[发明专利]一种基于蓄热蒸汽调节的燃气蒸汽热电协同系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于蓄热蒸汽调节的燃气蒸汽热电协同系统及方法，包括压气机、燃气轮机、发电机、蓄热器、锅炉、烟囱、低压汽包、高压汽包、主蒸汽管、凝汽器、补水泵，以及连接管路和附属阀门。本发明通过设置蓄热器利用燃气轮机的高温烟气蓄热，改善原有燃气轮机在低负荷甚至停机状态下的热电系统供给，满足用户侧热蒸汽的需求，提高燃气轮机组热电协调比例的同时提高系统的经济性，有很好的应有前景。

主权项

1.一种基于蓄热蒸汽调节的燃气蒸汽热电协同系统，其特征在于包括压气机(1)、燃气轮机(2)、发电机(3)、蓄热器(4)、蓄热蒸汽旁路管(5)、蓄热蒸汽旁路出口止回阀(6)；锅炉供热蒸汽出口止回阀(7)、锅炉(8)、烟囱(9)、供热蒸汽出口阀(10)、供热站(11)、中压缸蒸汽旁路入口阀(12)、供热蒸汽主管道(13)、低压汽包(14)、高压汽包(15)、主蒸汽管(16)、中压缸蒸汽旁路(17)、锅炉供热蒸汽补水管(18)、主蒸汽补水管(19)、主蒸汽补水入口阀(20)、供热蒸汽补水入口阀(21)、汽轮机(22)、凝汽器(23)、补水泵(24)、蓄热蒸汽补水入口阀(25)、蓄热蒸汽补水管(26)、烟气旁路入口阀(27)、烟气旁路管(28)、烟气旁路出口阀(29)、锅炉供热蒸汽管(30)、主烟气管道(31)；

压气机(1)与燃气轮机(2)、发电机(3)顺次相连；燃气轮机(2)通过主烟气管道(31)与锅炉(8)和烟囱(9)顺次相连；蓄热器(4)通过烟气旁路管(28)分别与主烟气管道(31)和锅炉(8)相连，烟气旁路管(28)的进、出口分别设有烟气旁路入口阀(27)和烟气旁路出口阀(29)；凝汽器(23)中的冷凝水经补水泵(24)分别输送到锅炉供热蒸汽补水管(18)、主蒸汽补水管(19)和蓄热蒸汽补水管(26)，锅炉供热蒸汽补水管(18)、主蒸汽补水管(19)和蓄热蒸汽补水管(26)的入口分别设有供热蒸汽补水入口阀(21)、主蒸汽补水入口阀(20)和蓄热蒸汽补水入口阀(25)；锅炉供热蒸汽补水管(18)与锅炉(8)和锅炉供热蒸汽管(30)顺次相连，蓄热蒸汽补水管(26)与蓄热器(4)和蓄热蒸汽旁路管(5)顺次相连，蓄热蒸汽旁路管(5)与锅炉供热蒸汽管(30)并联后与供热蒸汽主管道(13)、供热站(11)顺次相连，蓄热蒸汽旁路管(5)、锅炉供热蒸汽管(30)和供热蒸汽主管道(13)的末端分别设有蓄热蒸汽旁路出口止回阀(6)、锅炉供热蒸汽出口止回阀(7)和供热蒸汽出口阀(10)；供热蒸汽主管道(13)通过中压缸蒸汽旁路(17)与汽轮机(22)的中压缸相连，中压缸蒸汽旁路(17)入口段设有中压缸蒸汽旁路入口阀(12)；主蒸汽补水管(19)与锅炉(8)、主蒸汽管(16)、汽轮机(22)和凝汽器(23)顺次连接；锅炉(8)上分别设有低压汽包(14)和高压汽包(15)；汽轮机(22)与发电机(3)顺次连接；

锅炉(8)包括锅炉本体(81)、供热蒸汽换热管路(82)、主蒸汽换热管路(83)，锅炉本体上设有供热循环水入口(821)、供热蒸汽出口(822)、主蒸汽循环水入口(831)、主蒸汽出口(832)、主烟道入口(801)、主烟道出口(802)、旁路烟道入口(803)，锅炉本体(81)逆烟气流向可分为低温区(811)、中温区(812)和高温区(813)；

锅炉(8)供热循环水入口(821)和主蒸汽循环水入口(831)分别与锅炉供热蒸汽补水管(18)和主蒸汽补水管(19)相连，供热蒸汽出口(822)和主蒸汽出口(832)分别与锅炉供热蒸汽管(30)和主蒸汽管(16)相连；主烟道入口(801)、主烟道出口(802)分别与主烟气管道(31)相连；旁路烟道入口(803)与烟气旁路管(28)相连，烟气旁路管(28)布置在中温区(812)；供热蒸汽换热管路(82)在低温区(811)和中温区(812)之间设有低压汽包(14)，主蒸汽换热管路(83)在中温区(812)和高温区(813)之间设有高压汽包(15)。

2.根据权利要求1所述的一种基于蓄热蒸汽调节的燃气蒸汽热电协同系统，其特征在于所述的蓄热器(4)包括蓄热材料(41)、烟气通道(42)、蒸汽换热管道(43)、保温层(44)；当蓄热材料为固体时，蓄热材料(41)可以为多孔结构直接形成烟气通道(42)；当蓄热材料中部分含有相变材料时，烟气通道(42)由布设于蓄热材料(41)内的蒸汽换热管道(43)构成，烟气通道(42)与蒸汽换热管道(43)叉排布置；当蓄热材料仅为相变材料时，蓄热器可采用管壳式双罐二次换热结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于蓄热蒸汽调节的燃气蒸汽热电协同系统，其特征在于所述的蓄热材料(41)包括相变蓄热材料和/或显热蓄热材料；所述的相变蓄热材料包括熔盐，所述的显热蓄热材料包括石墨、氧化铝或铸铁。

4.一种使用如权利要求1所述热电协同系统的基于蓄热蒸汽调节的燃气蒸汽热电协同方法，其特征在于，包括三种协同方式：

供需直接匹配的热电协同：通过关闭烟气旁路入口阀(27)、烟气旁路出口阀(29)、蓄热蒸汽补水入口阀(25)和中压缸蒸汽旁路入口阀(12)；利用燃气‑蒸汽联合循环的正常工况，通过调节锅炉供热蒸汽补水管(18)、主蒸汽补水管(19)中的流量分配比例，以及开启中压缸蒸汽旁路入口阀(12)通过补汽或抽汽的方式，满足用户侧与供给侧的热电匹配要求，实现热与电供给的协同匹配；

蓄热调节工况热电系统协同：在热负荷满足但电负荷不足的情况下，在上述工况的基础上，通过开启烟气旁路入口阀(27)、烟气旁路出口阀(29)，使得一部分燃气轮机排出的高温烟气经烟气旁路管(28)流入蓄热器(4)，通过烟气与蓄热介质之间的换热，使得烟气温度降低到锅炉(8)中温区烟气温度范围，将一部分高品位热能存储在蓄热器(4)内，达到降低发电量，存储一部分高品位热量，实现热电协同；

低负荷甚至停机条件下的热电协同：当燃气轮机热电需求比超过燃气轮机的调节极限，甚至是在燃气轮机停机的状态下仍然存在供热不足的情况，开启蓄热蒸汽补水入口阀(25)，燃气轮机停机时，关闭中压缸蒸汽旁路入口阀(12)、主蒸汽补水入口阀(20)、供热蒸汽补水入口阀(21)，冷凝水经过补水泵(24)流入到蓄热器(4)中产生中温过热蒸汽，经过蓄热蒸汽旁路管(5)、供热蒸汽主管道(13)到达供热站(11)供热，最终达到热电协同。