一种基于锅炉过热蒸汽分流的热电解耦系统及方法

技术领域

本发明属于锅炉领域，尤其涉及一种基于锅炉过热蒸汽分流的热电解耦系统及方法。

背景技术

“双碳”背景下燃煤发电占比处于下降趋势，火电机组的灵活调峰逐渐常态化，同时热电机组在供暖期还需承担供汽供暖的任务。因此，现阶段火电厂还需要进行热电解耦，以满足深度调峰的要求。热电解耦可以扩大机组出力调节的幅度，减小热电联产过程中发电量与发热量的配比。

现有技术中实现热电解耦的技术主要包括低压缸切除技术、旁路蒸汽供热技术、电锅炉技术和电池储能技术。其中，低压缸切除技术将中压缸排汽全部通过抽汽管道引出，仅保留少量的冷却蒸汽进入低压缸使得低压缸不做功，该方案虽然可以大幅度降低机组的供电负荷，但由于中高压缸运行负荷高，机组总体负荷40％左右，无法进行更深度的热电解耦；电锅炉技术利用机组的电能产生热能，存在效率低等问题；旁路蒸汽供热技术利用机组启动期间的蒸汽旁路系统，通过将过热蒸汽减温减压后对外供热，该方案会导致蒸汽品质降低，且旁路系统是针对低负荷下设计的，可引出蒸汽的流量较小，热电解耦程度不足；电池储能技术成本较高，存在安全隐患。因此，优化热电解耦技术实现机组更深度的调峰能力具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于锅炉过热蒸汽分流的热电解耦系统及方法，在保证机组能量利用效率和蒸汽品质的前提下，实现机组15％以下的深调能力。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于锅炉过热蒸汽分流的热电解耦系统，包括依次连接的水冷壁、一级过热器、二级过热器和三级过热器，所述一级过热器的出口与所述二级过热器的入口之间设置一级喷水减温装置，所述二级过热器的出口与所述三级过热器的入口之间设置二级喷水减温装置，所述水冷壁与所述三级过热器之间的连接管路上设置一个以上用于分流蒸汽的分流点。

进一步地，所述水冷壁与所述三级过热器之间的连接管路上设置一个分流点，分流点位于所述水冷壁的出口处、一级过热器的出口处或二级过热器的出口处。

进一步地，所述水冷壁与所述三级过热器之间的连接管路上设置两个分流点，两个分流点分别位于所述水冷壁的出口处和所述一级过热器的出口处、所述水冷壁的出口处和所述二级过热器的出口处或者所述一级过热器的出口处和所述二级过热器的出口处。

进一步地，所述水冷壁与所述三级过热器之间的连接管路上设置三个分流点，三个分流点分别位于所述水冷壁的出口处、一级过热器的出口处和二级过热器的出口处。

进一步地，与分流点连接的分流管路上设置流量调节阀。

进一步地，与分流点连接的分流管路上设置泄压阀，根据用户的需求通过泄压阀调整分流出的蒸汽的压力。

利用上述的基于锅炉过热蒸汽分流的热电解耦系统进行热电解耦的方法为，热电解耦期间，当分流点的数量为一个时，从该分流点进行蒸汽分流，当分流点的数量为两个以上时，从多个分流点中选择一个分流点进行蒸汽分流。

进一步地，蒸汽分流后，在所选择的分流点前的喷水减温装置正常运行，在所选择的分流点后的喷水减温装置增加喷水量运行。

蒸汽在过热器内吸收的热量是一定的，若是过热器的进口蒸汽量变低，那么出口蒸汽的温度就会高于原设计值，由于锅炉制造的材料都是根据各处的温度、压力选取的合适的材料，因此一旦发生超温，材料就会发生损坏，从而锅炉无法正常运行，因此抽取蒸汽后，在进入过热器前需要进行喷水减温，使得过热器的出口温度始终在安全值以内。另外，由于抽取蒸汽的位置不同会导致剩余蒸汽经过过热器加热后的蒸汽温度不同，为了保证其温度始终在安全范围内，需要分别控制分流点后的喷水减温装置的喷水量，喷水量的具体值根据蒸汽的抽取量以及吸收热量恒定的特性来确定。

非调峰期间，喷水减温装置处于正常运行状态，喷入定量的水，保证锅炉的安全运行，相关参数根据锅炉设计过程确定；调峰期间即热电解耦期间，需要根据设计的蒸汽抽取量加大喷水减温装置的喷水量，保证喷水减温装置后续的各级受热面安全运行，不出现超温等安全隐患。

进一步地，热电解耦期间，在分流点处分流的蒸汽流量占分流前蒸汽流量的百分比不超过50％。

有益效果：

本发明提供了一种基于锅炉过热蒸汽分流的热电解耦系统，包括依次连接的水冷壁、一级过热器、二级过热器和三级过热器，所述一级过热器的出口与所述二级过热器的入口之间设置一级喷水减温装置，所述二级过热器的出口与所述三级过热器的入口之间设置二级喷水减温装置，所述水冷壁与所述三级过热器之间的连接管路上设置一个以上用于分流蒸汽的分流点。通过蒸汽分流降低进入汽轮机的蒸汽量，减少发电量，实现火电机组的热电解耦功能；将蒸汽的热能直接利用，避免了能量形式之间的转化，例如电能-热能转化，从而保证了机组的能量利用效率；该技术方案对于锅炉部分的供热负荷没有影响，在此前提下可减少输出负荷，具体最低输出负荷根据汽轮机的最低输出负荷而定，一般情况下汽轮机的最低输出负荷为15％左右，因此机组在保证大规模供热负荷的前提下最低输出负荷可降至15％以下，而且可根据用户的实际抽汽用热需求选择合适的分流点，降低分流管道、阀门等设备材料的等级，从而大幅降低系统投资成本。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为一种基于锅炉过热蒸汽分流的热电解耦系统；

附图标记：

1、水冷壁；2、一级过热器；3、二级过热器；4、三级过热器；5、一级喷水减温装置；6、二级喷水减温装置；7、流量调节阀；8、第一分流点；9、第二分流点；10、第三分流点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，在一个较佳的实施例中，本实施例以某660MW超超临界发电机组的各项设计参数为边界条件，提供一种基于锅炉过热蒸汽分流的热电解耦系统，包括水冷壁1、一级过热器2、二级过热器3、三级过热器4、一级喷水减温装置5、二级喷水减温装置6和三个分流点，三个分流点分别为第一分流点8、第二分流点9和第三分流点10，第一分流点8、第二分流点9和第三分流点10分别位于水冷壁1的出口处、一级过热器2的出口处和二级过热器3的出口处，与第一分流点8、第二分流点9和第三分流点10连接的分流管路上分别设置流量调节阀7。

一级喷水减温装置5分别与一级过热器2的出口和二级过热器3的入口连接，二级喷水减温装置6分别与二级过热器3的出口和三级过热器4的入口连接。

锅炉给水经过水冷壁1后变成蒸汽，随后经过一级过热器2、二级过热器3和三级过热器4变成锅炉出口过热蒸汽。

利用上述基于锅炉过热蒸汽分流的热电解耦系统进行热电解耦的方法如下：

锅炉以最低的30％负荷运行，汽轮机以可行的最低负荷约15％运行，水冷壁1出口蒸汽的质量流量、温度和压力分别为565t/h、392℃、10.29Mpa，从第一分流点8处抽取280t/h的蒸汽，通过泄压阀泄压后可向用户提供3Mpa、320℃、280t/h的过热蒸汽；一级喷水减温装置5需增大喷水量至55t/h，二级喷水减温装置6需增大喷水量至20t/h，以保证系统安全运行。

本实施例中提供的基于锅炉过热蒸汽分流的热电解耦系统与实施例一相同，区别在于：

热电解耦期间，锅炉以最低的30％负荷运行，汽轮机以可行的最低负荷约15％运行，一级过热器2出口蒸汽的质量流量、温度和压力分别为565t/h、420℃、10.29Mpa，从第二分流点9处抽取280t/h的蒸汽，通过换热器换热后可向用户提供3Mpa、360℃、280t/h的过热蒸汽；一级喷水减温装置5需增大喷水量至40t/h，二级喷水减温装置6需增大喷水量至20t/h，以保证系统安全运行。

本实施例中提供的基于锅炉过热蒸汽分流的热电解耦系统与实施例一相同，区别在于：

热电解耦期间，锅炉以最低的30％负荷运行，汽轮机以可行的最低负荷约15％运行，二级过热器3出口蒸汽的质量流量、温度和压力分别为565t/h、566℃、10.29Mpa，从第三分流点10处抽取280t/h的蒸汽，通过换热器换热后可向用户提供3Mpa、520℃、280t/h的过热蒸汽；一级喷水减温装置5正常运行，二级喷水减温装置6需增大喷水量至20t/h，以保证系统安全运行。

因此，本发明可实现火电机组的热电解耦功能，机组在保证大规模供热负荷的前提下最低输出负荷可降至15％以下，可根据用户的实际抽汽用热需求选择合适的分流点，降低分流管道、阀门等设备材料的等级，从而大幅降低系统投资成本。

最后应说明的是：本发明不限于上述实施例，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关技术领域，均同理包括在本发明专利的保护范围内。