一种促进可再生能源消纳和余热回收的热电调峰一体化系统

技术领域

本发明属于热电联产电厂冷凝水及烟气余热回收与利用、可再生能源消纳以及热电调峰等技术领域，特别设及一种电动热泵余热回收系统和蓄热装置联用的热电联产系统，同时实现一定程度的热力和电力调峰，从而提高其热电解耦程度，提高系统整体能效和灵活性。

背景技术

传统热电厂凝汽器内的大量乏汽余热通过循环冷却水环路进入冷却塔(或空冷岛)散失在环境中，并未得到充分利用，在冬季供暖季，循环水温度通常维持在25℃在35℃之间，且具有水量大、水质好的特点，符合美国制冷学会ARl320标准推荐的水源热泵系统运行工况要求，因而在热电厂内集中设置大型热泵机组进行循环水余热回收用于集中供热具有较高的性能系数。另一方面，热电联产机组热电耦合问题严重，深度调峰能力不足是导致弃风问题频发的原因，为热电厂配置热泵余热回收供热系统后实际相当于增设了辅助热源，既可以降低热负荷对机组运行的束缚，又能够在负荷低谷期间接或直接消耗电厂内部过剩电能，具有成为电厂调峰手段的良好潜力。

我国燃煤热电厂现阶段电站锅炉的设计排烟温度可达130℃～150℃左右，余热回收潜力巨大。但高温烟气余热却未得到充分回收，利用烟气余热回收塔对低温烟气喷淋冷凝，可以充分回收烟气中汽化潜热，得到的烟气余热同时也可以利用热泵加热热网回水，而热电联产系统中热量供需不匹配的问题则可通过加入集中式热水蓄热器有效解决，提升系统调峰能力和经济效益。

鉴于上述问题，提出一种促进可再生能源消纳以及热电解耦的热泵余热回收和蓄热装置联用的热电调峰一体化系统。该系统可以有效提高热电厂冷凝水余热和烟气余热利用率，增强热电厂供热能力，可以实现一定程度上的热力和电力调峰，促进热电解耦，并在一定程度上解决热热电厂供热和热网需热不匹配的问题，兼具经济效益和环境效益。

发明内容

本发明的目的在于提出一种促进可再生能源消纳以及热电解耦的热泵余热回收和蓄热装置联用的热电调峰一体化系统。

本发明的技术方案：

一种促进可再生能源消纳和余热回收的热电调峰一体化系统，包括燃煤锅炉1、汽轮机2、发电机3、凝汽器4、热网加热器5、电动压缩式热泵6、冷却塔7、热水蓄热器8、烟气余热回收塔9、冷却塔环路循环水泵10、蓄热器循环水泵、烟气余热回收循环水泵13、多个阀门及连接管道；

燃煤锅炉1分别与汽轮机2和烟气余热回收塔9相连通，汽轮机2分别与发电机3、凝汽器4和热网加热器5相连；燃煤锅炉1生产的蒸汽送入汽轮机2中做功通过发电机3发电，做功之后的蒸汽分为抽汽和乏汽，抽汽进入热网加热器5中，与热网回水换热冷凝后送至凝结水系统中进行处理，作为锅炉给水再次回到燃煤锅炉1内使用；乏汽进入凝汽器4中，凝汽器4与热泵6连接，凝汽器4中的高温乏汽与热泵6中的循环水换热冷凝后送至凝结水系统中进行处理，作为锅炉给水再次回到燃煤锅炉1内使用；燃煤锅炉1产生的高温烟气进入烟气余热回收塔9内完成与循环水的接触换热，达到烟气余热回收的目的；

所述热泵6可回收电厂冷凝水余热，热泵6的驱动能源为电厂内部电能；凝汽器4通过冷却塔环路循环水泵10与冷却塔7相连，凝汽器4经过第二阀门16与热泵6的热泵蒸发器E相连；凝汽器4中换热完成的部分循环水经第二阀门16进入热泵蒸发器E内放热冷却，回收的循环水余热由循环工质送至热泵冷凝器C内加热热网回水；进入热泵蒸发器E放热冷却后的循环水进入冷却塔7内，在通过冷却塔环路循环水泵10进入凝汽器4重新与乏汽换热；在采暖季初、末期，如果用户端热负荷较小，利用热泵6单独完成供热，此时热电机组不参与供热；在严寒期，用户端热负荷较大时，从热泵6出口处出来的热网回水将进入热网加热器5内被进一步加热；

所述热水蓄热器8以直接连接的方式与热网相连，采用圆柱形设计，罐体内部含保温层，以热网水为储热介质；在蓄热阶段，一部分热网供水经第五阀门19由热水蓄热器8顶部流入罐内，而冷水经第六阀门20由罐体底部经第二蓄热器循环水泵12流出汇入热网回水中送入热源处进行加热；在放热阶段，热水蓄热器8内热水由顶部经第五阀门19通过第一蓄热器循环水泵11排出，送至热用户用于供热，等流量的热网回水则经热水蓄热器8的底部流入；

所述烟气余热回收塔9接收来自燃煤锅炉1产生的高温烟气，烟气余热回收塔9与热泵6连通；高温烟气在烟气余热回收塔9内完成与循环水的接触换热，循环水通过烟气余热回收循环水泵13进入热泵6的热泵蒸发器E内放热冷却，回收的循环水余热由循环工质送至热泵冷凝器C内加热热网回水；进入热泵蒸发器E放热冷却后的循环水重新回到烟气余热回收塔9内与高温烟气进行换热；

电动压缩式热泵6在回收循环水余热的同时，直接或间接消耗电厂内部电能，并配合热水蓄热器8的运行，降低机组在电负荷低谷期的发电量，使得热电厂实现一定程度的电力调峰和供热调峰，从而提高其热电解耦程度。同时热泵6运行时可以实现为热电厂创造更多向下调峰空间，提高热电厂热电调峰范围，从而提升风电等可再生能源的消纳量；

冷却塔环路循环水管路上根据需求设有多个阀门，阀门的设置方式：在凝汽器4进口与热泵6连接处设有第一阀门14，即热泵6进行检修时，关闭第一阀门14冷却塔环路循环水直接通过旁通管路进行后续流程；

热水蓄热器8循环水管路上根据需求设有多个阀门，阀门的设置方式：在第一蓄热器循环水泵11、第二蓄热器循环水泵12处分别设有第一旁通阀18、第二旁通阀21，即第一蓄热器循环水泵11、第二蓄热器循环水泵12进行检修时，热水蓄热器8循环水直接通过旁通管路进行输送，在热泵冷凝器C侧设置第三旁通阀22，即热泵6进行检修时，热水蓄热器8循环水直接通过旁通管路进行输送。

热泵6为电动压缩式热泵或者吸收式热泵。

本发明的有益效果：本发明利用电动压缩式热泵将冷凝水余热和烟气余热回收用于集中供热，同时利用热泵直接或间接消耗电厂内部电能，并结合蓄热技术有效解决热电联产热量供需不匹配的问题，有效降低机组在电负荷低谷期的发电量，使得热电厂可以实现一定程度的电力调峰和供热调峰，从而提高其热电解耦程度；本发明中的热泵系统可以保证在热网任何运行工况下都可以实现高效的余热回收，而在采暖季将冷凝水余热和烟气余热用于加热热网回水，增强了热电厂的供热能力；系统运行时可以实现为热电厂创造更多向下调峰空间，提高热电厂热电调峰范围，从而提升风电等可再生能源的消纳量为可再生能源如风电、光电等提供上网空间。

附图说明

图1是本发明的一种热泵余热回收系统和蓄热装置联用的热电联产系统图。

图中：1燃煤锅炉；2汽轮机；3发电机；4凝汽器；5热网加热器；6热泵；7冷却塔；8热水蓄热器；9烟气余热回收塔；10冷却塔环路循环水泵；11第一蓄热器循环水泵；12第二蓄热器循环水泵；13烟气余热回收循环水泵；14第一阀门；15第二阀门；16第三阀门；17第四阀门；18第一旁通阀；19第五阀门；20第六阀门；21第二旁通阀；22第三旁通阀；23第七阀门；24第八阀门；E热泵蒸发器；C热泵冷凝器。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

一种热泵余热回收系统和蓄热装置联用的热电联产系统，包括燃煤锅炉1、汽轮机2、发电机3、凝汽器4、热网加热器5、热泵电动压缩式热泵或者吸收式热泵6、冷却塔7、热水蓄热器8、烟气余热回收塔9、冷却塔环路循环水泵10、蓄热器循环水泵、烟气余热回收循环水泵13、多个阀门及连接管道；

燃煤锅炉1生产的蒸汽送入汽轮机2中做功通过发电机3发电，做功之后的蒸汽分为抽汽和乏汽两部分，抽汽经第三阀门16进入热网加热器5中，与热网回水换热冷凝后送至机组回热系统中。乏汽进入凝汽器4中，凝汽器4中换热后的部分循环水经第二阀门16进入电动热泵的蒸发器E内放热冷却，回收的循环水余热由循环工质送至冷凝器C内加热从热水蓄热器8中来的热网回水。进入蒸发器放热冷却后的循环水进入冷却塔7内，在通过冷却塔环路循环水泵10进入凝汽器4重新与乏汽换热。在采暖季初、末期，如果用户端热负荷较小，可利用热泵6余热回收系统单独完成供热，此时热电机组不参与供热；而在严寒期，用户端热负荷较大时，从热泵6出口处出来的热网回水将进入热网加热器5内被进一步加热；

烟气余热回收塔9接收来自燃煤锅炉1产生的高温烟气，高温烟气在塔内完成与循环水的接触换热，循环水通过烟气余热回收循环水泵13经第八阀门24进入热泵的蒸发器E内放热冷却，回收的循环水余热由循环工质送至冷凝器C内加热热网回水。进入蒸发器放热冷却后的循环水经第七阀门23重新回到烟气余热回收塔9内与高温烟气进行换热；

热水蓄热器8以直接连接的方式与热网相连，一般采用圆柱形设计，罐体内部含保温层，以热网水为储热介质。在蓄热阶段，一部分热网供水经第五阀门19由蓄热器体顶部流入罐内，而冷水经第六阀门20由罐体底部经第二蓄热器循环水泵12流出汇入热网回水中送入热源处进行加热；同理，在放热阶段，罐内热水由顶部经第五阀门19通过第一蓄热器循环水泵11排出，送至热用户用于供热，而等流量的热网回水则经罐体底部流入；

冷却塔环路循环水管路上根据需求设有多个阀门，阀门的设置方式：在凝汽器4出口与热泵6连接处设有第一阀门14，即热泵6进行检修时，关闭第一阀门14冷却塔环路循环水直接通过旁通管路进行后续流程；

热水蓄热器循环水管路上根据需求设有多个阀门，阀门的设置方式：在第一蓄热器循环水泵11、第二蓄热器循环水泵12设有第一旁通阀18、第二旁通阀21，即第一蓄热器循环水泵11、第二蓄热器循环水泵12进行检修时，热水蓄热器循环水直接通过旁通管路进行输送，在冷凝器C侧设置第三旁通阀22，即热泵6进行检修时，热水蓄热器循环水直接通过旁通管路进行输送。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。