火电供热机组变参数多元梯级热电解耦系统及调整方法
技术领域
本发明涉及火电供热机组热电解耦系统的技术领域，具体来说，涉及一种火电供热机组变参数多元梯级热电解耦系统及调整方法。
背景技术
随着中国电网中可再生能源比例的增大，电网的运行安全性和可靠性面临极大挑战。为了电网中更多的消纳可再生能源，电网的调峰需求量飞快增加，峰谷差可达电网最大负荷的1/3。由于中国电网的发电种类和结构特征，决定了电网调峰的任务主要依靠火力发电机组承担。而目前在役火电机组包括纯凝汽式发电机组和供热机组，供热机组装机占比达1/3，在供热期火电供热机组的供热负荷决定了其发电负荷调整能力下降，即调峰能力下降。对此，出现了火电供热机组热电解耦技术，此技术使火电供热机组分别、同时满足热网供热负荷和电网负荷。现有热电解耦技术只是通过锅炉蒸汽量的分流、挪移，以改变机组供热负荷和发电负荷，有一定的局限性，并需要大量增加和改变硬件设备，投资较大。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种火电供热机组变参数多元梯级热电解耦系统，结构简单，提高了火电供热机组热电解耦深度，可灵活满足热网供热负荷和电网发电负荷。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种火电供热机组变参数多元梯级热电解耦系统，包括锅炉，所述锅炉包括燃烧器、汽包、过热器、再热器、喷水减温器、压力变送器、温度传感器和控制器，所述汽包的出口通过管路连接所述过热器的进口，其特征在于，所述过热器的出口通过设置有高压主蒸汽阀门的管路连接汽轮机高压缸的进汽口，所述汽轮机高压缸的排汽口通过管路连接所述再热器的进口，所述再热器的出口通过设置有中压蒸汽调节阀门的管路连接汽轮机中压缸的进汽口，所述汽轮机中压缸排汽口通过设置有热网阀门的管路连接热网加热器，所述热网加热器的出水口通过设置有疏水泵的管路连接凝汽器的进口，所述凝汽器的出口通过依次设置有凝结水泵和给水泵的回水管连接所述汽包的进口，所述汽轮机高压缸以及所述汽轮机中压缸各通过传动机构连接发电机，所述发电机通过分别设置有电网开关和上网主变压器的第一供电线路连接电网。
进一步地，所述汽轮机中压缸排汽口还通过设置有低压蒸汽调节阀门的管路连接汽轮机低压缸的进汽口，所述低压蒸汽调节阀门并联有辅助调节阀门，所述汽轮机低压缸的出汽口通过管路连接所述凝汽器的进口，所述汽轮机低压缸通过传动机构连接所述发电机。
进一步地，所述过热器的出口还通过分别设置有第一旁路阀门和第一减温减压器的高压旁路连接所述再热器的进口。
进一步地，所述再热器的出口还通过依次设置有第四旁路阀门、第二旁路阀门、第二减温减压器以及第三旁路阀门的低压旁路连接所述凝汽器的进口，所述低压旁路还通过设置有热网阀门的管路连接所述热网加热器，所述热网阀门连接于所述第二减温减压器以及第三旁路阀门之间。
进一步地，所述热网加热器还连接有热网回水管和热网供水管，所述热网回水管上分别设置有热网循环泵和热网回水阀门，所述热网供水管上分别设置有供水阀门，所述发电机还通过分别设置有厂用电线路开关和厂用电变压器的第二供电线路连接电锅炉，所述电锅炉通过设置有电锅炉阀门的管路连接所述热网回水管，所述电锅炉还通过分别设置有储热水箱和水箱阀门的管路连接所述热网供水管，所述第二供电线路还连接有变流器，所述变流器还连接有飞轮储能装置。
进一步地，所述回水管上还分别设置有凝结水泵调节阀门、除氧器、给水泵调节阀门、多个低压回热加热器和多个高压回热加热器，所述凝结水泵调节阀门位于所述凝结水泵与所述凝汽器之间，所述除氧器位于所述凝结水泵与所述给水泵之间，所述低压回热加热器位于所述除氧器与所述凝结水泵之间，所述给水泵调节阀门位于所述给水泵与所述除氧器之间，所述高压回热加热器位于所述给水泵与所述汽包之间。
本发明还提供了一种火电供热机组变参数多元梯级热电解耦系统的调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1调节进入汽轮机高压缸的新蒸汽的压力P0和温度T0以及进入汽轮机中压缸的再热蒸汽的压力Pr和温度Tr，同时调节高压主蒸汽阀门以及中压蒸汽调节阀门的开度，以减少所述汽轮机高压缸以及所述汽轮机中压缸的做功，减小发电机的发电量，从而实现第一梯级热电解耦。
进一步地，还包括以下步骤：
S2调节低压蒸汽调节阀门和辅助调节阀门的开度，以使汽轮机低压缸零做功，进一步减小所述发电机的发电量，从而实现二梯级热电解耦。
进一步地，还包括以下步骤：
S3启用高压旁路和低压旁路，使部分所述新蒸汽通过第一减温减压器后进入至再热器中变为所述再热蒸汽，并使部分所述再热蒸汽通过第二减温减压器后进入至热网加热器或凝汽器中，从而减少进入所述汽轮机高压缸的所述新蒸汽的流量以及进入所述汽轮机中压缸的所述再热蒸汽的流量，降低所述汽轮机高压缸以及所述汽轮机中压缸的做功，进一步减小所述发电机的发电量，从而实现第三梯级热电解耦。
进一步地，还包括以下步骤：
S4启动电锅炉消耗所述发电机发出的电量实现第四梯级热电解耦。
本发明的有益效果：结构简单，具有四个梯级热电解耦方式，可以根据供热初末期、高峰期、电网负荷需求深度调峰的情况，灵活满足热网供热负荷和电网发电负荷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是根据本发明实施例所述的火电供热机组变参数多元梯级热电解耦系统的示意图。
图中：
1、锅炉；2、过热器；3、汽轮机高压缸；4、汽轮机中压缸；5、汽轮机低压缸；6、辅助调节阀门；7、高压主蒸汽阀门；8、中压蒸汽调节阀门；9、蒸汽调节阀门；10、热网阀门；11、第一减温减压器；12、第二减温减压器；13、第一旁路阀门；14、第二旁路阀门；15、热网阀门；16、第三旁路阀门；17、凝汽器； 18、凝结水泵；19、热网加热器；20、热网循环泵；21、热网回水阀门；22、供水阀门；23、水箱阀门；24、电锅炉阀门；25、储热水箱；26、厂用电变压器；27、厂用电线路开关；28、电网开关；29、上网主变压器；30、疏水阀门；31、疏水泵；32、变流器；33、飞轮储能装置；34、电锅炉；35、低压回热加热器；36、给水泵；37、高压回热加热器；38、发电机；39、除氧器；40、第四旁路阀门；41、给水泵调节阀门；42、凝结水泵调节阀门；43、排汽阀门。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的一种火电供热机组变参数多元梯级热电解耦系统，包括锅炉1，所述锅炉1包括燃烧器、汽包、过热器2、再热器、喷水减温器、压力变送器、温度传感器和控制器，所述汽包的出口通过管路连接所述过热器2的进口，所述过热器2的出口通过设置有高压主蒸汽阀门7的管路连接汽轮机高压缸3的进汽口，所述汽轮机高压缸3的排汽口通过管路连接所述再热器的进口，所述再热器的出口通过设置有中压蒸汽调节阀门8的管路连接汽轮机中压缸4的进汽口，所述汽轮机中压缸4排汽口通过设置有热网阀门10的管路连接热网加热器19，所述热网加热器19的出水口通过设置有疏水泵31的管路连接凝汽器17的进口，所述凝汽器17的出口通过依次设置有凝结水泵18和给水泵36的回水管连接所述汽包的进口，所述汽轮机高压缸3以及所述汽轮机中压缸4各通过传动机构连接发电机38，所述发电机38通过分别设置有电网开关28和上网主变压器29的第一供电线路连接电网。
在本发明的一个具体实施例中，所述汽轮机中压缸4排汽口还通过设置有低压蒸汽调节阀门9的管路连接汽轮机低压缸5的进汽口，所述低压蒸汽调节阀门9并联有辅助调节阀门6，所述汽轮机低压缸5的出汽口通过管路连接所述凝汽器17的进口，所述汽轮机低压缸5通过传动机构连接所述发电机38。
在本发明的一个具体实施例中，所述过热器2的出口还通过分别设置有第一旁路阀门13和第一减温减压器11的高压旁路连接所述再热器的进口。
在本发明的一个具体实施例中，所述再热器的出口还通过依次设置有第四旁路阀门40、第二旁路阀门14、第二减温减压器12以及第三旁路阀门16的低压旁路连接所述凝汽器17的进口，所述低压旁路还通过设置有热网阀门15的管路连接所述热网加热器19，所述热网阀门15连接于所述第二减温减压器12以及第三旁路阀门16之间。
在本发明的一个具体实施例中，所述热网加热器19还连接有热网回水管和热网供水管，所述热网回水管上分别设置有热网循环泵20和热网回水阀门21，所述热网供水管上分别设置有供水阀门22，所述发电机38还通过分别设置有厂用电线路开关27和厂用电变压器26的第二供电线路连接电锅炉34，所述电锅炉34通过设置有电锅炉阀门24的管路连接所述热网回水管，所述电锅炉34还通过分别设置有储热水箱25和水箱阀门23的管路连接所述热网供水管，所述第二供电线路还连接有变流器32，所述变流器32还连接有飞轮储能装置33。
在本发明的一个具体实施例中，所述回水管上还分别设置有凝结水泵调节阀门42、除氧器39、给水泵调节阀门41、多个低压回热加热器35和多个高压回热加热器37，所述凝结水泵调节阀门42位于所述凝结水泵18与所述凝汽器17之间，所述除氧器39位于所述凝结水泵18与所述给水泵36之间，所述低压回热加热器35位于所述除氧器39与所述凝结水泵18之间，所述给水泵调节阀门41位于所述给水泵36与所述除氧器39之间，所述高压回热加热器37位于所述给水泵36与所述汽包之间。
本发明还提供了一种火电供热机组变参数多元梯级热电解耦系统的调整方法，包括以下步骤：
S1调节进入汽轮机高压缸3的新蒸汽的压力P0和温度T0以及进入汽轮机中压缸4的再热蒸汽的压力Pr和温度Tr，同时调节高压主蒸汽阀门7以及中压蒸汽调节阀门8的开度，以减少所述汽轮机高压缸3以及所述汽轮机中压缸4的做功，减小发电机38的发电量，从而实现第一梯级热电解耦。
在本发明的一个具体实施例中，还包括以下步骤：
S2调节低压蒸汽调节阀门9和辅助调节阀门6的开度，以使汽轮机低压缸5零做功，进一步减小所述发电机38的发电量，从而实现二梯级热电解耦。
在本发明的一个具体实施例中，还包括以下步骤：
S3启用高压旁路和低压旁路，使部分所述新蒸汽通过第一减温减压器11后进入至再热器中变为所述再热蒸汽，并使部分所述再热蒸汽通过第二减温减压器12后进入至热网加热器19或凝汽器17中，从而减少进入所述汽轮机高压缸3的所述新蒸汽的流量以及进入所述汽轮机中压缸4的所述再热蒸汽的流量，降低所述汽轮机高压缸3以及所述汽轮机中压缸4的做功，进一步减小所述发电机38的发电量，从而实现第三梯级热电解耦。
在本发明的一个具体实施例中，还包括以下步骤：
S4启动电锅炉34消耗所述发电机38发出的电量实现第四梯级热电解耦。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式对本发明的上述技术方案进行详细说明。
本发明所述的火电供热机组变参数多元梯级热电解耦系统可满足300MW～1000MW机组热电解耦需求，该系统包括锅炉1、汽轮机高压缸3、汽轮机中压缸4、汽轮机低压缸5、第一减温减压器11、第二减温减压器12、凝汽器17、热网加热器19、发电机38等。
锅炉1包括燃烧器、汽包、过热器2、再热器、喷水减温器、压力变送器、温度传感器和控制器，在过热器2的出口处以及再热器的出口处均设置压力变送器和温度传感器，压力变送器用于测量蒸汽的压力，温度传感器用于测量蒸汽的温度。
热网加热器19通过设置有疏水阀门30和疏水泵31的线路连接凝汽器17的进口。
汽轮机高压缸3的排汽口通过设置有排汽阀门43的管路连接再热器的进口。
具体使用时：1）在供热期或非供热期，来自锅炉1的新蒸汽（压力参数和温度参数分别为P0、T0），经高压主蒸汽阀门7，进入汽轮机高压缸3做功，然后新蒸汽通过再热器后变为再热蒸汽（压力参数和温度参数分别为Pr、Tr），再热蒸汽经中压蒸汽调节阀门8，进入汽轮机中压缸4做功，此时，控制器按照热网热负荷需求和电网电负荷需求，使锅炉1变参数运行，使新蒸汽的参数和再热蒸汽的参数同时变化（即改变P0、T0、Pr、Tr的值），供热期在保证供热出力的同时，通过高压主蒸汽阀门7和中压蒸汽调节阀门8联合调整汽轮机高压缸3和汽轮机中压缸4的做功，实现机组第一梯级热电解耦。在火电供热机组非供热期，使新蒸汽的参数和再热蒸汽的参数同时变化，并通过高压主蒸汽阀门7和中压蒸汽调节阀门8联合调整汽轮机高压缸3和汽轮机中压缸4的做功，保持锅炉1高于最低允许蒸发量，保证锅炉安全稳定燃烧，达到机组深度调峰目的。
锅炉1变参数运行时，根据火电供热机组及锅炉设备的设计和运行规程，在火电供热机组最大限度满足供热负荷的前提下，同时变化新蒸汽的参数和再热蒸汽的参数，减小汽轮机高压缸3和汽轮机中压缸4的做功，实现减小发电机38发电量的目的。控制器根据设定的新蒸汽的参数值和再热蒸汽的参数值，对锅炉1进行自动调整并通过高压主蒸汽阀门7和中压蒸汽调节阀门8联合调整汽轮机高压缸3和汽轮机中压缸4的做功，实现热电解耦。
新蒸汽温度参数T0的调整，首先借助于锅炉1的送煤粉量、送风量和给水量的平衡，以及燃烧器倾角控制进行初步调整。然后在采用两级喷水减温器对过热器2进行喷水减温，一级喷水减温器作为主调，而二级喷水减温器用来控制过热器2的出口汽温，作为精调微调。一级喷水减温器在对应热负荷下迟滞性较大，二级喷水减温器控制新蒸汽温度，响应较快。控制器通过温度传感器对汽温自动监视，并自动控制要喷水减温器的运行以及燃烧器倾角的调整。
再热蒸汽温度参数Tr的调节以燃烧器喷嘴角度调整方式为主，若燃烧器喷嘴角度调整不能满足调温要求时，再投入喷水减温器进行喷水减温，作紧急调节用。
2）在供热期用蒸汽调节阀门9和辅助调节阀门6联合调节汽轮机低压缸5的流量，极限时汽轮机低压缸5通过微流量或近零流量，实现汽轮机低压缸5的零做功，同时，通过热网阀门10的抽蒸汽量达到火电供热机组常规最大抽汽量，这些蒸汽量全部进入热网加热器19，加热热网回水，从而实现第二梯级热电解耦，以满足热网热负荷需求和电网电负荷需求
火电供热机组在供热期，从汽轮机中压缸4排汽口出来的低压蒸汽（压力参数和温度参数分别为P1、T1）使用蒸汽调节阀门9和辅助调节阀门6进行联合调节，以使抽汽量连续可调，从而达到汽轮机低压缸5零做功目的。汽轮机低压缸5多数工况不喷水，减少末级叶片水蚀，既能够充分提升机组供热能力，还能保证末级叶片运行安全，满足火电供热机组调峰、调频的需求，实现热电解耦。
通过控制蒸汽调节阀门9和辅助调节阀门6开度的方式，可实现汽轮机低压缸5零做功与常规抽汽供热运行方式的无扰切换，维持火电供热机组的低背压运行，提高火电供热机组负荷适应性、调峰能力和供热能力。
在汽轮机低压缸5零做功运行时，蒸汽量优选为汽轮机低压缸5额定流量的0.05～0.06，此时低背压运行较为理想，且可以不喷减温水，消除叶片水蚀现象，机组安全性高。
3）在供热期按照热网热负荷需求和电网电负荷需求，适时利用高压旁路、低压旁路、第一减温减压器11及第二减温减压器12，被减温减压后的蒸汽（压力参数和温度参数分别为P2、T2）进入热网加热器19中，降低汽轮机高压缸3和汽轮机中压缸4的输出功率，增加供热量，实现第三梯级热电解耦。在非供热期按照电网电负荷需求，高压旁路、低压旁路、第一减温减压器11及第二减温减压器12，蒸汽被减温减压后进入热网加热器19，降低汽轮机高压缸3和汽轮机中压缸4的输出功率，实现火电供热机组的深度调峰。
低压旁路内的蒸汽参数满足汽轮机采暖供热抽汽需求，因此供热期可采用高压旁路、低压旁路联合供汽方案。为保证高压旁路、低压旁路在非采暖期的正常使用，高压旁路、低压旁路进、出口蒸汽参数与设计参数应保持一致，仅在采暖期运行时，根据需要将低压旁路出口温度提高。
在供热期，当供热量需要增加或电网需要进一步降低机组发电负荷时，可使新蒸汽经高压旁路后进入再热器，然后从低压旁路抽汽作为供热抽汽的补充汽源。
在供热期，若电网需要进一步降低机组发电负荷时，可使新蒸汽经高压旁路后进入再热器，然后从低压旁路直接进入凝汽器17。
高压旁路的蒸汽流量与低压旁路的蒸汽流量的匹配方式是影响火电供热机组运行经济性和安全性的关键因素。只有高压旁路的蒸汽流量与低压旁路的蒸汽流量适当匹配，才能保证火电供热机组的运行经济性和安全性。本实施例在进行所有热经济性分析时，始终取“高压旁路蒸汽流量=低压旁路蒸汽流量-高压旁路减温水流量”，以保证高压旁路蒸汽流量与低压旁路蒸汽流量的恰当匹配。
4）适时利用电锅炉34，加热热网回水，精细调节火电供热机组上网供电出力，同时利用储热水箱25增加供热量调节能力，实现第四梯级热电解耦。
在火电供热机组需要进一步降低发电出力时，启动电锅炉34，消耗所述发电机38发出的电量，减少火电供热机组发电出力，减少的功率用于加热热网回水。当热网需要热负荷时，可直接进入热网，不需要时进入储热水箱25，待热网需要时使用。当火电供热机组需要增加发电出力时，关闭电锅炉34，增加火电供热机组发电出力。
5）适时利用飞轮储能装置33，快速精准双向调节火电供热机组上网供电出力，满足电网调频要求。
利用飞轮储能装置33和变流器32，在机组宽范围电负荷变化时，满足电网对火电供热机组的基本调频要求和调频考核要求。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，可在增加供热量的同时满足深度调峰的需求，首先，通过变化新蒸汽参数和再热蒸汽参数，减少高汽轮机中压缸发电出力，其次，通过汽轮机低压缸零出力改造，实现火电供热机组深度调峰和增加供热能力，再者，通过高压旁路、低压旁路供热，可以稳定锅炉的燃烧，补充深度调峰汽轮机低压缸零出力时供热量的缺口问题。这四种方式可以根据供热初末期、高峰期、电网负荷需求深度调峰的情况，灵活满足热网供热负荷和电网发电负荷。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
