一种给水蓄热型火力发电机组调节系统、设计方法及运行方法

本发明属于火力发电调峰，尤其涉及一种给水蓄热型火力发电机组调节系统、设计方法及运行方法。

背景技术：

1、“双碳”战略推动构建以新能源为主体的新型电力系统，大规模具有随机波动性的光伏、风电等新能源电力并网，必将迫使以燃煤火力发电机组为主体的基础电力全面参与深度调峰。传统火电机组在适应新型电力系统全面深度调峰过程主要面临两方面问题，其一是低负荷能力受限、调峰幅度不足，其二是变负荷速率低、负荷响应跟不上。

2、受低负荷锅炉稳燃、污染物排放控制、汽轮机低压缸安全等因素影响，常规火电机组一般运行在50％-100％额定负荷区间，而构建新型电力系统期望火电机组调峰区间增加至20％-100％，乃至0％-100％额定负荷区间。受火电机组热惯性影响，当前火电机组的调峰速率一般在1％-2％额定负荷/min，越来越难以满足大规模新能源上网情景下新型电力系统的调频需求。

3、因此，当前国家能源科技领域正在举全国之力攻关将火电机组调峰速率提高至3％-5％额定负荷/min的卡脖子技术。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种给水蓄热型火力发电机组调节系统、设计方法及运行方法，主要用于解决现有技术中火力发电机组调峰能力差、变负荷响应慢等问题。

2、为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种给水蓄热型火力发电机组调节系统，包括：

4、高压回热系统，设有给水出口和疏水出口，所述给水出口通过给水管与锅炉连接；

5、工质蓄热系统，通过进水管连接于所述给水出口或疏水出口，通过出水管与所述给水管连接；

6、所述工质蓄热系统可解耦或可调耦合度地设于所述高压回热系统与锅炉之间，所述工质蓄热系统的容积由发电机组的最大升负荷速率以及最大负荷率调节范围对应的给水参数确定。

7、在一些实施例中，所述工质蓄热系统包括给水蓄热装置、第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀；

8、所述第一控制阀设于所述给水蓄热装置的进水管，所述进水管连接于所述给水出口；

9、所述第二控制阀设于所述给水蓄热装置的出水管，所述出水管连接于所述给水管；

10、位于所述进水管、出水管之间的一段所述给水管的旁路上设有第三控制阀。

11、在一些实施例中，所述第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀分别为通断阀或调节阀。

12、在一些实施例中，所述工质蓄热系统包括给水蓄热装置和给水补水泵，所述给水补水泵设于所述给水蓄热装置的出水管，所述出水管连接于所述给水管。

13、在一些实施例中，还包括汽包和高压抽汽级，所述给水蓄热装置通过抽汽管道连接于所述汽包和高压抽汽级之间的高压蒸汽管道中，所述抽汽管道设有通断阀、调节阀或逆止阀。

14、在一些实施例中，所述工质蓄热系统包括疏水蓄热装置和疏水泵；

15、所述疏水蓄热装置通过所述进水管连接于所述疏水出口；

16、所述疏水泵设于所述疏水蓄热装置的出水管，所述出水管连接于所述给水管。

17、在一些实施例中，所述高压回热系统的给水出口通过放水阀与所述疏水蓄热装置连接。

18、在一些实施例中，所述工质蓄热系统还设有保温装置，所述保温装置用于对所述工质蓄热系统中用于存储工质的容积腔进行保温。

19、在一些实施例中，还包括凝汽器和凝结水泵，所述凝汽器和凝结水泵之间设有凝结水中储装置，所述凝结水中储装置的进出口及其旁路分别设有凝结水通断阀或凝结水调节阀。

20、在一些实施例中，所述凝结水中储装置为常压装置，并设置于特定高度，其凝结水进口通过设置凝结水蓄水泵将凝结水泵入其中，其凝结水出口通过第二凝结水通断阀或第二凝结水调节阀直接连接于所述工质蓄热系统。

21、在一些实施例中，还包括除氧器和给水泵，所述除氧器和给水泵之间设有除氧水中储装置，所述除氧水中储装置的进出口及其旁路分别设有除氧水通断阀或除氧水调节阀。

22、在一些实施例中，所述除氧水中储装置为常压装置，并设置于特定高度，其除氧水进口通过设置除氧水蓄水泵将除氧水泵入其中，其除氧水出口通过第二除氧水通断阀或第二除氧水调节阀直接连接于所述工质蓄热系统。

23、在一些实施例中，所述容积腔由变容工质存储容器构成，所述变容工质存储容器根据发电机组的升负荷速率调整其变容范围。

24、第二方面，本发明提供一种给水蓄热型火力发电机组调节设计方法，应用于如上述的一种给水蓄热型火力发电机组调节系统，包括：

25、设定发电机组的最大升负荷速率x％额定负荷/min和设定负荷率调节范围a％～b％；

26、根据所述最大升负荷速率和设定负荷率调节范围，计算在a％负荷下对应的给水质量流量为g1(kg/s)，在b％负荷下对应的给水质量流量为g2(kg/s)；

27、假定从工质蓄热系统中通过出水管向给水管输送的工质的比容为v1(m3/kg)，则所述工质蓄热系统的容积可确定为30*(b-a)·(g2-g1)·v1/x·(1±50％)。

28、在一些实施例中，所述给水蓄热型火力发电机组调节系统还包括凝结水中储装置和/或除氧水中储装置；

29、所述凝结水中储装置的出口工质比容为v2，则所述工质蓄热系统的容积为30*(b-a)·(g2-g1)·v2/x·(1±50％)；

30、所述除氧水中储装置的出口工质比容为v3，则所述工质蓄热系统的容积为30*(b-a)·(g2-g1)·v3/x·(1±50％)。

31、第三方面，本发明提供一种给水蓄热型火力发电机组调节设计方法，应用于如上述的一种给水蓄热型火力发电机组调节系统，包括：

32、设定发电机组的最大升负荷速率x`％额定负荷/min和设定负荷率调节范围a`％～b`％，根据所述最大升负荷速率和设定负荷率调节范围，计算在a`％负荷下对应的给水质量流量为g`1，在b`％负荷下对应的给水质量流量为g`2，确定最低给水质量流量为g`0；

33、基于机组升负荷速率和回热系统最低流量的回热系统给水流量快速下降时间t1，回热系统最低给水流量持续时间t2；

34、设定从工质蓄热系统中通过出水管向给水管输送的工质的比容为v`1，则所述工质蓄热系统的容积为(t1+t2)·(2g`2-g`1-g`0))/4)·v`1·(1±50％)。

35、在一些实施例中，所述给水蓄热型火力发电机组调节系统还包括凝结水中储装置和/或除氧水中储装置；

36、所述凝结水中储装置的出口工质比容为v`2，则所述工质蓄热系统的容积为(t1+t2)·(2g`2-g`1-g`0))/4)·v`2·(1±50％)；

37、所述除氧水中储装置的出口工质比容为v`3，则所述工质蓄热系统的容积为(t1+t2)·(2g`2-g`1-g`0))/4)·v`3·(1±50％)。

38、第四方面，本发明提供一种应用于如上述的一种给水蓄热型火力发电机组调节系统的运行方法，包括：

39、接收升负荷信号，利用工质蓄热系统解耦所述高压回热系统与锅炉；

40、结合汽轮机主蒸汽调门的第一控制信息，产生用于调节所述工质蓄热系统给水量的第二控制信息，以在不增加汽轮机回热系统的回热抽汽负荷的条件下，增加锅炉的给水流量，释放工质蓄热系统的蓄能。

41、在一些实施例中，响应于发电机组的最大升负荷速率，同步产生用于调节所述工质蓄热系统给水量的第三控制信息以及用于调节所述回热系统给水量的第四控制信息，结合所述第三控制信息与第四控制信息，同步降低汽轮机回热系统的回热抽汽并增加锅炉的给水流量，释放工质蓄热系统的蓄能。

42、在一些实施例中，在接收升负荷信号后，减小凝结水泵和/或给水泵的开度，并降低汽轮机组的各级抽汽。

43、相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

44、利用工质蓄热系统，将高压回热系统中输出的高温给水或者高温疏水进行蓄热，并且可解耦或可调耦合度地设于所述高压回热系统与锅炉之间，当需要快速调节负荷时，将高压回热系统与锅炉解耦，利用工质蓄热系统向锅炉供水，提高给水量和热负荷，并结合发电机组的最大升负荷速率以及最大负荷率调节范围，来调节工质蓄热系统的给水量。

45、下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。