电压缩式热泵进行了选型计算，详见下表。从选型计算结果可以看出，在热泵冷凝器进水温度相同的条件下，若所需的出水温度越低，其对应的能效比相对较高，经济性好。但若温升过低，则所需的热网循环水量过大，管道、阀门投资会大幅上升。结合一般工程实际情况，此处按10℃温升，也即热泵出口热网循环水温度为60℃。
[0055]
表2电压缩式热泵选型
[0056][0057]
通过上述改造后的收益如下表3所示：
[0058]
表3改造效益
[0059][0060]
本发明适用于所有热电联产机组低压缸小流量工况(包括低压缸零出力供热、低压光轴供热、大流量抽凝供热等)的低品位余热深度回收，并具有显著的经济效益和环保效益，本实施例获得效益如下：
[0061]
1)改造完成后，单机供热能力可提高59.2mw，按40w/m2供热指标估算，折合可增加148万平米集中供热面积。
[0062]
2)改造完成后，根据系统投入运行时间的不同，保守估计年节约标煤1.05～2.1万吨，年减排二氧化碳2.6～5.3万吨。
[0063]
3)根据我国不同地区机组供热运行时长不同，年增经济效益保守估计1051～2102万元。改造后2～3年可收回全部投资。
[0064]
4)机组调峰深度可提升11mw，也即可相应可减小11mw的弃风、弃光损失，增加新能源机组发电量达16500～33000mwh。
[0065]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。