一种热电联产调频系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及热电联产供热的技术领域，具体涉及一种热电联产调频系统及其工作方法。

背景技术

当前，随着新能源的迅速发展，风电太阳能等机组的大规模并网，新能源发电占比越来越高。但由于新能源的供能每日随时间变化幅度较大，目前未能做到有效预测其输出功率波动情况，因此新能源并网将对电网侧的频率造成波动，影响电网的供电质量。

电网侧对火电机组参与调峰调频提出了相关要求，热电联产机组既能对电用户供电又能对热用户供热，由于热电联产机组“以热定电”的特性，其参与调频能力的受到限制，因此亟需在保证热电联产机组对热用户供热稳定的前提下提升热电联产机组参与调频的能力。

发明内容

因此，为了在满足热电联产机组对热用户稳定供汽的前提下，提高热电联产机组的调频性能，本发明提供一种热电联产调频系统及其工作方法。

第一方面，本发明提供的热电联产调频系统包括：

热电系统，其包括汽轮机，所述汽轮机上连接有供热抽汽阀门、储热抽汽阀门和低压抽汽阀门，所述供热抽汽阀门连接至热用户中；

蒸汽引射系统，其包括储热罐和蒸汽引射器，所述储热抽汽阀门连接至所述储热罐的入口上，所述储热罐的出口上连接有供汽阀，所述供汽阀与所述蒸汽引射器的高压汽口连接，所述蒸汽引射器的低压汽口连接有低压蒸汽阀，所述蒸汽引射器的出口也连接至热用户中；

热泵系统，所述低压抽汽阀门连接至热泵系统中，且所述热泵系统与所述低压蒸汽阀连接。

可选地，所述热电系统还包括：与所述汽轮机的排汽相连接的凝汽器、连接在凝汽器出口上的凝结水泵、连接在凝结水泵上的除氧器、与除氧器连接的给水泵、与给水泵连接的高压回热加热器以及连接在高压回热加热器和汽轮机之间的锅炉。

可选地，所述热泵系统包括：

冷凝器，其热交换器蒸汽入口与所述低压抽汽阀门连接，其热交换器蒸汽出口连接有冷凝水泵；

吸收器，其热交换器蒸汽入口通过所述冷凝水泵与所述冷凝器连接，其热交换器蒸汽出口与所述低压蒸汽阀连接；

发生器，其蒸汽出口与所述冷凝器的蒸汽入口连接，其浓溶液出口连接有溶液泵；

溶液热交换器，其浓溶液出口与所述吸收器的浓溶液入口连接，其浓溶液入口通过所述溶液泵与所述发生器连接，其稀溶液入口与所述吸收器的稀溶液出口连接，其稀溶液出口连接有节流阀，并通过所述节流阀与所述发生器的稀溶液入口连接。

可选地，所述储热罐的出口上连接有热源供汽阀，所述热源供汽阀连接至所述发生器的热交换器入口上。

可选地，所述发生器的热交换器出口连接与所述除氧器连接。

可选地，所述热用户包括中压热用户和低压热用户；

所述供热抽汽阀门包括中压供热抽汽阀门和低压供热抽汽阀门，所述中压供热抽汽阀门连接至所述中压热用户中，所述低压供热抽汽阀门连接至所述低压热用户中；

所述储热罐包括高压储热罐和中压储热罐，所述供汽阀包括连接在高压储热罐上的高压供汽阀和连接在中压储热罐上的中压供汽阀；所述低压蒸汽阀包括并联设置在所述吸收器上的第一低压蒸汽阀和第二低压蒸汽阀；

所述蒸汽引射器包括第一蒸汽引射器和第二蒸汽引射器，所述第一蒸汽引射器的出口连接至所述中压热用户中，所述第二蒸汽引射器的出口连接至所述低压热用户中；所述高压供汽阀与所述第一蒸汽引射器的高压汽口连接，所述第一低压蒸汽阀与所述第一蒸汽引射器的低压汽口连接；所述中压供汽阀与所述第二蒸汽引射器的高压汽口连接，所述第二低压蒸汽阀与所述第二蒸汽引射器的低压汽口连接。

可选地，所述热源供汽阀连接在所述高压储热罐上，并与所述高压供汽阀并联设置。

另一方面，本发明提供的热电联产调频系统的工作方法包括如下步骤：

打开储热抽汽阀门，向储热罐内输送蒸汽，并在储热罐内存储满后关闭储热抽汽阀门；

在汽轮机机组升负荷运转时，调小供热抽汽阀门，降低供热抽汽阀向热用户的供热量，并调大供汽阀、低压抽汽阀和低压蒸汽阀，提高蒸汽引射器向热用户的供热量；

在汽轮机机组降负荷运转时，调大供热抽汽阀门，提高供热抽汽阀向热用户的供热量；并调小供汽阀、低压抽汽阀和低压蒸汽阀，降低第一蒸汽引射器和第二蒸汽引射器向热用户的供热量。

可选地，所述工作方法还包括：调节所述低压抽汽阀的开启大小，使进入所述热泵系统中的流量保持稳定。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的热电联产调频系统，通过设置储热罐，开启储热抽汽阀后再可在储热罐内存储热蒸汽，以储热罐内的蒸汽作为蒸气引射器的高压汽源，设置低压抽汽阀与热泵系统连接，将汽轮机内的低压蒸汽通过热泵系统的加热后送入蒸气引射器的低压汽口，作为蒸气引射器的低压气源，从而使蒸气引射器能够与供热抽汽阀共同向热用户供热。以此，能够在热电系统升负荷运转时，调小供热抽汽阀，降低供热抽汽阀向热用户的供热，使更多的蒸汽进入汽轮机内做功，提高热电系统的功率，同时调大低压抽汽阀和供汽阀，提高蒸气引射器向热用户的供热，以保证对热用户的供热稳定；反之，在热电系统降负荷运转时，调大供热抽汽阀，提高供热抽汽阀想热用户的供热，降低热电系统的功率，同时调小低压抽汽阀和供汽阀，减小蒸气引射器向热用户的供热，保证对热用户的供热稳定。

2.本发明提供的热电联产调频系统，在热泵系统中，通过使低压抽汽阀抽出的低压蒸汽经过冷凝器和吸收器的两次分级预加热，减小蒸气引射器两侧高压蒸汽和低压蒸汽的温差，且利用储热罐作为发生器的热源，实现能量的梯级利用，提高能量利用效率。

3.本发明提供的热电联产调频系统，发生器的热交换器出口与除氧器水位连接，从而可通过调节低压抽汽阀控制进入冷凝器内的流量，并能够相应的调节除氧器内的水位，可保证除氧器内的水位稳定。

4.本发明提供的热电联产调频系统的工作方法，基于热电系统的运作负荷大小，适应性的调整供热抽汽阀和蒸气引射器向热用户的供热量，在维持了对热用户供热稳定的前提下，提高了热电系统的调频性能。

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为本发明实施例中提供的热电联产调频系统的示意图。

附图标记说明：1、锅炉；2、汽轮机；3、凝汽器；4、凝结水泵；5、除氧器；6、给水泵；7、高压回热加热器；8、高压储热抽汽阀门；9、中压储热抽汽阀门；10、中压供热抽汽阀门；11、低压供热抽汽阀门；12、低压抽汽阀门；13、冷凝器；14、吸收器；15、发生器；16、冷凝水泵；17、溶液热交换器；18、溶液泵；19、节流阀；20、高压储热罐；21、高压供汽阀；22、第一蒸汽引射器；23、第一低压蒸汽阀；24、热源供汽阀；25、中压储热罐；26、中压供汽阀；27、第二蒸汽引射器；28、第二低压蒸汽阀。

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，可以根据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。

本实施例提供一种热电联产调频系统，如图1所示，其包括：热电系统、蒸汽引射系统和热泵系统。

其中，热电系统包括：锅炉1、汽轮机2、凝汽器3、除氧器5、给水泵6和高压回热器。

凝汽器3与汽轮机2的排汽相连接，以对汽轮机2中排出的水蒸汽进行冷凝回收；凝汽器3的出口连接有凝结水泵4，并通过凝结水泵4与除氧器5的入口连接，除氧器5的出口与给水泵6连接，并通过给水泵6与高压回热加热器7相连，高压回热加热器7的出口与锅炉1连接，锅炉1回连至汽轮机2中。

其中，汽轮机2上连接有储热抽汽阀门、供热抽汽阀门和低压抽汽阀门12，供热抽汽阀连接至热用户中，使汽轮机2内的部分蒸汽送入热用户中供热；储热抽汽阀门连接至蒸汽引射系统，低压抽汽阀门12连接至热泵系统中。

蒸汽引射系统包括储热罐和蒸汽引射器，储热抽汽阀门与储热罐的入口连接，将汽轮机2中蒸汽存储至储热罐中，蒸汽引射器具有高压汽口、低压汽口和出口，储热罐的出口上连接有供汽阀，供汽阀连接至蒸汽引射器的高压汽口上，可通过供汽阀控制储热罐内的蒸汽进入蒸汽引射器的高压汽口中，作为蒸汽引射器的高压汽源。蒸汽引射器的低压汽口上连接有低压蒸汽阀，且低压蒸汽阀也连接至热泵系统中，使低压抽汽阀门12抽出的低压蒸汽经过热泵系统的加热，再通过低压蒸汽阀进入蒸汽引射器的低压汽口中，作为蒸汽引射器的低压汽源。蒸汽引射器的出口同样连接至热用户中，从而可通过供热抽汽阀门和蒸汽引射器协同向热用户中供热。

热泵系统包括：冷凝器13、吸收器14、发生器15、溶液热交换器17、溶液泵18和节流阀19，其中，热泵系统中存在加热低压蒸汽回路和热泵工质循环回路。

在加热低压蒸汽回路中，冷凝器13的热交换器蒸汽入口与低压抽汽阀门12相连，冷凝器13的热交换器蒸汽出口与吸收器14的热交换器蒸汽入口相连，吸收器14的热交换器蒸汽出口连接有低压蒸汽阀，低压蒸汽阀连接至蒸汽引射器的低压汽口上，从而使低压抽汽阀门12中抽出的低压蒸汽依次经过冷凝器13和吸收器14后进入蒸气引射器内。

在热泵工质循环回路，发生器15的蒸汽出口和浓溶液出口分别与冷凝器13的蒸汽入口和溶液泵18入口连接，溶液泵18的出口与溶液热交换器17浓溶液入口相连，溶液热交换器17的浓溶液出口与吸收器14的浓溶液入口连接，吸收器14的稀溶液出口与溶液热交换器17的稀溶液入口相连，溶液热交换器17的稀溶液出口与节流阀19的入口相连，节流阀19的出口与发生器15的稀溶液入口相连。储热罐的出口上还连接有热源供汽阀24，热源供汽阀24连接至发生器15的热交换器入口上，发生器15的热交换器出口与除氧器5相连。

上述的热泵系统，通过使储热罐内的蒸汽通过热源供汽阀24进入发生器内，对发生器15内的稀溶液加热，令稀溶液中的水被蒸发为蒸汽后进入冷凝器13中，剩余的浓溶液则经过溶液泵18送入溶液热交换器中，并通过溶液热交换器进入吸收器14内。进入冷凝器13内的蒸汽对加热低压蒸汽回路中的低压蒸汽进行第一次加热并被冷凝后，经过冷凝水泵16送入吸收器14中，与吸收器14内的浓溶液混合为稀溶液，并放热对吸收器14内的低压蒸汽进行第二次加热，稀溶液则通过溶液热交换器17后再次送回发生器中。以此，实现对低压蒸汽的两次分级加热后再送入蒸气引射器的低压汽口。

通过采用上述的热电联产调频系统，汽轮机2在运转过程中，打开供热抽汽阀，令储热罐内存储满蒸汽后关闭供热抽汽阀。当汽轮机2机组升负荷运转过程中，调小供热抽汽阀门，令更多的蒸汽进入汽轮机2内做功，提高汽轮机2机组的功率。同时，调大供汽阀，令储热罐中的蒸汽通过蒸汽引射器多供给到热用户中。反之，当汽轮机2机组在降负荷运转过程中，调大供热抽汽阀门，减小进入汽轮机2内做功的蒸汽，使更多的蒸汽通过供热管路送入热用户中，调小供汽阀，降低蒸汽引射器向热用户的供热量，并适当向储热罐内补充蒸汽。从而可通过调节供热管路和蒸汽引射器向热用户的供热量大小，保持输送到热用户中的总热量的稳定。

并且，在上述调节过程中，由于进入汽轮机2内做功的蒸汽量有所变化，为了不对凝结水的流量造成较大波动，可相应地调节低压抽汽阀门12的开启大小，维持进入冷凝器13内流量的稳定，也可保持除氧器5内水位的稳定。在热泵系统中，通过冷凝器13、吸收器14分级预加热低压蒸汽，使蒸汽引射器两侧的高压蒸汽与低压蒸汽的温度差减小，避免了温差过大所带来的可用能损失。

如图1所示，在本实施例中，基于不同热用户的供热压力大小，热用户包括中压热用户和低压热用户。

相应的，供热抽汽阀门包括中压供热抽汽阀门10和低压供热抽汽阀门11，中压供热抽汽阀门10连接至中压热用户中，低压供热抽汽阀门11连接至低压热用户中。

储热罐包括高压储热罐20和中压储热罐25，储热抽汽阀门包括高压储热抽汽阀门8和中压储热抽汽阀门9，高压储热抽汽阀门8与高压储热罐20连接，以将汽轮机2内的高压蒸汽存储至高压储热罐20中，中压储热抽汽阀门9与中压储热罐25连接，以将汽轮机2内的中压蒸汽存储至中压储热罐25内。

蒸汽引射器包括第一蒸汽引射器22和第二蒸汽引射器27，供汽阀包括高压供汽阀21和中压供汽阀26，第一蒸汽引射器22的高压汽口通过高压供汽阀21与高压储热罐20连接，且第一蒸汽引射器22的出口连接至中压热用户中，使高压储热罐20内的蒸汽作为第一蒸汽引射器22的高压汽源。第二蒸汽引射器27的高压汽口通过中压供汽阀26与中压储热罐25连接，第二蒸汽引射器27的出口连接至低压热用户中，使中压储热罐25内的蒸汽作为第二蒸汽引射器27的高压汽源。热源供汽阀24连接在高压储热罐20上，即通过高压储热罐20内的热量作为发生器15的供热源。

低压蒸汽阀包括第一低压蒸汽阀23和第二低压蒸汽阀28，第一低压蒸汽阀23和第二低压蒸汽阀28并联设置在吸收器14的热交换器出口上，第一低压蒸汽阀23连接至第一蒸汽引射器22的低压汽口上，第二低压蒸汽阀28连接至第二蒸汽引射器27的低压汽口上，从而将低压蒸汽分别送入第一蒸汽引射器22和第二蒸汽引射器27中。

基于上述中的热电联产调频系统，本实施例还提供一种热电联产调频系统的工作方法，工作方法包括如下步骤：

打开高压储热抽汽阀门8和中压储热抽汽阀门9，分别向高压储热罐20和中压储热罐25内输送高压蒸汽和中压蒸汽，并在高压储热罐20和中压储热罐25内存储满后关闭高压储热抽汽阀门8和中压储热抽汽阀门9；

当汽轮机2机组升负荷过程中，调小中压供热抽汽阀门10和低压供热抽汽阀门11，降低中压供热抽汽阀门10和低压供热抽汽阀门11向热用户的供热量，令更多的蒸汽进入汽轮机2内做功；并调大第一高压供汽阀21、第二高压供汽阀21、中压供汽阀26、低压抽汽阀门12、第一低压蒸汽阀23和第二低压蒸汽阀28，提高第一蒸汽引射器22和第二蒸汽引射器27向热用户的供热量；

当汽轮机2机组降负荷过程中，调大中压供热抽汽阀门10和低压供热抽汽阀门11，提高中压供热抽汽阀门10和低压供热抽汽阀门11向热用户的供热量；并调小第一高压供汽阀21、第二高压供汽阀21、中压供汽阀26、低压抽汽阀门12、第一低压蒸汽阀23和第二低压蒸汽阀28，降低第一蒸汽引射器22和第二蒸汽引射器27向热用户的供热量；

在调节过程中，适当调节低压抽汽阀门12的开启大小，令进入冷凝器13内的流量保持稳定。

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他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。而由此所引申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。