基于深度烟气余热利用的高背压机组热电协同优化系统

技术领域

本发明属于热电机组供热改造技术领域，尤其涉及一种基于深度烟气余热利用的高背压机组热电协同优化系统。

背景技术

近年随着城镇建筑面积逐步扩大，居民采暖热负荷逐年上升，作为城镇采暖主要供热方式的集中供热系统规模也随之扩容，而集中供热系统主要热源多为燃煤热电厂，随着城市扩张热电联产装机容量也在持续上升，热电联产装机规模上升增速放缓，与迅速增长的热负荷需求不匹配，同时电力系统结构中以风、光清洁能源为主的新能源装机容量增速迅猛，占比逐年扩大。但风、光新能源具有波动性及间歇性，其装机容量增多对电网冲击较大，对于燃煤火电机组的深度调峰要求也在不断升高，这一矛盾在居民采暖热负荷集中的北方地区尤为严重，热电联产机组在采暖季收到热负荷限制，“以热定电”的运行模式使其发电功率具有下限，在采暖热负荷较高时出现风、光新能源机组发电量上升，就会出现新能源上网电量消纳困难的问题，不仅使弃风、弃光率升高，降低了清洁能源利用率，提高电力系统发电成本，又使热电联产机组未满足电网深度调峰要求，在调峰辅助服务市场与电力现货交易市场中受到较大考核或电价亏损，在当前煤价持续高位的市场环境中进一步加重了火力发电企业的经营压力。如何充分回收热电联产机组余热，提高其热效率，同时提高运行灵活性，使其满足电网调峰需求，为新能源上网电量提供消纳空间，在电力市场中获得更大补贴或利润，是目前燃煤热电联产机组面临的首要改造目标。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种基于深度烟气余热利用的高背压机组热电协同优化系统，提高热电联产机组余热回收能力，从而提高机组供热效率，降低采暖抽汽负荷，有效的提高系统运行灵活性，获得更低调峰深度，使其满足电网调峰需求，为新能源上网电量让出消纳空间，同时提升机组热效率，降低供热、发电成本与污染物排放，优化高背压热电联产系统清洁化程度。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于深度烟气余热利用的高背压机组热电协同优化系统，包括：

负压闪蒸单元、燃煤发电机组，吸收式热泵机组和一次网循环水系统；

所述吸收式热泵机组包括依次相连的发生器、溴化锂溶液泵、吸收器、蒸发器，第二膨胀阀和冷凝器；所述发生器的工质侧出口与吸收器的工质侧进口之间设置有第一膨胀阀；

所述负压闪蒸单元一路与一次网循环水系统的回水管道连接，另一路与蒸发器的水侧连接；所述发生器一侧与吸收式热泵机组的供热侧连接，所述发生器另一侧与热网加热器的循环水侧进口连接；所述热网加热器的循环水侧出口与一次网循环水系统的供水管道连接；所述热网加热器的疏水侧出口与燃煤发电机组的低温余热侧连接；所述热网加热器的疏水侧进口与燃煤发电机组的采暖抽汽侧连接；所述吸收器与燃煤发电机组的循环水管道连接。

优选的，所述负压闪蒸单元包括脱硫浆液喷淋泵、负压闪蒸罐、真空泵、脱硫浆液退水泵、闪蒸凝结水泵和闪蒸凝结水罐；

所述真空泵设置在负压闪蒸罐上，所述脱硫浆液喷淋泵设置在负压闪蒸罐的脱硫塔浆液进口管道上，所述脱硫浆液退水泵设置在负压闪蒸罐的脱硫塔浆液出口管道上；负压闪蒸罐一路与一次网循环水系统的回水管道连接，另一路与蒸发器的水侧进口连接，所述蒸发器的水侧出口分为两路，一路与一次网循环水系统的回水管道，另一路分为两个支路，一个支路与负压闪蒸罐连接，另一路与闪蒸凝结水罐连接。

优选的，所述负压闪蒸罐的底部循环水管路上设置有第一电动调节阀；所述闪蒸凝结水罐的进口管路上设置有第二电动调节阀。

优选的，所述负压闪蒸罐的顶部与一次网循环水系统的回水管道之间的管路上设置有第四截止阀，所述负压闪蒸罐的顶部进口管路上设置有第一截止阀。

优选的，所述蒸发器与负压闪蒸罐和闪蒸凝结水罐之间的汇合母管上设置有第二截止阀和闪蒸蒸汽凝结水泵。

优选的，所述燃煤发电机组包括依次连接的锅炉，汽轮机组，凝汽器，低压加热器组，除氧器和高压加热器组；

所述除氧器的疏水一侧与冷凝器连接，除氧器的疏水另一侧与热网加热器的疏水侧连接；所述凝汽器的循环水侧进口与一次网循环水系统的回水管道连接，所述凝汽器的循环水侧出口与吸收器的水侧进口连接，吸收器的水侧出口与冷凝器连接。

优选的，所述热网加热器的疏水侧出口与除氧器之间的连接管路上设置有热网疏水泵，所述凝汽器的凝结水出口与低压加热器组之间的连接管路上设置有凝结水泵；所述高压加热器组与除氧器之间设置有给水泵。

优选的，所述汽轮机组包括汽轮机高压缸，汽轮机中压缸和汽轮机低压缸；

所述锅炉的一路汽侧出口与汽轮机高压缸连接，所述锅炉的另一路汽侧出口依次与汽轮机中压缸和汽轮机低压缸连接，所述汽轮机中压缸与汽轮机低压缸的采暖抽汽管道分为两路，一路与发生器的汽侧进口连接，另一路分与热网加热器的汽侧进口连接；所述汽轮机低压缸的排汽出口依次与凝汽器，低压加热器组，除氧器，高压加热器组和锅炉的水侧进口连接。

优选的，所述汽轮机中压缸与汽轮机低压缸之间的连接管路上设置有蒸汽蝶阀；采暖抽汽管道上设置有蒸汽逆止阀；所述采暖抽汽管道与热网加热器之间的管路上设置有第一蒸汽调节阀，所述采暖抽汽管道与发生器之间的管路上设置有第二蒸汽调节阀；所述汽轮机高压缸，汽轮机中压缸和汽轮机低压缸之间通过传动轴带动发电机发电。

优选的，所述一次网循环水系统的回水管道上设置有第三截止阀和网循环水泵，所述一次网循环水系统的回水管道与蒸发器之间的连接管路上设置有第五截止阀。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明旨在提供一种基于深度烟气余热利用的高背压机组热电协同优化系统，针对北方地区存量较多的高背压供热机组供热及深度调峰能力不足的缺点，在高背压供热机组的基础上耦合一套基于负压闪蒸原理的深度烟气余热回收利用系统，系统根据水蒸气饱和温度随压力降低而降低的特性，通过建立负压闪蒸罐使脱硫浆液在罐内真空环境中降温蒸发成携带大量潜热的水蒸气，水蒸气不携带脱硫剂溶质，相当于对脱硫浆液进行过滤筛选，利用采暖抽汽驱动吸收式热泵回收这部分水蒸气余热，将闪蒸罐内降温的脱硫浆液送回脱硫塔内喷淋对尾部出口烟气进行降温，相当于间接回收烟气余热，利用热泵中间加热器加热热网循环水，将热网循环水回水依次通入凝汽器与烟气余热回收利用系统对其进行梯级加热，以温度对口、梯级利用的原则将不同温度等级余热合理分配利用，提高机组余热回收能力，从而提高机组供热能力，降低采暖抽汽负荷，获得更低调峰深度，为新能源上网电量让出消纳空间，同时提升机组热效率，降低供热、发电成本与污染物排放，优化高背压热电联产系统清洁化程度。

基于负压闪蒸原理建立采暖抽汽驱动的吸收式热泵耦合负压闪蒸罐系统对机组尾部烟气进行深度余热回收利用，将系统耦合至高背压机组中，在原有冷端余热充分利用的基础上回收烟气余热，达到机组深度余热利用最大化，将烟气余热回收系统设置于凝汽器与热网加热器之间，与凝汽器顺序可来回切换，当热网循环水回水温度正常，则先回收冷端余热再回收烟气余热，当热网循环水回水温度过高、严重影响机组发电经济性及安全运行时，会输先经过热泵降温提热再进入凝汽器回收冷端余热。烟气余热回收采用间接回收方式，主要利用水蒸气饱和温度随压力降低而降低的特性，将脱硫浆液喷入事先建立好的负压真空罐中，使其在罐内降温蒸发，形成携带大量潜热的水蒸气，然后将降温后的脱硫浆液送回脱硫塔对烟气喷淋降温，实现对烟气余热的间接回收，闪蒸罐内的水蒸气作为吸收式热泵低温热源，被热泵提取低品位热能用于加热热网循环水，热泵驱动蒸汽采用机组本体采暖抽汽。采暖抽汽分别作为热网加热器与热泵发生器的驱动汽源，高背压机组在热电联供的同时，高中低压缸被蒸汽驱动做功，通过中间轴带动发电机做功发电，低压缸排汽经凝汽器被提取潜热后凝成凝结水，然后分别经过低、高压级加热器和除氧器再回到锅炉完成循环。热网循环水回水在正常时段先进入凝汽器吸收乏汽余热，然后经热泵回收烟气余热被加热，然后在热网加热器中被采暖抽汽加热到供水温度，最后对外供出，获得更低调峰深度，使其满足电网调峰需求，为新能源上网电量让出消纳空间，同时提升机组热效率，降低供热、发电成本与污染物排放，优化高背压热电联产系统清洁化程度。

进一步，利用负压闪蒸原理使脱硫浆液闪蒸降温，从而间接回收烟气中蕴含的水蒸气潜热，不同于换热器直接换热，无需对脱硫浆液过滤，即可达到对烟气进行深度余热利用回收的目的，提高机组热效率，降低发电与供热煤耗；

进一步，以采暖抽汽驱动吸收式热泵回收负压闪蒸罐蒸发出的水蒸气中蕴含的低品位潜热，用于加热热网循环水参与供热，在保证供热量的前提下减少采暖抽汽耗量，或在相同采暖抽汽量下提高供热能力，从而在保证用户热负荷需求的条件下增加调峰深度，为新能源上网让出空间；

进一步，由吸收式热泵与负压闪蒸罐构成的烟气深度余热利用系统，与高背压供热机组耦合后，可灵活切换其与凝汽器余热回收的先后顺序，一是可以避免热网循环水超温造成的凝汽器背压升高而引起的排挤发电量和跳机问题，二是可以对循环水余热和烟气余热按温度对口的原则进行梯级利用，提高能源利用率；

进一步，高背压机组耦合深度烟气余热利用单元后可提高较大供热能力，在相同热负荷前提下可提高调峰空间，为新能源机组让出上网空间，提高电力系统清洁化程度。

附图说明

图1为基于深度烟气余热利用的高背压机组热电协同优化系统的结构示意图。

图中：1-锅炉；2-汽轮机高压缸；3-汽轮机中压缸；4-蒸汽蝶阀；5-汽轮机低压缸；6-凝汽器；7-凝结水泵；8-低压加热器组；9-除氧器；10-给水泵；11-高压加热器组；12-发电机；13-蒸汽逆止阀；14-第一蒸汽调节阀；15-热网疏水泵；16-第二蒸汽调节阀；17-驱动疏水泵；18-发生器；19-第一膨胀阀；20-吸收器；21-溴化锂溶液泵；22-冷凝器；23-第二膨胀阀；24-蒸发器；25-脱硫浆液喷淋泵；26-负压闪蒸罐；27-真空泵；28-脱硫浆液退水泵；29-第一截止阀；30-第二截止阀；31-闪蒸蒸汽凝结水泵；32-第一电动调节阀；33-第二电动调节阀；34-闪蒸蒸汽凝结水罐；35-热网循环水泵；36-第三截止阀；37-第四截止阀；38-第五截止阀；39-热网加热器。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

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。

一种基于深度烟气余热利用的高背压机组热电协同优化系统，包括：

负压闪蒸单元、燃煤发电机组，吸收式热泵机组和一次网循环水系统；

所述吸收式热泵机组包括依次相连的发生器18、溴化锂溶液泵21、吸收器20、蒸发器24，第二膨胀阀23和冷凝器22；所述发生器18的工质侧出口与吸收器20的工质侧进口之间设置有第一膨胀阀19；

所述负压闪蒸单元一路与一次网循环水系统的回水管道连接，另一路与蒸发器24的水侧连接；所述发生器18一侧与吸收式热泵机组的供热侧连接，所述发生器18另一侧与热网加热器39的循环水侧进口连接；所述热网加热器39的循环水侧出口与一次网循环水系统的供水管道连接；所述热网加热器39的疏水侧出口与燃煤发电机组的低温余热侧连接；所述热网加热器39的疏水侧进口与燃煤发电机组的采暖抽汽侧连接；所述吸收器20与燃煤发电机组的循环水管道连接。

优选的，所述负压闪蒸单元包括脱硫浆液喷淋泵25、负压闪蒸罐26、真空泵27、脱硫浆液退水泵28、闪蒸凝结水泵31和闪蒸凝结水罐34；

所述真空泵27设置在负压闪蒸罐26上，所述脱硫浆液喷淋泵25设置在负压闪蒸罐26的脱硫塔浆液进口管道上，所述脱硫浆液退水泵28设置在负压闪蒸罐26的脱硫塔浆液出口管道上；负压闪蒸罐26一路与一次网循环水系统的回水管道连接，另一路与蒸发器24的水侧进口连接，所述蒸发器24的水侧出口分为两路，一路与一次网循环水系统的回水管道，另一路分为两个支路，一个支路与负压闪蒸罐26连接，另一路与闪蒸凝结水罐34连接。

优选的，所述负压闪蒸罐26的底部循环水管路上设置有第一电动调节阀32；所述闪蒸凝结水罐34的进口管路上设置有第二电动调节阀33。

优选的，所述负压闪蒸罐26的顶部与一次网循环水系统的回水管道之间的管路上设置有第四截止阀37，所述负压闪蒸罐26的顶部进口管路上设置有第一截止阀29。

优选的，所述蒸发器24与负压闪蒸罐26和闪蒸凝结水罐34之间的汇合母管上设置有第二截止阀30和闪蒸蒸汽凝结水泵31。

优选的，所述燃煤发电机组包括依次连接的锅炉1，汽轮机组，凝汽器6，低压加热器组8，除氧器9和高压加热器组11；

所述除氧器9的疏水一侧与冷凝器22连接，除氧器9的疏水另一侧与热网加热器39的疏水侧连接；所述凝汽器6的循环水侧进口与一次网循环水系统的回水管道连接，所述凝汽器6的循环水侧出口与吸收器20的水侧进口连接，吸收器20的水侧出口与冷凝器22连接。

优选的，所述热网加热器39的疏水侧出口与除氧器9之间的连接管路上设置有热网疏水泵15，所述凝汽器6的凝结水出口与低压加热器组8之间的连接管路上设置有凝结水泵7；所述高压加热器组11与除氧器9之间设置有给水泵10。

优选的，所述汽轮机组包括汽轮机高压缸2，汽轮机中压缸3和汽轮机低压缸5；

所述锅炉1的一路汽侧出口与汽轮机高压缸2连接，所述锅炉1的另一路汽侧出口依次与汽轮机中压缸3和汽轮机低压缸5连接，所述汽轮机中压缸3与汽轮机低压缸5的采暖抽汽管道分为两路，一路与发生器18的汽侧进口连接，另一路分与热网加热器39的汽侧进口连接；所述汽轮机低压缸5的排汽出口依次与凝汽器6，低压加热器组8，除氧器9，高压加热器组11和锅炉1的水侧进口连接。

优选的，所述汽轮机中压缸3与汽轮机低压缸5之间的连接管路上设置有蒸汽蝶阀4；采暖抽汽管道上设置有蒸汽逆止阀13；所述采暖抽汽管道与热网加热器39之间的管路上设置有第一蒸汽调节阀14，所述采暖抽汽管道与发生器18之间的管路上设置有第二蒸汽调节阀16；所述汽轮机高压缸2，汽轮机中压缸3和汽轮机低压缸5之间通过传动轴带动发电机12发电。

所述一次网循环水系统的回水管道上设置有第三截止阀36和网循环水泵35，所述一次网循环水系统的回水管道与蒸发器24之间的连接管路上设置有第五截止阀28。

具体的运行过程如下:

基于深度烟气余热利用的高背压机组热电协同优化系统在投入运行时，锅炉给水在锅炉1中受热蒸发、过热变为过热蒸汽，进入汽轮机高压缸2中做功，排汽回到锅炉1中再热后进入汽轮机中压缸3中做功，排汽在中低压联通管分两路，其中一路经蒸汽蝶阀4后进入汽轮机低压缸5中做功，另一路经球阀13和逆止阀14进入热网加热器15中加热热网循环水，汽轮机低压缸5排汽进入凝汽器6中将乏汽余热传递给循环水，凝汽器6出口凝结水经凝结水泵7升压后送入低压加热器组8中加热，然后进入除氧器9中除氧，而后经给水泵10升压后送入高压加热器组11中加热，而后给水回到锅炉1中完成循环，高中低压缸通过中间轴带动发电机12做功发电；采暖抽汽经逆止阀13后分两路，其中一路经第一蒸汽调节阀14进入热网加热器39中凝结放热加热热网循环水，出口热网疏水经热网疏水泵15升压后送入除氧器9中，另一路经第二蒸汽调节阀16进入发生器18内作为驱动蒸汽凝结放热加热溴化锂稀溶液，出口驱动疏水经驱动疏水泵17升压后送入除氧器9中，经过逆止阀13的采暖抽汽量由蒸汽调节阀4进行调节，第一蒸汽调节阀14和第二蒸汽调节阀16用于调节进入热网加热器39和发生器18二者之间的蒸汽量分配；吸收式热泵由发生器18、第一膨胀阀19、吸收器20、溴化锂溶液泵21、冷凝器22、第二膨胀阀23、蒸发器24组成，溴化锂稀溶液在发生器18中被驱动蒸汽加热分解成溴化锂浓溶液和高温高压水蒸气，高温高压水蒸气进入冷凝器22中凝结放热加热热网循环水，溴化锂浓溶液经第一膨胀阀19降压后进入吸收器20与蒸发器24过来的低温低压水蒸气混合放热加热热网循环水，混合后形成的溴化锂稀溶液经溴化锂溶液泵21送回发生器18中，冷凝器22中的凝结水经第二膨胀阀23降压后进入蒸发器24中；负压闪蒸单元由脱硫浆液喷淋泵25、负压闪蒸罐26、真空泵27、脱硫浆液退水泵28、截止阀29、截止阀30、闪蒸凝结水泵31、第一电动调节阀32、第二电动调节阀33、闪蒸凝结水罐34组成，脱硫浆液经脱硫浆液喷淋泵25喷淋至负压闪蒸罐26内，真空泵27用于维持罐内负压真空，闪蒸降温后落下的脱硫浆液经脱硫浆液退水泵28送回脱硫塔，形成的闪蒸蒸汽经截止阀29进入蒸发器24中凝结放热被提取余热，出口凝结水经第二截止阀30和闪蒸凝结水泵31升压后分别送入闪蒸凝结水罐34和负压闪蒸罐26内，球阀29和第二截止阀30用于控制负压闪蒸单元投运或切除，第一电动调节阀32和第二电动调节阀33用于控制回到负压闪蒸罐26和闪蒸凝结水罐34之间的凝结水量分配；热网循环水回水若不超温，则打开第一截止阀29、第二截止阀30、第三截止阀36、关闭第四截止阀37和第五截止阀38，则经热网循环水泵35升压后经第三截止阀36进入凝汽器6中回收乏汽余热，然后依次经过吸收器20和冷凝器22被热泵内部工质加热，然后进入热网加热器39中被采暖抽汽加热，而后送至一次网对外供热，若热网循环水回水超温，则打开第四截止阀37、第五截止阀38，关闭第一截止阀29、第二截止阀30、第三截止阀36，热网循环水回水先进入蒸发器24内被热泵提热降温，然后在进入凝汽器6中回收乏汽余热，而后进入热泵中被加热，最后经热网加热器39加热后对外供出。

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、系统、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。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。