通过中温储能辅助二次再热机组变负荷的耦合系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提出了通过中温储能辅助二次再热机组变负荷的耦合系统及控制方法，降负荷过程中，高压缸出口通过抽汽调节阀与中温储能系统相连，中温储能系统通过泄压阀与低压缸入口相连，升负荷过程中，除氧器出口给水通过给水调节阀与中温储能系统相连，中温储能系统通过管道与低压缸入口相连；设计耦合系统变负荷过程的控制方法，通过中温储能辅助二次再热机组完成变负荷过程：降负荷过程中，通过抽取部分高压缸排汽降低机组做功量，升负荷过程中，通过加热部分除氧器出口给水产生蒸汽送入低压缸增加机组做功量，从而降低二次再热机组响应时间，改善二次再热机组变负荷性能。改善二次再热机组变负荷性能。改善二次再热机组变负荷性能。

【技术实现步骤摘要】
通过中温储能辅助二次再热机组变负荷的耦合系统及控制方法


[0001]本专利技术属于二次再热机组热工控制
，具体涉及通过中温储能辅助二次再热机组变负荷的耦合系统及控制方法。

技术介绍

[0002]随着新型电力系统的构建，大规模新能源持续并网，但是风能、太阳能等新能源间歇性强。为了消纳能量密度低的新能源，维持电力系统供需平衡，燃煤机组承担着重要的调峰任务。二次再热机组是典型的高效先进燃煤机组，同样面临着频繁快速调峰的压力。但是二次再热机组设备众多，流程复杂，机组内部各子系统的惯性差异导致机组响应时间明显增加。耦合外部储能设备辅助二次再热机组变负荷是降低机组响应时间的重要手段，为此，亟需大力开发二次再热机组与外部储能设备耦合系统的系统构型及控制方法，推动新型电力系统的构建。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对二次再热机组响应时间长的问题，从二次再热机组工质流程及温度匹配角度出发，旨在寻觅可缩短二次再热机组响应时间的系统及控制方法。本专利技术的目的是提供通过中温储能辅助二次再热机组变负荷的耦合系统及控制方法，通过温度匹配提出中温储能系统与二次再热机组的耦合系统，基于多系统做功协同提出耦合中温储能的二次再热机组控制方法，缩短二次再热机组的响应时间。
[0004]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：
[0005]通过中温储能辅助二次再热机组变负荷的耦合系统，耦合系统包括二次再热机组与中温储能系统；二次再热机组中锅炉1的过热蒸汽出口与超高压缸2的蒸汽入口通过管道相连，超高压缸2的排汽出口与锅炉1的一次冷再热蒸汽入口通过管道相连，锅炉1的一次热再热蒸汽出口与高压缸3的蒸汽入口通过管道相连，高压缸3的排汽出口与锅炉1的二次冷再热蒸汽入口通过管道相连，锅炉1的二次热再热蒸汽出口与中压缸4的蒸汽入口通过管道相连，中压缸4的排汽出口与低压缸5的蒸汽入口通过管道相连，低压缸5的排汽出口与凝汽器6的排汽入口通过管道相连，凝汽器6的凝结水出口通过凝结水泵7与低压回热加热器8的凝结水入口相连，低压回热加热器8的凝结水出口与除氧器9的凝结水入口通过管道相连，除氧器9的给水出口通过给水泵10与高压回热加热器11的给水入口相连，高压回热加热器11的给水出口与锅炉1的给水入口通过管道相连，超高压缸2的抽汽口与高压回热加热器11的抽汽入口通过管道相连，高压缸3的抽汽口与高压回热加热器11的抽汽入口通过管道相连，中压缸4的第一级抽汽口与高压回热加热器11的抽汽入口通过管道相连，中压缸4的第二级抽汽口与除氧器9的抽汽入口通过管道相连，中压缸4的其余级抽汽口与低压回热加热器8的抽汽入口通过管道相连，低压缸5的抽汽口与低压回热加热器8的抽汽入口通过管道相连；中温储能系统由抽汽调节阀13、储能罐12、泄压阀14和给水调节阀15组成，储能过程
中，高压缸3的排汽出口通过抽汽调节阀13与储能罐12的蒸汽入口相连，储能罐12的蒸汽出口通过泄压阀14与低压缸5的蒸汽入口相连，释能过程中，除氧器9的给水出口通过给水调节阀15与储能罐12的水工质入口相连，储能罐12的蒸汽出口通过管道与低压缸5的蒸汽入口相连。
[0006]所述储能罐12采用相变储能材料，相变储能材料选择方法是综合考虑高压缸出口温度、低压缸入口温度及相变储能材料的融化温度。
[0007]所述的通过中温储能辅助二次再热机组变负荷的耦合系统的控制方法，降负荷过程中，中温储能系统处于储能过程，通过控制抽汽调节阀13的开度将部分高压缸排汽送入储能罐12进行放热，放热后的工质通过泄压阀14送入低压缸入口，从而降低二次再热机组做功量，即整机实时做功量为二次再热机组原定机炉整体做功量与抽汽引起的做功减少量之差，缩短了二次再热机组实际达到目标负荷的时间；升负荷过程中，中温储能系统处于释能过程，通过控制给水调节阀15的开度将部分除氧器的出口给水送入储能罐12中，吸热后的工质送入低压缸入口，从而增加二次再热机组做功量，即整机实时做功量为二次再热机组原定机炉整体做功量与储能罐12产生的蒸汽做功量之和，缩短了二次再热机组实际达到目标负荷的时间。
[0008]所述降负荷过程中的抽汽调节阀13开度的计算过程为：
[0009]①
操作人员根据轴向推力与变负荷需求设计高压缸排汽的抽汽比例Ra
h
；
[0010]②
计算高压缸排汽抽取量G
h
[0011]G
h
＝G
h,s
·
Ra
h
[0012]式中：G
h,s
为与二次再热机组原定机炉整体做功量相关的高压缸排汽设定值，kg/s；
[0013]③
计算抽汽引起的做功减少量Pe
h
[0014]Pe
h
＝G
h
·
f(Pe
0,d
)
[0015]式中：Pe
0,d
为降负荷过程中二次再热机组原定机炉整体做功量，kW；f(Pe
0,d
)表示与二次再热机组原定机炉整体做功量相关的单位质量流量的高压缸排汽降温后送入低压缸入口后二次再热机组做功量的变化值，kW/(kg/s)；
[0016]④
计算抽汽调节阀13开度的实时值K
h,13,rt
[0017][0018]K
h,13,rt
＝K
h,13
+f
PID
(Pe
0,d
,Pe
rt
,Pe
h
)
[0019]式中：K
h,13
为抽汽调节阀13开度的设计值；k
v,13
为高压缸3出口与储能罐12之间连接管道的阻力系数，s2·
MPa/(kg
·
m3)；ρ
h
为高压缸排汽密度，kg/m3；Δp
13
为高压缸3与储能罐12的压差，MPa；K
h,13,rt
为抽汽调节阀13开度的实时值；f
PID
为利用实时做功偏差通过PID控制获得的抽汽调节阀13开度的修正值，其中实时做功偏差为二次再热机组实时做功量与抽汽引起的做功减少量之和减去二次再热机组原定机炉整体做功量；Pe
rt
为二次再热机组实时做功量，kW；Pe
0,d
为降负荷过程中二次再热机组原定机炉整体做功量，kW。
[0020]所述降负荷过程中二次再热机组原定机炉整体做功量的计算过程为：
[0021]t
s0
＝(Pe2‑
Pe1)/rate0·
60
[0022][0023]式中：t
s0
为原定变负荷速率下二次再热机组由初始负荷到达目标负荷的时间，s；Pe1为二次再热机组初始负荷，kW；Pe2为二次再热机组目标负荷，kW；rate0为二次再热机组原定的变负荷速率，kW/min。
[0024]所述降负荷过程中二次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.通过中温储能辅助二次再热机组变负荷的耦合系统，其特征在于：耦合系统包括二次再热机组与中温储能系统；二次再热机组中锅炉(1)的过热蒸汽出口与超高压缸(2)的蒸汽入口通过管道相连，超高压缸(2)的排汽出口与锅炉(1)的一次冷再热蒸汽入口通过管道相连，锅炉(1)的一次热再热蒸汽出口与高压缸(3)的蒸汽入口通过管道相连，高压缸(3)的排汽出口与锅炉(1)的二次冷再热蒸汽入口通过管道相连，锅炉(1)的二次热再热蒸汽出口与中压缸(4)的蒸汽入口通过管道相连，中压缸(4)的排汽出口与低压缸(5)的蒸汽入口通过管道相连，低压缸(5)的排汽出口与凝汽器(6)的排汽入口通过管道相连，凝汽器(6)的凝结水出口通过凝结水泵(7)与低压回热加热器(8)的凝结水入口相连，低压回热加热器(8)的凝结水出口与除氧器(9)的凝结水入口通过管道相连，除氧器(9)的给水出口通过给水泵(10)与高压回热加热器(11)的给水入口相连，高压回热加热器(11)的给水出口与锅炉(1)的给水入口通过管道相连，超高压缸(2)的抽汽口与高压回热加热器(11)的抽汽入口通过管道相连，高压缸(3)的抽汽口与高压回热加热器(11)的抽汽入口通过管道相连，中压缸(4)的第一级抽汽口与高压回热加热器(11)的抽汽入口通过管道相连，中压缸(4)的第二级抽汽口与除氧器(9)的抽汽入口通过管道相连，中压缸(4)的其余级抽汽口与低压回热加热器(8)的抽汽入口通过管道相连，低压缸(5)的抽汽口与低压回热加热器(8)的抽汽入口通过管道相连；中温储能系统由抽汽调节阀(13)、储能罐(12)、泄压阀(14)和给水调节阀(15)组成，储能过程中，高压缸(3)的排汽出口通过抽汽调节阀(13)与储能罐(12)的蒸汽入口相连，储能罐(12)的蒸汽出口通过泄压阀(14)与低压缸(5)的蒸汽入口相连，释能过程中，除氧器(9)的给水出口通过给水调节阀(15)与储能罐(12)的水工质入口相连，储能罐(12)的蒸汽出口通过管道与低压缸(5)的蒸汽入口相连。2.根据权利要求1所述的通过中温储能辅助二次再热机组变负荷的耦合系统，其特征在于：所述储能罐(12)采用相变储能材料，相变储能材料选择方法是综合考虑高压缸出口温度、低压缸入口温度及相变储能材料的融化温度。3.权利要求1或2所述的通过中温储能辅助二次再热机组变负荷的耦合系统的控制方法，其特征在于：降负荷过程中，中温储能系统处于储能过程，通过控制抽汽调节阀(13)的开度将部分高压缸排汽送入储能罐(12)进行放热，放热后的工质通过泄压阀(14)送入低压缸入口，从而降低二次再热机组做功量，即整机实时做功量为二次再热机组原定机炉整体做功量与抽汽引起的做功减少量之差，缩短了二次再热机组实际达到目标负荷的时间；升负荷过程中，中温储能系统处于释能过程，通过控制给水调节阀(15)的开度将部分除氧器的出口给水送入储能罐(12)中，吸热后的工质送入低压缸入口，从而增加二次再热机组做功量，即整机实时做功量为二次再热机组原定机炉整体做功量与储能罐(12)产生的蒸汽做功量之和，缩短了二次再热机组实际达到目标负荷的时间。4.根据权利要求3所述的通过中温储能辅助二次再热机组变负荷的耦合系统的控制方法，其特征在于：所述降负荷过程中的抽汽调节阀(13)开度的计算过程为：
①
操作人员根据轴向推力与变负荷需求设计高压缸排汽的抽汽比例Ra
h
；
②
计算高压缸排汽抽取量G
h
G
h
＝G
h,s
·
Ra
h
式中：G
h,s
为与原定机炉整体做功量相关的高压缸排汽设定值，kg/s；
③
计算抽汽引起的做功减少量Pe
h
Pe
h
＝G
h
·
f(Pe
0,d
)式中：Pe
0,d
为降负荷过程中二次再热机组原定机炉整体做功量，kW；f(Pe
0,d
)表示与二次再热机组原定机炉整体做功量相关的单位质量流量的高压缸排汽降温后送入低压缸入口后二次再热机组做功量的变化值，kW/(kg/s)；
④
计算抽汽调节阀(13)开度的实时值K
h,13,rt
K
h,13,rt
＝K
h,13
+f
PID
(Pe
0,d
,Pe
rt
,Pe
h
)式中：K
h,13
为抽汽调节阀(13)开度的设计值；k
v,13
为高压缸(3)出口与储能罐(12)之间连接管道的阻力系数，s2·
MPa/(kg
·
m3)；ρ
h
为高压缸排汽密度，kg/m3；Δp
13
为高压缸(3)与储能罐(12)的压差，MPa；K
h,13,rt
为抽汽调节阀(13)开度的实时值；f
PID
为利用实时做功偏差通过PID控制获得的抽汽调节阀(13)开度的修正值，其中实时做功偏差为二次再热机组实时做功量与抽汽引起的做功减少量之和减去二次再热机组原定机炉整体做功量；Pe
rt
为二次再热机组实时做功量，kW；Pe
0,d
为降负荷过程中二次再热机组原定机炉整体做功量，kW。5.根据权利要求3所述的通过中温...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珠，田泽禹，严卉，刘明，严俊杰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：