供熱系統(tǒng)調(diào)峰設(shè)備尖峰熱水鍋爐

熱水鍋爐是熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)中承擔(dān)尖峰熱負(fù)荷的一種主要設(shè)備。尖峰熱水鍋爐可裝設(shè)在熱電廠內(nèi)熱網(wǎng)的中部或末端。應(yīng)根據(jù)具體的工程要求，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。裝設(shè)在熱電廠內(nèi)的尖峰熱水鍋爐是在尖峰熱負(fù)荷期用來將基本加熱器的出口水溫進(jìn)一步提高到熱網(wǎng)設(shè)計(jì)的供水溫度。裝設(shè)在熱網(wǎng)中部或末端的尖峰熱水鍋爐的供熱參數(shù)一般與熱電廠的供熱參數(shù)相同。熱水鍋爐目前主要有帶上鍋筒的水管鍋爐、水一火管組合鍋爐(管殼式鍋爐)和管架式鍋爐等類型。

供熱系統(tǒng)調(diào)峰設(shè)備（1）帶鍋筒的水管鍋爐

帶鍋筒的水管鍋爐的水循環(huán)方式有強(qiáng)制循環(huán)和自然循環(huán)兩種方式。強(qiáng)制循環(huán)方式是將鍋爐給水由下部并聯(lián)地分別送人鍋爐本體的水冷壁、對(duì)流管束等受熱面，在各部分人口處，應(yīng)裝設(shè)閥門以調(diào)節(jié)各部分水量，使鍋爐各部分的出口水溫減小，以減小熱水鍋爐的熱偏差，防止局部出現(xiàn)汽化。通過調(diào)節(jié)閥門分配水量的方法，運(yùn)行中不易控制，熱偏差容易增大，因此這種進(jìn)水方式一般適宜于大流量、低溫差和高水壓的供熱系統(tǒng)上。自然循環(huán)的方式是鍋爐給水從上鍋筒進(jìn)入，自上而下地自然循環(huán)，受熱后再從上鍋筒引出。自然循環(huán)符合鍋爐水對(duì)流循環(huán)的規(guī)律，在合理組織進(jìn)入與出水流程，自然循環(huán)熱水鍋爐的水循環(huán)可靠，因此大型的熱水鍋爐多采用自然循環(huán)的進(jìn)水方式。

供熱系統(tǒng)調(diào)峰設(shè)備（2）水-火管組合式熱水鍋爐

水-火管組合式熱水鍋爐，通常采用從雙下側(cè)下聯(lián)箱分別進(jìn)水的方式。同樣也在各下聯(lián)箱進(jìn)水管上安裝閥門以調(diào)節(jié)水量。由于這種鍋爐的出力不大，由于鍋筒內(nèi)水流緩慢，容易出現(xiàn)冷熱水分層現(xiàn)象，甚至?xí)捎跓釕?yīng)力作用而使管柵板漏水，所以鍋爐的進(jìn)、出口水溫不宜大于50℃，這種鍋爐適宜于供水溫度不高(110—130℃以下)和熱負(fù)荷不大的情況。

供熱系統(tǒng)調(diào)峰設(shè)備（3）管架式鍋爐

強(qiáng)制循環(huán)管架(直流)式熱水鍋爐只由鋼管和聯(lián)箱構(gòu)成受熱面，所以機(jī)構(gòu)緊湊、重量輕、節(jié)省材料。但它的水容量較小，水循環(huán)系統(tǒng)多是串聯(lián)式布置。這種鍋爐采用層燃方式時(shí)，由于火床面積大，爐膛的余熱也大，突然停電而停泵時(shí)，由于漏風(fēng)仍可供20%左右的熱負(fù)荷，爐內(nèi)水溫會(huì)急劇上升，從而產(chǎn)生局部汽化和汽水撞擊事故。

強(qiáng)制循環(huán)管架(直流)式熱水鍋爐是大供熱量的高溫?zé)崴仩t的發(fā)展方向之一，當(dāng)采用煤粉室燃的方式時(shí)，其效率可達(dá)88%一91%，且金屬耗量小，投資省。室燃方式在突然停電時(shí)，可立即切斷燃料，爐內(nèi)余熱量很小，只要在設(shè)計(jì)中采取適當(dāng)措施，可以避免汽化和汽水撞擊事故。

供熱系統(tǒng)調(diào)峰設(shè)備（4）熱水鍋爐熱力系統(tǒng)圖

熱水鍋爐作為熱電廠外的尖峰鍋爐或大型區(qū)域熱水鍋爐時(shí)，其雙管制熱網(wǎng)的原則性熱力系統(tǒng)如圖1所示（1-熱水鍋爐；2-循環(huán)水泵；3-調(diào)節(jié)閥；4-旁通管；5-熱網(wǎng)水泵；6-凈水設(shè)備；7-補(bǔ)水泵；8-閥門）。熱網(wǎng)水在熱水鍋爐中加熱到供熱所需的溫度后，除了外供外，把其中一部分加熱后的水用循環(huán)泵2打回鍋爐人口的回水管路與回水混合。其目的是把鍋爐的人口水溫提高到煙氣的露點(diǎn)溫度之上，以防止低溫腐蝕，同時(shí)也使流經(jīng)鍋爐的水溫保持恒定，以防止水流量低而造成的加熱管束水流不均，和由此引起的汽化和管壁局部過熱。

熱電廠的熱化系數(shù)是小于l的，除了設(shè)置用主蒸汽減溫減壓后供汽的尖峰加熱器外，有時(shí)供熱系統(tǒng)中還設(shè)置尖峰熱水鍋爐和蒸汽蓄熱器等調(diào)峰設(shè)備來滿足尖峰熱負(fù)荷的需要。裝設(shè)在熱電廠內(nèi)的尖峰熱水鍋爐是在尖峰熱負(fù)荷期用來將基本加熱器的出口水溫進(jìn)一步提高到熱網(wǎng)設(shè)計(jì)的供水溫度。蒸汽蓄熱器可對(duì)變化的蒸汽負(fù)荷進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)，可保證尖峰時(shí)蒸汽供熱系統(tǒng)和設(shè)備的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

采用蓄熱器或利用設(shè)備的蓄熱能力是平衡短時(shí)尖峰負(fù)荷進(jìn)行供熱調(diào)節(jié)的方法之一。供熱調(diào)節(jié)是在滿足用戶熱負(fù)荷要求的前提下，努力降低能源消耗和減小投資的重要方式。蒸汽蓄熱器可對(duì)變化的蒸汽負(fù)荷進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)，可保證尖峰時(shí)蒸汽供熱系統(tǒng)和設(shè)備的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

采用蓄熱器或利用設(shè)備的蓄熱能力是平衡短時(shí)尖峰負(fù)荷進(jìn)行供熱調(diào)節(jié)的方法之一。供熱調(diào)節(jié)是在滿足用戶熱負(fù)荷要求的前提下，努力降低能源消耗和減小投資的重要方式。水熱網(wǎng)的供熱系統(tǒng)主要采用質(zhì)調(diào)節(jié)的方式。所謂質(zhì)調(diào)節(jié)是指通過調(diào)節(jié)供水溫度進(jìn)行供熱量調(diào)節(jié)，它可通過調(diào)整基本加熱器的抽汽壓力，投入尖峰加熱器或熱水鍋爐的方式進(jìn)行。除質(zhì)調(diào)節(jié)外，還利用建筑物的蓄熱能力、熱水供應(yīng)系統(tǒng)的貯水箱和熱網(wǎng)供回水管路的蓄熱能力，進(jìn)行輔助性調(diào)節(jié)。蒸汽蓄熱器可對(duì)變化的蒸汽負(fù)荷進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)，可保證尖峰時(shí)蒸汽供熱系統(tǒng)和設(shè)備的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

供熱系統(tǒng)調(diào)峰設(shè)備（1）蒸汽蓄熱器的原理和結(jié)構(gòu)

蒸汽蓄熱器是一個(gè)容積很大的水容器，它能在系統(tǒng)負(fù)荷減少時(shí)從鍋爐吸收多余蒸汽，在系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)送出蒸汽。目前采用的主要是變壓蓄熱器。其原理見圖2所示（1-最高水位；2-最低水位；3-換流器；4-蒸汽分配管；5-充熱蒸汽；6-輸出蒸汽）。

變壓蓄熱器是在供熱系統(tǒng)中蒸汽消耗量減少時(shí)，把剩余蒸汽引入蓄熱器水箱中，通過噴嘴與箱內(nèi)的水混合，將蒸汽凝結(jié)時(shí)的汽化潛熱釋放于水中，使水的熱焓上升到引入蒸汽壓力 的相應(yīng)的飽和水焓。此時(shí)水箱水位因蒸汽凝結(jié)而上升，水箱內(nèi)壓力相應(yīng)升高，此為蓄熱器充熱過程。反之，當(dāng)用戶的蒸汽需要量增加時(shí)，管道和蓄熱器內(nèi)的壓力下降，因水箱內(nèi)水溫高于降低壓力后的相應(yīng)飽和溫度，所以一部分水蒸發(fā)成蒸汽送往熱用戶，從而增加了供汽量。水的蒸發(fā)，使水箱內(nèi)壓力降低，水的熱焓降低，水位也降低，此為蓄熱器的放熱過程。蓄熱器運(yùn)行時(shí)，每一個(gè)壓力都有其相應(yīng)的水位和飽和壓力，隨著系統(tǒng)的升高和降低，蓄熱器進(jìn)行“充熱”和“放熱”過程，熱源通過此設(shè)備較平穩(wěn)地適應(yīng)了熱負(fù)荷地變化，起到了負(fù)荷調(diào)節(jié)的作用。蓄熱器有臥式和立式兩種，一般采用臥式，蓄熱器面積大。當(dāng)采用臥式布置時(shí)，因高度低，安裝檢修方便，但占地面積大。

供熱系統(tǒng)調(diào)峰設(shè)備（2）蒸汽蓄熱器的連接方式

變壓蓄熱器在系統(tǒng)中連接方式如圖3所示。圖3中，a和b方案進(jìn)入蓄熱器和送人熱用戶的飽和蒸汽來自同一汽源。a來自鍋爐房，b來自汽輪機(jī)可調(diào)整抽汽。當(dāng)熱用戶的用汽量增大時(shí)，蒸汽管內(nèi)汽壓降低，蓄熱器立即放出蒸汽以彌補(bǔ)汽源的不足；當(dāng)用戶的用汽量減少時(shí)，主汽管內(nèi)的壓力升高，并向蓄熱器充熱。充汽管和放汽管合二為一。c方案中由于采用過熱蒸汽，所以必須將充汽管和放汽管分開。d和e方案中，蓄熱器是從一個(gè)高壓力的汽源充汽，向一個(gè)低壓力的汽源放汽。d中蓄熱器接在兩個(gè)調(diào)整抽汽之間，e中蓄熱器接在鍋爐出口和汽輪機(jī)抽汽口之間。當(dāng)?shù)蛪撼槠牧吭龃髸r(shí)，由蓄熱器供給額外的蒸汽以保證蒸汽管壓力的穩(wěn)定。f方案為蒸汽蓄熱器連接在鍋爐出口和背壓機(jī)組的排汽管間。2100433B

電力系統(tǒng)調(diào)峰主要有常規(guī)水電凋峰、燃煤火電機(jī)組調(diào)峰、燃汽輪機(jī)凋峰和抽水蓄能電站調(diào)峰等幾種手段。

（1）常規(guī)水電：凡具有日調(diào)節(jié)性能以上的水電站均可用作調(diào)峰，特點(diǎn)是運(yùn)行成本低又無空氣污染，是一種靈活可靠的調(diào)峰電源。若常規(guī)水電站僅具有日、周調(diào)節(jié)性能，上游又無調(diào)節(jié)性能好的龍頭水庫，則水電站往往在汛期失去調(diào)峰能力。

（2）燃煤火電：燃煤火電機(jī)組調(diào)峰可采用開停機(jī)、增減負(fù)荷、空轉(zhuǎn)等方式進(jìn)行調(diào)峰運(yùn)行，是火主電網(wǎng)解決調(diào)峰的主要措施。但是燃煤火電機(jī)組調(diào)峰滿足不了系統(tǒng)負(fù)荷急劇變化的要求，與水電相比，設(shè)備事故較多，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行，發(fā)電煤耗上升，廠用電率高，設(shè)備損傷嚴(yán)重，檢修費(fèi)用增加，發(fā)電成本高。

（3）燃汽輪機(jī)：燃汽輪機(jī)效率高、啟動(dòng)迅速、調(diào)峰性能好。單循環(huán)的燃汽輪機(jī)凋峰運(yùn)行范圍一般在尖峰運(yùn)行，年利用小時(shí)在800h以下較為合理。聯(lián)合循環(huán)的燃汽輪機(jī)在腰荷運(yùn)行較為合適，年利用小時(shí)在3000—4000h較為合理。

（4）抽水蓄能電站：抽水蓄能電站是世界公認(rèn)的可靠調(diào)峰電源，啟動(dòng)迅速、爬坡卸荷速度快、運(yùn)行靈活可靠，既能削峰又可填谷。抽水蓄能電站并能很好地適應(yīng)電力系統(tǒng)負(fù)荷變化，改善火電和核電機(jī)組運(yùn)行條件，提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)亦可作為調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用電源，提高供電可靠性。

目前可供電力系統(tǒng)調(diào)峰的電源有:

①水電常規(guī)機(jī)組;

②抽水蓄能機(jī)組;

③汽輪發(fā)電機(jī)組;

④燃?xì)廨啓C(jī)組;

⑤其他新型式調(diào)峰電源。

（1）水電常規(guī)機(jī)組調(diào)峰。其調(diào)峰容量是根據(jù)水電廠的可調(diào)節(jié)保證電最進(jìn)行計(jì)算。由于水電有許多優(yōu)點(diǎn).因此，在有水電的電力系統(tǒng)中均首先利用水電機(jī)組調(diào)峰。

（2）抽水儲(chǔ)能機(jī)組調(diào)峰。其調(diào)峰容量由廠家規(guī)定。抽水儲(chǔ)能機(jī)組調(diào)峰的優(yōu)點(diǎn)是起?？?。運(yùn)行靈活，調(diào)峰效果顯著;缺點(diǎn)是投資較大，消耗一定電能(以3 kW.h或4kW.h抽水電能換得2kW.h或3kw.h發(fā)電電能)。須具有一定的地理?xiàng)l件等。鑒于抽水蓄能機(jī)組的調(diào)頻性能好，帶負(fù)荷迅速，而且還可兼作調(diào)相機(jī)運(yùn)行及電力系統(tǒng)事故備用電源。能改善火電及核電的運(yùn)行條件，因此有條件的大電力系統(tǒng)均發(fā)展這類調(diào)峰電源。

（3）汽輪發(fā)電機(jī)組調(diào)峰。其調(diào)峰容量是本機(jī)組的可調(diào)節(jié)容量（指本機(jī)組運(yùn)行的可變化容量，及利用機(jī)組起停調(diào)峰的容量之和）與其所擔(dān)任的旋轉(zhuǎn)備用容量之差。汽輪發(fā)電機(jī)組的可調(diào)節(jié)容量所占機(jī)組容量的比值，各個(gè)國家不盡相同，一些國家(美、英、日本等)大火電機(jī)組已考慮按調(diào)峰運(yùn)行設(shè)計(jì)，燃煤汽包爐最小穩(wěn)定負(fù)荷為額定值的30%-35%，而且機(jī)組起?？欤鹜４螖?shù)可達(dá)一萬次.可為系統(tǒng)提供較大的調(diào)峰容量。是電力系統(tǒng)主要調(diào)峰電源。有些發(fā)電機(jī)組是按帶基本負(fù)荷設(shè)計(jì)的，燃煤爐最小穩(wěn)定負(fù)荷，一般為額定值的70 %-80%。而且起停慢，負(fù)荷增長慢。負(fù)荷變動(dòng)范圍不大，為系統(tǒng)提供的調(diào)峰容量不大。

（4）燃?xì)廨啓C(jī)組調(diào)峰，其調(diào)峰容貴就是機(jī)組的額定容量。它的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)迅速，運(yùn)行靈活，廠用電率低。缺點(diǎn)是要燃油和燃?xì)?，機(jī)組維護(hù)工作量大.發(fā)電成本高。由于一般單機(jī)容量小，調(diào)峰后設(shè)備損壞率離，因此在大電力系統(tǒng)中不能作為主要調(diào)峰電源。

（5）其他新型式調(diào)峰電源調(diào)峰。近年來國際上出現(xiàn)了一些新型式調(diào)峰電源。例如:

①采用壓縮空氣蓄能電站調(diào)峰。在系統(tǒng)低谷負(fù)荷時(shí).將空氣壓縮存儲(chǔ)在地下洞穴中，當(dāng)系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí)。抽出來加熱并通過燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。目前已在美國、西德建成。

②采用熱水蓄能電站調(diào)峰。在系統(tǒng)低谷負(fù)荷時(shí)，將火電廠多余蒸汽以熱水形式儲(chǔ)存在大型壓力容器中，當(dāng)系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí).將熱水放出產(chǎn)生蒸汽發(fā)電。這已在日本、蘇聯(lián)研究試驗(yàn) 。

中文名稱

調(diào)峰容量

英文名稱

peak load regulating capacity

定　　義

系統(tǒng)中調(diào)峰電廠總的最大可調(diào)出力與總的最小技術(shù)出力之差。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級(jí)學(xué)科），電力系統(tǒng)（二級(jí)學(xué)科）