CN111219697A - 一种热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统及工作方法 - Google Patents

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Abstract

一种热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统及工作方法，包括：蓄热装置(1)和工业蒸汽换热发生器(2)；蓄热介质和电加热器(12)设置在蓄热装置(1)的外壳(11)内，电加热器(12)利用热电机组低价厂用电或调峰调频富余电力供电，加热蓄热介质；工业蒸汽换热发生器(2)的间隔式换热面(22)布置在蓄热装置(1)内或蓄热装置(2)外的间隔式换热器内，工业蒸汽换热发生器(2)的供水进口管路(21)将给水或凝结水送入间隔式换热面(22)与蓄热介质换热；换热后生成的工业蒸汽通过蒸汽出口管路(23)供应给工业蒸汽用户(3)。利用低价厂用电或调峰调频富余电力进行储能蓄热，实现低成本、稳定的热电厂工业蒸汽的对外供应。

Description

一种热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统及工作方法
技术领域
本发明涉及能源利用技术领域，特别涉及一种热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统及工作方法。
背景技术
随着经济和社会生产的持续发展，能源消耗也在持续增长，传统的化石能源发展方式已经难以为继现在社会的发展，因此高比例可再生能源发电将成为未来不可逆转的趋势。风电、光伏出力具有间歇性、随机性、反调峰等特点，但大规模可再生能源并网加大了系统的负荷峰谷差。
近些年可再生能源在中国的发展遇到消纳问题，尤其是在风资源富裕的东北、华北、西北(简称三北)地区，本身电力系统就存在电源装机规模较大、电源结构不合理、水资源缺乏等导致的快速高效调峰电源规模不足的问题。大规模新能源并网后，调峰任务主要由火电机组承担。而热电联产机组由于先天存在热电耦合问题，产生了大量冬季供热季或工业蒸汽热电联产的机组调峰困难的问题。同时，越来越多的热用户选择建设在热电企业周边，以取得热电厂热电联产集中供热带来的更加可靠稳定的热源。因此，随着现代工业园区的快速建设和发展，对工业蒸汽供应的稳定性提出了更高要求。特别是最近几年，南方工业园区的自备热电厂或大型钢厂化工厂的自备热电厂，工业蒸汽负荷需求的稳定性与电网要求热电厂增强调峰调频的灵活性之间的矛盾越来越突出，市场上急需能够解决热电厂热电解耦和稳定供应工业蒸汽的可行方案。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统及工作方法，通过利用低价调峰富余电力实现储能蓄热，实现低成本的稳定的热电厂工业蒸汽的对外供应。
(二)技术方案
为解决上述问题，根据本发明的一个方面,本发明提供了一种热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统，包括：蓄热装置和工业蒸汽换热发生器；蓄热装置包括外壳、设置在外壳内的电加热器，电加热器利用热电机组的低价厂用电或调峰调频富余电力进行供电，以加热蓄热装置内的蓄热介质或换热介质；工业蒸汽换热发生器包括依次连通的供水进口管路、间隔式换热面以及蒸汽出口管路；间隔式换热面布置在蓄热装置内部或布置在蓄热装置外部的间隔式换热器内，供水进口管路与热电机组的除氧器或凝汽器连通，以将给水或凝结水送入间隔式换热面，与蓄热介质或换热介质进行换热；给水或凝结水换热生成工业蒸汽，工业蒸汽通过蒸汽出口管路供应给工业蒸汽用户。
进一步的，蓄热介质或换热介质为显热蓄热材料、潜热蓄热材料、热化学蓄热材料中的任意一种。
进一步的，换热介质为气体或流体。
进一步的，还包括：高温烟气换热器；高温烟气换热器布置在蓄热装置内部，且与电站锅炉的烟气管路循环连通，以抽取电站锅炉的高温烟气进入高温烟气换热器内与蓄热介质或换热介质换热。
进一步的，还包括：高温蒸汽换热器；高温蒸汽换热器布置在蓄热装置内部，且与电站锅炉的高温蒸汽管路循环连通，以抽取电站锅炉的高温蒸汽进入高温蒸汽换热器内与蓄热介质或换热介质换热；高温蒸汽为来自电站锅炉的主蒸汽、再热蒸汽或汽轮机抽汽中的任意一种。
进一步的，还包括：调峰调频控制单元；调峰调频控制单元控制热电机组将调峰调频富余电力供给电加热器；调峰调频富余电力来自发电机出口母线、厂用电母线或升压站后出厂母线的富余电力。
进一步的，工业蒸汽用户为工业园区、化工厂、食品厂、炼钢厂、炼油厂、制药厂、酒店、洗浴中心、建筑空调吸收式制冷用户中的任意一种。
进一步的，显热蓄热材料包括混凝土、固体镁砖、固体耐热砖、固体耐热砂、高温变压器油、耐高温导热油中的任意一种；潜热蓄热材料包括：高温熔盐、混合盐类、金属及合金中的任意一种，高温熔盐的配方包括：碱金属、碱土金属的卤化物、硅酸盐、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐中的任意一种或几种组合；热化学蓄热材料为金属氢化物或氨化物。
进一步的，蓄热装置为单级、两级或多级蓄热；单级蓄热装置的内部温度为100度以上。
进一步的，两级蓄热装置中，一级为高温蓄热单元，蓄热介质或换热介质的温度范围为500度-1200度；另一级为低温蓄热单元，蓄热介质或换热介质的温度范围为100度-500度。
根据本发明的一个方面,本发明提供了一种以上所阐述的热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统的工作方法，包括如下步骤：
S1，根据火电厂内场地情况，选择蓄热装置的蓄热介质或换热介质种类、设计蓄热装置的级数和每级蓄热装置的蓄热介质或换热介质温度范围；
S2，根据每级蓄热装置的蓄热介质或换热介质温度，选择对应的蓄热热源，蓄热热源为热电机组的调峰调频富余电力或低价厂用电驱动的电加热器、或电站锅炉的烟气、电站锅炉的主蒸汽、再热蒸汽或汽轮机抽汽；
S3，根据火电厂的运行状态选择蓄热热源；
S4，有富余的调峰调频电力或低价厂用电，利用富余的调峰调频电力或低价厂用电为蓄热装置的电加热器供电，以加热蓄热介质或换热介质达到蓄热温度；
S5，电站锅炉能够抽取高温烟气，打开高温烟气换热器的烟气进口阀和出口阀，高温烟气从烟气进口阀引流出来并进入高温烟气换热器，与蓄热装置内的蓄热介质或换热介质换热后从烟气出口阀回到电站锅炉烟道，换热后蓄热介质或换热介质达到蓄热温度；
S6，有富余的高温蒸汽，则打开高温蒸汽换热器的蒸汽进口阀和出口阀，来自电站锅炉的主蒸汽、再热蒸汽或汽轮机抽汽的高温蒸汽从蒸汽进口阀进入高温蒸汽换热器，与蓄热装置内的蓄热介质或换热介质换热后从蒸汽出口阀回到电站锅炉，换热后蓄热介质或换热介质达到蓄热温度；
S7，达到蓄热温度的蓄热介质或换热介质加热给水或凝结水后生成工业蒸汽，工业蒸汽供给外部工业蒸汽用户。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明的热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统中，蓄热装置利用低价厂用电或调峰调频富余电力供电给电加热器，以加热蓄热介质实现储能蓄热，从而实现低成本的稳定的热电厂工业蒸汽的对外供应。
不仅能够节约能源降低工业蒸汽的生产成本，而且可以实现热电厂热电解耦，从而增加热电厂的调峰收益。
附图说明
图1是本发明提供的热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统的实施例一的结构图；
图2是本发明提供的热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统的实施例二的结构图；
图3是本发明提供的热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统的实施例三的结构图。
附图标记：
1-蓄热装置，11-外壳，12-电加热器，13-耐高温风机，14-固体蓄热镁砖，15-电加热丝，16-调峰调频富余电力供电；
2-工业蒸汽换热发生器，21-供水进口管路，22-间隔式换热面，23-蒸汽供水出口管路；
3-工业蒸汽用户；
4-高温烟气换热器，41-烟气管路；
5-高温蒸汽换热器；
6-电站燃煤锅炉；7-除氧器；8-低压蓄热罐给水泵；9-凝汽器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例一：
图1是本发明提供的热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统的实施例一的结构图，请查看图1。
在实施例一中，本发明提供了一种热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统，包括：蓄热装置1、工业蒸汽换热发生器2、工业蒸汽用户3、高温烟气换热器4、高温蒸汽换热器5和调峰调频控制单元。
其中，蓄热装置1包括外壳11、设置在外壳11内的电加热器12，调峰调频控制单元控制热电机组将低价厂用电或调峰调频富余电力供给电加热器12，电加热器12利用热电机组的低价厂用电或调峰调频富余电力进行供电，以加热蓄热装置1内的蓄热介质或换热介质。
可选的，调峰调频富余电力来自发电机出口母线、厂用电母线或升压站后出厂母线的富余电力。
工业蒸汽换热发生器2包括依次连通的供水进口管路21、间隔式换热面22以及蒸汽出口管路23；间隔式换热面22布置在蓄热装置1内部或布置在蓄热装置2外部的间隔式换热器内，供水进口管路21与热电机组的除氧器7或凝汽器9连通，以将给水或凝结水送入间隔式换热面22，与被加热的蓄热介质或换热介质进行换热。
给水或凝结水换热后生成工业蒸汽，工业蒸汽通过蒸汽出口管路23供应给工业蒸汽用户3。
可选的，工业蒸汽用户3为工业园区、化工厂、食品厂、炼钢厂、炼油厂、制药厂、酒店、洗浴中心、建筑空调吸收式制冷用户中的任意一种。
同时，高温烟气换热器4也布置在蓄热装置1的外壳11内部，且与电站燃煤锅炉6的烟气管路41循环连通，通过抽取电站燃煤锅炉6内的高温烟气，让高温烟气通过烟气管路41进入高温烟气换热器4内与蓄热介质或换热介质换热。换热后的高温烟气再通过烟气管路41进入电站燃煤锅炉6。
高温蒸汽换热器5也布置在蓄热装置1的外壳11内部，且与电站燃煤锅炉6的高温蒸汽管路循环连通，通过抽取电站燃煤锅炉6的高温蒸汽进入高温蒸汽换热器5内与蓄热介质或换热介质换热。
可选的，高温蒸汽为来自电站燃煤锅炉6的主蒸汽、再热蒸汽或汽轮机抽汽中的任意一种。
可选的，蓄热介质或换热介质为显热蓄热材料、潜热蓄热材料、热化学蓄热材料中的任意一种。
可选的，换热介质为气体或流体。具体地，蓄热介质既可以蓄热也可以换热。而当蓄热介质为固体时，如果将固体蓄热介质直接与给水或凝结水换热，会降低换热面积，使得换热效率降低，最终使本发明的系统效率低下。因此需要将固体蓄热介质的热量转化成气体或流体的热量、或换热给气体或流体，使得气体或流体直接与给水或凝结水换热，从而达到无缝换热。
可选的，显热蓄热材料包括混凝土、固体镁砖、固体耐热砖、固体耐热砂、高温变压器油、耐高温导热油中的任意一种。潜热蓄热材料包括：高温熔盐、混合盐类、金属及合金中的任意一种，高温熔盐的配方包括：碱金属、碱土金属的卤化物、硅酸盐、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐中的任意一种或几种组合。热化学蓄热材料为金属氢化物或氨化物。
中高温蓄热介质包括蒸汽、水、导热油、液态金属、空气、熔融盐等，利用中高温蓄热介质，通过蓄热装置利用热电厂调峰电力电加热蓄热，就可以实现一年四季稳定的工业蒸汽的供应，同时也可以实现热电厂的灵活的调峰辅助服务。
可选的，蓄热装置1的外壳11使用不能散热的材质制成，以避免蓄热装置1的内的蓄热介质或换热介质的热量流失。
在本实施例中，蓄热装置1为单级、两级或多级蓄热。
可选的，单级蓄热装置1的内部温度为100度以上。
两级蓄热装置1中，一级为高温蓄热单元，蓄热介质的温度范围为500度-1200度；另一级为低温蓄热单元，蓄热介质或换热介质的温度范围为100度-500度。
实施例二：
图2是本发明提供的热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统的实施例二的结构图，请参看图2。
在实施例二中，本发明提供了一种热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统，包括：蓄热装置1、工业蒸汽换热发生器2、工业蒸汽用户3和调峰调频控制单元。
相较于实施例一，本实施例减少了高温烟气换热器4和高温蒸汽换热器5，其余结构均与实施例一相同。
本实施例只采用电加热器12加热蓄热介质或换热介质，以便于蓄热介质或换热介质与工业蒸汽换热发生器2换热生成工业蒸汽，并输送给工业蒸汽用户3。
实施例三：
图3是本发明提供的热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统的实施例三的结构图，请参看图3。
在实施例三中，本发明提供了一种热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统，包括：蓄热装置1、工业蒸汽换热发生器2、工业蒸汽用户3和调峰调频控制单元。
相较于实施例一，本实施例减少了高温烟气换热器4和高温蒸汽换热器5，其余结构均与实施例一相同。
相较于实施例二，本实施例的工业蒸汽换热发生器2为风水换热器，蓄热装置1中增加了耐高温风机13和电加热丝15，调峰调频富余电力供电16给电加热丝15供电。
此时蓄热装置1中的蓄热介质为固体蓄热镁砖14，电加热丝15围绕在固体蓄热镁砖14之间，给固体蓄热镁砖14加热。同时，耐高温风机13将固体蓄热镁砖14的热能转化为风能，此时热风作为换热介质输送至风水换热器，使得热风与风水换热器中的给水或凝结水换热产生工业蒸汽，最后再将工业蒸汽输送给工业蒸汽用户3。
当蓄热介质为固体时，会降低与给水或凝结水的换热面积，使得本发明的系统效率低下，为了避免此种情况的发生，将固体蓄热介质加热后使用耐高温风机13将固体蓄热介质的温度转化到蓄热装置1内的空气中，以此产生热风。空气与给水或凝结水换热，极大地增加了换热面积。
同时，如果不需要将工业蒸汽输送给工业蒸汽用户3，将停止耐高温风机13的运作以及停止给电加热丝15的供电，将不再产生热风；而此时固体的蓄热介质固体蓄热镁砖14本身还保留有一定的热能，可以等下次使用时直接启动耐高温风机13即可快速地与给水或凝结水换热。
实施例四：
结合上述实施例，本发明还提供了一种热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统的工作方法，包括如下步骤：
S1，根据火电厂内场地情况，选择蓄热装置1的蓄热介质或换热介质种类、设计蓄热装置1的级数和每级蓄热装置1的蓄热介质或换热介质温度范围。
S2，根据每级蓄热装置1的蓄热介质或换热介质温度，选择对应的蓄热热源，蓄热热源为热电机组的调峰调频富余电力或低价厂用电驱动的电加热器、或电站锅炉的烟气、电站锅炉的主蒸汽、再热蒸汽或汽轮机抽汽。
S3，根据火电厂的运行状态选择所述蓄热热源。
S4，有富余的调峰调频电力或低价厂用电，利用富余的调峰调频电力或低价厂用电为蓄热装置1的电加热器12供电，以加热蓄热介质或换热介质达到蓄热温度。
S5，电站锅炉能够抽取高温烟气，打开高温烟气换热器4的烟气进口阀和出口阀，高温烟气从烟气进口阀引流出来并进入高温烟气换热器4，与蓄热装置1内的蓄热介质或换热介质换热后从烟气出口阀回到电站锅炉烟道，换热后蓄热介质或换热介质达到蓄热温度。
S6，有富余的高温蒸汽，则打开高温蒸汽换热器5的蒸汽进口阀和出口阀，来自电站锅炉的主蒸汽、再热蒸汽或汽轮机抽汽的高温蒸汽从蒸汽进口阀进入高温蒸汽换热器5，与蓄热装置1内的蓄热介质或换热介质换热后从蒸汽出口阀回到电站锅炉，换热后蓄热介质或换热介质达到蓄热温度。
S7，达到蓄热温度的蓄热介质或换热介质加热给水或凝结水后生成工业蒸汽，所述工业蒸汽供给外部工业蒸汽用户3。
本发明旨在保护一种热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统及工作方法，包括：蓄热装置1和工业蒸汽换热发生器2；蓄热介质和电加热器12设置在蓄热装置1的外壳11内，电加热器12利用热电机组低价厂用电或调峰调频富余电力供电，加热蓄热介质；工业蒸汽换热发生器2的间隔式换热面22布置在蓄热装置1内或蓄热装置2外的间隔式换热器内，工业蒸汽换热发生器2的供水进口管路21将给水或凝结水送入间隔式换热面22与蓄热介质换热；换热后生成的工业蒸汽通过蒸汽出口管路23供应给工业蒸汽用户3。利用低价厂用电或调峰调频富余电力进行储能蓄热，实现低成本、稳定的热电厂工业蒸汽的对外供应。不仅能够节约能源降低工业蒸汽的生产成本，而且可以实现热电厂热电解耦，从而增加热电厂的调峰收益。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (11)

1.一种热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统，其特征在于，包括：蓄热装置(1)和工业蒸汽换热发生器(2)；
所述蓄热装置(1)包括外壳(11)、设置在所述外壳(11)内的电加热器(12)，所述电加热器(12)利用热电机组的低价厂用电或调峰调频富余电力进行供电，以加热所述蓄热装置(1)内的蓄热介质或换热介质；
所述工业蒸汽换热发生器(2)包括依次连通的供水进口管路(21)、间隔式换热面(22)以及蒸汽出口管路(23)；
所述间隔式换热面(22)布置在所述蓄热装置(1)内部或布置在所述蓄热装置(2)外部的间隔式换热器内，所述供水进口管路(21)与热电机组的除氧器或凝汽器连通，以将给水或凝结水送入所述间隔式换热面(22)，与所述蓄热介质或换热介质进行换热；
给水或凝结水换热生成工业蒸汽，所述工业蒸汽通过所述蒸汽出口管路(23)供应给工业蒸汽用户(3)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述蓄热介质或换热介质为显热蓄热材料、潜热蓄热材料、热化学蓄热材料中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述换热介质为气体或流体。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：高温烟气换热器(4)；
所述高温烟气换热器(4)布置在所述蓄热装置(1)内部，且与电站锅炉的烟气管路循环连通，以抽取所述电站锅炉的高温烟气进入所述高温烟气换热器(4)内与所述蓄热介质或换热介质换热。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：高温蒸汽换热器(5)；
所述高温蒸汽换热器(5)布置在所述蓄热装置(1)内部，且与电站锅炉的高温蒸汽管路循环连通，以抽取所述电站锅炉的高温蒸汽进入所述高温蒸汽换热器(5)内与所述蓄热介质或换热介质换热；
所述高温蒸汽为来自所述电站锅炉的主蒸汽、再热蒸汽或汽轮机抽汽中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：调峰调频控制单元；
所述调峰调频控制单元控制热电机组将调峰调频富余电力供给所述电加热器(12)；
所述调峰调频富余电力来自发电机出口母线、厂用电母线或升压站后出厂母线的富余电力。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述工业蒸汽用户(3)为工业园区、化工厂、食品厂、炼钢厂、炼油厂、制药厂、酒店、洗浴中心、建筑空调吸收式制冷用户中的任意一种。
8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述显热蓄热材料包括混凝土、固体镁砖、固体耐热砖、固体耐热砂、高温变压器油、耐高温导热油中的任意一种；
所述潜热蓄热材料包括：高温熔盐、混合盐类、金属及合金中的任意一种，所述高温熔盐的配方包括：碱金属、碱土金属的卤化物、硅酸盐、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐中的任意一种或几种组合；
所述热化学蓄热材料为金属氢化物或氨化物。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述蓄热装置(1)为单级、两级或多级蓄热；
单级所述蓄热装置(1)的内部温度为100度以上。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，
两级所述蓄热装置(1)中，一级为高温蓄热单元，所述蓄热介质或换热介质的温度范围为500度-1200度；
另一级为低温蓄热单元，所述蓄热介质或换热介质的温度范围为100度-500度。
11.一种如权利要求1-10中任一项所述的热电机组电蓄热供应工业蒸汽系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，根据火电厂内场地情况，选择蓄热装置(1)的蓄热介质或换热介质种类、设计蓄热装置(1)的级数和每级蓄热装置(1)的蓄热介质或换热介质温度范围；
S2，根据每级所述蓄热装置(1)的蓄热介质或换热介质温度，选择对应的蓄热热源，所述蓄热热源为热电机组的调峰调频富余电力或低价厂用电驱动的电加热器、或电站锅炉的烟气、电站锅炉的主蒸汽、再热蒸汽或汽轮机抽汽；
S3，根据火电厂的运行状态选择所述蓄热热源；
S4，有富余的调峰调频电力或低价厂用电，利用富余的调峰调频电力或低价厂用电为所述蓄热装置(1)的电加热器(12)供电，以加热蓄热介质或换热介质达到蓄热温度；
S5，电站锅炉能够抽取高温烟气，打开高温烟气换热器(4)的烟气进口阀和出口阀，高温烟气从烟气进口阀引流出来并进入高温烟气换热器(4)，与蓄热装置(1)内的蓄热介质或换热介质换热后从烟气出口阀回到电站锅炉烟道，换热后蓄热介质或换热介质达到蓄热温度；
S6，有富余的高温蒸汽，则打开高温蒸汽换热器(5)的蒸汽进口阀和出口阀，来自电站锅炉的主蒸汽、再热蒸汽或汽轮机抽汽的高温蒸汽从蒸汽进口阀进入高温蒸汽换热器(5)，与蓄热装置(1)内的蓄热介质或换热介质换热后从蒸汽出口阀回到电站锅炉，换热后蓄热介质或换热介质达到蓄热温度；
S7，达到蓄热温度的蓄热介质或换热介质加热给水或凝结水后生成工业蒸汽，所述工业蒸汽供给外部工业蒸汽用户(3)。
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