申请/专利权人：中国科学院工程热物理研究所

申请日：2018-07-16

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN108678820B

主分类号：F01K11/02

分类号：F01K11/02;F01K13/00;F01K13/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2018.11.13#实质审查的生效;2018.10.19#公开

摘要：本发明公开了一种兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，用以解决火电空冷机组安全度夏问题，采用溴化锂水为工质的吸收发生装置，配合高低压溶液罐及蓄水罐，将昼夜调峰的储能思想引入彻底解决空冷机组安全度夏问题，同时将电力削峰填谷，保证白天高峰用电负荷。

主权项：1.一种兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，用于实现火电空冷机组的安全度夏及系统的昼夜调峰，包括第一双向三通阀、第二双向三通阀、火电空冷凝汽器、蓄水罐和吸收发生装置，其特征在于，所述第一双向三通阀的第一端口与火电汽轮机的乏汽出口连通，第二端口经所述火电空冷凝汽器的热侧后与所述蓄水罐的进口连通，第三端口与所述第二双向三通阀的第一端口连通，所述吸收发生装置包括蒸汽吸收器、蒸汽发生器、溶液泵、节流阀、低压溶液罐和高压溶液罐，其中，所述蒸汽发生器的蒸汽输出端与所述第二双向三通阀的第二端口连通，所述第二双向三通阀的第三端口与所述蒸汽吸收器的低压蒸汽输入端连通，所述蒸汽吸收器的低浓度溶液输出端依次经所述低压溶液罐、溶液泵与所述蒸汽发生器的低浓度液输入端连通，所述蒸汽发生器的高浓度溶液输出端依次经所述高压溶液罐、节流阀后通入所述蒸汽吸收器，所述蒸汽发生器中还设置有换热组件，所述换热组件的进口端与火电汽轮机的级间抽汽管路连通；所述兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置包括环境空气为高温的白天工作模式和环境空气为低温的夜间工作模式，其中，当处于所述白天工作模式时，所述火电汽轮机的乏汽通过所述第一双向三通阀分为两路，一路通入所述火电空冷凝汽器的热侧，另一路经所述第二双向三通阀通入所述蒸汽吸收器，与此同时，来自所述高压溶液罐的高浓度溶液经所述节流阀通入所述蒸汽吸收器，所述高浓度溶液在蒸汽吸收器中吸收蒸汽，并将所述蒸汽转化成液体储存在所述低压溶液罐中，同时降低了溶液浓度；当环境温度发生变化时，调整通过所述节流阀调节进入所述蒸汽吸收器的高浓度溶液的流量，进而改变通过所述第一双向三通阀流通凝汽器的流量，使汽轮机背压稳定在某一设定值；当处于所述夜间工作模式时，所述低压溶液罐中流出的低浓度溶液经所述溶液泵加压后进入所述蒸汽发生器，在所述蒸汽发生器中发生出部分蒸汽后流入所述高压溶液罐，所发生的蒸汽依次经所述第二双向三通阀、第一双向三通阀通入所述火电空冷凝汽器的热侧，进而流入所述蓄水罐；通过调整流入蒸汽发生器的低浓度溶液的流量，进而调节所述蒸汽发生器的蒸汽发生量，使所述火电汽轮机背压稳定在某一设定值。

全文数据：一种兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置技术领域[0001]本发明属于燃煤火力发电机组的空冷领域，具体涉及一种兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，用以解决空冷机组安全度夏问题，同时将电力削峰填谷，保证白天高峰用电负荷。背景技术[0002]截止目前，占比在73%以上的燃煤火力发电依然是我国电力供应的根本保障。相较与湿冷机组明显的节水优势，导致空冷系统逐渐成为我国富煤少水地区的首选。火电超大规模空冷热负荷排放极易受到气象条件的影响，其中最典型的特征是由于环境空气温度的升高，凝汽器换热性能衰减，极大得抬高了汽轮机的排汽背压，恶化发电机组效率。研究表明：环境温度升高1°C，汽轮机机组真空度下降约2kPa，发电量下降约4MW;除此之外，环境空气高温有可能威胁系统的安全运行。当环境温度过高引起汽轮机排汽背压升高时，锅炉必须加煤以维持主汽压力，但当凝汽器背压波动下降时，由于减煤调节的滞后性，会引起主汽压力过高，进而造成锅炉和汽机跳闸。因此发展一种能够抑制空冷机组性能随环境温度变化的装置是十分必要的。[0003]夏季白天高温会导致发电机组效率严重衰减，发电量降低。但同时夏季白天高温时却恰恰是用电高峰之时。这对矛盾将对火电系统造成极大的压力，因此发展能够在昼夜间调峰的大规模储能系统可以避免因用电高峰而必须增建的装机容量。[0004]针对空冷机组安全度夏问题，目前所采用的解决方案是降负荷运行或干湿联合改造措施：（1降负荷运行，虽然可以保证机组的安全，但是这与高温情况用电量大的现状背道而驰；（2进行干湿联合改造的措施，如中国专利“采用自然通风及复合运行模式的干湿联合冷却塔及其应用”（CN201510810682.7中，基于自然通风冷却塔，提出了一种干湿联合运行方式，指出干段和湿段可以采用串联、并联或混合流程的复合运行模式，降低循环水温度的冷却塔。干湿联合冷却方式，一来湿冷效果也有极限环境湿球温度），效果不是特别理想，再者违背了建造空冷机组的节水初衷。[0005]针对电力昼夜调峰的需求，目前多提倡采用抽水蓄能和压缩空气储能。抽水蓄能举措虽为火电所普遍采用，但是这项技术对江河等自然条件的依赖极为严重。压缩空气储能系统的不足主要在于：（1常规压缩空气储能系统需要额外热源加热空气，导致效率较低。例如中国专利“压缩空气储能系统”（CN2〇〇710098467.4提出一种用于电力系统削峰填谷的压缩空气储能系统，包括电动机、压缩机、后冷却器、储气库、回热器、发电机、高压透平、低压燃烧室、低压透平。利用电能压缩空气并储存于地下，在用电高峰时将压缩空气放出，加热空气并驱动透平发电；（2即使新兴的绝热等温压缩空气储能，例如中国专利“一种等温压缩空气储能系统及方法”（CN201510226671.4中，由于充分利用回热系统，没有额外燃料的加入。但仍然解决不了如下问题:压缩空气储能系统的储能密度低，需要储气室过于宠大，为投资成本造成一定的压力;若选用地下洞穴储气，对地理条件的依赖特别大，则选址困难。发明内容[0006]针对现有技术的上述缺点和不足，本发明旨在提供一种兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，采用溴化锂水为工质的吸收发生装置，配合高低溶液罐及蓄水罐，将昼夜调峰的储能思想引入彻底解决空冷机组安全度夏问题，同时将电力削峰填谷，保证白天高峰用电负荷。[0007]本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：[0008]一种兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，用于解决火电空冷机组安全度夏及系统昼夜调峰问题，包括第一双向三通阀、第二双向三通阀、火电空冷凝汽器、蓄水罐和吸收发生装置，其特征在于，[0009]所述第一双向三通阀的第一端口与火电汽轮机的乏汽出口连通，第二端口经所述火电空冷凝汽器的热侧后与所述蓄水罐的进口连通，第三端口与所述第二双向三通阀的第一端口连通，[0010]所述吸收发生装置包括蒸汽吸收器、蒸汽发生器、溶液泵、节流阀、低压溶液罐和高压溶液罐，其中，[0011]所述蒸汽发生器的蒸汽输出端与所述第二双向三通阀的第二端口连通，[0012]第二双向三通阀的第三端口与所述蒸汽吸收器的低压蒸汽输入端连通，[0013]所述蒸汽吸收器的的低浓度溶液输出端依次经所述低压溶液罐、溶液泵与所述蒸汽发生器的低浓度液输入端连通，[0014]所述蒸汽发生器的高浓度溶液输出端依次经所述高压溶液罐、节流阀后通入所述蒸汽吸收器，[0015]所述蒸汽发生器中还设置有换热组件，所述换热组件的进口端与火电汽轮机的级间抽汽管路连通。[0016]优选地，所述吸收发生装置的工质对为溴化锂水溶液。[0017]优选地，所述火电空冷凝汽器的热侧与所述蓄水罐的进口之间的连通上还设置一三通阀，所述三通阀的第一端口与所述火电空冷凝汽器的热侧出口连通，第二端口与外界的疏水管路连通，第三端口与所述蓄水罐的进口连通。[0018]进一步地，本发明的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，包括环境空气为高温的白天工作模式和环境空气为低温的夜间工作模式。[0019]进一步地，当处于所述白天工作模式时，所述火电汽轮机的乏汽通过所述第一双向三通阀分为两路，一路通入所述火电空冷凝汽器的热侧，另一路经所述第二双向三通阀通入所述蒸汽吸收器;与此同时来自所述高压溶液罐的高浓度溶液经所述节流阀通入所述蒸汽吸收器;所述高浓度溶液在所述蒸汽吸收器中吸收蒸汽，并将所述蒸汽转化成液体储存在所述低压溶液罐中，同时降低了溶液浓度。相比传统火电空冷凝汽器，流经火电空冷凝汽器的火电汽轮机乏汽流量减小，导致火电汽轮机排汽背压降低。[0020]进一步地，当环境温度发生变化时，调整通过所述节流阀调节进入所述蒸汽吸收器的高浓度溶液的流量，进而改变通过所述第一双向三通阀流通凝汽器的流量，使汽轮机背压稳定在某一设定值。[0021]进一步地，当处于所述夜间工作模式时，所述低压溶液罐中流出的低浓度溶液经所述溶液泵加压后进入所述蒸汽发生器，在所述蒸汽发生器中发生出部分蒸汽后，流入高压溶液罐，所发生的蒸汽依次经所述第二双向三通阀、第一双向三通阀通入所述火电空冷凝汽器的热侧，进而流入所述蓄水罐。由于流通火电空冷凝汽器的蒸汽量较传统火电空冷凝汽器有所增加，火电汽轮机在晚上运行时，背压比传统机组有所增加，发电效率与发电量均有所衰减，但晚上正值用电低谷，不会影响晚间的电力供需平衡。[0022]进一步地，通过调整流入蒸汽发生器的低浓度溶液的流量，调节所述蒸汽发生器的蒸汽发生量，使所述火电汽轮机背压稳定在某一设定值。[0023]进一步地，所述火电汽轮机处于白天工作模式时，其排汽背压略低于处于所述夜间工作模式时的背压。本发明的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，机组全天只在两个背压状态两个背压比较接近下工作。从而避免环境空气温度增高引起的火电空冷凝汽器换热性能恶化及火电汽轮机背压增大，保证火电机组安全度夏。同时充分利用晚上环境温度较低造成的火电空冷凝汽器换热性能良好和用电低谷的特点，在晚上增加火电空冷凝汽器的负荷，制得冷量，用于补充白天火电空冷凝汽器的负荷不足给火电机组所造成的压力。[0024]作为可替代的方案，本发明的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置中，所述吸收式制冷系统可以单效机组，也可以为双效或多效机组，或其它形式的吸收式制冷机组。[0025]优选地，本发明的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，可用于火电直接空冷机组的安全度夏及电力调峰，也可用于火电间接空冷机组（如海勒式、哈蒙式及SCAL式等的安全度夏及电力调峰，亦可用于湿冷机组的安全度夏及电力调峰。[0026]进一步地，如本发明的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置用于间接空冷机组，可以用吸收式制冷机组制得的冷水对空气进行预冷，也可以去掉空气预冷器，直接与循环水进行换热。[0027]进一步地，如本发明的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置用于湿冷机组，可以用吸收式制冷机组制得的冷水对空气进行预冷，也可以去掉空气预冷器，也可以直接与湿冷机组的开式循环水直接进行换热。[0028]优选地，本发明的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，可用于火电冷端的安全度夏及电力调峰，也可用于其它热源驱动的冷端受环境高温影响较大的的发电系统。[0029]同现有技术相比，本发明的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，其有益技术效果为：（1能够解决火电空冷机组安全度夏问题，在原凝汽器装备的基础上，配以本发明装置，在环境温度发生变化时，通过调节流通凝汽器的蒸汽流量，在白天环境高温情况下，减小凝汽器的负荷，在夜间（环境低温情况下，增大凝汽器的负荷。从时间维度上充分挖掘凝汽器的换热潜力，实现换热量在昼夜间的调度。从而使汽轮机排汽背压在全天均能保持稳定，保证火电机组安全度夏。如图4所示，将改造前波动量24.91kPa的背压稳定两个相近的值上，且白天运行时将背压降低了13.90kPa。⑵适应夏季高温时昼夜调峰需求，本发明中，白天是相对低压的吸收器工作，夜间是相对高压的发生器工作，从而保证火电汽轮机排汽白天低背压，夜间高背压，进而保证白天发电效率及发电量高，夜间发电效率及发电量低。适应了昼夜调峰需求，解决了传统凝汽器白天发电效率、发电量低与用电量大的固有矛盾。如图5所示，经本发明所提的装置改造，扭转传统火电机组晚上发电量大白天发电量小的现状。所得的晚上发电量低，白天发量电高的效果完全符合用电量的昼夜需求变化规律。从右侧红坐标可以看出，经改造，全天的积累发电量几无衰减。附图说明[0030]图1为本发明兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置示意图；[0031]图2为本发明的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置在白天高温时的工作流程示意图；[0032]图3为本发明的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置在夜间低温时的工作流程示意图；[0033]图4为改造前后的汽机排汽背压对比示意图；[0034]图5为改造前后的发电量对比示意图。具体实施方式[0035]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。[0036]如图1所示，本发明的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，用于解决火电空冷机组安全度夏及系统昼夜调峰问题，包括第一双向三通阀1、第二双向三通阀2、火电空冷凝汽器3、蓄水罐4和吸收发生装置。其中，第一双向三通阀1的第一端口与火电汽轮机的乏汽出口连通，第二端口经火电空冷凝汽器3的热侧后与蓄水罐4的进口连通，第三端口与第二双向三通阀2的第一端口连通，火电空冷凝汽器3的热侧与蓄水罐4的进口之间的连通上还设置一三通阀，三通阀的第一端口与火电空冷凝汽器3的热侧出口连通，第二端口与外界的疏水管路连通，第三端口与蓄水罐4的进口连通。[0037]吸收发生装置，其工质对为溴化锂水溶液，包括蒸汽发生器5、高压溶液罐6、节流阀7、蒸汽吸收器8、低压溶液罐9、溶液栗10,其中，蒸汽发生器5的蒸汽输出端与第二双向三通阀2的第二端口连通，第二双向三通阀2的第三端口与蒸汽吸收器8的低压蒸汽输入端连通，蒸汽吸收器8的的低浓度溶液输出端依次经低压溶液罐9、溶液泵1〇与蒸汽发生器5的低浓度液输入端连通，蒸汽发生器5的高浓度溶液输出端依次经高压溶液罐6、节流阀7后通入蒸汽吸收器8,蒸汽发生器5中还设置有换热组件，换热组件的进口端与火电汽轮机的级间抽汽管路连通。[0038]本发明的兼顾火电空冷凝汽器3安全度夏与电力调峰的装置，包括环境空气为高温的白天工作模式和环境空气为低温的夜间工作模式。[0039]当处于白天工作模式时，火电汽轮机的乏汽通过第一双向三通阀1分为两路，一路通入火电空冷凝汽器3的热侧，另一路经第二双向三通阀2通入蒸汽吸收器8;与此同时来自高压溶液罐6的高浓度溶液经节流阀7通入蒸汽吸收器8;高浓度溶液在蒸汽吸收器8中吸收蒸汽，并将蒸汽转化成液体储存在低压溶液罐9中，同时降低了溶液浓度。相比传统火电空冷凝汽器3，流经火电空冷凝汽器3的火电汽轮机乏汽流量减小，导致火电汽轮机排汽背压降低。当环境温度发生变化时，调整节流阀7调节进入蒸汽吸收器8的高浓度溶液的流量，进而改变通过第一双向三通阀1流通凝汽器3的流量，使汽轮机背压稳定在某一设定值。[0040]当处于夜间工作模式时，低压溶液罐9中流出的低浓度溶液经溶液栗10加压后进入蒸汽发生器5,在蒸汽发生器5中发生出部分蒸汽后流入高压溶液罐6,所发生的蒸汽依次经第二双向三通阀2、第一双向三通阀1通入火电空冷凝汽器3的热侧，最后流入蓄水罐4。由于流通火电空冷凝汽器3的蒸汽量较传统火电空冷凝汽器3有所增加，火电汽轮机在晚上运行时，背压比传统机组有所增加，发电效率与发电量均有所衰减，但晚上正值用电低谷，不会影响晚间的电力供需平衡。通过调节蒸汽发生器5的蒸汽发生量，使火电汽轮机背压稳定在某一设定值。[0041]火电汽轮机处于白天工作模式时，其排汽背压略低于处于夜间工作模式时的背压。本发明的兼顾火电空冷凝汽器3安全度夏与电力调峰的装置，机组全天只在两个背压状态两个背压比较接近下工作。从而避免环境空气温度增高引起的火电空冷凝汽器3换热性能恶化及火电汽轮机背压增大，保证火电机组安全度夏。同时充分利用晚上环境温度较低造成的火电空冷凝汽器3换热性能良好和用电低谷的特点，在晚上增加火电空冷凝汽器3的负荷，制得冷量，用于补充白天火电空冷凝汽器3的负荷不足给火电机组所造成的压力。[0042]以上所述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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

权利要求：1.一种兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，用于解决火电空冷机组安全度夏及系统昼夜调峰问题，包括第一双向三通阀、第二双向三通阀、火电空冷凝汽器、蓄水罐和吸收发生装置，其特征在于，所述第一双向三通阀的第一端口与火电汽轮机的乏汽出口连通，第二端口经所述火电空冷凝汽器的热侧后与所述蓄水罐的进口连通，第三端口与所述第二双向三通阀的第一端口连通，所述吸收发生装置包括蒸汽吸收器、蒸汽发生器、溶液泵、节流阀、低压溶液罐和高压溶液罐，其中，所述蒸汽发生器的蒸汽输出端与所述第二双向三通阀的第二端口连通，第二双向三通阀的第三端口与所述蒸汽吸收器的低压蒸汽输入端连通，所述蒸汽吸收器的的低浓度溶液输出端依次经所述低压溶液罐、溶液栗与所述蒸汽发生器的低浓度液输入端连通，所述蒸汽发生器的高浓度溶液输出端依次经所述高压溶液罐、节流阀后通入所述蒸汽吸收器，所述蒸汽发生器中还设置有换热组件，所述换热组件的进口端与火电汽轮机的级间抽汽管路连通。2.根据上述权利要求所述的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，其特征在于，所述吸收发生装置的工质对为溴化锂水溶液。3.根据上述权利要求所述的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，其特征在于，所述火电空冷凝汽器的热侧与所述蓄水罐的进口之间的连通上还设置一三通阀，所述三通阀的第一端口与所述火电空冷凝汽器的热侧出口连通，第二端口与外界的疏水管路连通，第三端口与所述蓄水罐的进口连通。4.根据上述权利要求所述的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，其特征在于，所述装置包括环境空气为高温的白天工作模式和环境空气为低温的夜间工作模式。5.根据权利要求4所述的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，其特征在于，当处于所述白天工作模式时，所述火电汽轮机的乏汽通过所述第一双向三通阀分为两路，一路通入所述火电空冷凝汽器的热侧，另一路经所述第二双向三通阀通入所述蒸汽吸收器;与此同时来自所述高压溶液罐的高浓度溶液经所述节流阀通入所述蒸汽吸收器;所述高浓度溶液在所述蒸汽吸收器中吸收蒸汽，并将所述蒸汽转化成液体储存在所述低压溶液罐中，同时降低了溶液浓度。相比传统火电空冷凝汽器，流经火电空冷凝汽器的火电汽轮机乏汽流量减小，导致火电汽轮机排汽背压降低。6.根据权利要求5所述的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，其特征在于，当环境温度发生变化时，调整通过所述节流阀调节进入所述蒸汽吸收器的高浓度溶液的流量，进而改变通过所述第一双向三通阀流通凝汽器的流量，使汽轮机背压稳定在某一设定值。7.根据权利要求4所述的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，其特征在于，当处于所述夜间工作模式时，所述低压溶液罐中流出的低浓度溶液经所述溶液栗加压后进入所述蒸汽发生器，在所述蒸汽发生器中发生出部分蒸汽后流入所述高压溶液罐，所发生的蒸汽依次经所述第二双向三通阀、第一双向三通阀通入所述火电空冷凝汽器的热1則，进iiuy；iwm处甬n雌。s.根据权利要^7臟的麵火电辦顯触全度夏与电力调_雜，其特征在于，通过调懸人總发生赚度溶軸流量，麵肺所腦汽胜器的蒸汽发生量，使所述火电汽轮机背压稳定在某一设定值。9.根据权利要求4所述的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，其特征在于，所述火电汽轮机处于白天工作模式时，其排汽背压略低于处于所述夜间工作模式时的背压。10.根据上述权利要求所述的兼顾火电空冷凝汽器安全度夏与电力调峰的装置，其特征在于，所述吸收式制冷系统可以单效机组，也可以为双效或多效机组，或其它形式的吸收式制冷机组。

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