1.本发明属于火力发电机组技术领域，具体涉及一种低压缸零出力机组余热深度回收优化供热系统。
背景技术：2.自2011年以来，国内已有多个电厂实时低压光轴供热改造及高背压供热改造，通过优化机组供热运行方式，显著提升了单机供热能力及供热经济性。2017年，在低压光轴供热技术基础上，国内又开发了更为灵活的低压缸零出力供热方式。目前国内已有百余台150mw～600mw等级机组实施了低压缸零出力供热(也称切缸供热)改造，进一步显著提升了机组供热运行灵活性及经济性。
3.而无论是低压缸零出力供热运行或低压光轴运行机组，都存在大量的冷源损失，导致供热经济性及单机供热潜力未能充分发挥。此外，对于该类供热运行方式，其直接采用大量中压缸排汽供热，往往压力偏高而大幅节流，存在能量的“高品低用”问题，这同样也显著影响机组供热运行经济性。
4.以典型300mw等级机组而言，低压缸零出力运行时乏汽量可达到65t/h以上(低压缸冷却蒸汽流量20t/h，给水泵汽轮机排汽流量可达45t/h)，该部分乏热完全通过循环冷却水和水塔实现对空排放，能量损失大。此外，目前国内在役主力机组中排压力一般达到0.5～1.0mpa，而热网首站换热器入口蒸汽压力通常仅需0.25mpa左右，因此需进行大幅节流减压，损失极大。
5.因此，在供热期内，尽管通过热电联产大幅提升了机组运行经济性，但仍然有大量的低压排汽余热未能充分利用，供热蒸汽流程也不尽合理，存在较大的节能挖潜空间。
技术实现要素：6.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种低压缸零出力机组余热深度回收优化供热系统，以解决现有技术中，大量的低压排汽余热没有充分利用，供热蒸汽流程不合理的问题。
7.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
8.一种低压缸零出力机组余热深度回收优化供热系统，包括中压缸排汽管路，所述中压缸排汽管路分为三个分支，分别为第一分支、第二分支和第三分支；
9.所述第一分支连接至吸收式热泵；所述第二分支连接至功热小汽轮机，所述功热小汽轮机的乏汽输出端连接至排汽换热器；所述第三分支连接至尖峰加热器；
10.所述吸收式热泵的冷侧管路输入端连接至热网回水管路，吸收式热泵的冷侧管路输出端和排汽换热器的冷侧管路输入端连接，排汽换热器的冷侧管路输出端和尖峰加热器的冷侧管路输入端连接，尖峰加热器的冷侧管路输出端连接至热网供水管路。
11.本发明的进一步改进在于：
12.优选的，所述吸收式热泵的热侧管路输入端连接有凝汽器，吸收式热泵的热侧管
路输出端连接有冷却塔。
13.优选的，所述凝汽器的热侧管路输入端连接有低压缸的排汽管路。
14.优选的，所述凝汽器的冷侧管路输入端和冷却塔连接，凝汽器的冷侧管路输出端和吸收式热泵连接。
15.优选的，所述第一分支和吸收式热泵的驱动汽源管路连接。
16.优选的，所述吸收式热泵中的驱动蒸汽做功后成为疏水被排出。
17.优选的，所述排汽换热器的蒸汽做功后成为疏水被排出。
18.优选的，所述尖峰加热器的蒸汽做功后成为疏水被排出。
19.优选的，所述功热小汽轮机的输出轴连接有发电机。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21.本发明公开了一种低压缸零出力机组余热深度回收优化供热系统，该系统将中压缸排汽管路分为三个支路，分别进入吸收式热泵，排汽换热器和尖峰加热器。从热网流出的热网回水先进入吸收式热泵被加热后进入排汽换热器，当从排汽换热器流出的热水能够满足用水温度要求时，则能够直接进入热网供水，当从排汽换热器流出的热水温度不满足用水温度要求时，通过尖峰加热器加热，然后进入热网。本发明针对目前蓬勃发展的低压缸零出力供热方式，配套开发了一种可实现低品位余热高效、灵活回收的系统，通过低压缸零出力供热机组热力流程的优化改进，实现其低压排汽余热的深度回收及梯级供能，显著提高机组整体供热经济性，同时实现机组供热能力的提升。该系统适用于我国北方地区有深度调峰需求供热机组，可深度回收低压缸零出力供热机组或低压光轴供热机组的低压排汽余热，用于加热热网循环水，消除机组冷源损失，实现机组低压缸排汽乏热的有效回收，从而最大限度上挖掘机组供热潜力与供热经济性。
附图说明
22.图1为现有的机组供热流程图；
23.图2为本发明的机组供热流程图；
24.其中：1-高压缸；2-中压缸；3-低压缸；4-中压缸排汽管路；5-第一分支；6-第二分支；7-第三分支；8-凝汽器；9-吸收式热泵；10-功热小汽轮机；11-排汽换热器；12-尖峰换热器；13-循环水泵；14-冷却塔；15-热网回水管路；16-热网供水管路。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
26.本发明是一种适用于大型热电联产电厂的梯级供能系统，统筹考虑低品余热回收及供热蒸汽能量梯级利用，系统主要包括热网循环水梯级加热流程及供热蒸汽梯级工作流程。
27.参见图2，包括高压缸1、中压缸2、低压缸3、中压缸排汽管路4、第一分支5、第二分支6、第三分支7、凝汽器8、吸收式热泵9、功热小汽轮机10、排汽换热器11和尖峰换热器12。
28.中压缸2的中压缸排汽管路4分为三个支路，分别为第一分支5、第二分支6和第三分支7，第一分支5和吸收式热泵9的汽源管路连通；第二分支6和功热小汽轮机10连接，功热小汽轮机10做功后的乏汽管路和排汽换热器11连通；第三分支7和尖峰换热器12连通。
29.低压缸3的排汽和凝汽器8连通，作为凝汽器8的热侧，低压缸3的排汽管路和凝汽器8的进汽管路连通，排汽在凝汽器8内被冷却成凝结水后排出；凝汽器8的冷侧管路进口和通过循环水泵13和冷却塔14连通，冷却塔14将冷却水送入至凝汽器8中，在凝汽器8中被蒸汽加热后，凝汽器8的冷侧管路输出端和吸收式热泵9的热侧管路输入端连接，吸收式热泵9的热侧管路输出端和冷却塔14的进口连接。从凝汽器8的冷侧管路输出的水温为约为25℃，从吸收式热泵9的热侧管路输出端输出至冷却塔14的冷却水温度约为20℃。
30.吸收式热泵9的驱动汽源管路和第一分支5连通，驱动汽源中的蒸汽做功后成为疏水被排出，吸收式热泵9的热侧管路输入端和凝汽器8连接，吸收式热泵9的热侧管路输出端和冷却塔14连接，吸收式热泵9的冷侧管路输入端和热网回水管路15连接，冷侧管路的输出端和排汽换热器11的冷侧管路输入端连接。
31.排汽换热器11的热侧管路输入端和功热小汽轮机9的排汽连接，排汽在排汽换热器11内被冷却为疏水排出，排汽换热器11的冷侧管路输入端和吸收式热泵9的冷侧管路输出端连接，排汽换热器11的冷侧管路输出端和尖峰换热器12的冷侧管路输入端连通。
32.尖峰加热器12的热侧管路输入端和第三分支7连通，蒸汽在尖峰加热器12中被冷却成为疏水排出，尖峰加热器12的冷侧管路输入端和排汽换热器11的冷侧管路输出端连接，尖峰加热器12的冷侧管路输出端和热网供水管路16连通。
33.本发明系统的工作过程：
34.(1)热网循环水梯级加热流程
35.热网循环水回水经过吸收式热泵9、功热小汽轮机10的排汽换热器11、热网首站尖峰换热器12的梯级加热，其中：吸收式热泵9可将50℃热网循环水加热至65℃左右，功热小汽轮机10排汽可将热网循环水进一步提升至90℃左右，尖峰换热器12根据实际需要，可将热网循环水提温至110℃甚至更高。
36.在供热初末期，热网供水温度一般达到90℃即可满足供热要求，此时只需投入前两级加热。当进入寒冷期时，再根据实际需求投入首站尖峰换热器12加热，进一步提升供水温度及供热负荷。
37.(2)供热蒸汽梯级工作流程
38.机组低压缸零出力供热运行，其中压排汽原有流程是直接进入首站换热器加热热网循环水。在本优化系统中，其抽汽分为三路，第一路蒸汽进入吸收式热泵9，作为热泵组的驱动汽源，而低压缸零出力机组凝汽器8出水为热泵组低位热源，所提取的余热作为一级热源加热热网循环水；第二路蒸汽为小型功热汽轮发电机组驱动蒸汽，其排汽进入专门设置的乏汽换热器，作为二级热源加热热网循环水，功热汽轮发电机所输出电功率接入机组，替代部分厂用电；第三路蒸汽作为首站尖峰加热器12汽源，由中排蒸汽减压后作为三级热源加热热网循环水，该部分蒸汽流量根据供热需要进行调节，一般在极寒天气条件下根据实际供热需求灵活投运。
39.为实现上述两个核心流程，本余热深度回收优化供热系统需要结合低压缸零出力机组进行相应的技术改造，增设吸收式热泵泵组、功热汽轮发电机组、乏汽换热器等设备及其相应的管道、阀门等。
40.实施例
41.本发明提出的系统适用于所有低压缸零出力供热机组，也同样可推广应用至低压
光轴供热机组。以典型300mw低压缸零出力供热机组为例进行分析，若采用本发明提出的优化方案实施改进，可实现低品位余热回收及供热流程优化，具有显著的经济效益和环保效益：
42.1)在第一级加热流程中，可实现机组低品位余热的充分回收，余热负荷可达到48.3mw。该流程热泵驱动蒸汽消耗量约95.5t/h，可实现7500t/h热网循环水提温13.4℃。该流程可按2台60mw吸收式热泵泵组选型，改造总投资约3519万元，相应年节约标煤20031吨，年增节煤收益2003万元(按1000元/t标煤单价折算)。
43.表1余热回收经济性指标
44.序号项目单位参数1机组容量mw300.02回收切缸机组低压缸余热量mw48.33折算新增供热面积万平米120.84吸收式热泵cop 1.75吸收式热泵热容量mw117.36驱动热负荷mw69.07驱动蒸汽流量t/h95.58年供热时长h2880.09年回收切缸机组余热gj500774.410折算年节约标煤吨20031.011折算节煤收益万元2003.112折算年减排二氧化碳吨50077.413吸收式热泵改造投资万元3519.014折算投资回收期年1.815热网循环水流量t/h7500.016热网水一级提温℃13.4
45.2)在第二级加热流程中，可实现机组供热抽汽的能量梯级利用。机组低压缸零出力供热运行时，其中排蒸汽用于供热的量通常达到300-600t/h，除第一级加热流程中热泵消耗掉95.5t/h以外，仍有200-500t/h蒸汽面临直接节流减压，损巨大。在本优化供热系统中，该部分节流可用功热汽轮机替代并用于发电，达到节电及提效的目的。该流程可回收电负荷达20mw，可按2
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10mw背压式汽轮发电机组选型，其中小汽轮机入口蒸汽压力0.7mpa，出口蒸汽压力0.2mpa，单机额定蒸汽流量150t/h，发电机选结构相对简单的异步发电机，输出电负荷接入本机6000v厂用电系统，两台小机分别配置相应的乏汽换热器，以实现独立运行。在本级流程中，年节约厂用电达57863mwh，在维持供热负荷不变的前提下，每年可节约标煤9895吨，折合年增直接节煤收益990万元。该流程热泵驱动蒸汽消耗量约300t/h，可实现7500t/h热网循环水提温23.1℃。
46.表2供热蒸汽能量梯级利用经济性指标
47.序号项目单位参数1功热小机进汽流量t/h300.0
2小机进汽压力mpa0.83小机进汽温度℃290.04小机进汽焓kj/kg3035.85小机进汽熵kj/(kg*℃)7.26小机排汽压力mpa0.27小机理想排汽焓kj/kg2734.48小机理想焓降kj/kg301.49小机效率％80.010小机实际焓降kj/kg241.111小机排汽焓kj/kg2794.712小机排汽温度℃162.513小机电功率mw20.114年供热时长h2880.015年节约厂用电量mwh57863.216年节约标煤t9894.617折算节煤收益万元989.518折算年减排二氧化碳吨24736.519排汽饱和水温℃120.220排汽疏水焓kj/kg377.121排汽乏热负荷mw201.522热网循环水流量t/h7500.023热网水二级提温℃23.1
48.3)本方案每年可节约标煤约29926吨，年减排二氧化碳74814吨；
49.4)实施该方案的改造投资约5819万元，年增直接节煤收益可达到2992万元，2年即可收回全部投资，经济效益显著。
50.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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种低压缸零出力机组余热深度回收优化供热系统，其特征在于，包括中压缸排汽管路(4)，所述中压缸排汽管路(4)分为三个分支，分别为第一分支(5)、第二分支(6)和第三分支(7)；所述第一分支(5)连接至吸收式热泵(9)；所述第二分支(6)连接至功热小汽轮机(10)，所述功热小汽轮机(10)的乏汽输出端连接至排汽换热器(11)；所述第三分支(7)连接至尖峰加热器(12)；所述吸收式热泵(9)的冷侧管路输入端连接至热网回水管路(15)，吸收式热泵(9)的冷侧管路输出端和排汽换热器(11)的冷侧管路输入端连接，排汽换热器(11)的冷侧管路输出端和尖峰加热器(12)的冷侧管路输入端连接，尖峰加热器(12)的冷侧管路输出端连接至热网供水管路(16)。2.根据权利要求1所述的一种低压缸零出力机组余热深度回收优化供热系统，其特征在于，所述吸收式热泵(9)的热侧管路输入端连接有凝汽器(8)，吸收式热泵(9)的热侧管路输出端连接有冷却塔(14)。3.根据权利要求2所述的一种低压缸零出力机组余热深度回收优化供热系统，其特征在于，所述凝汽器(8)的热侧管路输入端连接有低压缸(3)的排汽管路。4.根据权利要求2所述的一种低压缸零出力机组余热深度回收优化供热系统，其特征在于，所述凝汽器(8)的冷侧管路输入端和冷却塔(14)连接，凝汽器(8)的冷侧管路输出端和吸收式热泵(9)连接。5.根据权利要求1所述的一种低压缸零出力机组余热深度回收优化供热系统，其特征在于，所述第一分支(5)和吸收式热泵(9)的驱动汽源管路连接。6.根据权利要求1所述的一种低压缸零出力机组余热深度回收优化供热系统，其特征在于，所述吸收式热泵(9)中的驱动蒸汽做功后成为疏水被排出。7.根据权利要求1所述的一种低压缸零出力机组余热深度回收优化供热系统，其特征在于，所述排汽换热器(11)的蒸汽做功后成为疏水被排出。8.根据权利要求1所述的一种低压缸零出力机组余热深度回收优化供热系统，其特征在于，所述尖峰加热器(12)的蒸汽做功后成为疏水被排出。9.根据权利要求1-8任意一项所述的低压缸零出力机组余热深度回收优化供热系统，其特征在于，所述功热小汽轮机(10)的输出轴连接有发电机。
技术总结本发明公开了一种低压缸零出力机组余热深度回收优化供热系统，该系统将中压缸排汽管路分为三个支路，分别进入吸收式热泵，排汽换热器和尖峰加热器。从热网流出的热网回水先进入吸收式热泵被加热后进入排汽换热器，当从排汽换热器流出的热水能够满足用水温度要求时，则能够直接进入热网供水，当从排汽换热器流出的热水温度不满足用水温度要求时，通过尖峰加热器加热，然后进入热网。本发明针对目前蓬勃发展的低压缸零出力供热方式，配套开发了一种可实现低品位余热高效、灵活回收的系统，通过低压缸零出力供热机组热力流程的优化改进，实现其低压排汽余热的深度回收及梯级供能，显著提高机组整体供热经济性，同时实现机组供热能力的提升。力的提升。力的提升。
技术研发人员：余小兵 栾俊 郑天帅 张卫东 文子强 王可冰 李琳波 李圣 杨利 刘学亮
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司 华能济南黄台发电有限公司
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1
