一种背压式供热机组灵活调峰系统的制作方法

1.本技术涉及供热机组调峰技术领域，尤其涉及一种背压式供热机组灵活调峰系统。


背景技术：

2.相关技术中，风电、光伏机组的出力稳定性和调节性较差，接入电网后，需要其它机组增加调峰、调频等辅助服务的能力。由于电力系统适应新能源发展的系统调节能力不足，灵活性调峰电源严重缺乏，煤电成了调峰主力。对于背压式汽轮机组，其排汽一般用于对外供热，且其发电功率与热负荷之间一一对应，存在强耦合关系，通常按照以热定电方式运行，难以同时满足外界热、电负荷变化。


技术实现要素：

3.本技术提供了一种背压式供热机组灵活调峰系统。
4.根据本技术的实施例提供了一种背压式供热机组灵活调峰系统，包括发电装置、含水层储热装置、凝结水补水装置，凝结水补水装置包括低压加热器、补水加热器、凝结水补水管路，其中，
5.所述发电装置的出口与所述含水层储热装置的入口和对外供汽管道连接；
6.所述发电装置的出口、所述含水层储热装置的出口分别与所述低压加热器的壳侧入口连接；
7.所述凝结水补水管路分别与所述低压加热器管侧入口和所述补水加热器管侧入口连接；
8.所述低压加热器的壳侧出口、所述补水加热器出口分别与所述发电装置的入口连接；
9.所述含水层储热装置与所述补水加热器的壳侧之间通过循环管路连接形成回路，在循环管路中传输储热介质。
10.根据本公开的一个实施例，所述发电装置包括热源、汽轮机、发电机、除氧器，其中，
11.所述热源的出口依次与所述汽轮机、所述除氧器和所述热源的入口连接；
12.所述汽轮机的出口分别与所述低压加热器的壳侧入口和所述含水层储热装置的入口连接；
13.所述汽轮机通过传动轴与所述发电机连接；
14.所述补水加热器的管侧出口与所述除氧器的入口连接。
15.根据本公开的一个实施例，所述低压加热器的壳侧出口通过管路与所述凝结水补水管路连接；
16.其中，所述含水层储热装置用于在供热机组的排汽无法完全消纳时，存储所述供热机组排汽的热量；
17.所述含水层储热装置还用于通过所述补水加热器，利用存储的所述热量加热所述凝结水补水管路中的凝结水补水，以补充对外供汽量。
18.根据本公开的一个实施例，所述储热子模块包括汽水换热器、冷井、冷井潜水泵、热井、热井潜水泵，其中，
19.所述发电装置的出口与所述汽水换热器的壳侧入口连接，所述汽水换热器的壳侧出口与所述低压加热器的壳侧入口连接；
20.所述冷井的出口与所述汽水换热器的管侧入口之间连接所述冷井潜水泵，所述汽水换热器的管侧出口与所述热井的入口连接；
21.所述热井的出口与所述补水加热器的壳侧入口之间连接所述热井潜水泵，出口补水加热器的壳侧出口所述补水加热器的壳侧出口与所述冷井的入口连接。
22.根据本公开的一个实施例，还包括第一阀门、第二阀门，其中，
23.所述发电装置的出口与所述汽水换热器的壳侧入口之间连接所述第一阀门；
24.所述汽水换热器的壳侧出口与所述发电装置的入口之间连接所述第二阀门。
25.根据本公开的一个实施例，所述凝结水补水装置还包括第三阀门、第四阀门，其中，
26.所述凝结水补水管路与所述低压加热器的管侧入口之间连接所述第三阀门；
27.所述凝结水补水管路与所述补水加热器的管侧入口之间连接所述第四阀门。
28.根据本公开的一个实施例，所述发电装置还包括给水泵，其中，
29.所述除氧器的出口与所述热源的入口之间连接所述给水泵。
30.根据本公开的一个实施例，所述发电装置还包括高压加热器，其中，
31.所述给水泵的出口与所述热源的入口之间连接所述高压加热器。
32.根据本技术的技术方案，可以实现当外界电负荷需求较高而供汽负荷较低导致发电装置排汽无法完全消纳时，利用含水层储热装置将含水层地下水吸收多余蒸汽热量并存储在含水层中。当对外供汽负荷需求升高时，利用含水层储热装置将含水层热井水中存储的热量对凝结水补水进行加热，从而排挤掉原低压加热器进汽，使对外供汽量增加，满足外界用热需求。解决了电负荷和热负荷需求不匹配的问题，提升了机组的电热调节运行的灵活性。
33.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
34.附图用于更好地理解本方案，不构成对本技术的限定。其中：
35.图1是根据本技术实施例中的一种背压式供热机组灵活调峰系统的结构示意图。
36.附图标记
37.1、锅炉；2、汽轮机；3、发电机；4、低压加热器；5、除氧器；6、给水泵；7、高压加热器；8、补水加热器；9、汽水换热器；10、热井；11、冷井；12、热井潜水泵；13、冷井潜水泵；14、第一阀门；15、第二阀门；16、第三阀门；17、第四阀门。
具体实施方式
38.以下结合附图对本技术的示范性实施例做出说明，其中包括本技术实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本技术的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
39.需要说明的是，相关技术中，风电、光伏机组的出力稳定性和调节性较差，接入电网后，需要其它机组增加调峰、调频等辅助服务的能力。由于电力系统适应新能源发展的系统调节能力不足，灵活性调峰电源严重缺乏，煤电成了调峰主力。对于背压式汽轮机组，其排汽一般用于对外供热，且其发电功率与热负荷之间一一对应，存在强耦合关系，通常按照以热定电方式运行，难以同时满足外界热、电负荷变化。
40.基于上述问题，本技术提出了一种背压式供热机组灵活调峰系统，可以实现当外界电负荷需求较高而供汽负荷较低导致发电装置排汽无法完全消纳时，利用含水层储热装置将含水层地下水吸收多余蒸汽热量并存储在含水层中。当对外供汽负荷需求升高时，利用含水层储热装置将含水层热井水中存储的热量对凝结水补水进行加热，从而排挤掉原低压加热器进汽，使对外供汽量增加，满足外界用热需求。解决了电负荷和热负荷需求不匹配的问题，使机组实现电热灵活调节运行。
41.图1是根据本技术实施例中的一种背压式供热机组灵活调峰系统的结构示意图。如图1所示，本技术实施例中的一种背压式供热机组灵活调峰系统包括发电装置、含水层储热装置、凝结水补水装置，凝结水补水装置包括低压加热器4、补水加热器8、凝结水补水管路。
42.发电装置的出口与含水层储热装置的入口和对外供汽管道连接。发电装置的出口、含水层储热装置的出口分别与低压加热器4的壳侧入口连接。凝结水补水管路分别与低压加热器4管侧入口和补水加热器8管侧入口连接。低压加热器4的壳侧出口、补水加热器8出口分别与发电装置的入口连接。含水层储热装置与补水加热器8的壳侧之间通过循环管路连接形成回路，在循环管路中传输储热介质。
43.需要说明的是，上述热源可以是锅炉。上述管侧可以是设备中用于传输低温介质的一侧，壳侧可以是设备中用于传输高温介质的一侧。其中，低温介质可以是水。高温热介质可以是蒸汽，还可以是水。
44.其中，在本技术实施例中，所述含水层储热装置用于在供热机组的排汽无法完全消纳时，存储所述供热机组排汽的热量；所述含水层储热装置还用于通过所述补水加热器8，利用存储的所述热量加热所述凝结水补水管路中的凝结水补水，以补充对外供汽量。
45.凝结水补水装置还包括第三阀门16、第四阀门17，其中，凝结水补水管路与低压加热器4的管侧入口之间连接第三阀门16；凝结水补水管路与补水加热器8的管侧入口之间连接第四阀门17。
46.可以理解的是，发电装置可以将产生的蒸汽，一部分用于通过对外供汽管道对外供汽，一部分输入至低压加热器4对输入的凝结水补水进行加热，另一部分与含水层储热装置进行热交换，将热量存储在含水层储热装置中。
47.作为一种可能的示例，发电装置可以将产生的一部分蒸汽输入至低压加热器4中对凝结水补水进行加热，将加热后的凝结水补水输入至发电装置中，以用于进行新一轮的
发电和供汽。储能子系统可以将存储的热能传输至补水加热器8中，从而与补水加热器8中的凝结水补水进行热交换，进行热交换后的凝结水补水输入至发电装置中，以用于进行新一轮的发电和供汽。
48.发电装置包括热源、汽轮机2、发电机3、除氧器5，其中，热源的出口依次与汽轮机2、除氧器5和热源的入口连接，汽轮机2的出口与低压加热器4的壳侧入口和含水层储热装置的入口连接，所述汽轮机2通过传动轴与所述发电机3连接；补水加热器8的管侧出口与除氧器5的入口连接。
49.其中，在本技术实施例中，除氧器5的出口依次连接给水泵6、高压加热器7和锅炉1的入口。给水泵6用于将除氧后的凝结水输入至高压加热器7中，高压加热器7对凝结水进行加热后输入至锅炉1中。
50.需要说明的是，热源可以是锅炉1。
51.作为一种可能的示例，热源将加热后的蒸汽输入至汽轮机2中做功，汽轮机2带动发电机3进行发电。汽轮机2将一部分蒸汽通过对外供汽管路进行输出并对外供汽，一部分输入至低压加热器4对凝结水补水进行加热，另一部分输入至除氧器5中进行除氧。除氧后的蒸汽重新返回至热源中，进行新一轮的发电和供汽。
52.作为一种可能实施的示例，低压加热器4的壳侧出口通过管路与凝结水补水管路连接。由汽轮机2输入至低压加热器4中的蒸汽对凝结水补水进行一次加热后，由低压加热器4的壳侧出口通过管路输入至凝结水补水管路中，继续对凝结水补水进行加热，从而在对凝结水补水进行加热的同时提升了蒸汽的利用率。
53.储热子模块包括汽水换热器9、冷井11、冷井潜水泵13、热井10、热井潜水泵12，其中，发电装置的出口与汽水换热器9的壳侧入口连接，汽水换热器9的壳侧出口与低压加热器4的壳侧入口连接，冷井11的出口与汽水换热器9的管侧入口之间连接冷井潜水泵13，汽水换热器9的管侧出口与热井10的入口连接，热井10的出口与补水加热器8的管侧入口之间连接热井潜水泵，补水加热器8的壳侧出口与冷井11的入口连接。
54.储热子模块还包括第一阀门14、第二阀门15，其中，发电装置的出口与汽水换热器9的壳侧入口之间连接第一阀门14，汽水换热器9的壳侧出口与发电装置的入口之间连接第二阀门15。
55.可选的，冷井11可以是设置于地表以下的含水层中的冷井，热井10可以是设置于地表以下的含水层中的热井。
56.作为一种可能的示例，汽轮机2将一部分蒸汽输入至汽水换热器9中，冷井潜水泵13将冷井11中的地下水输入至汽水换热器9中，地下水与蒸汽进行热交换后进入热井10中，实现储热。当对外供汽负荷需求升高时，热井潜水泵12将热井10中的地下水输入至补水加热器8，地下水对凝结水补水进行加热后返回至冷井11中，完成凝结水补水的加热，加热后的凝结水补水输入至除氧器5中。
57.作为一种可能的示例，锅炉1出口新蒸汽进入汽轮机膨胀做功，带动发电机3发电。汽轮机2的排汽一部分直接用于对外供汽，剩余部分分别进入低压加热器4、除氧器5，对凝结水补水进行梯级加热。除氧器5出口给水经给水泵6升压后，进入高压加热器7，再次升温后返回锅炉1。
58.当电负荷需求较高，而对外供汽负荷较低，机组排汽无法完全消纳时，打开第一阀
门14、第二阀门15，将部分汽轮机2排汽引入汽水换热器9中，加热地下水降温后返回低压加热器4。冷井潜水泵13从含水层冷井11中抽取地下水进入汽水换热器9，吸收蒸汽热量升温后回灌入含水层热井10中。从而将机组蒸汽热量转换为地下水热能存储在含水层中，解决了电负荷和供热负荷需求不匹配的问题。
59.当对外供汽负荷需求升高时，打开第四阀门17，关闭第三阀门16，热井潜水泵12将含水层热井10中的地下水抽取出来，进入补水加热器8，将热量传递给凝结补水后回灌入含水层冷井11中。利用含水层热井10水中存储的热量对凝结水补水进行加热，从而排挤掉原低压加热器4进汽，使对外供汽量增加，满足外界用热需求。
60.举例来说，设机组发电负荷为e时，汽轮机2排汽总量为w，则w＝f1(e)。
61.汽轮机2排汽总量w＝w
低加
+w
除氧
+w
供汽
，其中w
低加
为进入低压加热器4的蒸汽量，w
低加
＝f2(e)；w
除氧
为进入除氧器5的蒸汽量，w
除氧
＝f3(e)，
62.则机组对外供汽量w
供汽
＝w-w
低加-w
除氧
＝f1(e)-f2(e)-f3(e)。
63.当外界电负荷需求为e0时，调整锅炉1进汽量，令机组发电负荷e1＝e0，此时汽轮机2排汽量w1＝f1(e0)，进入低压加热器4的蒸汽量w
低加1
＝f2(e0)，进入除氧器5的蒸汽量w
除氧1
＝f3(e0)，此时机组对外供汽量w
供汽1
＝w1-w
低加1-w
除氧1
＝f1(e0)-f2(e0)-f3(e0)。
64.外界热负荷需求为w0。
65.若w0《w
供汽
1，打开第一阀门14、第二阀门15，将部分汽轮机2排汽引入汽水换热器9中，加热地下水降温后返回低压加热器4。从而将机组多余蒸汽热量转换为地下水热能存储在含水层中。
66.若w0＝w
供汽
1，机组处于正常供汽运行模式。
67.若w0》w
供汽
1，打开第四阀门17，关闭第三阀门16，利用含水层热井10水中存储的热量对凝结水补水进行加热，从而排挤掉原低压加热器4进汽，使对外供汽量增加，满足外界用热需求。
68.根据本技术实施例的一种背压式供热机组灵活调峰系统，当外界电负荷需求较高，而供汽负荷较低，发电装置排汽无法完全消纳时，利用含水层储热装置用含水层地下水吸收多余蒸汽热量并存储在含水层中。当对外供汽负荷需求升高时，利用含水层储热装置将含水层热井10水中存储的热量对凝结水补水进行加热，从而排挤掉原低压加热器进汽，使对外供汽量增加，满足外界用热需求。解决了电负荷和热负荷需求不匹配的问题，使机组实现电热灵活调节运行。
69.在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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公开和简化描述，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公开的限制。
70.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
71.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等
术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
72.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
73.在本公开中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
74.尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。