CN112212313B - 一种含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统 - Google Patents

一种含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统，属于流化床锅炉的技术领域，该流化床锅炉发电系统包括：锅炉给水部、热力发电部和电力应用部；所述电力应用部包括电网母线和厂用电母线，且厂用电母线电连接有电堆储能装置；所述锅炉给水部包括主供给路和紧急供给路，通过主供给路或紧急供给路为热力发电部供给锅炉给水，当所述紧急供给路工作时，通过电堆储能装置作为动力电源；所述热力发电部分别与所述电网母线和厂用电母线电性相连，以达到通过电堆储能系统为锅炉紧急补水泵提供可靠电源，避免了流化床锅炉电厂失电后汽水系统干烧超温爆管，同时电堆储能系统在机组正常运行时也可参与机组辅助调频和深度调峰的目的。

Description

一种含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统
技术领域
本发明属于流化床锅炉的技术领域，具体而言，涉及一种含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统。
背景技术
循环流化床锅炉炉内布置有大量的床料和耐火耐磨材料，其蓄热量非常大。在全厂非正常失电锅炉给水中断情况下，蓄热会造成炉内的汽水混合物及水被不断加热，通过对空排汽或汽机旁路蒸发。如不及时向锅炉补充给水，随着时间的增加，炉内存水和汽水混合物将不断减少，造成锅炉受热面超温损坏。
随着流化床锅炉大型化的发展，为了设置足够的受热面布置一般都设计有外置床，由于外置床内存在大量的热物料，蓄热量大，受热面管子完全浸泡在热物料中，锅炉给水中断后，很可能造成受热面超温爆管。为了保护外置式换热器内的受热面，在装有外置床的循环流化床锅炉上，都设置了紧急补水系统。锅炉安全监察规程TSG-G0001里面也明确规定装有外置床的循环流化床锅炉必须设置紧急补水系统。
目前大多数电厂配置紧急补水系统为配置有1台大功率的柴油机、1套高压头低流量的水泵和1个1 000m3的紧急补水箱等。但因其系统复杂、使用频率低、维护费用高等问题，很多电厂都难以保证按期维护，因此，在事故情况下紧急补水泵系统也不能可靠投运，同时，锅炉紧急补水系统配备水箱补水温度也只有20℃，直接给入锅炉系统会造成受热面损害。
同时，由于太阳能、风能等清洁能源在电网中所占比例的提高，要求火电机组有更高的灵活性、更大的负荷调节能力来适应电网深度调峰的需求，很多流化床锅炉电厂也有电网调频及深度调峰改造的需求。
发明内容
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统以达到通过电堆储能系统作为CFB锅炉紧急补水泵应急电源，为锅炉紧急补水泵提供可靠电源，避免了流化床锅炉电厂失电后汽水系统干烧超温爆管，同时电堆储能系统在机组正常运行时也可参与机组辅助调频和深度调峰的目的。
本发明所采用的技术方案为：一种含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统，该流化床锅炉发电系统包括：锅炉给水部、热力发电部和电力应用部；
所述电力应用部至少包括一电网母线和一厂用电母线，且所述厂用电母线电连接有电堆储能装置；
所述锅炉给水部至少包括一主供给路和一紧急供给路，通过主供给路或紧急供给路为热力发电部供给锅炉给水；其中，当所述紧急供给路工作时，通过电堆储能装置作为动力电源；
所述热力发电部分别与所述电网母线和厂用电母线电性相连。
进一步地，所述锅炉给水部还包括除氧器和凝汽器，所述除氧器与主供给路连通，且除氧器和凝汽器均与紧急供给路连通，以实现在不同的情况下，可通过主供给路或紧急供给路对热力发电部供给锅炉给水。
进一步地，所述主供给路包括连接至除氧器的主供给管和设于该主供给管上的主给水泵和主给水截止阀，通过主给水泵将经主给水管路进入省煤器和循环流化床锅炉进行吸热。
进一步地，所述紧急供给路包括依次连通的混合集箱、紧急补水泵和紧急给水截止阀，所述混合集箱的输入端通过第一紧急支管和第二紧急支管分别连通至除氧器和凝汽器，且第一紧急支管和第二紧急支管上设有第一调节阀和第二调节阀；相较于现有的储水装置，其储水量高达300吨，而采用混合集箱可减少紧急补水箱投资约100万，同时，紧急补水温度可在30℃-180℃之间调节，避免低温给水直接进入锅炉系统造成受热面损伤。
进一步地，所述紧急补水泵通过紧急补水泵电气开关连通至所述电堆储能装置，紧急补水泵电气开关在锅炉系统正常运行时保持断开，而在全厂非正常失电锅炉给水中断情况下保持合闸。
进一步地，所述热力发电部包括依次连通的省煤器、循环流化床锅炉和汽轮机，所述汽轮机传动连接有发电机，发电机的输电端连接至所述电力应用部；所述省煤器的进口连接有主给水管道，主给水管道连通至主供给路和紧急供给路。
进一步地，所述电力应用部包括：分别连接至电网母线和厂用电母线的主变压器和高压厂用电变压器，所述高压厂用电变压器与厂用电母线之间连接有厂用电电气开关，厂用电母线与电堆储能装置之间连接有储能电堆电气开关，电堆储能装置的充放电开展电网AGC调频及深度调峰工作，机组正常运行工况电堆储能装置一直处于工作状态，相比柴油泵仅在全厂非正常失电给水中断工况下才工作，设备利用率大大提高。
本发明的有益效果为：
1.采用本发明所提供的含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统，其通过主供给路或紧急供给路为热力发电部供给锅炉给水；其中，当所述紧急供给路工作时，通过电堆储能装置作为动力电源，以提高紧急补水系统的可靠性，在给水中断的紧急情况下保证紧急补水系统正常启动。
2.采用本发明所提供的含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统，其采用电堆储能装置代替柴油机，可降低日常运行维护时间及维护成本，同时，电堆储能装置还提高机组的AGC调频及深度调峰的能力，电堆储能装置投入利用率高，缩短投资回收期。
附图说明
图1是本发明所提供的含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统的整体结构示意图；
附图中标注如下：
1-省煤器，2-循环流化床锅炉，3-汽轮机，4-发电机，5-主变压器，6-电网母线，7-高压厂用电变压器，8-厂用电母线，9-电堆储能装置，10-紧急补水泵，11-主给水泵，12-除氧器，13-凝汽器，14-混合集箱，15-主给水管道，21-厂用电电气开关，22-储能电堆电气开关，23-紧急补水泵电气开关，31-第一调节阀，32-第二调节阀，33-紧急给水截止阀，34-主给水截止阀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
为了解决柴油机系统使用频率低、维护费用高、紧急情况不能正常启动等问题，在本实施例中具体提供了一种含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统，如图1所示，该流化床锅炉发电系统包括三部分，分别为：锅炉给水部、热力发电部和电力应用部。
①电力应用部至少包括一电网母线6、一厂用电母线8以及分别连接至电网母线6和厂用电母线8的主变压器5和高压厂用电变压器7，所述高压厂用电变压器7与厂用电母线8之间连接有厂用电电气开关21，厂用电电气开关21在锅炉系统正常运行时保持关闭，而在全厂非正常失电锅炉给水中断情况下保持断开；由热力发电部产生的电经主变压器5升压后输入至电网母线6，经高压厂用电变压器7后输入至厂用电母线8，在本实施例中，厂用电母线8为6kV厂用电母线8。厂用电母线8电连接有电堆储能装置9且厂用电母线8与电堆储能装置9之间连接有储能电堆电气开关22，储能电堆电气开关22在锅炉系统正常运行时保持关闭，而在全厂非正常失电锅炉给水中断情况下保持断开，电堆储能系统参与机组调频和深度调峰也提高了机组的性能及经济性，大大提高了电堆储能紧急补水系统的利用率和成本回收期。
②锅炉给水部至少包括一主供给路、一紧急供给路、除氧器12和凝汽器13，通过主供给路或紧急供给路为热力发电部供给锅炉给水；其中，所述主供给路包括连接至除氧器12的主供给管和设于该主供给管上的主给水泵11和主给水截止阀34，主给水截止阀34为电动截止阀且位于主给水泵11的出口；所述紧急供给路包括依次连通的混合集箱14、紧急补水泵10和紧急给水截止阀33，紧急给水截止阀33为电动截止阀且位于紧急补水泵10的出口，当所述紧急供给路工作时，通过电堆储能装置9对其供电，紧急补水泵10通过紧急补水泵电气开关23连通至所述电堆储能装置9，紧急补水泵电气开关23在锅炉系统正常运行时保持断开，而在全厂非正常失电锅炉给水中断情况下保持合闸。
所述除氧器12与主供给路连通，且除氧器12和凝汽器13均与混合集箱14连通，在混合集箱14的输入端通过第一紧急支管和第二紧急支管分别连通至除氧器12和凝汽器13，且第一紧急支管和第二紧急支管上设有第一调节阀31和第二调节阀32，第一调节阀31和第二调节阀32均为电动调节阀，除氧器12中水温度一般为180℃-190℃，凝汽器13出口水温为30℃-60℃，紧急补水系统运行过程中，可以优先选用除氧器12中温度较高的水，也可以通过第一调节阀31和第二调节阀32的开度调节后经混合集箱14达到合适温度(90℃-120℃)，再经紧急补水泵10给入锅炉省煤器1。
基于上述设计将锅炉给水系统分为两部分，一部分为锅炉正常运行时，锅炉给水，给水路径为：除氧器12、主给水泵11、主给水管道15，主给水泵11的进口与除氧器12相连，出口与主给水管道15相连；另一部分为锅炉给水中断情况下，紧急补水系统，该给水路径为：除氧器12和凝汽器13、混合集箱14、紧急补水泵10，混合集箱14进口分别与除氧器12和凝汽器13相连，混合集箱14出口与紧急补水泵10相连，紧急补水泵10的出口与主给水管道15相连，电堆储能装置9与紧急补水泵10相连，为紧急补水泵10提供电力。
③热力发电部分别与所述电网母线6和厂用电母线8电性相连，所述热力发电部包括依次连通的省煤器1、循环流化床锅炉2和汽轮机3，所述省煤器1的进口连接有主给水管道15，主给水管道15连通至主供给路和紧急供给路，省煤器1的出口与循环流化床锅炉2的水冷壁下集箱相连，循环流化床锅炉2过热蒸汽的出口管道与汽轮机3相连，汽轮机3与发电机4传动连接，发电机4的输电端连接至所述电力应用部，即将发电机4的输电端分别连接至主变压器5和高压厂用电变压器7。
其在实际应用中的工作原理如下：
当锅炉系统正常运行时，除氧器12至混合集箱14的第一调节阀31、凝汽器13至混合集箱14的第二调节阀32以及紧急给水泵出口的紧急给水截止阀33均保持关闭，主给水泵11出口的主给水截止阀34保持开启；厂用电电气开关21、储能电堆电气开关22保持闭合且紧急补水泵电气开关23保持断开。锅炉给水经除氧器12由主给水泵11加压后经主给水管路进入省煤器1和循环流化床锅炉2进行吸热，产生合格的蒸汽推动汽轮机3并带动发电机4进行做功发电，发出的电一部分经主变压器5升压后与电网母线6相连进入外部电网，另一部分经高压厂用电变压器7与厂用电母线8相连，电堆储能装置9与厂用电母线8相连，通过电堆储能装置9的充放电开展电网AGC调频及深度调峰工作，机组正常运行工况时，电堆储能装置9一直处于工作状态，相比柴油泵仅在全厂非正常失电给水中断工况下才工作，设备利用率大大提高，同时也带来一定的经济收益。
当全厂非正常失电锅炉给水中断情况下，紧急给水泵出口的紧急给水截止阀33开启且主给水泵11出口的主给水截止阀34关闭，除氧器12至混合集箱14的第一调节阀31和凝汽器13至混合集箱14的第二调节阀32开启到一定的开度，以调节进入混合集箱14的混合后补水温度；厂用电电气开关21、储能电堆电气开关22断开且紧急补水泵电气开关23合闸，电堆储能装置9为紧急补水泵10提供电源动力，启动紧急补水泵10。补水经紧急补水泵10加压后经主给水管路进入省煤器1和锅炉汽水系统，对循环流化床锅炉2汽水系统形成有效的保护。
其中，除氧器12中水温度一般为180℃-190℃，凝汽器13的出口水温为30℃-60℃，紧急补水系统运行过程中，可以优先选用除氧器12中温度较高的水，也可以通过两路经混合集箱14达到合适温度(90℃-120℃)后再经紧急补水泵10给入锅炉省煤器1。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统，其特征在于，该流化床锅炉发电系统包括：锅炉给水部、热力发电部和电力应用部；
所述电力应用部至少包括一电网母线和一厂用电母线，且所述厂用电母线电连接有电堆储能装置；
所述锅炉给水部至少包括一主供给路和一紧急供给路，通过主供给路或紧急供给路为热力发电部供给锅炉给水；其中，当所述紧急供给路工作时，通过电堆储能装置作为动力电源；所述锅炉给水部还包括除氧器和凝汽器，所述除氧器与主供给路连通，且除氧器和凝汽器均与紧急供给路连通；所述紧急供给路包括依次连通的混合集箱、紧急补水泵和紧急给水截止阀，所述混合集箱的输入端通过第一紧急支管和第二紧急支管分别连通至除氧器和凝汽器，且第一紧急支管和第二紧急支管上设有第一调节阀和第二调节阀；
所述热力发电部分别与所述电网母线和厂用电母线电性相连。
2.根据权利要求1所述的含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统，其特征在于，所述主供给路包括：
连接至除氧器的主供给管；
设于该主供给管上的主给水泵和主给水截止阀。
3.根据权利要求1所述的含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统，其特征在于，所述紧急补水泵通过紧急补水泵电气开关连通至所述电堆储能装置。
4.根据权利要求1所述的含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统，其特征在于，所述热力发电部包括依次连通的省煤器、循环流化床锅炉和汽轮机，所述汽轮机传动连接有发电机，发电机的输电端连接至所述电力应用部；所述省煤器的进口连接有主给水管道，主给水管道连通至主供给路和紧急供给路。
5.根据权利要求1所述的含储能调频及紧急补水功能的流化床锅炉发电系统，其特征在于，所述电力应用部包括：分别连接至电网母线和厂用电母线的主变压器和高压厂用电变压器，所述高压厂用电变压器与厂用电母线之间连接有厂用电电气开关，厂用电母线与电堆储能装置之间连接有储能电堆电气开关。
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