CN112856849A - 一种回收烟气中潜热的火电系统储能调峰系统及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种回收烟气中潜热的火电系统储能调峰系统及工作方法，该系统包括烟道、烟气冷却器、水泵、水‑二氧化碳换热器、回热器、压缩机、电动机、二氧化碳‑颗粒/熔盐换热器、节流阀、冷罐、泵、和热罐；本发明结合二氧化碳热泵冷端温度低、热端温度高、COP高的优势，首先将饱和湿烟气中的低品位余热进行提质回收，随后通过大型储热系统将提质后的热量进行存储并实现高效灵活应用。该发明可有效解决火电机组脱硫后的饱和湿烟气中大量低品位余热利用难的问题，回收了烟气中的大量低品位余热的同时，还可回收大量水资源；另外，可以根据火电机组调峰的需求，利用储热系统进行机组辅助调峰，取代能效不高的电锅炉、热水储罐等。
Description
技术领域
本发明属于火力发电技术领域，特别涉及一种回收烟气中潜热的火电系统储能调峰系统及工作方法。
背景技术
近年来，随着我国发电行业的迅猛发展，我国火电机组在余热利用方面取得了瞩目的成就，比如“低温省煤器+暖风器”，“旁路烟道省煤器+排挤抽气加热给水”等技术，使的我国火电机组大部分可以直接利用余热均得到了有效利用，火电机组效率达到世界先进水平。
然而，火电机组中还有大量热量以低品位废热的形式存在，该部分废热通常温度在50℃以下，通过常规的余热利用手段难以直接利用，绝大部分废热通过循环冷却水和锅炉排烟散失到环境中。但是该部分废热总量巨大，约占到输入燃料总热量的50％，直接排放造成了严重的能源浪费。要进一步提高火电机组能效，低品位废热的回收利用则不可避免。
此外，伴随低品位废热向环境的排放，需要消耗大量的水资源。例如，循环冷却水在冷却塔向环境排放废热的过程中，会有大量的蒸发损失，同时会产生大量白雾，形成视觉污染；脱硫后的饱和湿烟气在排放的过程中，会产生白色烟羽，形成视觉污染，其损耗的水分大多来自脱硫塔的补水。
如果将火电机组中大量低品位废热加以合理的回收利用，既提高了机组的能效，又显著降低了水资源的消耗。因此，火电机组低品位废热的深度回收利用具有重要意义。
目前火电厂低品位余热利用方面，虽然已有不少研究，但是大多采用吸收式热泵等，存在余热品质提升较小，COP较低，用途较为单一，经济性一般等问题。因此，还需要大量原创性的工作。结合二氧化碳热泵冷端温度低、热端温度高、COP高的优势，首先将饱和湿烟气中的低品位余热进行提质回收，随后通过大型储热系统将提质后的热量进行存储并实现高效灵活应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种回收烟气中潜热的火电系统储能调峰系统及工作方法，结合二氧化碳热泵冷端温度低、热端温度高、COP高的优势，首先将饱和湿烟气中的低品位余热进行提质回收，随后通过大型储热系统将提质后的热量进行存储并实现高效灵活应用。该发明可有效解决火电机组脱硫后的饱和湿烟气中大量低品位余热利用难的问题，回收了烟气中的大量低品位余热的同时，还可回收大量水资源；另外，可以根据火电机组调峰的需求，利用储热系统进行机组辅助调峰，取代能效不高的电锅炉、热水储罐等。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种回收烟气中潜热的火电系统储能调峰系统，包括烟气冷却回路、二氧化碳热泵回路和储能回路；所述烟气冷却回路和二氧化碳热泵回路通过水-二氧化碳换热器4进行热量交换；二氧化碳热泵回路和储能回路通过二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8进行热量交换。
所述烟气冷却回路包括烟道1、烟气冷却器2、水泵3和水-二氧化碳换热器4；其中烟气冷却器2布置在烟道1内，实现冷却水和烟气的换热；水泵3出口依次和水-二氧化碳换热器4热侧、烟气冷却器2冷侧连接，再和水泵3入口相连，形成闭式冷却水循环。
所述二氧化碳热泵回路包括水-二氧化碳换热器4、回热器5、压缩机6、电动机7、二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8和节流阀9；其中水-二氧化碳换热器4冷侧出口依次和回热器5冷侧、压缩机6相连通；压缩机6出口依次和二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8热侧、回热器5热侧、节流阀9相连通；最终节流阀9出口与水-二氧化碳换热器4冷侧入口相连通，形成闭环。
所述储能回路包括冷罐10、泵11、二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8和热罐12；其中冷罐10出口通过泵11、二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8冷侧和热罐12相连通；热罐12出口和冷罐10之间根据用户实际需求可接入集中供热装置、余热发电装置等。
所述压缩机6与电动机7同轴布置。
所述的一种回收烟气中潜热的火电系统储能调峰系统的工作方法，烟气冷却回路中：水泵3将冷却水送至水-二氧化碳换热器4热侧，将热量传递给二氧化碳，随后降温后的冷却水被送至烟气冷却器2吸收烟气中的低品位余热，升温后的水回到水泵3入口；
二氧化碳热泵回路中：二氧化碳经过压缩机6升压后，被送至二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8热侧对颗粒/熔盐进行加热，随后被送至回热器5热侧进行降温；降温后的二氧化碳被送至节流阀9降压并进入气液两相区，两相态的二氧化碳则进入水-二氧化碳换热器4冷侧吸收冷却水中的低品位热量；吸热后的二氧化碳饱和气经回热器5升温后再次回到压缩机6入口。至此形成压缩式热泵循环；
储能回路中：冷罐10中的颗粒/熔盐被泵11送入二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8加热，加热后的颗粒/熔盐被送入热罐12储存；热罐12出口和冷罐10之间根据用户实际需求接入集中供热装置或余热发电装置。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种回收烟气中潜热的火电系统储能调峰系统在具体操作时，结合二氧化碳热泵回路冷端温度低、热端温度高、制热性能系数COP高的优势，首先将饱和湿烟气中的低品位余热进行提质回收，随后通过大型储热系统将提质后的热量进行存储并实现高效灵活应用。该发明可有效解决火电机组脱硫后的饱和湿烟气中大量低品位余热利用难的问题，回收了烟气中的大量低品位余热的同时，还可回收大量水资源；另外，可以根据火电机组调峰的需求，利用储热系统进行机组辅助调峰，取代能效不高的电锅炉、热水储罐等。
附图说明
图1为本发明的整体系统图。
其中，1为烟道，2为烟气冷却器，3为水泵，4为水-二氧化碳换热器，5为回热器、6为压缩机，7为电动机，8为二氧化碳-颗粒/熔盐换热器，9为节流阀，10为冷罐，11为泵，12为热罐。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种回收烟气中潜热的火电系统储能调峰系统，包括烟道1、烟气冷却器2、水泵3、水-二氧化碳换热器4、回热器5、压缩机6、电动机7、二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8、节流阀9、冷罐10、泵11和热罐12。
系统包括烟气冷却回路、二氧化碳热泵回路和储能回路。烟气冷却回路和二氧化碳热泵回路通过水-二氧化碳换热器4进行热量交换；二氧化碳热泵回路和储能回路通过二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8进行热量交换。
烟气冷却回路包括烟道1、烟气冷却器2、水泵3和水-二氧化碳换热器4。其中烟气冷却器2布置在烟道1内，实现冷却水和烟气的换热。水泵3出口依次和水-二氧化碳换热器4热侧、烟气冷却器2冷侧连接，再和水泵3入口相连，形成闭式冷却水循环。
二氧化碳热泵回路包括水-二氧化碳换热器4、回热器5、压缩机6、电动机7、二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8和节流阀9。其中水-二氧化碳换热器4冷侧出口依次和回热器5冷侧、压缩机6相连通。压缩机6出口依次和二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8热侧、回热器5热侧、节流阀9相连通。最终节流阀9出口与水-二氧化碳换热器4冷侧入口相连通，形成闭环。
储能回路包括冷罐10、泵11、二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8和热罐12。其中冷罐10出口通过泵11、二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8冷侧和热罐12相连通。热罐12出口和冷罐10之间根据用户实际需求可接入集中供热装置、余热发电装置等。
压缩机6与电动机7同轴布置。
本发明的具体工作过程为：
烟气冷却回路中：水泵3将冷却水送至水-二氧化碳换热器4热侧，将热量传递给二氧化碳，随后降温后的冷却水被送至烟气冷却器2吸收烟气中的低品位余热，升温后的水回到水泵3入口。
二氧化碳热泵回路中：二氧化碳经过压缩机6升压后，被送至二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8热侧对颗粒/熔盐进行加热，随后被送至回热器5热侧进行降温；降温后的二氧化碳被送至节流阀9降压并进入气液两相区，两相态的二氧化碳则进入水-二氧化碳换热器4冷侧吸收冷却水中的低品位热量；吸热后的二氧化碳饱和气经回热器5升温后再次回到压缩机6入口。至此形成压缩式热泵循环。
储能回路中：冷罐10中的颗粒/熔盐被泵11送入二氧化碳-颗粒/熔盐换热器8加热，加热后的颗粒/熔盐被送入热罐12储存。热罐12出口和冷罐10之间根据用户实际需求可接入集中供热装置、余热发电装置等。
采用上述具体操作时，结合二氧化碳热泵冷端温度低、热端温度高、COP高的优势，首先将饱和湿烟气中的低品位余热进行提质回收，随后通过大型储热系统将提质后的热量进行存储并实现高效灵活应用。该发明可有效解决火电机组脱硫后的饱和湿烟气中大量低品位余热利用难的问题，回收了烟气中的大量低品位余热的同时，还可回收大量水资源；另外，可以根据火电机组调峰的需求，利用储热系统进行机组辅助调峰，取代能效不高的电锅炉、热水储罐等。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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。
Claims (6)
1.一种回收烟气中潜热的火电系统储能调峰系统，其特征在于，包括烟气冷却回路、二氧化碳热泵回路和储能回路；所述烟气冷却回路和二氧化碳热泵回路通过水-二氧化碳换热器(4)进行热量交换；二氧化碳热泵回路和储能回路通过二氧化碳-颗粒/熔盐换热器(8)进行热量交换。
2.根据权利要求1所述的一种回收烟气中潜热的火电系统储能调峰系统，其特征在于：所述烟气冷却回路包括烟道(1)、烟气冷却器(2)、水泵(3)和水-二氧化碳换热器(4)；其中烟气冷却器(2)布置在烟道(1)内，实现冷却水和烟气的换热；水泵(3)出口依次和水-二氧化碳换热器(4)热侧、烟气冷却器(2)冷侧连接，再和水泵(3)入口相连，形成闭式冷却水循环。
3.根据权利要求1所述的一种回收烟气中潜热的火电系统储能调峰系统，其特征在于：所述二氧化碳热泵回路包括水-二氧化碳换热器(4)、回热器(5)、压缩机(6)、电动机(7)、二氧化碳-颗粒/熔盐换热器(8)和节流阀(9)；其中水-二氧化碳换热器(4)冷侧出口依次和回热器(5)冷侧、压缩机(6)相连通；压缩机(6)出口依次和二氧化碳-颗粒/熔盐换热器(8)热侧、回热器(5)热侧、节流阀(9)相连通；最终节流阀(9)出口与水-二氧化碳换热器(4)冷侧入口相连通，形成闭环。
4.根据权利要求3所述的一种回收烟气中潜热的火电系统储能调峰系统，其特征在于：所述压缩机(6)与电动机(7)同轴布置。
5.根据权利要求1所述的一种回收烟气中潜热的火电系统储能调峰系统，其特征在于：所述储能回路包括冷罐(10)、泵(11)、二氧化碳-颗粒/熔盐换热器(8)和热罐(12)；其中冷罐(10)出口通过泵(11)、二氧化碳-颗粒/熔盐换热器(8)冷侧和热罐(12)相连通；热罐(12)出口和冷罐(10)之间根据用户实际需求接入集中供热装置或余热发电装置。
6.权利要求1至5任一项所述的一种回收烟气中潜热的火电系统储能调峰系统的工作方法，其特征在于：烟气冷却回路中：水泵(3)将冷却水送至水-二氧化碳换热器(4)热侧，将热量传递给二氧化碳，随后降温后的冷却水被送至烟气冷却器(2)吸收烟气中的低品位余热，升温后的水回到水泵(3)入口；
二氧化碳热泵回路中：二氧化碳经过压缩机(6)升压后，被送至二氧化碳-颗粒/熔盐换热器(8)热侧对颗粒/熔盐进行加热，随后被送至回热器(5热侧进行降温；降温后的二氧化碳被送至节流阀(9)降压并进入气液两相区，两相态的二氧化碳则进入水-二氧化碳换热器(4)冷侧吸收冷却水中的低品位热量；吸热后的二氧化碳饱和气经回热器(5)升温后再次回到压缩机(6)入口。至此形成压缩式热泵循环；
储能回路中：冷罐(10)中的颗粒/熔盐被泵(11)送入二氧化碳-颗粒/熔盐换热器(8)加热，加热后的颗粒/熔盐被送入热罐(12)储存；热罐(12)出口和冷罐(10)之间根据用户实际需求接入集中供热装置或余热发电装置。
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