一种利用高压加热器的储能调节供热峰谷系统及运行方式的制作方法

本发明涉及电站技术领域，具体涉及电站储能供热系统。

背景技术：

由于社会的发展，我国节能减排各种政策的实施，热电厂热电联产成为了集中供热的主要生产方式。为了进一步提高热效率，大部分热电厂的抽汽机组进一步被背压机组代替，有不少热电厂已完全停用了调峰方式的抽汽机组，供热完全由背压机组与双减来完成。

但是，大多供热区的热负荷是不稳定的。它们的特点是上午8时到11时是峰值(一天最大用热时段)，而晚上23时至次日6时为谷时(用热最小时段)。当峰谷比超过200％(峰时平均用汽量/谷时平均用汽量)时，会给系统运行带来极大不便，不但机组效率低下，而且环保脱硝也很难达标。

因此，如何对现有的电站供热系统进行改进，使其克服上述问题，是本领域技术人员亟待解决的一个问题。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供的一种在供热峰谷比大时运行负荷稳定，运行效率高，供热能力强的利用高压加热器的储能调节供热峰谷系统。

本发明的另一个目的在于提供一种利用高压加热器的储能调节供热峰谷系统的运行方式。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种利用高压加热器的储能调节供热峰谷系统，包括背压汽轮机、除氧器、高压加热器、水箱和锅炉；

所述背压汽轮机上连接有背压汽管，所述背压汽管分成两路，一路所述背压汽管适于连接供热总管并输送背压蒸汽进行供热，另一路所述背压汽管连接所述除氧器并输送背压蒸汽用于加热无盐水；

所述除氧器上连接有供水总管，所述供水总管输送无盐水至所述除氧器，所述除氧器和所述高压加热器之间连接有第一供水管，所述第一供水管用于将所述除氧器制备的除氧无盐水输送至所述高压加热器的水室；所述第一供水管上设置有控制部件，所述控制部件用于调节所述除氧器进入所述高压加热器的除氧无盐水水压和水量；

所述高压加热器和所述所述背压汽轮机之间连接有抽汽管，所述抽汽管输送蒸汽至所述高压加热器的汽室，并用于加热所述高压加热器水室内的除氧无盐水；

所述高压加热器和所述水箱之间连接有第二供水管，所述第二供水管可将所述高压加热器水室内的除氧无盐水输送至所述水箱；

所述高压加热器和所述锅炉之间连接有第三供水管，所述第三供水管可将所述高压加热器水室内的除氧无盐水输送至所述锅炉；且所述第二供水管连通所述第三供水管，所述水箱内的除氧无盐水可通过所述第二供水管和所述第三供水管进入所述锅炉；

所述锅炉和所述背压汽轮机之间连接有供汽管，所述锅炉将除氧无盐水加热成蒸汽，并通过所述供汽管将蒸汽输送至所述背压汽轮机；

所述高压加热器和所述除氧器之间还连接有第一疏水管，所述高压加热器汽室内的蒸汽冷凝后经所述第一疏水管流入所述除氧器。

作为改进，所述高压加热器包括一抽高压加热器和二抽高压加热器，所述一抽高压加热器出水温度大于所述二抽高压加热器出水温度，所述抽汽管包括一抽汽管和二抽汽管，所述一抽汽管出汽压力大于所述二抽汽管出汽压力；所述二抽高压加热器可输送除氧无盐水至所述一抽高压加热器。

所述二抽高压加热器连接所述二抽汽管、所述第一供水管和所述第一疏水管，所述一抽高压加热器连接所述一抽汽管、所述第二供水管和所述第三供水管，所述一抽高压加热器和所述二抽高压加热器之间还连接有第二疏水管，所述一抽高压加热器汽室内的蒸汽冷凝后经所述第二疏水管流入所述二抽高压加热器的汽室。通过双级加热，可以将除氧无盐水加热至更高的额定温度，以提高能源利用率。

进一步改进，所述二抽高压加热器和所述一抽高压加热器之间设置有减温器，所述二抽高压加热器和所述减温器之间连接有第四供水管，所述减温器和所述一抽高压加热器之间连接有第五供水管，所述二抽高压加热器水室内的除氧无盐水通过所述第四供水管进入所述减温器的水室，所述减温器水室内的除氧无盐水通过所述第五供水管进入所述一抽高压加热器的水室。

所述水箱顶部和所述减温器汽室之间连接有汽平衡管，所述一抽汽管还连接所述减温器汽室，所述一抽汽管内的蒸汽通过所述减温器减温至饱和温度，饱和蒸汽通过所述汽平衡管进入所述水箱顶部。减温器的主要作用是降低水箱的使用温度。

作为优选，所述减温器和所述一抽高压加热器之间连接有第三疏水管，且所述减温器高于所述一抽高压加热器布置，所述减温器汽室内的蒸汽冷凝后经所述第三疏水管自流入所述一抽高压加热器的汽室。

作为常规设置，所述控制部件包括变速加压水泵和调节阀，所述变速加压水泵用于控制除氧无盐水水压，所述调节阀用于控制除氧无盐水流量；

所述第二供水管上设置有双向流量计，所述双向流量计用于监测进出所述水箱的除氧无盐水水量；

所述第三供水管上设置有锅炉给水泵，所述锅炉给水泵用于加压输送除氧无盐水至所述锅炉。

一种利用高压加热器的储能调节供热峰谷系统的运行方式，包括谷时运行方式s1和峰时运行方式s2；

在供热谷时段，上述谷时运行方式s1包括以下步骤：

s11：除氧器增加制备除氧无盐水，并使制备的除氧无盐水量大于锅炉所需水量；

s12：除氧水经过高压加热器加热达到额定水温；

上述步骤中，增加了除氧器与高压加热器的自用汽量，提高了机组负荷。

s13：锅炉抽取所需的高温除氧无盐水，剩余的高温除氧无盐水进入水箱存储；

在供热峰时段，上述峰时运行方式s2包括以下步骤：

s21：除氧器减少制备除氧无盐水，同时高压加热器的加热水量减少；进而减少了系统本身的蒸汽用量，省出的蒸汽进入供热总管用于供热；

s22：锅炉抽取高压加热器制备的高温除氧无盐水的同时，还可抽取水箱内存储的高温除氧无盐水，以满足锅炉的所需水量。

作为改进，本系统的高压加热器包括一抽高压加热器和二抽高压加热器，一抽高压加热器具有超高压加热功能，二抽高压加热器具有高压加热功能，一抽高压加热器通过一抽汽管与背压汽轮机连接，二抽高压加热器通过二抽汽管与背压汽轮机连接；上述步骤s12中，除氧水依次经过二抽高压加热器和一抽高压加热器加热并达到额定温度。

进一步的，一抽高压加热器和二抽高压加热器之间还设置有减温器，二抽高压加热器中的除氧无盐水经过减温器后再进入一抽高压加热器；水箱和减温器之间连接有汽平衡管，汽平衡管经减温器与一抽汽管连接，一抽汽管内的蒸汽通过减温器减温至饱和温度，饱和蒸汽通过汽平衡管进入水箱顶部，用于降低水箱的使用温度。

作为常规控制方式，上述步骤s11中，通过变速加压水泵加大除氧无盐水的供应量，并将水压调至大于一抽汽管的汽压，同时通过调整调节阀开度，将供水量调至大于锅炉所需水量。

作为优选，上述运行方式还包括冷凝疏水步骤s3：减温器和一抽高压加热器之间连接有第三疏水管，一抽高压加热器和二抽高压加热器之间还连接有第二疏水管，述高压加热器和除氧器之间还连接有第一疏水管；减温器内的冷凝水由于高度差流入一抽高压加热器，一抽高压加热器内的冷凝水由于压力差流入二抽高压加热器，二抽高压加热器内的冷凝水由于压力差流入除氧器并重复利用。

现有技术中，供热机组主要生产过程是锅炉产生高温高压蒸汽，高压蒸汽通过背压汽轮机发电，并降压后形成低压蒸汽，低压蒸汽一部分进行供热，另一部分用于锅炉的给水加热除氧用，除氧后再经高温加热并达到锅炉要求的给水温度，再次进入锅炉。也就是说，一套供热机组的供热能力可以等同为，锅炉产汽量(即背压汽轮机的进汽量)减去除氧加热用汽量再减去高温加热用汽量。

与现有技术相比，本发明对供热机组的供水、供汽管路进行改进，并采用了峰谷时段不同的运行方式，具体如下：在谷时段(如夜间)，利用高压加热器将除氧无盐水加热至额定温度，并储存于球形水箱中，同时增加机组的自用汽量而提高机组负荷；而在供热峰时段(如白天)主要使用储存于水箱的高温除氧无盐水，将不再加热或少加热除氧无盐水，减少了机组的自用汽量，也就提高了机组的供热能力，来满足供热要求。通过上述运行方式，达到了机组全天小范围波动平衡运行，提高了机组的运行效率，提高了机组峰时段的供热能力。

值得一提的是，本系统利用了高压加热器，可以将除氧无盐水加热至245℃(超高压高温机组)或215℃(高温高压机组)，能大大提高机组的热效率，并充分发挥机组的使用率，在整体上提高能源利用率，具有节能环保的优点。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例的系统结构示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“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”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

如图1所示，本发明的一个优选实施例的储能供热系统包括背压汽轮机1、除氧器2、二抽高压加热器3、一抽高压加热器4、水箱5、锅炉6和减温器7，各个设备之间又通过蒸汽管、供水管和疏水管连接，具体结构如下：

背压汽轮机1上连接有背压汽管8，背压汽管8分成两路，一路背压汽管8适于连接供热总管并输送背压蒸汽进行供热，另一路背压汽管8连接除氧器2并输送背压蒸汽用于加热无盐水。

除氧器2上连接有供水总管9，供水总管9输送无盐水至除氧器2，除氧器2和二抽高压加热器3之间连接有第一供水管10，第一供水管10用于将除氧器2制备的除氧无盐水输送至二抽高压加热器3的水室；第一供水管10上设置有控制部件，控制部件用于调节除氧器2进入二抽高压加热器3的除氧无盐水水压和水量。其中，控制部件包括变速加压水泵101和调节阀102，变速加压水泵101用于控制除氧无盐水水压，调节阀102用于控制除氧无盐水流量。

二抽高压加热器3和背压汽轮机1之间连接有二抽汽管11，二抽汽管11输送蒸汽至二抽高压加热器3的汽室，并用于加热二抽高压加热器3水室内的除氧无盐水；一抽高压加热器4和背压汽轮机1之间连接有一抽汽管12，一抽汽管12输送蒸汽至一抽高压加热器4的汽室，并用于加热一抽高压加热器4水室内的除氧无盐水。并且一抽高压加热器4出水温度大于二抽高压加热器3出水温度，一抽汽管12出汽压力大于二抽汽管11出汽压力；二抽高压加热器3可输送除氧无盐水至一抽高压加热器4。

一抽高压加热器4和水箱5之间连接有第二供水管13，第二供水管13可将一抽高压加热器4水室内的除氧无盐水输送至水箱5。第二供水管13上设置有双向流量计131，双向流量计131用于监测进出水箱5的除氧无盐水水量。

一抽高压加热器4和锅炉6之间连接有第三供水管14，第三供水管14可将一抽高压加热器4水室内的除氧无盐水输送至锅炉6；且第二供水管13连通第三供水管14，水箱5内的除氧无盐水可通过第二供水管13和第三供水管14进入锅炉6。第三供水管14上设置有锅炉给水泵141，锅炉给水泵141用于加压输送除氧无盐水至锅炉6。

减温器7设置在二抽高压加热器3和一抽高压加热器4之间，二抽高压加热器3和减温器7之间连接有第四供水管15，减温器7和一抽高压加热器4之间连接有第五供水管16，二抽高压加热器3水室内的除氧无盐水通过第四供水管15进入减温器7的水室，减温器7水室内的除氧无盐水通过第五供水管16进入一抽高压加热器4的水室。

锅炉6和背压汽轮机1之间连接有供汽管17，锅炉6将除氧无盐水加热成蒸汽，并通过供汽管17将蒸汽输送至背压汽轮机1。

水箱5顶部和减温器7汽室之间连接有汽平衡管18，一抽汽管12还连接减温器7汽室，一抽汽管12内的蒸汽通过减温器7减温至饱和温度，饱和蒸汽通过汽平衡管18进入水箱5顶部。

为了回收利用冷凝蒸汽，二抽高压加热器3和除氧器2之间还连接有第一疏水管19，一抽高压加热器4和二抽高压加热器3之间还连接有第二疏水管20，减温器7和一抽高压加热器4之间连接有第三疏水管21，且减温器7位置高于一抽高压加热器4布置，以便疏水自流。

通过上述结构，本系统的基本工作原理如下：

无盐水经除氧器加热除氧，进入变速加压水泵加压，经调节阀调节流量，进入二抽高压加热器的水室，被二抽汽管中的高温蒸汽加热后流进减温器的水室，再进入一抽高压加热器的水室，被一抽汽管中的高温蒸汽再次加热后分二路流出，一路流向锅炉给水泵，将高温除氧无盐水加压送入锅炉，并生产合格蒸汽进入背压汽轮机，另一路经过双向流量计，与球形水箱底部联通进入水箱。本系统中，背压汽轮机的一抽汽(一抽汽管中的蒸汽)、二抽汽(二抽汽管中的蒸汽)，小部份背压汽(背压汽管中的蒸汽)分别进入一抽高压加热器、二抽高压加热器与除氧器，分三步加热无盐水，可提高机组的回热效率；而大部份背压汽进入供热总管，用于供热。

其中，水箱顶部有一汽平衡管，经减温器与一抽汽管连接。由于一抽高压加热器是面式加热器，被加热水的温度小于加热的一抽汽管内蒸汽的饱和温度，所以在水箱中的水温小于上部蒸汽压力下的饱和温度，也就是说该水有一定的过冷度，也就不会被汽化，能稳定储存在水箱中。同时在锅炉给水泵抽用该水时也不会被汽化，也就避免了汽蚀现象的产生。由于进入水箱的是饱和蒸汽，因此可以大大降低水箱的使用温度，也就降低了水箱的制造成本，并提高了水箱的安全可靠性。

通过三条疏水管的设置，本系统中减温器内的冷凝水能通过第三疏水管流入一抽高压加热器，一抽高压加热器内的冷凝水能通过第二疏水管差流入二抽高压加热器，二抽高压加热器内的冷凝水能通过第一疏水管差流入除氧器。由于减温器高于一抽高压加热器设置，一抽汽压力大于二抽汽压力，而二抽汽压力大于除氧器工作压力，所以冷凝水可以在疏水管自动流动。

基于上述系统结构及基本工作原理，本实施例的调节供热峰谷原理及运行方式如下：

在供热谷时段，变速加压水泵加大供水量，将水压调至大于一抽汽压0.2至0.4mpa之间，并调整调节阀开度，将水量调至大于锅炉所需水量，同时除氧器也同步增加制水量并保持除氧水箱的水位相对稳定。除氧无盐水经过二抽高压加热器，一抽高压加热器二次加热达到额定水温，一部份水经锅炉给水泵送至锅炉，另一部份经双向流量计进入水箱储存。在整个谷时段由于制水量大于用水量，也就加大了各级加热用的自用汽量，同时提高了机组负荷。

在供热峰时段，变速加压水泵与调节阀减小供水量至小于锅炉所需水量，同时除氧器也减少制水量，不足部份由水箱顶部的汽压将水送至锅炉给水泵入口，经加压后进入锅炉。由于减少了新补水量，同时减少了除氧、一抽、二抽各级的自用汽量，机组将多出来的蒸汽可以用于供热，提高了机组的供热能力。

通过本系统及其工作方式，具体如何调节可以达到什么水平，以下就以本申请人的一套超高压高温背压机组为例，说明情况：

机组主要设备参数：

锅炉：锅炉额定压力13.7mpa；额定温度540℃；额定蒸发量150吨/小时，给水温度245℃。

背压汽轮机：额定功率21300kw；进汽压力13mpa；进汽温度：535℃；额定进汽量150吨/小时；一抽汽压力4mpa，一抽汽温度380℃，一抽汽量25吨/小时；二抽汽压力1.9mpa，二抽汽温度280℃，二抽汽量25吨/小时；排汽压力0.8mpa，排汽温度205℃。

除氧器：进水温度25℃，出水温度158℃，最大出水量300吨/小时，进汽压力0.58mpa。

二抽高压加热器：进水温度158℃，出水温度200℃，进汽压力1.9mpa，最大出水量260吨/小时。

一抽高压加热器：进水温度200℃，出水温度245℃，进汽压力4mpa，最大出水量260吨/小时。

球形水箱：额定容积1500m3；额定压力4.5mpa，设计温度260℃。

具体调节峰谷运行方式见表1：

表1

具体常规运行方式见表2：

表2

在热负荷总量一定的前提下，从表1和表2的对照中可以看出，在常规运行方式中，机组在峰时段需运行二套机组，平均负荷率67％，而在谷时段运行一套机组负荷率只有41％，是该机组最小可运行负荷，机组每天开停必将带来很多的问题，而且效率也较为低下。在采用调节峰谷运行方式后，机组可在85％至93％负荷之间稳定运行。而且原机组在峰时段一套机组最大供热能力只有97吨/小时，而调峰后一套机组在峰时段最大供热能达到145吨/小时，提高了50％。在系统设计时，全厂的建设规模在优先考虑峰时供热能力的情况下，采用调节峰谷运行方式后可缩小建设规模40％左右，并能充分发挥机组的使用率，节约建设投资的同时，又提高了机组的热效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

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