CN111964035A - 一种火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统及方法，包括锅炉、透平、发电机、电源开关、压缩机、氟利昂‑烟气换热器、冷凝换热器、空压机、节流阀、蒸发换热器、输出管道、混合集箱、热网回水储水罐及热网供水储水罐，该系统及方法能够满足火电厂机组灵活深度调峰的要求，且具有安全性、经济性较高的特点。
Description
技术领域
本发明属于火电厂深度调峰领域，涉及一种火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统及方法。
背景技术
随着近几年国家电力政策的变化，火电厂主要职能也同时发生转变，由供电主力转变为参与配合电网进行深度调峰。同时国家出台深度调峰电价补贴政策，大大刺激火电厂进行机组深度调峰改造的积极性。当前火电面临产能结构性过剩的风险，新能源面临极大的消纳压力。火电势必为了给新能源发展让路。火电机组面临着深度调峰。对于“三北”地区来说，供暖期的风火矛盾尤为突出，风力资源最好的时期正值冬季供暖期，加之部分省区热电机组占比过高、其他类别调峰电源相对匮乏，不断增长的供热需求和持续增加的清洁能源装机，造成调峰空间非常有限。特别是东北地区，火电绝大部分为热电联产机组，调峰能力仅为10％，影响新能源存量消纳和新能源增量发展，调峰容量的硬缺口造成部分区域新能源限电严重，致使热电机组唯有通过改造实现深度调峰。
目前，参与深度调峰的机组长时间偏离设计值运行，造成机组安全性经济性下降。从采取的技术和改造的实践来看，改造后的机组不同程度地存在锅炉低负荷稳燃和水动力循环的安全性问题、脱硝装置全负荷投入和汽轮机低负荷冷却问题、长期低负荷和快速变负荷时控制系统的灵活性问题、设备运行周期和寿命衰减的问题以及供热机组热电解耦等问题，都需要进一步攻关、优化解决。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统及方法，该系统及方法能够满足火电厂机组灵活深度调峰的要求，且具有安全性、经济性较高的特点。
为达到上述目的，本发明所述的火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统包括锅炉、透平、发电机、电源开关、压缩机、氟利昂-烟气换热器、冷凝换热器、空压机、节流阀、蒸发换热器、输出管道、混合集箱、热网回水储水罐及热网供水储水罐；
锅炉的尾部烟道内烟气流动方向依次设置有高温过热器、低温过热器、省煤器及SCR脱硝装置，高温过热器的出口与透平的入口相连通，透平的输出轴与发电机的驱动轴相连接，发电机的输出端经电源开关与压缩机相连接；
尾部烟道上设置有抽烟气口及烟气入口，其中，抽烟气口位于高温过热器与低温过热器之间，抽烟气口的出口与氟利昂-烟气换热器的放热侧入口相连通，氟利昂-烟气换热器的放热侧出口与烟气入口相连通，其中，烟气入口位于省煤器与SCR脱硝装置之间；
压缩机的出口经氟利昂-烟气换热器的吸热侧及冷凝换热器的放热侧与空压机的入口相连通，空压机的出口经节流阀与蒸发换热器的吸热侧入口相连通，蒸发换热器的吸热侧出口与压缩机的入口相连通；
冷凝器的循环冷却水出口与蒸发换热器的放热侧入口相连通，蒸发换热器的吸热侧出口分为两路，其中一路与输出管道相连通，另一路与混合集箱的入口相连通，热网回水储水罐的出口与混合集箱的入口相连通，混合集箱的出口与冷凝换热器的吸热侧入口相连通，冷凝换热器的吸热侧出口与热网供水储水罐的入口相连通。
抽烟气口的出口经#1电动闸阀及高温高压风机与氟利昂-烟气换热器的放热侧入口相连通。
氟利昂-烟气换热器的放热侧出口经#2电动闸阀与烟气入口相连通。
空压机为活塞式空压机。
蒸发换热器的吸热侧出口经#1电动调节阀后分为两路，其中一路与输出管道相连通，另一路经#2电动调节阀及循环水泵与混合集箱的入口相连通。
还包括热网回水循环泵及热网供水循环泵，热网回水循环泵的出口与热网回水储水罐的入口相连通；热网供水储水罐的出口与热网供水循环泵相连通。
冷凝器的循环冷却水出口与蒸发换热器的放热侧入口之间通过凝集器循环水泵相连通。
一种火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰方法包括以下步骤：
当火电机组需要深度调峰时，闭合电源开关，使压缩机通电工作,通过抽烟气口抽取高温烟气，并送入氟利昂-烟气换热器中进行放热，压缩机输出的氟利昂进入到氟利昂-烟气换热器中进行等压再加热，放热后的烟气进入到尾部烟道中，然后进入到SCR脱硝装置中进行脱硝处理，以减少低温过热器及省煤器吸热，继而减少锅炉的蒸发量及发电量，实现锅炉调峰，同时通过压缩机运行增加厂用电，减少向外界提供的电量，实现锅炉调峰；
氟利昂-烟气换热器输出的高温高压介质进入冷凝换热器中进行放热，热网回水与蒸发换热器放热侧输出的冷却水在混合集箱中混合后进入到冷凝换热器中吸热，然后储存于热网供水储水罐内；冷凝换热器放热侧输出的氟利昂进入到空压机中，利用高压推动活塞，转化高压空气进行储能，然后再经节流阀降压后进入到蒸发换热器中与循环冷却水进行换热，以吸收循环冷却水中的低品位热源；
当火电机组发电供电需求增加时，则断开电源开关，锅炉单独运行发电运行，此时，所需的供热量通过热网供水储水罐内储存的热量进行供热，以减少抽气，提高发电量。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统及方法在具体操作时，当机组需要进行深度调峰时，则闭合电源开关，压缩机开始工作，从锅炉的尾部烟道中引出一路高温烟气，然后将高温烟气的热量通过氟利昂-烟气换热器、冷凝换热器及蒸发换热器存储于热网供水储水罐中，以减少进入到汽轮机中的蒸汽量，继而减少发电机的发电量，同时通过发电机为压缩机提供电源，减少对外供电量。当火电机组发电供电需求增加时，断开电源开关，压缩机停止工作，锅炉单独运行发电运行，该阶段所需的供热量通过热网供水储水罐内储存的热量进行供热，减少抽气，提高发电量，以满足供热需要求，同时满足火电厂机组灵活深度调峰的要求，且具有系统简单、能量利用效率高及深度调峰潜力大的特点，同时安全性及经济性较高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为锅炉、2为高温过热器、3为低温过热器、4为省煤器、5为透平、6为发电机、7为电源开关、8为压缩机、9为氟利昂-烟气换热器、10为冷凝换热器、11为活塞式空压机、12为节流阀、13为蒸发换热器、14为#1电动闸阀、15为高温高压风机、16为#2电动闸阀、17为热网供水储水罐、18为热网供水循环泵、19为热网回水储水罐、20为热网回水循环泵、21为#1电动调节阀、22为#2电动调节阀、23为循环水泵、24为混合集箱、25为凝集器循环水泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统包括锅炉1、透平5、发电机6、电源开关7、压缩机8、氟利昂-烟气换热器9、冷凝换热器10、空压机11、节流阀12、蒸发换热器13、输出管道、混合集箱24、热网回水储水罐19及热网供水储水罐17；锅炉1的尾部烟道内烟气流动方向依次设置有高温过热器2、低温过热器3、省煤器4及SCR脱硝装置，高温过热器2的出口与透平5的入口相连通，透平5的输出轴与发电机6的驱动轴相连接，发电机6的输出端经电源开关7与压缩机8相连接；尾部烟道上设置有抽烟气口及烟气入口，其中，抽烟气口位于高温过热器2与低温过热器3之间，抽烟气口的出口与氟利昂-烟气换热器9的放热侧入口相连通，氟利昂-烟气换热器9的放热侧出口与烟气入口相连通，其中，烟气入口位于省煤器4与SCR脱硝装置之间；压缩机8的出口经氟利昂-烟气换热器9的吸热侧及冷凝换热器10的放热侧与空压机11的入口相连通，空压机11的出口经节流阀12与蒸发换热器13的吸热侧入口相连通，蒸发换热器13的吸热侧出口与压缩机8的入口相连通；冷凝器的循环冷却水出口与蒸发换热器13的放热侧入口相连通，蒸发换热器13的吸热侧出口分为两路，其中一路与输出管道相连通，另一路与混合集箱24的入口相连通，热网回水储水罐19的出口与混合集箱24的入口相连通，混合集箱24的出口与冷凝换热器10的吸热侧入口相连通，冷凝换热器10的吸热侧出口与热网供水储水罐17的入口相连通。
抽烟气口的出口经#1电动闸阀14及高温高压风机15与氟利昂-烟气换热器9的放热侧入口相连通；氟利昂-烟气换热器9的放热侧出口经#2电动闸阀16与烟气入口相连通。
蒸发换热器13的吸热侧出口经#1电动调节阀21后分为两路，其中一路与输出管道相连通，另一路经#2电动调节阀22及循环水泵23与混合集箱24的入口相连通。
本发明还包括热网回水循环泵20及热网供水循环泵18，热网回水循环泵20的出口与热网回水储水罐19的入口相连通；热网供水储水罐17的出口与热网供水循环泵18相连通。
冷凝器的循环冷却水出口与蒸发换热器13的放热侧入口之间通过凝集器循环水泵25相连通，空压机11为活塞式空压机。
本发明所述的火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰方法包括以下步骤：
当火电机组需要深度调峰时，闭合电源开关7，使压缩机8通电工作,通过抽烟气口抽取高温烟气，并送入氟利昂-烟气换热器9中进行放热，压缩机8输出的氟利昂进入到氟利昂-烟气换热器9中进行等压再加热，放热后的烟气进入到尾部烟道中，然后进入到SCR脱硝装置中进行脱硝处理，以减少低温过热器3及省煤器4吸热，继而减少锅炉1的蒸发量及发电量，实现锅炉1调峰，同时通过压缩机8运行增加厂用电，减少向外界提供的电量，实现锅炉1调峰；
氟利昂-烟气换热器9输出的高温高压介质进入冷凝换热器10中进行放热，热网回水与蒸发换热器13放热侧输出的冷却水在混合集箱24中混合后进入到冷凝换热器10中吸热，然后储存于热网供水储水罐17内；冷凝换热器10放热侧输出的氟利昂进入到空压机11中，利用高压推动活塞，转化高压空气进行储能，然后再经节流阀12降压后进入到蒸发换热器13中与循环冷却水进行换热，以吸收循环冷却水中的低品位热源；
当火电机组发电供电需求增加时，则断开电源开关7，锅炉1单独运行发电运行，此时，所需的供热量通过热网供水储水罐17内储存的热量进行供热，以减少抽气，提高发电量。
实施例一
本实施例的具体操作过程为：
当火电机组需要深度调峰时，打开#1电动闸阀14及#2电动闸阀16，启动高温高压风机15；闭合电源开关7，使压缩机8通电工作；启动热网回水循环泵20及热网回水循环泵20；启动凝集器循环水泵25，打开#1电动调节阀21。
当电网需要机组调峰负荷为30％时，锅炉1运行负荷能够达到40％，多余的10％热量及发电量通过高效压缩式泵系统进行储能及高效利用，即通过高温高压风机15抽取5～10％的600℃高温烟气，送入氟利昂-烟气换热器9中进行放热，压缩机8输出的2MPa、150℃氟利昂进入到氟利昂-烟气换热器9中进行等压再加热至250℃，放热后的烟气进入到尾部烟道中，然后进入到SCR脱硝装置中进行脱硝处理，以减少低温过热器3及省煤器4吸热，从而减少锅炉1的蒸发量及发电量，实现锅炉1调峰。另一方面，通过压缩机8运行增加厂用电，减少向外界提供的电量，实现锅炉1调峰；
氟利昂-烟气换热器9输出的250℃、2MPa高温高压介质进入冷凝换热器10中进行放热，45℃的热网回水与循环水泵23输出的10℃水在混合集箱24中混合后进入到冷凝换热器10中吸热，将水加热至95℃后储存于热网供水储水罐17内；冷凝换热器10放热侧输出的60℃、2MPa氟利昂进入到空压机11中，利用高压推动活塞，转化高压空气进行储能，然后再经节流阀12将工质调节至0.1MPa，0℃，然后送入到蒸发换热器13中与循环冷却水进行换热，以吸收循环冷却水中的低品位热源，使冷却水的温度从25℃降低到10℃。
当火电机组发电供电需求增加时，断开电源开关7，锅炉1单独运行发电运行，该阶段所需的供热量通过热网供水储水罐17内储存的热量进行供热，减少抽气，提高发电量。
另外，需要说明的是，本发明提高了氟利昂在热泵系统中的参数，降低了冷凝器换热器进口水温，同时设置了活塞式空压机，使得热泵能效系数COP大大提高。
Claims (8)
1.一种火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统，其特征在于，包括锅炉(1)、透平(5)、发电机(6)、电源开关(7)、压缩机(8)、氟利昂-烟气换热器(9)、冷凝换热器(10)、空压机(11)、节流阀(12)、蒸发换热器(13)、输出管道、混合集箱(24)、热网回水储水罐(19)及热网供水储水罐(17)；
锅炉(1)的尾部烟道内烟气流动方向依次设置有高温过热器(2)、低温过热器(3)、省煤器(4)及SCR脱硝装置，高温过热器(2)的出口与透平(5)的入口相连通，透平(5)的输出轴与发电机(6)的驱动轴相连接，发电机(6)的输出端经电源开关(7)与压缩机(8)相连接；
尾部烟道上设置有抽烟气口及烟气入口，其中，抽烟气口位于高温过热器(2)与低温过热器(3)之间，抽烟气口的出口与氟利昂-烟气换热器(9)的放热侧入口相连通，氟利昂-烟气换热器(9)的放热侧出口与烟气入口相连通，其中，烟气入口位于省煤器(4)与SCR脱硝装置之间；
压缩机(8)的出口经氟利昂-烟气换热器(9)的吸热侧及冷凝换热器(10)的放热侧与空压机(11)的入口相连通，空压机(11)的出口经节流阀(12)与蒸发换热器(13)的吸热侧入口相连通，蒸发换热器(13)的吸热侧出口与压缩机(8)的入口相连通；
冷凝器的循环冷却水出口与蒸发换热器(13)的放热侧入口相连通，蒸发换热器(13)的吸热侧出口分为两路，其中一路与输出管道相连通，另一路与混合集箱(24)的入口相连通，热网回水储水罐(19)的出口与混合集箱(24)的入口相连通，混合集箱(24)的出口与冷凝换热器(10)的吸热侧入口相连通，冷凝换热器(10)的吸热侧出口与热网供水储水罐(17)的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统，其特征在于，抽烟气口的出口经#1电动闸阀(14)及高温高压风机(15)与氟利昂-烟气换热器(9)的放热侧入口相连通。
3.根据权利要求1所述的火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统，其特征在于，氟利昂-烟气换热器(9)的放热侧出口经#2电动闸阀(16)与烟气入口相连通。
4.根据权利要求1所述的火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统，其特征在于，空压机(11)为活塞式空压机。
5.根据权利要求1所述的火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统，其特征在于，蒸发换热器(13)的吸热侧出口经#1电动调节阀(21)后分为两路，其中一路与输出管道相连通，另一路经#2电动调节阀(22)及循环水泵(23)与混合集箱(24)的入口相连通。
6.根据权利要求1所述的火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统，其特征在于，还包括热网回水循环泵(20)及热网供水循环泵(18)，热网回水循环泵(20)的出口与热网回水储水罐(19)的入口相连通；热网供水储水罐(17)的出口与热网供水循环泵(18)相连通。
7.根据权利要求1所述的火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统，其特征在于，冷凝器的循环冷却水出口与蒸发换热器(13)的放热侧入口之间通过凝集器循环水泵(25)相连通。
8.一种火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰方法，其特征在于，基于权利要求1所述的火电厂耦合高效压缩式热泵储能调峰系统，包括以下步骤：
当火电机组需要深度调峰时，闭合电源开关(7)，使压缩机(8)通电工作，通过抽烟气口抽取高温烟气，并送入氟利昂-烟气换热器(9)中进行放热，压缩机(8)输出的氟利昂进入到氟利昂-烟气换热器(9)中进行等压再加热，放热后的烟气进入到尾部烟道中，然后进入到SCR脱硝装置中进行脱硝处理，以减少低温过热器(3)及省煤器(4)吸热，继而减少锅炉(1)的蒸发量及发电量，实现锅炉(1)调峰，同时通过压缩机(8)运行增加厂用电，减少向外界提供的电量，实现锅炉(1)调峰；
氟利昂-烟气换热器(9)输出的高温高压介质进入冷凝换热器(10)中进行放热，热网回水与蒸发换热器(13)放热侧输出的冷却水在混合集箱(24)中混合后进入到冷凝换热器(10)中吸热，然后储存于热网供水储水罐(17)内；冷凝换热器(10)放热侧输出的氟利昂进入到空压机(11)中，利用高压推动活塞，转化高压空气进行储能，然后再经节流阀(12)降压后进入到蒸发换热器(13)中与循环冷却水进行换热，以吸收循环冷却水中的低品位热源；
当火电机组发电供电需求增加时，则断开电源开关(7)，锅炉(1)单独运行发电运行，此时，所需的供热量通过热网供水储水罐(17)内储存的热量进行供热，以减少抽气，提高发电量。
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