一种能量梯级利用的纯凝机组供热改造系统
技术领域
本发明提出了一种能量梯级利用的纯凝机组供热系统，涉及热电联产领域，尤其是涉及高参数工业供热
技术领域
。背景技术
为了实现碳达峰和碳中和，我国要“构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，提高能源利用效能”，在这个过程中，煤电机组的生存和发展面临巨大挑战。为了提高能源利用效率，煤电机组需要通过技术升级改造，实现节能减排，助力碳达峰和碳中和目标实现，其中，对纯凝机组进行热电联产改造，是一个重要的发展方向。
按照热用户的性质不同，供热可以分为工业供热和民用供热。民用供热的特点是季节性比较强，一般只要求温度，对压力没有特别限制，而工业供热的特点是需求稳定，无明显的季节性波段，供热工质一般为蒸汽，对供热参数的要求既有温度限制，也有压力限制。按照工业供热参数需求不同，供热可以分为高参数供热、中参数供热和低参数供热三种。高参数供热指压力4.0MPa 、温度400℃及以上，一般从热电厂过热器出口抽汽；中参数供热指压力1. 0~2.5 MPa，温度300~400℃，一般从电厂一抽、冷再或热再段抽汽；低参数供热指压力0. 3~0. 6 MPa，温度350℃以下，一般从电厂中低参数连通管抽汽。
在碳达峰和碳中和的目标要求下，新建热电联产集中难度较大，新增的热负荷一般通过纯凝机组改造来满足。对纯凝机组进行供热改造存在如下问题：汽轮机膨胀曲线已经确定，各抽汽点抽汽压力和温度是相关的一组参数，而工业供热需求温度和压力随生产工艺而定，压力和温度相关性不强，因此，机组存在抽汽点压力、温度不能同时满足工艺需求的矛盾，常一般采用更高参数蒸汽减温减压供热用户使用，这样就造成了能级不匹配的浪费现象。尤其是供热，常采用主蒸汽减温减压供热，存在严重的能级错配，使整个热电联产效率降低。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种能对蒸汽能量梯级利用，提高能源利用效率的的纯凝机组供热系统。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种能量梯级利用的纯凝机组供热改造系统，所述纯凝机组包括锅炉、高压缸、中压缸和设置于锅炉内的锅炉再热器，锅炉的主蒸汽与高压缸入口连接，高压缸出口的冷再热蒸汽与锅炉再热器入口连接，锅炉再热器出口的热再热蒸汽与中压缸连接；所述供热系统包括供热蒸汽、供热再热器、减温减压器、供热蒸汽再热旁路阀、冷再热蒸汽截止阀和冷再热蒸汽旁路阀；所述高压缸上设有供热抽汽孔，所述供热再热器设置于锅炉内，所述供热蒸汽自供热抽汽孔抽汽，并与供热再热器入口连接，供热再热器出口与减温减压器连接；所述供热再热器出口与锅炉再热器入口之间通过管道连接，所述供热蒸汽再热旁路阀设置于供热再热器出口与锅炉再热器入口之间的管道上；所述冷再热蒸汽截止阀设置于冷再热蒸汽所在管道上；所述冷再热蒸汽与供热蒸汽之间通过管道连接，且连接点位于冷再热蒸汽截止阀之前，所述冷再热蒸汽旁路阀设置于冷再热蒸汽与供热蒸汽之间的管道上。
对上述技术方案的进一步设计为：所述供热蒸汽所在管道上设有供热蒸汽减压阀，冷再热蒸汽与供热蒸汽之间的连接点位于供热蒸汽减压阀之后。
所述供热蒸汽所在管道在供热蒸汽减压阀之前沿蒸汽流动方向依次设于供热蒸汽逆止阀、供热调阀前截止阀和供热调节阀。
所述供热再热器出口与减温减压器之间的管道上设有供热调阀后截止阀。
所述减温减压器与减温水管道连接。
所述减温水管道上设有减温水控制阀。
所述减温水管道在减温水控制阀前后分别设有减温水控制阀前截止阀和减温水控制阀后截止阀。
所述锅炉再热器入口和出口分别设有再热蒸汽入口联箱和再热蒸汽出口联箱。
所述供热再热器入口和出口分别设有供热再热入口联箱和供热再热出口联箱。
所述供热再热器出口与锅炉再热器入口之间的管道两端分别与供热再热出口联箱和再热蒸汽入口联箱连接。
上述技术方案中供热蒸汽再热旁路阀为常闭阀门，用于机组如果高参数供热量减少时打开，将部分供热蒸汽接入锅炉再热器，进入机组主机循环。
机组需要纯凝工况运行，且不供热时，将冷再热蒸汽截止阀关闭，冷再热蒸汽旁路阀和供热蒸汽再热旁路调节阀打开，冷再热蒸汽恢复至纯凝状态运行。
本发明技术方案与现有技术相比具有的有益效果为：
本发明供热方案，设计了供热蒸汽再热旁路，提高了系统的适应能力和可靠性；本发明设计了烟气加热和喷水减温控制两种方式，对供热蒸汽进行精确控制，保证供热蒸汽的品质。因此，通过本发明，解决了高参数供热中再热器超温和供热温度欠温的问题，实现了能量的梯级利用，提高了能源利用效率，具有良好的社会效益和经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例的供热系统结构示意图；
图2为现有技术中减温减压供热系统机构示意图。
图中：高压缸1、供热止回阀2、供热调阀前截止阀3、供热调节阀4、供热再热出口联箱5、供热再热入口联箱6、供热再热器7、供热调阀后截止阀8、供热蒸汽9、供热再热旁路调节阀10、冷再热蒸汽11、再热蒸汽入口联箱12、锅炉再热器13、再热蒸汽出口联箱14、主蒸汽15、热再热蒸汽16、中压缸17、供热减温水调阀前截止阀18、供热减温水调节阀19、供热减温水调阀后截止阀20、供热蒸汽温度控制器21、供热蒸汽压力调节器22、冷再热蒸汽截止阀23、冷再热蒸汽旁路阀24、锅炉25。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，纯凝机组包括锅炉25、高压缸1、中压缸17和设置于锅炉内的锅炉再热器13，锅炉25的主蒸汽15进入高压缸1，做功后，作为冷再热蒸汽11进入锅炉再热器13，经锅炉再热器13再热后作为热再热蒸汽16进入中压缸做功。锅炉再热器13入口和出口分别设有再热蒸汽入口联箱12和再热蒸汽出口联箱14，用于汇集再热蒸汽。
本实施例的能量梯级利用的纯凝机组供热系统，包括供热抽汽系统、供热蒸汽再热系统和供热温度控制系统。
供热抽汽系统在高压缸1上设置抽气孔并抽取供热蒸汽9，供热蒸汽9所在管道上沿蒸汽流动方向依次设有供热抽汽逆止阀2、供热调阀前截止阀3和供热调节阀4，为保护系统安全，抽汽系统还在供热蒸汽9所在管道上设置了供热蒸汽减压阀22，调节供热抽汽压力。
供热蒸汽再热系统包括设置于锅炉内的供热再热器7，供热蒸汽9经过供热蒸汽减压阀22调压后进入供热再热器7，通过锅炉内烟气对供热蒸汽9进行加热，提升供热蒸汽温度，满足供热需求，供热再热器7入口和出口分别设置供热再热入口联箱6和供热再热出口联箱5，用来汇集供热蒸汽。
供热温度控制系统包括供热蒸汽温度控制器21，用于对供热蒸汽温度进行精确调节，保证供热品质；经供热再热器7加热后的供热蒸汽9进入供热蒸汽温度控制器21，供热再热器7与供热蒸汽温度控制器21之间的管道上设有供热调阀后截止阀8，供热蒸汽温度控制器21通入减温水对供热蒸汽9进行温度和压力的调节，减温水管道上设有减温水控制阀前截止阀18、减温水调节阀19和减温水控制阀后截止阀20。
本实施例在供热再热出口联箱5和再热蒸汽入口联箱12之间设置旁路管道，并在该旁路管道上设置供热蒸汽再热旁路调节阀10，该旁路为常闭旁路。
本实施例在冷再热蒸汽11所在管道上设置冷再热蒸汽截止阀23，并在冷再热蒸汽11与供热蒸汽9之间设置旁路管道进行连接，且连接点位于冷再热蒸汽截止阀23之前，该旁路管道上设置冷再热蒸汽旁路阀24，该旁路为常闭旁路。
本实施例的供热系统蒸汽由高压缸抽出，蒸汽压力为6.07MPa，蒸汽温度为386℃；高参数热用户所需蒸汽压力为4.3MPa，温度为430℃，因此，需要对供热抽汽进行再加热。
供热蒸汽再加热采用的是烟气再热技术。由于供热抽取蒸汽，原锅炉再热系统通流量减少，再热器由于冷却介质减少将会出现超温，影响机组安全运行，因此，需要对再热器进行改造，本实施例采用减少再热受热面面积的方法；另一方面，由于供热蒸汽的温度偏低，需要再加热，本实施例采用烟气再加热技术，所以本实施例通过改造，将原有锅炉再热器13（如图2所示）的一部分改造为供热再热器7，利用原锅炉再热系统的受热面，加热供热蒸汽，同时解决了再热器超温和供热温度欠温的问题，实现减少再热器吸热和增加供热蒸汽吸热的目的，充分利用原系统设备部件，实现减少改造范围，节约投资，提高能源利用效率的多重目标。
当机组供热热负荷不稳定，或者部分情况下，机组需要纯凝工况运行时，即高参数供热完全停止的工况下，冷再热蒸汽截止阀23关闭，冷再热蒸汽旁路阀24和供热蒸汽再热旁路调节阀10打开，此时供热再热器7的受热面将恢复为锅炉再热器13的一部分，冷再热蒸汽恢复至纯凝状态运行。
在部分工况下，机组如果高参数供热量减少，为了保护锅炉加热器13受热面，需要将供热蒸汽再热旁路阀10打开，用于将供热蒸汽再热系统的部分相对冷却的供热蒸汽接入汽轮机主机循环系统，形成闭式循环。
本实施例的供热系统，供热蒸汽经过做功后再供热，通过设计锅炉侧的供热蒸汽再热系统，调节了供热蒸汽的温度，满足用户需求，回收供热蒸汽做功能力，实现了对供热蒸汽能量梯级利用，提高能源利用效率。
对比例
如图2所示，现有技术中常规的减温减压供热系统，采用主蒸汽15减温减压后供热，在主蒸汽15上设置抽气点抽取供热抽汽9，供热抽汽9经供热蒸汽温度控制器21喷入减温水进行减温减压后为用户供热。
本对比例中蒸汽压力为16.67MPa，蒸汽温度为538℃，热用户蒸汽压力为4.3MPa，蒸汽温度为430℃；减温水压力为18MPa，温度为150℃，则其供热方案见表1：
表1 减温减压供热方案
项目 压力(MPa) 温度(℃) 焓值(kJ/kg) 流量(t/h) 主蒸汽供热抽汽压力 16.67 538 3397.26 95.78 减温水 18 158 643.17 4.22 供热蒸汽 4.3 430 3280.90 100
由上表可以看出，采用常规供热方案，满足100t/h供热蒸汽，需要抽取95.78t/h的供热蒸汽和4.22t/h的减温水，混合后供热。严格来说，这种供热属于热电分产，供热蒸汽未做功，所以，供热经济性较差，供热效率不高。
由上述实施例和对比例可以看出，本系统通过改造可以灵活满足供热需求，且可以提高能源利用效率，具有良好的节能效果。
本发明的技术方案不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本发明要求保护的范围内。
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