热电联产能量梯级利用联合供热系统

技术领域

本发明属于热电联产设备技术领域，具体涉及一种热电联产能量梯级利用联合供热系统。

背景技术

在当前碳达峰碳中和的双碳指标要求下，风、光等可再生能源占比越发显著，然而风、光等可再生能源具有间歇性、波动性等特点，给电网带来了新的挑战，热电联产火电机组需要频繁参与调峰，与此同时，还需要满足工业供汽的和采暖季的居民采暖供热的需求，统筹考虑工业供汽和居民采暖供汽的经济性和可靠性。相关技术中，热电联产机组热经济性差且煤耗较高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种热电联产能量梯级利用联合供热系统，能够提供工业供汽和居民采暖供汽，提高联合供汽的经济收益，降低煤耗。

本发明实施例的热电联产能量梯级利用联合供热系统，包括：

热电联产机组，所述热电联产机组具有锅炉、高压缸、中压缸和低压缸，所述锅炉的主蒸汽出汽端与所述高压缸的进汽端连接，所述高压缸的出汽端与所述锅炉的冷再蒸汽进汽端连接，所述锅炉的热再蒸汽出汽端与所述中压缸的进汽端连接，所述中压缸的出汽端与所述低压缸的进汽端设置有第一管路，所述第一管路上设置有第一阀体，所述第一阀体用于控制所述第一管路导通或断开；

第二管路，所述第二管路连接在所述中压缸的出汽端与所述低压缸的进汽端之间，所述第二管路上设有第二阀体，所述第二阀体用于调节所述第二管路中的蒸汽流量以对所述低压缸的通流部分冷却；

第三管路，所述第三管路的抽汽端与所述中压缸的出汽端连接，所述第三管路上设有第三阀体，所述第三阀体用于控制所述第三管路的导通或断开，所述第三管路中的蒸汽用于对采暖热网系统中的回水进行加热；

第四管路，所述第四管路的抽汽端与所述高压缸的出汽端连接，所述第四管路用于工业供汽。

本发明实施例的热电联产能量梯级利用联合供热系统，能够提供工业供汽和居民采暖供汽，提高联合供汽的经济收益，降低煤耗。

在一些实施例中，所述高压缸包括第一高压缸和第二高压缸，第一高压缸的进汽端与所述锅炉的主蒸汽出汽端连接，所述第一高压缸的出汽端与所述第二高压缸的进汽端连接，所述第二高压缸的出汽端与所述锅炉的冷再蒸汽进汽端连接，所述第四管路的抽汽端与所述第二高压缸的出汽端连接。

在一些实施例中，还包括第五管路，所述第五管路的抽汽端与所述第一高压缸的出汽端连接，所述第五管路用于工业供汽。

在一些实施例中，还包括第六管路，所述第四管路和所述第五管路并联在所述第六管路的进汽端，所述第四管路上设有第四阀体，所述第五管路上设有第五阀体，所述第四阀体导通以使所述热电联产机组在高负荷工况下通过所述第四管路向所述第六管路中供汽，所述第五阀体导通以使所述热电联产机组在低负荷工况下通过所述第五管路向所述第六管路中供汽。

在一些实施例中，所述热电联产机组还包括凝汽器，所述凝汽器的进汽端与所述低压缸的出汽端连接，所述采暖热网系统具有换热器，所述第三管路与所述换热器的热侧进口连接，所述换热器的热侧出口与所述凝汽器连接。

在一些实施例中，所述热电联产机组还包括：

除氧器，所述除氧器的进液端与所述凝汽器的出液端连接，在所述除氧器的进液端与所述凝汽器的出液端之间设置有凝结水泵，所述除氧器的出液端与所述锅炉的主蒸汽进液端连接，在所述除氧器的出液端与所述锅炉的主蒸汽进液端之间设有给水泵。

在一些实施例中，所述凝汽器与所述除氧器之间还设置有多个低压加热器，多个所述低压加热器串联设在所述凝汽器和所述除氧器之间的第七管路上，所述低压缸上设有多个第一抽汽口，所述中压缸上设有第二抽汽口，所述第二抽气口和多个所述第一抽汽口分别与多个所述低压加热器的加热介质进口一一对应连接，通入多个低压加热器中的加热介质温度沿所述第七管路的凝结水的流动方向逐渐增高，在多个所述低压加热器中，经换热后的加热介质沿凝结水流动方向的反方向在多个所述低压加热器中逐级流动，并最后与所述凝汽器连接。

在一些实施例中，所述除氧器的出液端和所述锅炉的主蒸汽进液端之间的第八管路上沿给水方向串联设置有第一高压加热器、第二高压加热器和第三高压加热器，所述第一高压缸上设置有第三抽汽口，所述第二高压缸上设置有第四抽汽口，所述中压缸设有第五抽汽口和第六抽汽口，所述第六抽汽口与所述除氧器的进汽端连接，所述第五抽汽口与所述第一高压加热器的加热介质进口连接，所述第四抽汽口与所述第二高压加热器的加热介质进口连接，所述第三抽汽口与所述第三高压加热器的加热介质进口连接。

在一些实施例中，所述第三高压加热器的加热介质出口与所述第二高压加热器的加热介质进口连接，所述第二高压加热器的加热介质出口与所述第一高压加热器的加热介质进口连接，所述第一高压加热器的加热介质出口与所述除氧器的进汽端连接。

在一些实施例中，所述第三抽汽口与所述第一高压缸的出汽端连接，所述第四抽汽口与所述第二高压缸的出汽端连接。

附图说明

图1是本发明实施例的基于高压缸分缸的热电联产供汽系统的示意图。

1、锅炉；11、主蒸汽出汽端；12、主蒸汽进液端；13、冷再蒸汽进汽端；14、热再蒸汽出汽端；

21、第一高压缸；22、第二高压缸；23、中压缸；24、低压缸；25、连通管；

31、第一管路；311、第一阀体；32、第二管路；321、第二阀体；33、第三管路；331、第三阀体；34、第四管路；341、第四阀体；35、第五管路；351、第五阀体；36、第六管路；

4、凝汽器；41、凝结水泵；

5、除氧器；51、给水泵；

61、第一低压加热器；62、第二低压加热器；63、第三低压加热器；64、第四低压加热器；

71、第一高压加热器；72、第二高压加热器；73、第三高压加热器；

81、第一抽汽口；82、第二抽汽口；83、第三抽汽口；84、第四抽汽口；85、第五抽汽口；86、第六抽汽口；

9、采暖热网系统；91、换热器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参见图1，本发明实施例的热电联产能量梯级利用联合供热系统，包括热电联产机组，热电联产机组具有锅炉1、高压缸、中压缸23和低压缸24，锅炉1的主蒸汽出汽端11与高压缸的进汽端连接，高压缸的出汽端与锅炉1的冷再蒸汽进汽端13连接，锅炉的热再蒸汽出汽端14与中压缸23的进汽端连接，中压缸23的出汽端与低压缸24的进汽端设置有第一管路31，第一管路31上设置有第一阀体311，第一阀体311用于控制第一管路31导通或断开，第一阀体311能够完全关闭，从而阻断中压缸23出汽端的蒸汽进入低压缸24中，在采暖季，关闭第一阀体311，使第一管路31断开，在非采暖季，开启第一阀体311，第一管路31导通。

在中压缸23和低压缸24之间设置第二管路32，第二管路32连接在中压缸23的出汽端与低压缸24的进汽端之间，第二管路32上设有第二阀体321，第二阀体321用于调节第二管路32中的蒸汽流量以对低压缸24的通流部分冷却，也就是说，在采暖季，通过第二管路32向低压缸24输送少量的蒸汽，进而对低压缸24中的转子等部件进行冷却。

为了能够在采暖季抽汽供采暖热网系统9使用，本发明热电联产能量梯级利用联合供热系统中设置有第三管路33，第三管路33的抽汽端与中压缸23的出汽端连接，第三管路33上设有第三阀体331，第三阀体331用于控制第三管路33的导通或断开，第三管路33中的蒸汽用于对采暖热网系统9中的回水进行加热，在采暖季，第三阀体331打开，第三管路33导通，进而可以抽取中压缸23的出汽端的蒸汽，对采暖热网系统9中的回水进行加热。

为了进行工业抽汽，本发明还设置有第四管路34，第四管路34的抽汽端与高压缸的出汽端连接，也即对高压缸的出汽端和锅炉1的冷再蒸汽进汽端13之间冷再蒸汽抽汽，将第四管路34抽取的蒸汽用于工业供汽。

也就是说，在采暖季，通过关闭第一阀体311，打开第二阀体321和第三阀体331，使中压缸23排出的小部分蒸汽进入低压缸24中对通流部分进行冷却，使中压缸23排出的大部分蒸汽进入第三管路33，用于对采暖热网系统9中的回水进行加热，在非采暖季，第一阀体311开启，第二阀体321和第三阀体331关闭，使中压缸23排出的蒸汽进入低压缸24中做功发电。进一步地，第四管路34用于抽取高压缸排出的蒸汽用于工业供汽，本发明实施例的热电联产能量梯级利用联合供热系统，能够提供工业供汽和居民采暖供汽，提高联合供汽的经济收益，降低煤耗。

在一些实施例中，高压缸包括第一高压缸21和第二高压缸22，第一高压缸21的进汽端与所述锅炉1的主蒸汽出汽端11连接，第一高压缸21的出汽端与第二高压缸22的进汽端连接，第二高压缸22的出汽端与锅炉1的冷再蒸汽进汽端13连接，第四管路34的抽汽端与第二高压缸22的出汽端连接，具体地，本发明实施例将高压缸分为第一高压缸21和第二高压缸22，第一高压缸21的出汽端和第二高压缸22的进汽端通过连通管25连接，第四管路34通过抽取第二高压缸22的出汽端的蒸汽进行工业供汽，第一高压缸21和第二高压缸22的分段设置，液位进一步优化不同工况下的工业供汽的抽取节点提供了基础。

进一步地，热电联产能量梯级利用联合供热系统还包括第五管路35，第五管路35的抽汽端与第一高压缸21的出汽端连接，具体地，第五管路35的抽汽端与连通管25连接，第五管路35用于工业供汽。

也就是说，在低负荷工况下，第五管路35抽取第一高压缸21的出汽端的蒸汽，从而满足低负荷工况下的工业供汽参数，无需采用相关技术中通过对主蒸汽进行减温减压供汽的供汽方案，在高负荷工况下，第四管路34抽取第二高压缸22的出汽端的蒸汽，从而满足高负荷工况下的工业供汽参数，实现了蒸汽的能够量梯级利用，能够灵活切换供汽热源，提高热电联产机组的能量利用率，实现节能减排。

在一些实施例中，热电联产能量梯级利用联合供热系统还包括第六管路36，第四管路34和第五管路35并联在第六管路36的进汽端，第四管路34上设有第四阀体341，第五管路35上设有第五阀体351，第四阀体341导通以使热电联产机组在高负荷工况下通过第四管路34向第六管路36中供汽，第五阀体351导通以使热电联产机组在低负荷工况下通过第五管路35向第六管路36中供汽。

具体地，在低负荷工况下，第四阀体341关闭，第五阀体351开启，此时，第五管路35抽取第一高压缸21的出汽端的蒸汽并输送到第六管路36中，通过第六管路36进行工业供汽，在高负荷工况下，第五阀体351关闭，第四阀体341开启，此时，第四管路34抽取第二高压缸22的出汽端的蒸汽并输送到第六管路36中，通过第六管路36进行工业供汽，因此，本发明能够根据热电联产机组的工况选择抽汽节点。

在一些实施例中，热电联产机组还包括凝汽器4，凝汽器4的进汽端与低压缸24的出汽端连接，采暖热网系统9具有换热器91，第三管路33与换热器91的热侧进口连接，换热器91的热侧出口与凝汽器4连接。

也就是说，凝汽器4的进汽端与低压缸24的出汽端连接，当在非采暖季时，中压缸23排出的蒸汽进入低压缸24做功后进入凝汽器4形成凝结水，进而将凝结水进行循环利用，当在采暖季中时，中压缸23排出的大部分蒸汽进入采暖热网系统9的换热器91的热侧，从中压缸23的出汽端抽取的蒸汽在换热器91中与采暖热网系统9中的回水进行换热后进入凝汽器4，进而形成凝结水并对凝结水进行循环利用。

在一些实施例中，热电联产机组还包括除氧器5，除氧器5的进液端与凝汽器4的出液端连接，在除氧器5的进液端与凝汽器4的出液端之间设置有凝结水泵41，除氧器5的出液端与锅炉1的主蒸进液端12连接，在除氧器5的出液端与锅炉1的主蒸进液端12之间设有给水泵51。

为了防止凝结水中的氧气或者其他气体对热电联产机组的部件的腐蚀或侵蚀，本发明中的除氧器5能够对凝结水进行除氧，除氧后的凝结水通过给水泵51泵送至锅炉1内，实现凝结水的循环利用。

在一些实施例中，凝汽器4与除氧器5之间还设置有多个低压加热器，多个低压加热器串联设在凝汽器4和除氧器5之间的第七管路上，低压缸24上设有多个第一抽汽口81，所述中压缸23上设有第二抽汽口82，所述第二抽气口和多个第一抽汽口81分别与多个低压加热器的加热介质进口一一对应连接，通入多个低压加热器中的加热介质温度沿第七管路的凝结水的流动方向逐渐增高，在多个低压加热器中，经换热后的加热介质沿凝结水流动方向的反方向在多个低压加热器中逐级流动，并最后与凝汽器4连接。

在低压缸24上布置多个第一抽汽口81，例如布置2个、3个或4个第一抽汽口81，优选地，在低压缸24上布置三个第一抽汽口81，并且在第七管路上串联设置四个低压加热器，四个低压加热器沿第七管路中的凝结水流动方向依次为第一低压加热器61、第二低压加热器62、第三低压加热器63和第四低压加热器64，通入第四低压加热器64的蒸汽温度最高，通入第三低压加热器63的蒸汽温度次之，通入第一低压加热器61的温度最低，进而能够通过对第七管路中的凝结水进行多次加热，以提高能量的利用率，第二抽汽口82与第四低压加热器64的加热介质进口连接，三个第一抽汽口81按照抽汽温度分别与相应的低压加热器的加热介质进口连接。

此外，通入第四低压加热器64中的蒸汽换热后流入第三低压加热器63中，再次进行换热并实现能量的回收，以此类推，第三低压加热器63中的蒸汽换热后流入第二低压加热器62中，第二低压加热器62中的蒸汽换热后流入第一低压加热器61中，从而逐级实现能量的回收，由第一低压加热器61排出的蒸汽进入凝汽器4中形成凝结水，再对凝结水进行循环利用。

在一些实施例中，除氧器5的出液端和锅炉1的主蒸进液端12之间的第八管路上沿给水方向串联设置有第一高压加热器71、第二高压加热器72和第三高压加热器73，第一高压缸21上设置有第三抽汽口83，第二高压缸22上设置有第四抽汽口84，中压缸23设有第五抽汽口85和第六抽汽口86，第六抽汽口86与除氧器5的进汽端连接，第五抽汽口85与第一高压加热器71的加热介质进口连接，第四抽汽口84与第二高压加热器72的加热介质进口连接，第三抽汽口83与第三高压加热器73的加热介质进口连接。

也就是说，给水泵51将除氧器5中的除氧后的凝结水输送至锅炉1中，实现凝结水的循环利用，为了进一步实现能量的回收利用，降低凝结水在锅炉1中转化为蒸汽所需要吸收的热量，本发明实施例在第八管路上沿给水方向串联设置有第一高压加热器71、第二高压加热器72和第三高压加热器73，第一高压加热器71的加热介质进口与中压缸23的第五抽汽口85连接，对第八管路中的凝结水进行第一次加热升温，第二高压加热器72的加热介质进口与高压缸上的第四抽汽口84连接，对第八管路中的凝结水进行第二次加热升温，第三高压加热器73的加热介质进口与高压缸上的第三抽汽口83连接，对第八管路中的凝结水进行第三次加热升温，此外，中压缸23上的第六抽汽口86与除氧器5的进汽端连接，驱动除氧器5工作，对由第七管路输送至除氧器5中的凝结水进行除氧。

在一些实施例中，第三高压加热器73的加热介质出口与第二高压加热器72的加热介质进口连接，第二高压加热器72的加热介质出口与第一高压加热器71的加热介质进口连接，第一高压加热器71的加热介质出口与除氧器5的进汽端连接。

具体地，为了提高蒸汽中热量的利用率，从第三高压加热器73排出的蒸汽进入第二高压加热器72中进行能够量的回收，从第二高压加热器72排出的蒸汽进入第一高压加热器71中进行能量的回收，从第一高压加热器71排出的蒸汽进入除氧器5中，使除氧器5工作。

在一些其他实施例中，第三抽汽口83与第一高压缸21的出汽端连接，第四抽汽口84与第二高压缸22的出汽端连接。

以常规350MW级别超临界机组(主蒸汽压力24.2MPa、主蒸汽温度566℃、热再蒸汽温度566℃，背压设定为4.9kPa)为例，热电联产过程中，高压工业供汽参数为压力3MPa、温度250℃、抽汽量100t/h。

表1是第一高压缸排汽供汽方案与相关技术中主蒸汽供汽方案对比，其汇总了本发明中的第一高压缸的排汽端进行工业供汽和相关技术中对主蒸汽减温减压供汽方案下机组的主要性能指标，从表中可以看出，在纯凝75％THA工况对应主蒸汽参数下，本发明中的第一高压缸排汽供汽方案发电煤耗为279.4g/kWh，而相关技术中的主蒸汽供汽方案发电煤耗为287.3g/kWh，本发明提出的第一高压缸排汽供汽方案发电煤耗下降7.9g/kWh；在纯凝50％THA工况对应主蒸汽参数下，本发明中的第一高压缸排汽供汽方案发电煤耗为288.1g/kWh，而相关技术中主蒸汽供汽方案发电煤耗为302.4g/kWh，本发明提出的第一高压缸排汽供汽方案发电煤耗下降14.3g/kWh。通过计算对比可得，本发明提出的基于高压缸分缸的热电联产供汽系统具有显著的节煤效益。

表1本发明中第一高压缸排汽供汽与相关技术中主蒸汽供汽方案对比

本发明将传统高压缸切分为两个高压缸，能够在满足高压工业供汽的需求上实现蒸汽能量梯级利用，实现节能减排。本发明实施例所取得的有益效果是：(1)在低负荷工况下，相对于主蒸汽减温减压供热，本发明能够实现能量梯级利用，节能减排，对于常规350MW超超临界机组而言，在纯凝50％THA工况对应主蒸汽参数下，本发明提出的高压缸1段排汽供热方案发电煤耗下降14.3g/kWh；(2)相对于相关技术中的回热系统1抽抽汽量有限的限制，本发明在一段高压缸和二段高压缸之间的连通管内打孔抽汽，抽汽量显著上升，可以满足高压工业供汽抽汽量100t/h的需求；(3)本发明有冷再蒸汽和一段高压缸排汽两级抽汽汽源组成，可以根据机组电负荷情况，灵活切换供热汽源；(4)在采暖季，在提供100t/h高压工业供汽情况下，还能保证居民采暖供汽需求。

在本发明的描述中，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”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。在本发明的描述中，“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。

在本发明中，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发明中的具体含义。

在本发明中，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。

在本发明中，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发明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。