用于抽凝式热电联产机组的储热系统

摘要

本发明提供了一种用于抽凝式热电联产机组的储热系统，包括：储热换热器、放热换热器、储热装置、循环泵和控制阀。储热换热器、储热装置、循环泵和控制阀组成储热回路；放热换热器、储热装置、循环泵和控制阀组成放热回路。其中，储热换热器与主抽汽管路的输出端联接；对于储热回路，储热回路的回路工质与主抽汽管路的输出端输出的主抽汽在储热换热器中发生换热，并存储热量于储热装置中；对于放热回路，放热回路的回路工质从储热装置中获得热量后与待加热的目标流体工质在放热换热器中发生换热。本发明提供的储热系统可以在保证电联产机组总供热负荷的前提下，提高机组电出力的可调节能力。

说明书

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，具体涉及一种用于抽凝式热电联产机组的储热系统。

背景技术

热电联产是应用能源梯级利用原理、提高能源利用效率的一种节能系统。在该系统中，煤和天然气等化石燃料燃烧加热获得的高温高压蒸汽先被用于发电，发电后的蒸汽再被用于供热。因此热电联产系统具有节约能源、减少大气污染、节约城市用地等诸多优点。

现有的热电联产机组主要有背压式和抽凝式两种。其中，抽凝式机组在运行过程中，将一定温度，一定压力(如温度约为250℃，绝对压力约为0.21MPa)的过热蒸汽从汽轮机抽引至供热首站中用于加热热网水(即供热水型，多用于我国北方冬季供暖)，或直接将蒸汽输向热用户(即供蒸汽型，多用于工业用热)。此过程利用了蒸汽的余热，提高了一次能源利用效率。

在供热期，为了保证供热量，热电联产机组存在最小主蒸汽量，因此蒸汽流经汽轮机的做功量存在下限。这意味着热电联产机组总存在最低发电量，即机组以“以热定电”的模式运行，限制了电出力的调节能力。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种用于抽凝式热电联产机组的储热系统，可以在保证热电联产机组总供热负荷的前提下，提高机组电出力的可调节能力。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一种用于抽凝式热电联产机组的储热系统，包括：

储热换热器、放热换热器、储热装置、循环泵和控制阀；

其中，储热换热器、储热装置、循环泵和控制阀依次联接组成储热回路；放热换热器、储热装置、循环泵和控制阀依次联接组成放热回路；

其中，储热换热器与主抽汽管路的输出端联接；对于储热回路，在控制阀的控制以及循环泵的驱动下，储热回路的回路工质与主抽汽管路的输出端输出的主抽汽在储热换热器中发生换热，并存储热量于储热装置中；对于放热回路，在控制阀的控制以及循环泵的驱动下，放热回路的回路工质从储热装置中获得热量后与待加热的目标流体工质在放热换热器中发生换热。

优选地，所述系统用于供热水型抽凝式热电联产机组；

相应地，所述储热换热器还与供热首站联接；其中，所述主抽汽全部在储热换热器发生换热后输出至所述供热首站；

或部分在储热换热器发生换热，另一部分直接输出至所述供热首站；所述放热换热器与供热首站联接；其中，待加热的目标流体工质全部在放热换热器发生换热后输出至所述供热首站；或部分在储热换热器发生换热，另一部分直接输出至所述供热首站。

优选地，所述储热换热器与所述供热首站串联联接，所述放热换热器与供热首站串联联接。

优选地，所述储热换热器与所述供热首站串联联接，所述放热换热器与供热首站并联联接。

优选地，所述储热换热器与所述供热首站并联联接，所述放热换热器与供热首站串联联接。

优选地，所述储热换热器与所述供热首站并联联接，所述放热换热器与供热首站并联联接。

优选地，所述系统用于供蒸汽型抽凝式热电联产机组；所述储热换热器与主抽汽管路的输出端联接；

具体地，所述主抽汽管路的输出端设置有一个控制阀，所述控制阀的第一端与所述主抽汽管路的输出端联接，第二端通过一直通阀与用户供热端联接，第三端通过一直通阀与储热换热器联接；

所述放热换热器和加热器串联联接，所述加热器用于将经过所述放热换热器输出的加热后的目标流体工质加热至目标温度。

优选地，所述储热装置中的储热工质的相变温度范围为40℃～500℃。

由上述技术方案可知，本发明提供的用于抽凝式热电联产机组的储热系统，可在汽轮机主抽汽供热量高于用户的热负荷时，利用储热回路从主抽汽管路中的蒸汽吸收部分热量，存储于储热装置中；在汽轮机主抽汽供热量低于用户的热负荷时，利用放热回路释放储热装置存储的能量。本发明实现了热电联产机组电出力和热出力的解耦，从而提高了热电联产机组的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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-图3是本发明实施例二提供的储热换热器与供热首站串联、放热换热器与供热首站串联的结构示意图；

图4-图6是本发明实施例二提供的储热换热器与供热首站串联、放热换热器与供热首站并联的结构示意图；

图7-图9是本发明实施例二提供的储热换热器与供热首站并联、放热换热器与供热首站串联的结构示意图；

图10-图12是本发明实施例二提供的储热换热器与供热首站并联、放热换热器与供热首站并联的结构示意图；

图13-图15是本发明实施例三提出的用于供蒸汽型抽凝式热电联产机组的储热系统结构示意图；

图1-15中，1是供热首站，2是汽轮机抽汽，3是凝汽器或除氧器入口，4是蒸汽回路，5是热网水回水管，6是循环泵，7是热网水供水管，8是热网回路，9是供热蒸汽，10是加热器，11是水泵，12是冷水入口，13是储热换热器，14是放热换热器，15是储热装置，16是循环泵，17是控制阀，18是储热回路，19是放热回路，20和21是控制阀，22、23、24和25是直通阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。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作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。

近十年来，随着风力、光伏等可再生能源的发展，电力系统调度对已有各电厂出力的灵活性需求日益增长。然而目前电力系统中存在的大量热电联产机组，其调节能力有限，使电力系统对可再生能源的销纳受到了很大限制。因此，亟需发明一种有效的热电解耦系统以提高机组电出力的灵活性。

本发明的目的是提出一种用于提高抽凝式热电联产机组灵活性的储热系统，以实现将热电联产机组的电出力和热出力在一定程度上解耦。该系统既可用于供热水型热电联产机组，又可用于供蒸汽型热电联产机组。在保证热电联产机组总供热负荷的前提下，提高机组电出力的可调节能力。

实施例一

本发明实施例一提供了一种用于抽凝式热电联产机组的储热系统，该系统包括：储热换热器、放热换热器、储热装置、循环泵和控制阀；在本实施例中，控制阀采用三通阀实现，当然也可以采用四通阀、五通阀等能够满足需求的控制阀。

其中，储热换热器、储热装置、循环泵和控制阀依次联接组成储热回路；放热换热器、储热装置、循环泵和控制阀依次联接组成放热回路；

其中，储热换热器与主抽汽管路的输出端联接；对于储热回路，在控制阀的控制以及循环泵的驱动下，储热回路的回路工质与主抽汽管路的输出端输出的主抽汽在储热换热器中发生换热，并存储热量于储热装置中；对于放热回路，在控制阀的控制以及循环泵的驱动下，放热回路的回路工质从储热装置中获得热量后与待加热的目标流体工质在放热换热器中发生换热。

这里，储热回路或放热回路的回路工质可以为导热油或高压水等。

这里，对于供热水型热电联产机组来说，待加热的目标流体工质包括由热网水回水管流出的热网水。对于供蒸汽型热电联产机组来说，待加热的目标流体工质包括外部引入的冷水。

这里，通过对控制阀以及循环泵的控制，通过储热回路进行储热，以及通过放热回路进行放热。具体地，当汽轮机主抽汽供热量高于热用户端负荷时，利用储热回路从主抽汽管路中的蒸汽吸收部分热量，存储于储热装置中。当汽轮机主抽汽供热量低于热用户端负荷时，利用放热回路释放储热装置存储的能量。

本实施例提供的用于抽凝式热电联产机组的储热系统，可在汽轮机主抽汽供热量高于热用户端负荷时，利用储热回路从主抽汽管路中的蒸汽吸收部分热量，存储于储热装置中；在汽轮机主抽汽供热量低于热用户端负荷时，利用放热回路释放储热装置存储的能量。本实施例实现了热电联产机组电出力和热出力的解耦，从而提高了热电联产机组的灵活性。

实施例二

在本实施例中，所述储热系统用于供热水型抽凝式热电联产机组。

参见图1，所述储热换热器13还与供热首站1联接；其中，所述主抽汽全部在储热换热器13发生逆流换热后输出至所述供热首站1(例如储热换热器13与供热首站1串联联结)；或部分在储热换热器发生换热，另一部分直接输出至所述供热首站(例如储热换热器13与供热首站1并联联结)。

此外，所述放热换热器14还与供热首站1联接，待加热的目标流体工质全部在放热换热器14发生逆流换热后输出至所述供热首站1(例如放热换热器14与供热首站1串联联结)；或部分在储热换热器发生换热，另一部分直接输出至所述供热首站(例如放热换热器14与供热首站1并联联结)。

在本实施例的第一种实现方式中，所述储热换热器与所述供热首站串联联接，所述放热换热器与供热首站串联联接。

优选地，所述储热换热器的第一端与主抽汽管路的输出端联接，第二端与所述供热首站联接；具体地，所述放热换热器的第一端与热网水回水端联接，第二端与所述供热首站联接。

参见图1，图2，图3，所述储热换热器13与所述供热首站1串联联接，所述放热换热器14与供热首站1串联联接；

其中，所述储热换热器13的第一端与主抽汽管路的输出端联接，第二端与所述供热首站1联接。所述主抽汽管路的输出端用于输出汽轮机抽汽，如图1中的汽轮机抽汽2。

其中，所述放热换热器14的第一端与热网水回水端联接，第二端与所述供热首站1联接。所述热网水回水端用于输出热网水的回水水流，如图3中的热网水回水管5，该热网水回水管5就是用于输出热网水的回水水流。

在本实施例的第二种实现方式中，所述储热换热器与所述供热首站串联联接，所述放热换热器与供热首站并联联接。

优选地，所述储热换热器的第一端与主抽汽管路的输出端联接，第二端与所述供热首站联接；

优选地，所述放热换热器与供热首站并联联接后得到包含所述供热首站的第三并联支路和包含放热换热器的第四并联支路；

相应地，所述热网水回水端设置有一个控制阀，所述控制阀的第一端与所述热网水回水端联接，第二端与第三并联支路联接，第三端与第四并联支路联接；

其中，第三并联支路中还包括一直通阀，该直通阀的第一端与所述控制阀的第二端联接，第二端与所述供热首站联接；

所述第四并联支路中还包括一直通阀，该直通阀的第一端与所述控制阀的第三端联接，第二端与所述放热换热器联接。

参见图4，图5，图6，所述储热换热器13与所述供热首站1串联联接，所述放热换热器14与供热首站1并联联接；

其中，所述储热换热器13的第一端与主抽汽管路的输出端联接，第二端与所述供热首站1联接。所述主抽汽管路的输出端用于输出汽轮机抽汽，如图4中的汽轮机抽汽2。

其中，所述放热换热器14与供热首站1并联联接，得到包含所述供热首站1的第三并联支路和包含放热换热器14的第四并联支路；

相应地，所述热网水回水端设置有一个控制阀21，所述控制阀21的第一端与所述热网水回水端联接，第二端与第三并联支路联接，第三端与第四并联支路联接；

其中，第三并联支路中还包括一直通阀24，该直通阀24的第一端与所述控制阀21的第二端联接，第二端与所述供热首站1联接；

所述第四并联支路中还包括一直通阀25，该直通阀25的第一端与所述控制阀21的第三端联接，第二端与所述放热换热器14联接。

在本实施例的第三种实现方式中，所述储热换热器与所述供热首站并联联接，所述放热换热器与供热首站串联联接。

优选地，所述储热换热器与所述供热首站并联联接后得到包含所述供热首站的第一并联支路和包含储热换热器的第二并联支路；

相应地，所述主抽汽管路的输出端设置有一个控制阀，所述控制阀可以采用三通阀、四通阀或两个两通阀实现。所述控制阀的第一端与所述主抽汽管路的输出端联接，第二端与第一并联支路联接，第三端与第二并联支路联接；

其中，第一并联支路中还包括一直通阀，该直通阀的第一端与所述控制阀的第二端联接，第二端与所述供热首站联接；

所述第二并联支路中还包括一直通阀，该直通阀的第一端与所述控制阀的第三端联接，第二端与所述储热换热器联接；

具体地，所述放热换热器的第一端与热网水回水端联接，第二端与所述供热首站联接。

参见图7，图8，图9，所述储热换热器13与所述供热首站1并联联接，得到包含所述供热首站的第一并联支路和包含储热换热器13的第二并联支路；

相应地，所述主抽汽管路的输出端设置有一个控制阀20，所述控制阀20的第一端与所述主抽汽管路的输出端联接，第二端与第一并联支路联接，第三端与第二并联支路联接；

其中，第一并联支路中还包括一直通阀22，该直通阀22的第一端与所述控制阀20的第二端联接，第二端与所述供热首站1联接；

所述第二并联支路中还包括一直通阀23，该直通阀23的第一端与所述控制阀20的第三端联接，第二端与所述储热换热器13联接。

其中，所述放热换热器14与供热首站1串联联接；其中，所述放热换热器14的第一端与热网水回水端联接，第二端与所述供热首站1联接。所述热网水回水端用于输出热网水的回水水流，如图3中的热网水回水管5，该热网水回水管5就是用于输出热网水的回水水流。

在本实施例的第四种实现方式中，所述储热换热器与所述供热首站并联联接，所述放热换热器与供热首站并联联接。

优选地，所述储热换热器与所述供热首站并联联接后得到包含所述供热首站的第一并联支路和包含储热换热器的第二并联支路；

相应地，所述主抽汽管路的输出端设置有一个控制阀，所述控制阀的第一端与所述主抽汽管路的输出端联接，第二端与第一并联支路联接，第三端与第二并联支路联接；

其中，第一并联支路中还包括一直通阀，该直通阀的第一端与所述控制阀的第二端联接，第二端与所述供热首站联接；

所述第二并联支路中还包括一直通阀，该直通阀的第一端与所述控制阀的第三端联接，第二端与所述储热换热器联接；

具体地，所述放热换热器与供热首站并联联接后得到包含所述供热首站的第三并联支路和包含放热换热器的第四并联支路；

相应地，所述热网水回水端设置有一个控制阀，所述控制阀的第一端与所述热网水回水端联接，第二端与第三并联支路联接，第三端与第四并联支路联接；

其中，第三并联支路中还包括一直通阀，该直通阀的第一端与所述控制阀的第二端联接，第二端与所述供热首站联接；

所述第四并联支路中还包括一直通阀，该直通阀的第一端与所述控制阀的第三端联接，第二端与所述放热换热器联接。

参见图10，图11，图12，所述储热换热器13与所述供热首站1并联联接，得到包含所述供热首站的第一并联支路和包含储热换热器13的第二并联支路；

相应地，所述主抽汽管路的输出端设置有一个控制阀20，所述控制阀20的第一端与所述主抽汽管路的输出端联接，第二端与第一并联支路联接，第三端与第二并联支路联接；

其中，第一并联支路中还包括一直通阀22，该直通阀22的第一端与所述控制阀20的第二端联接，第二端与所述供热首站1联接；

所述第二并联支路中还包括一直通阀23，该直通阀23的第一端与所述控制阀20的第三端联接，第二端与所述储热换热器13联接。

其中，所述放热换热器14与供热首站1并联联接，得到包含所述供热首站1的第三并联支路和包含放热换热器14的第四并联支路；

相应地，所述热网水回水端设置有一个控制阀21，所述控制阀21的第一端与所述热网水回水端联接，第二端与第三并联支路联接，第三端与第四并联支路联接；

其中，第三并联支路中还包括一直通阀24，该直通阀24的第一端与所述控制阀21的第二端联接，第二端与所述供热首站1联接；

所述第四并联支路中还包括一直通阀25，该直通阀25的第一端与所述控制阀21的第三端联接，第二端与所述放热换热器14联接。

由上面记载的方案可知，本实施例二提出的用于供热水型抽凝式热电联产机组的储热系统分为储/放热换热器均与供热首站串联式、储热换热器与供热首站并联式、放热换热器与供热首站并联式和储/放热换热器均与供热首站并联式。其结构依次如图1～图12所示。该储热系统包括储热换热器13、放热换热器14、储热装置15、循环泵16，控制阀17。储热装置15、循环泵16、控制阀17和储热换热器13联成储热回路18，回路工质为导热油或高压水等。储热装置15、循环泵16、控制阀17和放热换热器14联成放热回路19，回路工质为导热油或高压水等。储热换热器13和供热首站1在主抽汽管路中以串联(图1～图6)或并联(图7～图12)方式联接，使主抽汽分别与回路工质和热网水换热。放热换热器14和供热首站1在热网管路中以串联(图1～图3、图7～图9)或并联(图4～图6、图10～图12)方式联接，使热网水分别与回路工质和主抽汽换热。储热回路18和放热回路19中的回路工质流经储热装置15时与其中的储热工质换热。

储热换热器13和供热首站1可在主抽汽管路中串联(图1～图6)，储热换热器13位于供热首站1的上游，其目的为：使主抽汽先以较高的温度与回路工质换热，后以较低的温度与热网水换热。

储热换热器13和供热首站1也可在主抽汽管路中并联(图7～图12)，其目的为：可通过调节控制阀20及直通阀22和23，使部分或全部主抽汽以较高的温度与回路工质换热和热网水换热。

放热换热器14和供热首站1可在热网管路中串联(图1～图3、图7～图9)，放热换热器14位于供热首站1的上游，其目的为：使热网水先以较低的温度与回路工质换热，后以较高的温度与主抽汽换热。

放热换热器14和供热首站1也可在主抽汽管路中并联(图4～图6、图10～图12)，其目的为：可通过调节控制阀21及直通阀24和25，使部分或全部热网水以较低的温度与回路工质换热和主抽汽换热。

储热装置15中的储热工质选用的相变温度需低于主抽汽进口温度，高于热网水回水温度，例如相变温度为40℃～500℃的相变材料，其利处为：既可从主抽汽中吸收热量，又可向热网水释放热量。

综上可知，本发明实施例提出的用于供蒸汽型抽凝式热电联产机组的储热系统包括储热过程和放热过程。

其中，储热过程如图2、5、8和11实线部分所示。在此储热过程中，控制阀17的入口端和储热回路出口端连通。在循环泵16的驱动下，储热回路18中的回路工质与部分或全部主抽汽在储热换热器13中发生逆流换热，同时回路工质储存热量于储热装置15中。此时流出储热换热器13的主抽汽将被直接输送至热用户处。

其中，放热过程如图3、6、9和12实线部分所示。在此放热过程中，控制阀17的入口端和放热回路出口端连通。在循环泵16的驱动下，放热回路19中的回路工质与冷水在放热换热器14中发生逆流换热，同时回路工质从储热装置15中获得热量。此时流出放热换热器14的水将进入加热器10中加热至目标温度，被输送至热用户处。

实施例三

在本实施例中，上述储热系统用于供蒸汽型抽凝式热电联产机组。

参见图13～15，所述系统用于供蒸汽型抽凝式热电联产机组；所述储热换热器13与主抽汽管路的输出端联接；

具体地，所述主抽汽管路的输出端设置有一个控制阀20，所述控制阀的第一端与所述主抽汽管路的输出端联接，第二端通过一直通阀22与用户供热端(图中未示出)联接，向用户供热端提供供热蒸汽，如图13中的供热蒸汽9；第三端通过一直通阀23与储热换热器13联接。

所述放热换热器14和加热器10串联联接，所述加热器10用于将经过所述放热换热器14输出的加热后的目标流体工质加热至目标温度。

优选地，所述储热装置15中的储热工质的相变温度范围为40℃～500℃。

参见图13～15。该储热系统包括：加热器10，储热换热器13、放热换热器14、储热装置15、循环泵16，控制阀17。储热装置15、循环泵16、控制阀17和储热换热器13联成储热回路18，回路工质为导热油或高压水等。储热装置15、循环泵16、控制阀17和放热换热器14联成放热回路19，回路工质为导热油或高压水等。储热换热器13在主抽汽管路的一条支路中。通过调节控制阀20及直通阀22和23，使部分或全部主抽汽回路工质换热。放热换热器14和加热器10以串联方式联接，加热冷水至目标温度向用户供热。储热回路18和放热回路19中的回路工质流经储热装置15时与其中的储热工质换热。

储热换热器13在主抽汽管路的一条支路中，其目的为：可通过调节控制阀20及直通阀22和23，使部分或全部主抽汽与回路工质换热。

放热换热器14和加热器10在管路中串联，放热换热器14位于加热器10的上游，其目的为：使冷水先以较低的温度与回路工质换热，后经加热器10加热至目标温度。

储热装置15中的储热工质选用的相变温度需低于主抽汽进口温度，高于冷水温度，例如相变温度为40℃～500℃的相变材料，其好处为：既可从主抽汽中吸收热量，又可向冷水释放热量。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“联接”应做广义理解。例如，可以是固定联接，也可以是可拆卸联接，或一体地联接；可以是机械联接，也可以是电联接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。