一种二次再热机组系统及运行方法与流程

1.本发明涉及二次再热机组调峰技术领域，具体涉及一种二次再热机组系统及运行方法。


背景技术：

2.在可再生能源大规模并网的背景下，燃煤机组由主体能源向调节性支撑能源转变。为适应可再生能源间歇性的特性，燃煤机组面临频繁、快速的调峰过程。二次再热机组是典型的先进高效燃煤机组，其灵活性的提高对构建新型电力系统意义重大。
3.相较于一次再热机组，现有技术中的二次再热机组需增加一级超高压缸、二次再热器和相应的控制机构，使得机组结构、调控和操作运行更加复杂，导致锅炉系统与汽机系统的惯性差异增大，限制了二次再热机组调峰能力。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中二次再热机组由于惯性差异导致变负荷速率受限的缺陷，从而提供一种二次再热机组系统及运行方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种二次再热机组系统，包括：
6.汽轮机组，其蒸汽入口端连通有蒸汽发生器，其蒸汽出口端连通有回热加热器，汽轮机组的蒸汽出口端与回热加热器之间连通有凝汽器；
7.换热器，其第一流道一端连通在汽轮机组与蒸汽发生器之间，另一端与凝汽器连通；第一流道与凝汽器连通的一端安装有凝结水调节阀，另一端安装有再热蒸汽调节阀；
8.储能组件，与换热器的第二流道连通。
9.可选地，储能组件包括储热件和储冷件，储热件与储冷件分别连通在第二流道的两端。
10.可选地，储热件与第二流道之间安装有高温介质调节阀；储冷件与第二流道之间安装有低温介质调节阀。
11.可选地，汽轮机组包括超高压缸、普高压缸、中压缸和低压缸，超高压缸、普高压缸、中压缸和低压缸均分别与回热加热器连通，凝汽器安装在低压缸与回热加热器之间。
12.可选地，蒸汽发生器包括三级加热流道，其中，第一级加热流道入口端与回热加热器连通，出口端与超高压缸连通；第二级加热流道入口端与超高压缸连通，出口端与普高压缸连通；第三级加热流道入口与普高压缸连通，出口端与中压缸连通，中压缸的出口端与低压缸连通；第一流道连通在超高压缸与第二级加热流道之间。
13.可选地，汽轮机组的输出轴上安装有发电机。
14.本发明还提供一种二次再热机组运行方法，应用于本发明所述的二次再热机组系统，包括以下步骤：
15.二次再热机组系统在降负荷运行时，调节再热蒸汽调节阀，抽取回热加热器中的再热蒸汽至换热器的第一流道放热，放热后的再热蒸汽流入凝汽器；
16.储能组件控制低温介质进入换热器的第二流道吸热；
17.再热蒸汽调节阀的开度按如下公式调节：
[0018][0019]
上式中：δg
15
为根据变负荷速率与变负荷范围设定的一次冷再热蒸汽抽汽量，单位为kg/s；δp
15
为再热蒸汽压力与换热器处的压力之差，单位为mpa；ρ
15
为再热蒸汽密度，单位为kg/m3；k
v，16
为再热蒸汽调节阀的阻力增益系数。
[0020]
可选地，还包括：
[0021]
二次再热机组系统在升负荷运行时，储能组件工作控制高温介质进入换热器的第二流道进行放热；
[0022]
调节凝结水调节阀，抽取凝结水至换热器的第一流道进行吸热，吸热后的凝结水进入蒸汽发生器；
[0023]
凝结水调节阀的开度按如下公式调节：
[0024][0025]
上式中，δg
16
为根据变负荷速率与变负荷范围设定的凝结水抽水量，单位为kg/s；δp
16
为凝汽器与换热器处的压力之差，单位为mpa；ρ
16
为凝结水密度，单位为kg/m3；k
v，16
为凝结水调节阀的阻力增益系数。
[0026]
可选地，还包括：二次再热机组系统在降负荷运行时，低温介质调节阀的开度按如下公式调节：
[0027][0028]
上式中：h
rh
为再热蒸汽焓值，单位为kj/kg；hc为凝结水焓值，单位为kj/kg；h
cr
为高温储热介质焓值，单位为kj/kg；h
cc
为低温储热介质焓值，单位为kj/kg；δp6为储冷件与换热器处的压力之差，单位为mpa；ρ6为低温介质密度，单位为kg/m3；k
v，6
为低温介质调节阀的阻力增益系数。
[0029]
可选地，还包括：二次再热机组系统在升负荷运行时，高温介质调节阀的开度按如下公式调节：
[0030][0031]
上式中：h
rh
为再热蒸汽焓值，单位为kj/kg；hc为凝结水焓值，单位为kj/kg；h
cr
为高温储热介质焓值，单位为kj/kg；h
cc
为低温储热介质焓值，单位为kj/kg；δp2为储热件与换热器处的压力之差，单位为mpa；ρ2为低温介质密度，单位为kg/m3；k
v，2
为高温介质调节阀的阻力增益系数。
[0032]
本发明技术方案，具有如下优点：
[0033]
1.本发明提供的二次再热机组系统，包括：汽轮机组，其蒸汽入口端连通有蒸汽发
生器，其蒸汽出口端连通有回热加热器，汽轮机组的蒸汽出口端与回热加热器之间连通有凝汽器；换热器，其第一流道一端连通在汽轮机组与蒸汽发生器之间，另一端与凝汽器连通；第一流道与凝汽器连通的一端安装有凝结水调节阀，另一端安装有再热蒸汽调节阀；储能组件，与换热器的第二流道连通。
[0034]
二次再热机组系统在变负荷运行进度调峰时，降负荷过程中，现有控制策略下，再热蒸汽易欠温，本发明提供的二次再热机组系统在降负荷运行时，开启再热蒸汽调节阀，抽取部分再热蒸汽，进入换热器中进行换热，并将其热量储存在储能组件中；升负荷过程中，现有控制策略下，再热蒸汽易超温，本发明提供的二次再热机组系统在升负荷运行时，开启凝结水调节阀，抽取部分凝结水，进入换热器中进行换热，加热至一次冷再热蒸汽温度并送入蒸汽发生器中进行换热。在降负荷运行时，降低了再热蒸汽流量，能够缓解再热蒸汽欠温的现象，进而使得进入汽轮机组中做功的蒸汽量降低，做功量减少，加快了机组降负荷速率。在升负荷运行时，增加了再热蒸汽流量，能够缓解再热蒸汽超温的现象，提高了运行过程中的安全性，而且进入汽轮机中做功的蒸汽量增加，做功量增加，加快了机组升负荷速率。通过设置换热器和储能组件，配合凝结水调节阀和再热蒸汽调节阀对二次再热机组系统进行变负荷运行调峰，能够消除由于惯性差异导致的机组变负荷速率受限，加快机组的调峰速率。
[0035]
2.本发明提供的二次再热机组系统，储能组件包括储热件和储冷件，储热件与储冷件分别连通在第二流道的两端。降负荷调峰时，储冷件释放低温介质对再热蒸汽进行降温，减少再热蒸汽的量；升负荷调峰时，储热件释放高温介质，对冷凝水进行升温，增加再热蒸汽的量，能够加快机组的调峰速率。
[0036]
3.本发明提供的二次再热机组运行方法，在机组进行降负荷调峰运行时，根据热蒸汽压力与换热器处的压力之差精准控制再热蒸汽调节阀的开度，能够保证在降负荷调峰时，机组的调峰速率能够始终保持在系统允许的最高点，保证机组在最大的调峰速率下运行。
附图说明
[0037]
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。
[0038]
图1为本发明的实施方式中提供的二次再热机组系统的结构示意图。
[0039]
图2为本发明的实施方式中提供的二次再热机组系统在进行降负荷调峰时的运行示意图。
[0040]
图3为本发明的实施方式中提供的二次再热机组系统在进行升负荷调峰时的运行示意图。
[0041]
附图标记说明：1、储热件；2、高温介质调节阀；3、高温介质泵；4、换热器；5、低温介质泵；6、低温介质调节阀；7、储冷件；8、蒸汽发生器；9、超高压缸；10、普高压缸；11、中压缸；12、低压缸；13、凝汽器；14、回热加热器；15、再热蒸汽调节阀；16、凝结水调节阀；17、凝结水泵；18、发电机。
具体实施方式
[0042]
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。
[0043]
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。
[0044]
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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0045]
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。
[0046]
实施例1
[0047]
如图1所示为本实施例提供的一种二次再热机组系统，包括汽轮机组、换热器4和储能组件。图1中的箭头方向为蒸汽以及凝结水的流动方向。
[0048]
汽轮机组的蒸汽入口端连通有蒸汽发生器8，汽轮机组蒸汽出口端连通有回热加热器14，汽轮机组的蒸汽出口端与回热加热器14之间连通有凝汽器13。本实施例中的蒸汽发生器8为燃煤锅炉，在其他实施例中蒸汽发生器8还可以为其他燃料的加热器。
[0049]
换热器4的第一流道一端连通在汽轮机组与蒸汽发生器8之间，另一端与凝汽器13连通；第一流道与凝汽器13连通的一端安装有凝结水调节阀16，另一端安装有再热蒸汽调节阀15。凝结水调节阀16与换热器4之间安装有凝结水泵17，用于在升负荷调峰时从凝汽器13中抽取部分凝结水。储能组件与换热器4的第二流道连通。储能组件包括作为储热件1的储热罐和作为储冷件7的储冷罐，储热件1与储冷件7分别连通在第二流道的两端。储热件1与第二流道之间安装有高温介质调节阀2。储冷件7与第二流道之间安装有低温介质调节阀6。储冷件7和储热件1中的储热介质为熔融盐单相流动的介质。为了便于对低温介质和高温介质的流速和流量进行精准控制，在低温介质调节阀6与换热器4之间安装有低温介质泵5，用于驱动储热件1中的高温介质向换热器4运动，并最终储存到储冷件7中；在高温介质调节阀2与换热器4之间安装有高温介质泵3，用于驱动储冷件7中的低温介质向换热器4运动，并最终储存在储热件1中。
[0050]
汽轮机组包括超高压缸9、普高压缸10、中压缸11和低压缸12，超高压缸9、普高压缸10、中压缸11和低压缸12均分别与回热加热器14连通，凝汽器13安装在低压缸12与回热加热器14之间。高压缸、普高压缸10、中压缸11和低压缸12之间同轴设置，低压缸12的输出轴上同轴安装有发电机18。
[0051]
蒸汽发生器8包括三级加热流道，其中，第一级加热流道入口端与回热加热器14连通，出口端与超高压缸9连通；第二级加热流道入口端与超高压缸9连通，出口端与普高压缸
10连通；第三级加热流道入口与普高压缸10连通，出口端与中压缸11连通，中压缸11的出口端与低压缸12连通；第一流道连通在超高压缸9与第二级加热流道之间。
[0052]
二次再热机组系统在变负荷运行进度调峰时，降负荷过程中，现有控制策略下，再热蒸汽易欠温，本发明提供的二次再热机组系统在降负荷运行时，开启再热蒸汽调节阀15，抽取部分再热蒸汽，进入换热器4中进行换热，并将其热量储存在储能组件中；升负荷过程中，现有控制策略下，再热蒸汽易超温，本发明提供的二次再热机组系统在升负荷运行时，开启凝结水调节阀16，抽取部分凝结水，进入换热器4中进行换热，加热至一次冷再热蒸汽温度并送入蒸汽发生器8中进行换热。在降负荷运行时，降低了再热蒸汽流量，能够缓解再热蒸汽欠温的现象，进而使得进入汽轮机组中做功的蒸汽量降低，做功量减少，加快了机组降负荷速率。在升负荷运行时，增加了再热蒸汽流量，能够缓解再热蒸汽超温的现象，提高了运行过程中的安全性，而且进入汽轮机中做功的蒸汽量增加，做功量增加，加快了机组升负荷速率。通过设置换热器4和储能组件，配合凝结水调节阀16和再热蒸汽调节阀15对二次再热机组系统进行变负荷运行调峰，能够消除由于惯性差异导致的机组变负荷速率受限，加快机组的调峰速率。
[0053]
实施例2
[0054]
本实施例提供一种二次再热机组运行方法，应用于实施例1所述的二次再热机组系统，包括以下步骤：
[0055]
如图2所示，二次再热机组系统在降负荷运行时，调节再热蒸汽调节阀15，抽取回热加热器14中的再热蒸汽至换热器4的第一流道放热，放热后的再热蒸汽流入凝汽器13；储能组件控制低温介质进入换热器4的第二流道吸热。高温介质调节阀2与凝结水调节阀16处于全开状态。图2中储冷件与储热件之间管路上的箭头方向为低温介质的流动方向，其余箭头为发电系统中的蒸汽以及凝结水的流动方向。
[0056]
再热蒸汽调节阀15的开度按如下公式调节：
[0057][0058]
上式中：δg
15
为根据变负荷速率与变负荷范围设定的一次冷再热蒸汽抽汽量，单位为kg/s；δp
15
为再热蒸汽压力与换热器处的压力之差，单位为mpa；ρ
15
为再热蒸汽密度，单位为kg/m3；k
v，16
为再热蒸汽调节阀的阻力增益系数。
[0059]
二次再热机组系统在降负荷运行时，低温介质调节阀6的开度按如下公式调节：
[0060][0061]
上式中：h
rh
为再热蒸汽焓值，单位为kj/kg；hc为凝结水焓值，单位为kj/kg；h
cr
为高温储热介质焓值，单位为kj/kg；h
cc
为低温储热介质焓值，单位为kj/kg；δp6为储冷件与换热器处的压力之差，单位为mpa；ρ6为低温介质密度，单位为kg/m3；k
v，6
为低温介质调节阀的阻力增益系数。
[0062]
如图3所示，二次再热机组系统在升负荷运行时，储能组件工作控制高温介质进入换热器4的第二流道进行放热；调节凝结水调节阀16，抽取凝结水至换热器4的第一流道进
行吸热，吸热后的凝结水进入蒸汽发生器8。低温介质调节阀6与再热蒸汽调节阀15处于全开状态。图2中储热件与储冷件之间管路上的箭头方向为高温介质的流动方向，其余箭头为发电系统中的蒸汽以及凝结水的流动方向。
[0063]
凝结水调节阀16的开度按如下公式调节：
[0064][0065]
上式中，δg
16
为根据变负荷速率与变负荷范围设定的凝结水抽水量，单位为kg/s；δp
16
为凝汽器与换热器处的压力之差，单位为mpa；ρ
16
为凝结水密度，单位为kg/m3；k
v，16
为凝结水调节阀的阻力增益系数。
[0066]
二次再热机组系统在升负荷运行时，高温介质调节阀2的开度按如下公式调节：
[0067][0068]
上式中：h
rh
为再热蒸汽焓值，单位为kj/kg；hc为凝结水焓值，单位为kj/kg；h
cr
为高温储热介质焓值，单位为kj/kg；h
cc
为低温储热介质焓值，单位为kj/kg；δp2为储热件与换热器处的压力之差，单位为mpa；ρ2为低温介质密度，单位为kg/m3；k
v，2
为高温介质调节阀的阻力增益系数。
[0069]
降负荷过程中，现有控制策略下，再热蒸汽易欠温，本实施例所提出的降负荷过程中的运行方法，抽取部分冷再热蒸汽，与低温熔盐介质进行换热，并将其热量储存在储热罐中；上述方法不仅降低了再热蒸汽流量，缓解再热蒸汽欠温的现象，而且进入汽轮机中做功的蒸汽量降低，做功量减少，加快了机组降负荷速率。升负荷过程中，现有控制策略下，再热蒸汽易超温，本专利所提出的升负荷过程中的运行方法，抽取部分凝结水，与高温熔盐介质进行换热，加热至一次冷再热蒸汽温度并送入锅炉系统进行换热；上述方法不仅增加了再热蒸汽流量，能够缓解再热蒸汽超温的现象，提高了运行过程中的安全性，而且进入汽轮机中做功的蒸汽量增加，做功量增加，加快了机组升负荷速率。
[0070]
针对二次再热机组锅炉侧与汽机侧惯性差异大引起的参数波动大的问题，提出了通过耦合储热罐实现能量时间与空间上的转移，通过储热罐的储热放热过程缓解二次再热机组变负荷过程中参数波动大的问题，提高二次再热机组变负荷速率，增强二次再热机组灵活调峰的能力，为可再生能源大规模并网提供了条件。
[0071]
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它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。而由此所引伸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。

技术特征：
1.一种二次再热机组系统，其特征在于，包括：汽轮机组，其蒸汽入口端连通有蒸汽发生器(8)，其蒸汽出口端连通有回热加热器(14)，所述汽轮机组的蒸汽出口端与所述回热加热器(14)之间连通有凝汽器(13)；换热器(4)，其第一流道一端连通在所述汽轮机组与所述蒸汽发生器(8)之间，另一端与凝汽器(13)连通；所述第一流道与所述凝汽器(13)连通的一端安装有凝结水调节阀(16)，另一端安装有再热蒸汽调节阀(15)；储能组件，与所述换热器(4)的第二流道连通。2.根据权利要求1所述的二次再热机组系统，其特征在于，所述储能组件包括储热件(1)和储冷件(7)，所述储热件(1)与所述储冷件(7)分别连通在所述第二流道的两端。3.根据权利要求2所述的二次再热机组系统，其特征在于，所述储热件(1)与所述第二流道之间安装有高温介质调节阀(2)；所述储冷件(7)与所述第二流道之间安装有低温介质调节阀(6)。4.根据权利要求1至3任一项所述的二次再热机组系统，其特征在于，所述汽轮机组包括超高压缸(9)、普高压缸(10)、中压缸(11)和低压缸(12)，所述超高压缸(9)、所述普高压缸(10)、所述中压缸(11)和所述低压缸(12)均分别与所述回热加热器(14)连通，所述凝汽器(13)安装在所述低压缸(12)与所述回热加热器(14)之间。5.根据权利要求4所述的二次再热机组系统，其特征在于，所述蒸汽发生器(8)包括三级加热流道，其中，第一级加热流道入口端与回热加热器(14)连通，出口端与所述超高压缸(9)连通；第二级加热流道入口端与所述超高压缸(9)连通，出口端与所述普高压缸(10)连通；第三级加热流道入口与所述普高压缸(10)连通，出口端与中压缸(11)连通，所述中压缸(11)的出口端与所述低压缸(12)连通；所述第一流道连通在所述超高压缸(9)与第二级加热流道之间。6.根据权利要求1至3任一项所述的二次再热机组系统，其特征在于，所述汽轮机组的输出轴上安装有发电机(18)。7.一种二次再热机组运行方法，其特征在于，应用于权利要求1至6任一项所述的二次再热机组系统，包括以下步骤：二次再热机组系统在降负荷运行时，调节再热蒸汽调节阀(15)，抽取回热加热器(14)中的再热蒸汽至换热器(4)的第一流道放热，放热后的再热蒸汽流入凝汽器(13)；储能组件控制低温介质进入换热器(4)的第二流道吸热；所述再热蒸汽调节阀(15)的开度按如下公式调节：上式中：δg
15
为根据变负荷速率与变负荷范围设定的一次冷再热蒸汽抽汽量，单位为kg/s；δp
15
为再热蒸汽压力与换热器处的压力之差，单位为mpa；ρ
15
为再热蒸汽密度，单位为kg/m3；k
v，16
为再热蒸汽调节阀的阻力增益系数。8.根据权利要求7所述的二次再热机组运行方法，其特征在于，还包括：二次再热机组系统在升负荷运行时，储能组件工作控制高温介质进入换热器(4)的第二流道进行放热；
调节凝结水调节阀(16)，抽取凝结水至换热器(4)的第一流道进行吸热，吸热后的凝结水进入蒸汽发生器(8)；所述凝结水调节阀(16)的开度按如下公式调节：上式中，δg
16
为根据变负荷速率与变负荷范围设定的凝结水抽水量，单位为kg/s；δp
16
为凝汽器与换热器处的压力之差，单位为mpa；ρ
16
为凝结水密度，单位为kg/m3；k
v，16
为凝结水调节阀的阻力增益系数。9.根据权利要求7或8所述的二次再热机组运行方法，其特征在于，还包括：二次再热机组系统在降负荷运行时，低温介质调节阀(6)的开度按如下公式调节：上式中：h
rh
为再热蒸汽焓值，单位为kj/kg；h
c
为凝结水焓值，单位为kj/kg；h
cr
为高温储热介质焓值，单位为kj/kg；h
cc
为低温储热介质焓值，单位为kj/kg；δp6为储冷件与换热器处的压力之差，单位为mpa；ρ6为低温介质密度，单位为kg/m3；k
v，6
为低温介质调节阀的阻力增益系数。10.根据权利要求7或8所述的二次再热机组运行方法，其特征在于，还包括：二次再热机组系统在升负荷运行时，高温介质调节阀(2)的开度按如下公式调节：上式中：h
rh
为再热蒸汽焓值，单位为kj/kg；h
c
为凝结水焓值，单位为kj/kg；h
cr
为高温储热介质焓值，单位为kj/kg；h
cc
为低温储热介质焓值，单位为kj/kg；δp2为储热件与换热器处的压力之差，单位为mpa；ρ2为低温介质密度，单位为kg/m3；k
v，2
为高温介质调节阀的阻力增益系数。

技术总结
本发明涉及二次再热机组调峰技术领域，具体涉及一种二次再热机组系统及运行方法。二次再热机组系统，包括：汽轮机组，其蒸汽入口端连通有蒸汽发生器，其蒸汽出口端连通有回热加热器，汽轮机组的蒸汽出口端与回热加热器之间连通有凝汽器；换热器，其第一流道一端连通在汽轮机组与蒸汽发生器之间，另一端与凝汽器连通；第一流道与凝汽器连通的一端安装有凝结水调节阀，另一端安装有再热蒸汽调节阀；储能组件，与换热器的第二流道连通。通过设置换热器和储能组件，配合凝结水调节阀和再热蒸汽调节阀对二次再热机组系统进行变负荷运行调峰，能够消除由于惯性差异导致的机组变负荷速率受限，加快机组的调峰速率。加快机组的调峰速率。加快机组的调峰速率。


技术研发人员：高宁 姜烈伟 张振伟 沈乾坤
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/6/26