一种煤基多联产灵活变负荷系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及发电系统技术领域，具体涉及一种煤基多联产灵活变负荷系统及其运行方法。

背景技术

能源紧缺、气候变化以及环境污染等问题日益严峻，对电力系统的发展提出了新的挑战，我国也将加快构建以新能源为主体的新型电力系统。但是，燃煤发电在保障电网安全运行、满足社会基本用能需求和促进新能源消纳等方面将持续发挥着重要作用。新型电力系统构建对传统火电机组提出了新的技术需求：不断提高能源利用效率以降低碳排放量；不断提高运行灵活性以支撑电网对新能源的消纳。

多能联供是实现能量梯级利用，提高燃煤机组效率的有效途径，但现有技术中的多联产机组的变负荷能力受锅炉－汽轮机能流耦合限制、多输出能流耦合限制，运行灵活性不足，导致发电系统的电负荷可调节范围会随着热负荷的增加而降低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的多联产系统运行灵活性不足，从而提供一种煤基多联产灵活变负荷系统及其运行方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种煤基多联产灵活变负荷系统，包括：

发电子系统，其包括循环连通的蒸汽发生器、汽轮机组、凝汽器和回热组件，回热组件的流体出口与蒸汽发生器的流体入口连通，汽轮机组与回热组件之间连通有抽汽管路；

换热子系统，其包括循环连通的压缩机、供热换热器、透平机和供冷换热器，供冷换热器的出口与压缩机的入口端连通；

蓄热组件，其第一流道连通在汽轮机组与回热组件之间，其第二流道连通在压缩机与供热换热器之间，蓄热组件内安装有蓄热件以存储热量。

换热子系统内还包括辅助回热器，辅助回热器的第一流道连通在供热换热器与透平机之间，辅助回热器的第二流道连通在供冷换热器与压缩机之间。

换热子系统还包括辅助换热器，辅助换热器的第一流道连通在供冷换热器与压缩机之间，辅助换热器的第二流道与凝汽器的冷却水流道连通。

可选地，凝汽器的冷却水流道的入口侧管路上连通有冷却水补入支路，凝汽器的冷却水流道的出口侧管路上连通有冷却水输出支路。

可选地，汽轮机组上同轴安装有发电设备。

可选地，发电设备与压缩机之间电连接。

可选地，供热换热器与热网连接。

可选地，供冷换热器与供冷设备连接。

本发明还提供一种多联产系统的运行方法，应用于本发明所述的煤基多联产灵活变负荷系统，包括以下步骤：

根据供冷换热器的冷负荷需求，确定换热子系统的运行功率；

判断换热子系统的制热功率是否大于供热换热器的热负荷需求，若大于，则控制蓄热组件进行蓄热；若小于，则控制蓄热组件向供热换热器放热；若只有热负荷需调整，则直接进行该步骤；

判断发电子系统的运行负荷是否大于需求负荷，若大于，则增加汽轮机组通向蓄热组件的抽汽量；若小于，则控制蓄热组件向回热组件放热；若只有电负荷需调整，则直接进行该步骤。

可选地，控制蓄热组件进行蓄热步骤包括：增加从压缩机向蓄热组件的通入的换热介质的流量，减少从压缩机向供热换热器的通入的换热介质的流量，以使蓄热组件的蓄热速率增加，同时使供热换热器输出蒸汽的速率和热能保持恒定。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的煤基多联产灵活变负荷系统，包括：发电子系统，其包括循环连通的蒸汽发生器、汽轮机组、凝汽器和回热组件，回热组件的流体出口与蒸汽发生器的流体入口连通，汽轮机组与回热组件之间连通有抽汽管路；换热子系统，其包括循环连通的压缩机、供热换热器、透平机和供冷换热器，供冷换热器的出口与压缩机的入口端连通；蓄热组件，其第一流道连通在汽轮机组与回热组件之间，其第二流道连通在压缩机与供热换热器之间，蓄热组件内安装有蓄热件以存储热量。

通过在蒸汽发电子系统上耦合换热子系统，供热换热器和供冷换热器对系统外的用户端供热和供冷，可满足外界用户端多种能量形式需求，还可大大提高一次能源利用率。

系统运行时，以冷负荷为基准确定换热子系统运行功率，联动蓄热组件对机组的热负荷进行调控。具体地，当外界冷负荷需求改变时，以供冷换热器的负荷为基准改变换热子系统的运行功率，以满足外界冷量需求；此时换热子系统相应的制热功率改变，判断制热功率与供热换热器的热负荷需求，通过蓄热组件吸放热调控输出热负荷与外界需求平衡。若只有热负荷需求改变，可只采用蓄热组件调控。调节电负荷时，无论是换热子系统功率改变引起的发电子系统输出功率变化，亦或是外界需求电负荷变化，在发电子系统需要升负荷调峰时，通过蓄热组件向回热组件放热以代替抽汽，减少汽轮机抽汽量，实现发电系统快速升负荷；在发电子系统需要进行降负荷调峰时，增加汽轮机组的抽汽量，将多余抽气输送至蓄热组件内将热量进行储存，可实现快速降负荷。

煤基多联产灵活变负荷系统实现了多负荷变化时的多策略调控，能够同时满足发电系统的调峰需求以及供冷用户或供热用户的用冷用热需求，提高了系统运行的灵活性，减小冷、热负荷限制，能够大大提供发电系统升负荷调峰和降负荷调峰的调峰速率和范围。

2.本发明提供的煤基多联产灵活变负荷系统，换热子系统内还包括辅助回热器，辅助回热器的第一流道连通在供热换热器与透平机之间，辅助回热器的第二流道连通在供冷换热器与压缩机之间。通过在换热子系统内设置辅助回热器，利用辅助回热器将供热换热器出口端的管路以及供冷换热器出口端的管路配合换热，充分利用供热换热器出口的低温热量，提高换热子系统效率。

3.本发明提供的煤基多联产灵活变负荷系统，换热子系统还包括辅助换热器，辅助换热器的第一流道连通在供冷换热器与压缩机之间，辅助换热器的第二流道与凝汽器的冷却水流道连通。通过设置辅助换热器与发电子系统内的凝汽器配合，对发电子系统冷端余热进行深度回收，提升系统整体的运行效率。

4.本发明提供的煤基多联产灵活变负荷系统，凝汽器的冷却水流道的入口侧管路上连通有冷却水补入支路，凝汽器的冷却水流道的出口侧管路上连通有冷却水输出支路。通过设置冷却水补入支路和冷却水输出支路，当辅助换热器提供的冷能不足时，通过冷却水补入支路从系统外通入冷却水，将升温后的冷却水从冷却水输出支路排出，以维持凝汽器的正常运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施方式中提供的煤基多联产灵活变负荷系统的示意图。

附图标记说明：1、蒸汽发生器；2、汽轮机组；3、回热组件；4、凝汽器；5、发电机；6、压缩机；7、蓄热组件；8、辅助回热器；9、供热换热器；10、透平机；11、供冷换热器；12、热网；13、供冷设备；14、辅助换热器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

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。此外，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示为本实施例提供的一种煤基多联产灵活变负荷系统，包括发电子系统、换热子系统和作为蓄热组件7的蓄热填充床。

发电子系统包括循环连通的作为蒸汽发生器1的燃煤锅炉、汽轮机组2、凝汽器4和回热组件3，回热组件3的流体出口与蒸汽发生器1的流体入口连通，汽轮机组2与回热组件3之间连通有抽汽管路。蒸汽发生器1还可以为天然气、煤气等其他化石能源燃烧生热的加热设备。

换热子系统包括循环连通的压缩机6、供热换热器9、透平机10和供冷换热器11，供冷换热器11的出口与压缩机6的入口端连通。换热子系统内还包括辅助回热器8和辅助换热器14，辅助回热器8的第一流道连通在供热换热器9与透平机10之间，辅助回热器8的第二流道连通在供冷换热器11与压缩机6之间。辅助换热器14的第一流道连通在供冷换热器11与压缩机6之间，辅助换热器14的第二流道与凝汽器4的冷却水流道连通。凝汽器4的冷却水流道的入口侧管路上连通有冷却水补入支路，凝汽器4的冷却水流道的出口侧管路上连通有冷却水输出支路。

蓄热组件7的第一流道连通在汽轮机组2与回热组件3之间，蓄热组件7的第二流道连通在压缩机6与供热换热器9之间，蓄热组件7内安装有蓄热件以存储热量。

汽轮机组2上同轴安装有作为发电设备的发电机5。发电设备与压缩机6之间电连接，以驱动压缩机6运转，发电设备发出的多余的电量输送到电网。供热换热器9与热网12连接，用于为热网12供热。供冷换热器11上连接中央空调等供冷设备13，用于为用户端供冷。

蓄热器组件的储热端分别与压缩机6出口和汽轮机组2抽汽管路相连，蓄热组件7的释热端分别与回热组件3和供热换热器9热端相连。本实施例中换热子系统的循环工质采用二氧化碳，压缩机6入口压力为1.5MPa－3.5MPa，出口压力为17MPa－20MPa。换热子系统中的循环介质还可以为压缩空气等流体。

通过在蒸汽发电子系统上耦合换热子系统，供热换热器9和供冷换热器11对系统外的用户端供热和供冷。在多联产系统运行时，以冷负荷为基准确定制冷循环功率，联动系统的热负荷，配合蓄热组件7对机组的电负荷进行调峰。

多联产系统调节冷负荷时，通过增加或减少换热子系统的二氧化碳循环工质流量实现，此时换热子系统联动着热负荷；热负荷调节时，若减小热负荷，增加从压缩机6向蓄热组件7通入的换热介质的流量，减少从压缩机6向供热换热器9的通入的换热介质的流量；若增加热负荷，释放蓄热组件7的存储热量，通向供热换热器9。发电系统调节电负荷时，通过增加汽轮机组2抽汽量再以蓄热组件7存储多余抽汽热量，或释放蓄热组件7热量以代替抽汽，实现快速升降负荷。煤基多联产灵活变负荷系统实现了多联产系统多负荷调控时的多策略调控，能够同时满足发电系统的调峰需求以及供冷用户或供热用户的用冷用热需求，提高了系统运行的灵活性，不会受系统的冷、热负荷限制，能够大大提供发电系统升负荷调峰和降负荷调峰的调峰范围。

实施例2

本发明还提供一种煤基多联产灵活变负荷系统运行方法，应用于实施例1所述的煤基多联产灵活变负荷系统，包括以下步骤：

首先根据供外界的冷负荷需求，确定换热子系统的运行功率，即判断换热子系统的制冷功率是否大于外界冷负荷需求，若大于，则减小换热子系统循环工质流量；若小于，增加换热子系统循环工质流量。

然后，判断换热子系统内供热换热器9的功率是否大于外界热负荷需求，若大于，则控制蓄热组件7进行蓄热；若小于，则控制蓄热组件7向供热换热器9放热。

进一步判断发电子系统的运行负荷是否大于需求负荷，若大于，则需要降负荷，增加汽轮机组2通向蓄热组件7的抽汽量；若小于，则需要升负荷，控制蓄热组件7向回热组件3放热，释放蓄热组件7热量，代替部分汽轮机组2抽汽，减少汽轮机组2的抽汽量以提高汽轮机组2的升负荷速率。

控制蓄热组件7进行蓄热步骤包括：增加从压缩机6向蓄热组件7的通入的换热介质的流量，减少从压缩机6向供热换热器9的通入的换热介质的流量，以使蓄热组件7的蓄热速率增加，同时使供热换热器9输出蒸汽的速率和热能保持恒定。

本实施例提供的煤基多联产灵活变负荷系统运行方法通过实施例1提供的煤基多联产灵活变负荷系统，实现了对用户端冷能、热能、电能需求的满足，通过发电子系统与换热子系统进行耦合，并利用蓄热组件7调峰，能够对系统内的能量重复利用，能够大大提高一次能源的利用率。本实施例提供的负荷调控策略，能够通过改变压缩机6运行功率或改变透平机10运行功率或改变蓄热组件7从汽轮机组2的抽汽量等多种形式，联动调控，可实现多能流输出解耦，提升燃煤发电机5组变负荷速率，提高煤基多联产机组灵活性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。