CN110439642A - 一种辅助电极锅炉参与电厂调峰的低温余热发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种辅助电极锅炉参与电厂调峰的低温余热发电系统，属于火电厂调峰技术领域，该系统包括火电厂发电机组、主控制系统、国家电网、电极直热控制单元、低温余热发电系统和循环泵a；主控制系统根据监控到国家电网的电能需求状态控制火电厂发电机组进行发电；火电厂发电机组将满足需求的电能传递给国家电网、多余的电能传递给电极直热控制单元；电极直热控制单元将电能转化为热能；低温余热发电系统将热能转化为电能传递给国家电网和火电厂发电机组；该系统通过主控制系统对电极直热控制单元和低温余热发电系统的智能控制，将电网波峰时段将电厂多余的电能转化为热能储存起来，在电网波谷时段由热能转化为电能进行补充，为可逆能源转化过程。
Description
技术领域
本发明涉及火电厂调峰技术领域，尤其涉及一种辅助电极锅炉参与电厂调峰的低温余热发电系统。
背景技术
近年以来，随着电网负荷结构的显著变化以及电网装机容量迅速增长，电网日常运行中负荷的峰谷差日益增大，同时电网弃风消纳的能力不足。热电联产机组“以热定电”方式运行，调峰能力有限。调峰困难已成为电网运行中最为突出的问题。电网调峰与火电机组供热之间的矛盾处理不好，可能影响居民冬季供暖安全，关系民生。为了满足电网调峰需求，以及电厂在激烈竞争中的生存需要，深度调峰势在必行。
目前电厂内部调峰主要依靠机组减负荷调峰和电蓄热锅炉辅助调峰技术等来实现，此类技术虽然能达到调峰的目的，但是受区域大面积供热负荷和技术本身限制，存在设备占地面积大、建造维护成本高和严重能源浪费等缺点，无法达到最优的深度调峰效果，并且无法实现调峰和供电有机的结合。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种辅助电极锅炉参与电厂调峰的低温余热发电系统，包括：火电厂发电机组、主控制系统、国家电网、电极直热控制单元、低温余热发电系统和循环泵a；
所述主控制系统根据监控到所述国家电网的电能需求状态控制所述火电厂发电机组进行发电；
所述火电厂发电机组将满足需求的电能传递给国家电网、多余的电能传递给所述电极直热控制单元；
所述电极直热控制单元将电能转化为以液态水或水蒸气形式为载体的热能进行存储；
所述国家电网再次发出电能需求指令时，所述电极直热控制单元将以液态水或水蒸气形式存储的热能传递给所述低温余热发电系统；
所述低温余热发电系统将接收所述电极直热控制单元传递的热能转化为电能传递给所述国家电网和所述火电厂发电机组、并将转化的液态水通过所述循环泵a传递给所述电极直热控制单元；
所述电极直热控制单元包括控制器a、电极锅炉、补液罐、控制阀a、储热水罐和控制阀b；
所述控制器a通过三相交流电与电极锅炉相连接，所述电极锅炉进水口与所述补液罐一端相连通，所述补液罐另一端与所述循环泵a相连接，所述电极锅炉出水口通过所述控制阀a与储热水罐组相连通，所述储热水罐组与控制阀b相连通；
所述低温余热发电系统包括蒸发器、开关阀c、高速涡轮发电机组、补气罐、冷凝器、控制阀d、循环泵b、制冷机、控制阀e和流量计；
所述蒸发器一端通过控制阀b与所述储热水罐组相连通，所述蒸发器另一端与开关阀c入口相连通，所述开关阀c的出口与高速涡轮发电机组相连通，所述高速涡轮发电机组与所述补气罐相连通，所述高速涡轮发电机组通过三相交流电与所述火电厂发电机组和国家电网相连接，所述高速涡轮发电机组的出口与冷凝器相连通，所述冷凝器与循环泵b相连通，所述冷凝器通过所述控制阀与所述流量计相连通，所述循环泵b的出口通过所述流量计与蒸发器相连通，所述蒸发器与所述循环泵相连通；另外所述冷凝器通过控制阀e与所述制冷机相连通；
所述主控制系统与控制器a、控制阀a、控制阀b、高速涡轮发电机组、循环泵b、流量计、控制阀d、制冷机和控制阀e电连接。
工作状态下，所述主控制系统接收到国家电网调度指令调控火电厂发电机组进行发电，所述主控制系统将多余的电能通过控制器a调控电极直热控制单元中电极锅炉转化为热能，所述电极锅炉产生的热水或水蒸汽储存在储热罐中，此过程将火电厂发电机组产生的多余电能转化为热能形式储存起来，对国家电网进行波峰调整；
当国家电网再次发出需求电能指令时，所述主控制系统控制打开控制阀b，使所述储热罐中热水或水蒸汽进入低温余热发电系统的蒸发器中与低温余热发电系统中循环有机工质换热，使有机工质气化进入高速涡轮发电机组发电，将产生的电能供给国家电网，此过程利用热能转化为电能，即对国家电网进行波谷调整，可节约由于火电厂机组发电消耗的能源；
另外所述低温余热发电系统产生电能后，有机工质进入冷凝器液化、再经过循环泵b加压供给蒸发器进行气化处理，循环发电；此过程为循环过程，有机工质可循环利用；
同时蒸发器中降低温度的热水通过循环泵a再次加压供给补液罐，此过程为循环过程。
以上过程实现了电能转化成热能，再由热能转化成电能的能量转化过程，对国家电网起到了削峰填谷的作用，实现了调峰的目的。
进一步地：所述电极锅炉采用高压电极锅炉，所述高压电极锅炉的电压范围为6KV-66KV。
进一步地：所述低温余热发电系统的有机工质包括R123、R141b、R245ca、R245fa、R601和R601a。
进一步地：所述低温余热发电系统使用温度为70～300℃的热源。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种辅助电极锅炉参与电厂调峰的低温余热发电系统，该系统应用于火电厂机组调峰场合，通过主控制系统对电极直热控制单元和低温余热发电系统的智能控制，实现电网调峰和填谷，即电网波峰时段将电厂多余的电能转化为热能储存起来，在电网波谷时段由热能转化为电能进行补充，为可逆能源转化过程，本发明优化改进了火电厂供热机组不可逆调峰结构，提高了电网消纳风电、光电及核电等新能源的能力，并运用控制系统使整个过程实现上网的智能控制，不仅节约了维护成本，更提高了控制精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中公开的系统的结构示意图；
图2为本发明电极直热控制单元的结构示意图；
图3为本发明低温余热发电系统的结构示意图。
图中：1、火电厂发电机组，2、主控制系统，3、控制器a，4、电极锅炉、5、补液罐，6、控制阀a，7、储热水罐，8、控制阀b，9、蒸发器，10、开关阀c，11、轮发电机组，12、补气罐，13、冷凝器，14、控制阀d，15、循环泵b，16、制冷机，17、控制阀e，18、循环泵a，19、国家电网，20、电极直热控制单元，21、低温余热发电系统，22、流量计。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示的一种辅助电极锅炉参与电厂调峰的低温余热发电系统，运用电极直热技术和有机朗肯循环发电技术，在电网波峰时段将电厂多余的电能转化为热能储存起来，在电网波谷时段由热能转化为电能进行补充，为可逆能源转化过程，实现电网的动态平衡。
具体该系统包括火电厂发电机组1、用于监控国家电网需求状态并控制电极直热控制单元的主控制系统2、国家电网19、电极直热控制单元20、低温余热发电系统21和循环泵a18；
所述主控制系统2将监控到所述国家电网19的电能需求状态，控制所述火电机组1正常运转发电，所述火电厂发电机组1将满足需求的电能传递给国家电网19、多余的电能传递给电极直热控制单元20；
所述电极直热控制单元20将电能转化以液态水或水蒸气形式为载体的热能进行存储；
所述国家电网19再次发出电能需求指令时，所述电极直热控制单元20将以液态水或水蒸气形式存储的热能传递给所述低温余热发电系统21；
所述低温余热发电系统21将接收所述电极直热控制单元20传递的热能转化为电能传递给所述国家电网19和火电厂发电机组1、将转化的液态水通过循环泵a18传递给所述电极直热控制单元20；
其中，电极直热控制单元20负责消耗和储存机组发出的电能，降低电能上网流量，达到深度调峰目的，同时在电网波谷时段低温余热发电系统21会将热能转化为电能进行补充，实现电网调峰和填谷。
图2为本发明电极直热控制单元的结构示意图，所述电极直热控制单元20包括控制器a3、电极锅炉4、补液罐5、控制阀a6、储热水罐7和控制阀b8；
所述控制器a3通过三相交流电与电极锅炉4相连接，所述电极锅炉4进水口与所述补液罐5一端相连通，所述补液罐5另一端与所述循环泵a18相连接，所述电极锅炉4出水口通过所述控制阀a6与储热水罐组7相连通，所述储热水罐组7与控制阀b8相连通；
所述控制器a3接收主控制系统2的控制指令，控制电极锅炉4使电能转化为热能储存起来，此过程实现了电厂调峰目的。
电极直热控制单元20其特点包括投资小、占用空间小、无级调峰、随时根据国家电网的峰谷变化做出调整，实现调峰目的。
图3为本发明低温余热发电系统的结构示意图，所述低温余热发电系统21包括蒸发器9、开关阀c10、高速涡轮发电机组11、补气罐12、冷凝器13、控制阀d14、循环泵b15、制冷机16、控制阀e17和流量计22；
所述蒸发器9一端通过控制阀b8与所述储热水罐组7相连通，所述蒸发器9另一端与开关阀c10入口相连通，所述开关阀c10的出口与高速涡轮发电机组11相连通，所述高速涡轮发电机组11与所述补气罐12相连通，所述高速涡轮发电机组11通过三相交流电与所述火电厂发电机组1和国家电网19相连接，所述高速涡轮发电机组11的出口与冷凝器13相连通，所述冷凝器13与循环泵b15相连通，所述冷凝器13通过所述控制阀14与所述流量计22相连通，所述循环泵b15的出口通过所述流量计22与蒸发器9相连通，所述蒸发器9与所述循环泵18相连通；另外所述冷凝器13通过控制阀e17与所述制冷机16相连通；
所述主控制系统2与控制器a3、控制阀a6、控制阀b8、高速涡轮发电机组11、循环泵b15、流量计22、控制阀d14、制冷机16和控制阀e17电连接；
在电网波谷时段，所述低温余热发电系统21接收主控制系统2的控制指令，使热能经过循环发电系统重新产生电能供给国家电网19，实现削峰填谷的调峰过程，此过程为可逆过程。其特点包括转化效率高、能源变化为电能-热能-电能转化过程、充放电通过主控制系统2实现、随时根据国家电网19的峰谷变化做出调整。
进一步的，主控制系统2接到调峰指令，通过对电极直热控制单元20和低温余热发电系统21的调控，将电网波峰时段将电厂多余的电能转化为热能储存起来，在电网波谷时段由热能转化为电能进行补充，达到深度调峰的目的。
进一步地，工作状态下，所述主控制系统2接收到国家电网19调度指令调控火电厂发电机组1进行发电，所述主控制系统2将多余的电能通过控制器a3调控电极直热控制单元20中电极锅炉4转化为热能，所述电极锅炉4产生的热水或水蒸汽储存在储热罐7中，此过程可以将火电厂发电机组1产生的多余电能转化为热能形式储存起来，对国家电网19进行波峰调整；
当国家电网19再次发出需求电能指令时，所述主控制系统2控制打开控制阀b8，使所述储热罐7中热水或水蒸汽进入低温余热发电系统21的蒸发器9中与低温余热发电系统21中循环有机工质换热，使有机工质气化进入高速涡轮发电机组11将产生的电能供给国家电网19，此过程利用热能转化为电能，即对国家电网19进行波谷调整，可节约由于电厂发电消耗的能源；
另外所述低温余热发电系统21产生电能后，有机工质进入冷凝器13液化、再经过循环泵b15加压供给蒸发器9进行液态处理；此过程为循环过程，有机工质可循环利用；
同时蒸发器9中降低温度的热水通过循环泵a18再次加压供给补液罐5，此过程为循环过程。
在此过程中，国家电网19给主控制系统2指令需要控制火电厂发电机组1可以上网的电量，也就是调峰，调峰是指电网的波峰、波谷的意思，所有发出的电能都需要上网，但是由于用户需求少而用不了那么多的电，就需要调峰，控制一部分上网电量使其不上网，通过主控制系统2和电极直热控制单元20、低温余热发电系统21进行系统控制，最终实现深度调峰目的。
通过上述技术方案本发明公开的系统将主控制系统2和电极直热控制单元20、低温余热发电系统21之间实时进行联动控制，实现了任意时间的调峰功能，显著提升热电机组的上网调峰能力，并有效缓解可再生能源的消纳困境，实现了良好的经济效益。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种辅助电极锅炉参与电厂调峰的低温余热发电系统，其特征在于包括：火电厂发电机组(1)、主控制系统(2)、国家电网(19)、电极直热控制单元(20)、低温余热发电系统(21)和循环泵a(18)；
所述主控制系统(2)根据监控到所述国家电网(19)的电能需求状态控制所述火电厂发电机组(1)进行发电；
所述火电厂发电机组(1)将满足需求的电能传递给所述国家电网(19)、多余的电能传递给所述电极直热控制单元(20)；
所述电极直热控制单元(20)将电能转化为以液态水或水蒸气形式为载体的热能进行存储；
所述国家电网(19)再次发出电能需求指令时，所述电极直热控制单元(20)将以液态水或水蒸气形式存储的热能传递给所述低温余热发电系统(21)；
所述低温余热发电系统(21)将接收所述电极直热控制单元(20)传递的热能转化为电能传递给所述国家电网(19)和所述火电厂发电机组(1)、并将转化的液态水通过循环泵a(18)传递给所述电极直热控制单元(20)；
所述电极直热控制单元(20)包括控制器a(3)、电极锅炉(4)、补液罐(5)、控制阀a(6)、储热水罐(7)和控制阀b(8)；
所述控制器a(3)通过三相交流电与电极锅炉(4)相连接，所述电极锅炉(4)进水口与所述补液罐(5)一端相连通，所述补液罐(5)另一端与所述循环泵a(18)相连接，所述电极锅炉(4)出水口通过所述控制阀a(6)与储热水罐组(7)相连通，所述储热水罐组(7)与控制阀b(8)相连通；
所述低温余热发电系统(21)包括蒸发器(9)、开关阀c(10)、高速涡轮发电机组(11)、补气罐(12)、冷凝器(13)、控制阀d(14)、循环泵b(15)、制冷机(16)、控制阀e(17)和流量计(22)；
所述蒸发器(9)一端通过控制阀b(8)与所述储热水罐组(7)相连通，所述蒸发器(9)另一端与开关阀c(10)入口相连通，所述开关阀c(10)的出口与所述高速涡轮发电机组(11)相连通，所述高速涡轮发电机组(11)与所述补气罐(12)相连通，所述高速涡轮发电机组(11)通过三相交流电与所述火电厂发电机组(1)和国家电网(19)相连接，所述高速涡轮发电机组(11)的出口与冷凝器(13)相连通，所述冷凝器(13)与循环泵b(15)相连通，所述冷凝器(13)通过所述控制阀(14)与所述流量计(22)相连通，所述循环泵b(15)的出口通过所述流量计(22)与蒸发器(9)相连通，所述蒸发器(9)与所述循环泵(18)的一端相连通；与另外所述冷凝器(13)通过控制阀e(17)与所述制冷机(16)相连通；
所述主控制系统(2)与控制器a(3)、控制阀a(6)、控制阀b(8)、高速涡轮发电机组(11)、循环泵b(15)、流量计(22)、控制阀d(14)、制冷机(16)和控制阀e(17)电连接；
工作状态下，所述主控制系统(2)接收到国家电网(19)调度指令调控火电厂发电机组(1)进行发电，所述主控制系统(2)将多余的电能通过控制器a(3)调控电极直热控制单元(20)中电极锅炉(4)转化为热能，所述电极锅炉(4)产生的热水或水蒸汽储存在储热罐(7)中，此过程将火电厂发电机组(1)产生的多余电能转化为热能形式储存起来，对国家电网(19)进行波峰调整；
当国家电网(19)再次发出需求电能指令时，所述主控制系统(2)控制打开控制阀b(8)，使所述储热罐(7)中热水或水蒸汽进入低温余热发电系统(21)的蒸发器(9)中与低温余热发电系统(21)中有机工质换热，使有机工质气化进入高速涡轮发电机组(11)发电，将产生的电能供给国家电网(19)，此过程利用热能转化为电能，即对国家电网(19)进行波谷调整；
另外所述低温余热发电系统(21)产生电能后，有机工质进入冷凝器(13)液化、再经过循环泵b(15)加压供给蒸发器(9)进行气化，循环发电；
同时蒸发器(9)中降低温度的热水通过循环泵a(18)再次加压供给补液罐(5)。
2.根据权利要求1所述的一种辅助电极锅炉参与电厂调峰的低温余热发电系统，其特征还在于：所述电极锅炉(4)采用高压电极锅炉，所述高压电极锅炉的电压范围为6KV-66KV。
3.根据权利要求1所述的一种辅助电极锅炉参与电厂调峰的低温余热发电系统，其特征还在于：所述低温余热发电系统(21)的有机工质包括R123、R141b、R245ca、R245fa、R601和R601a。
4.根据权利要求1所述的一种辅助电极锅炉参与电厂调峰的低温余热发电系统，其特征还在于：所述低温余热发电系统(21)使用温度为70～300℃的热源。
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2019
- 2019-08-16 CN CN201910760821.8A patent/CN110439642B/zh active Active
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