一种耦合背压机和吸收式热泵的直接空冷热电联产系统及运行方法

技术领域

本发明属于燃煤机组节能降耗技术领域，具体涉及一种耦合背压机和吸收式热泵的直接空冷热电联产系统及运行方法。

背景技术

燃煤发电是能源结构的的基石，发展绿色火电，开展高效清洁发电是火电行业的发展目标，开展工业供汽和居民采暖有利于改善生态环境，有利于建设环境友好型社会，对居民生活环境的提升有重要意义。

目前热电联产机组多采用抽凝式汽轮机、背压式汽轮机或者使凝器式汽轮机在供热工况下提高背压运行，随着新能源装机容量的增加，火电机组还承担着调峰任务。但是深调期间机组的供热、供汽能力将受到限制，机组的电负荷、热负荷相互限制，运行灵活性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种耦合背压机和吸收式热泵的直接空冷热电联产系统及运行方法，以解决现有技术中火电机组调峰过程中运行灵活性差的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种耦合背压机和吸收式热泵的直接空冷热电联产系统，包括锅炉、吸收式热泵、排汽加热器、尖峰加热器和直接空冷系统；

锅炉的蒸汽输出管路分为两个支路，一个连接至第一背压机，一个连接至中压汽轮机；第一背压机的蒸汽输出管路和吸收式热泵的驱动热源入口连通；

中压汽轮机的蒸汽输出管路分为两个支路，一个支路连接至低压汽轮机，一个支路连接有第六控制阀；

第六控制阀的出口分为两个支路，一个和尖峰加热器的热侧入口连通，一个连接有第二背压机，第二背压机的蒸汽出口和排汽加热器的热侧入口连通；

低压汽轮机的蒸汽出口同时和吸收式热泵的冷源入口以及直接空冷系统连通；

吸收式热泵的被加热工质入口和热网回水连通，吸收式热泵热网回水的出口和排汽加热器的冷侧入口连通，排汽加热器的冷侧入口同时和热网回水连通，排汽加热器的冷侧出口和尖峰加热器的冷侧入口连通，尖峰加热器的冷侧出口和热网供水连通；

锅炉和第一背压机的连通管路上、第一背压机和吸收式热泵的连通管路上、第六控制阀和尖峰加热器的连通管路上、第六控制阀和第二背压机的连通管路上、低压汽轮机的蒸汽出口和吸收热式热泵的连通管路上，热网回水和吸收式热泵的连通管路上，以及热网回水和排汽加热器的连通管路上均设置有阀门。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述锅炉的蒸汽输出管路为再热段-的管路。

优选的，第一背压机的动力输出端和第二背压机的动力输出端各自连接有发电机。

优选的，所述直接空冷系统包括空冷散热器-和空冷风机-，空冷风机-设置在空冷散热器-的一侧。

优选的，吸收式热泵的驱动热源出口连接至除氧器，吸收式热泵的冷源出口连接至凝结水系统。

优选的，排汽加热器的热侧出口连接至凝结水系统。

优选的，尖峰加热器的热侧出口连接至除氧器。

优选的，吸收式热泵的工质为溴化锂。

一种耦合背压机和吸收式热泵的直接空冷热电联产系统的运行方法，分为以下三种运行方法：

运行方式一，仅有工业供汽需求时，第一背压机和吸收式热泵的连通管路上、第六控制阀和尖峰加热器的连通管路上、第六控制阀和第二背压机的连通管路上、低压汽轮机的蒸汽出口和吸收热式热泵的连通管路上，热网回水和吸收式热泵的连通管路上，以及热网回水和排汽加热器的连通管路上的阀门均关闭，锅炉和第一背压机的连通管路上阀门的开度控制抽气量，第一背压机工作发电；吸收式热泵、排汽加热器和尖峰加热器不工作；

运行方式二，仅有采暖供热需求时，第六控制阀、第六控制阀和第二背压机的连通管路上的阀门，以及热网回水和排汽加热器的连通管路上的阀门均打开，其余阀门关闭；

第六控制阀和尖峰加热器的连通管路上的阀门根据供热需求开启或关闭；

运行方式三，同时有工业供汽个采暖供热需求时，锅炉和第一背压机的连通管路上的阀门、第一背压机和吸收式热泵的连通管路上的阀门、第六控制阀和第二背压机的连通管路上的阀门、低压汽轮机的蒸汽出口和吸收热式热泵的连通管路上的阀门，以及热网回水和排汽加热器的连通管路上的阀门均打开；热网回水和吸收式热泵的连通管路上的阀门关闭；

第六控制阀和尖峰加热器的连通管路上的阀门根据需求打开。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种耦合背压机和吸收式热泵的直接空冷热电联产系统，该系统耦合了背压机和吸收式热泵，第一段抽汽先经过第一背压机做功再用于工业供汽，第二段抽汽先经过第二背压机做功在用于采暖供热，通过设置两个背压机、吸收式热泵、排汽加热器和尖峰加热器，使得能够适用于多种调峰情况；符合能量梯级利用的原则，能级匹配，可以利用较低品质的蒸汽满足工业供汽或采暖供热的需求，通过吸收式热泵合理利用低压汽轮机排汽余热，降低空冷风机耗功的同时，提高机组的能源利用率。通过多个控制阀的调整策略，可以使机组在仅工业供汽、仅采暖供热以及同时进行工业供汽和采暖供热的三种模式下运行。

进一步的，通过热网回水加热流程的配置优化，能够根据热网回水需要加热的程度，合理利用低压汽轮机排汽余热和第二背压机排汽余热，符合温度匹配，能级匹配，利用较低温度的热量满足供热需求，降低空冷风机耗功的同时，提高机组的能源利用率；

进一步的，调节第六控制阀和第七控制阀开度，可以调节尖峰加热器热负荷，满足热网不同热负荷需求。

本发明还公开了一种耦合背压机和吸收式热泵的直接空冷热电联产系统运行方法，该方法根据整个系统对供电或供热的需求，调整背压机的工作数量以及加热器的工作数量，使得整个系统有多种运行模式。

附图说明

图1为一种耦合背压机和吸收式热泵的直接空冷热电联产系统；

其中：图中：1为锅炉、1-1为过热段、1-2为再热段、2为高压汽轮机、3为中压汽轮机、4为低压汽轮机、5为主汽轮机发电机、6为吸收式热泵、7为排汽加热器、8为尖峰加热器、9为第一背压机、10为第一发电机、11为第二背压机、12为第二发电机、13为直接空冷系统、13-1为空冷散热器、13-2为空冷风机、14为第一控制阀、15为第二控制阀、16为第三控制阀、17为第四控制阀、18为第五控制阀、19为第六控制阀、20为第七控制阀、21为第八控制阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

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。

参见图1，本发明公开了一种耦合背压机和吸收式热泵的直接空冷热电联产系统及运行方法，包括依次相连通的吸收式热泵6、排汽加热器7和尖峰加热器8。

也包括依次相连通的锅炉1过热段1-1、高压汽轮机2、锅炉1再热段1-2、中压汽轮机3、低压汽轮机4和直接空冷系统13，其中，直接空冷系统13包含空冷散热器13-1、空冷风机13-2。具体的，锅炉1过热段1-1入口为锅炉给水，高压汽轮机2入口与锅炉1过热段1-1出口相连通，高压汽轮机2出口与锅炉1再热段1-2入口相连通；锅炉1再热段1-2出口同时与中压汽轮机3入口以及第三控制阀16入口相连通，锅炉1再热段1-2输出的蒸汽流入至中压汽轮机3中，当第三控制阀16打开时，锅炉1再热段1-2输出的蒸汽流入至第一背压机9中；中压汽轮机3出口分为两个分支，一个分支和第六控制阀19入口连接，另一个分支和低压汽轮机4入口相连通；低压汽轮机4出口分为两个分支，一个连接至直接空冷系统13，一个连接至吸收式热泵6，低压汽轮机4连接至吸收式热泵6的管路上设置有第五控制阀18。

还包括主汽轮机发电机5、第一背压机9、第一发电机10、第二背压机11、第二发电机12、第一控制阀14、第二控制阀15、第三控制阀16、第四控制阀17、第五控制阀18、第六控制阀19、第七控制阀20、第八控制阀21。

具体的，第一背压机9入口与第三控制阀16出口相连通，第一背压机9出口与第四控制阀17入口和工业供汽管道相连通；第二背压机11入口与第八控制阀21出口相连通，第八控制阀21入口与第六控制阀19出口和第七控制阀20入口相连通，第二背压机11出口与排汽加热器7热侧工质入口相连通，第二背压机11排汽在排汽加热器7热侧完成放热后，汇入凝结水系统。

进一步的，第六控制阀19后分为两个分支，一个和尖峰加热器8的热侧入口连接，一个和第二背压机11的入口连接；第六控制阀19和尖峰加热器8的热侧连接管路上设置有第七控制阀20，第六控制阀19和第二背压机11的连接管路上设置有第八控制阀21。

吸收式热泵6工质为溴化锂，吸收式热泵6驱动热源入口与第四控制阀17出口相连通，吸收式热泵6驱动热源出口与除氧器相连通；吸收式热泵6冷源入口与第五控制阀18出口相连通，吸收式热泵6冷源出口汇入凝结水系统；吸收式热泵6被加热工质入口与第二控制阀15出口相连通，吸收式热泵6被加热工质出口与排汽加热器7冷侧工质入口和第一控制阀14出口相连通，第二控制阀15入口与热网回水和第一控制阀14入口相连通；即热网回水在进口处分为两个支路，一个支路和吸收式热泵6的被加热工质入口连通，一个支路和吸收式热泵6的被加热工质出口汇合后，共同和排汽加热器7的冷源入口连通。

排汽加热器7的冷侧入口同时和吸收式热泵6的冷侧出口以及热网回水出口连通，排汽加热7的冷侧出口和尖峰加热器8的冷侧工质入口连接，排汽加热器的热侧工质入口和第二背压机11的出口连接。

尖峰加热器8热侧工质入口与第七控制阀20出口相连通，尖峰加热器5热侧工质出口与除氧器相连通，尖峰加热器8冷侧工质入口与排汽加热器7冷侧工质出口相连通，尖峰加热器8冷侧工质出口与热网供水相连通。

高压汽轮机2、中压汽轮机3和低压汽轮机4带动主汽轮机发电机5转动，产生电能。第一背压机9带动第一发电机10转动，产生电能；第二背压机11带动第二发电机12转动，产生电能。

第一背压机9的排汽用于工业供汽以及作为热源驱动吸收式热泵6；低压汽轮机4排汽一部分进入吸收式热泵作为冷源，另一部分进入直接空冷系统13。

第二背压机11排汽在排汽加热器7中加热热网回水。

热网回水经过吸收式热泵6、排汽加热器7和尖峰加热器8被依次加热，满足采暖供热需求；该系统可单独满足工业供汽需求、单独满足采暖供热需求以及同时满足工业供汽和采暖供热需求。

本发明针对的机组为双抽凝汽式机组，具体的工作过程为：

第一段抽汽在锅炉1再热段1-2再热蒸汽出口，第一段抽汽先经过第一背压机9做功，然后再用于工业供汽或者驱动吸收式热泵，符合能量梯级利用原则，在满足工业供汽需求的同时，合理利用一段抽汽在第一背压机9做功，带动第二发电机12转动，产生电能。

第二段抽汽在中压汽轮机3和低压汽轮机4之间的中低压缸连通管道上，第二段抽汽可以在第二背压机11做功后进入排汽加热器7用于加热热网回水，也可以进入尖峰加热器8直接用于加热热网回水。

低压汽轮机4排汽进入直接空冷系统13，在空冷散热器13-14管内流动，空冷散热器13-1管外为空气，空冷风机13-2转动使得空气向上流动经过空冷散热器13-1管外，空冷散热器13-1完成强制对流换热，使得低压汽轮机4排汽冷凝为凝结水。

仅有工业供汽需求时，关闭第一控制阀14、第二控制阀15、第四控制阀17、第五控制阀18、第六控制阀19、第七控制阀20和第八控制阀21，通过第三控制阀16控制第一段抽汽的流量，用以满足工业供汽需求。

仅有采暖供热需求时，打开第一控制阀14、第六控制阀19、第八控制阀21，关闭第二控制阀15、第三控制阀16、第四控制阀17、第五控制阀18，第七控制阀20是否打开以及开度由采暖供热负荷需求确定，若排汽加热器7输出热负荷可以满足采暖供热需求，则关闭第七控制阀20，热网回水仅经过排汽加热器7被加热，若排汽加热器7热负荷无法满足采暖供热需求，可以打开第七控制阀20，热网回水同时经过排汽加热器7和尖峰加热器8加热；通过调整第六控制阀19和第七控制阀20，控制进入尖峰加热器的第二段抽汽的流量，用以满足采暖供热需求。

同时有工业供汽个采暖供热需求时，打开第二控制阀15、第三控制阀16、第四控制阀17、第五控制阀18、第六控制阀19、第八控制阀21，关闭第一控制阀14，第七控制阀20是否打开以及开度由采暖供热负荷需求确定，

通过第三控制阀16控制第一段抽汽的流量，用以满足工业供汽需求，通过第四控制阀17控制进入吸收式热泵6热源的流量，通过第五控制阀18控制进入吸收式热泵6冷源的低压汽轮机4排汽流量，通过第二控制阀15控制进入吸收式热泵6的被加热工质流量，以满足吸收式热泵6稳定运行，吸收式热泵6利用部分低压汽轮机4排汽热量，使得进入直接空冷系统13排汽减少，减少空冷风机13-2耗功，降低厂用电率。

若吸收式热泵6和排汽加热器7可以满足外界采暖供热需求，则关闭第七控制阀20热网回水经过吸收式热泵6和排汽加热器7加热后满足采暖供热需求，若吸收式热泵6和排汽加热器7不能满足外界采暖供热需求，则打开第七控制阀20，通过调整第六控制阀19和第七控制阀20，控制进入尖峰加热器的第二段抽汽的流量，热网回水经过吸收式热泵6、排汽加热器7和尖峰加热器8加热后满足采暖供热需求。

第一段抽汽先经过第一背压机9做功再用于工业供汽，第二段抽汽先经过第二背压机12做功在用于采暖供热，符合能量梯级利用的原则，能级匹配，可以利用较低品质的蒸汽满足工业供汽或采暖供热的需求，吸收式热泵6可以合理利用低压汽轮机4排汽余热，提高机组的能源利用率。

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。