CN113090509A - 一种压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统及方法，透平与第一发电机连接，第一发电机与压缩机相连接，压缩机与冷凝器的热进口连接，冷凝器的热出口分为两路，其中一路与储气罐连接，另一路与SCR喷氨物化系统连接；储气罐的出口分为两路，其中一路与SCR喷氨物化系统连接，另一路与加热器的冷进口连接，加热器的冷出口与膨胀机连接，膨胀机和第二发电机连接；加热器的热进口与锅炉的尾部烟道连通且连接点位于高温过热器与低温过热器之间，加热器的热进口设有抽烟装置，加热器的热出口与锅炉的尾部烟道连通且连接点位于省煤器与SCR脱硝装置之间。本发明能够满足火电厂机组灵活深度调峰的要求，且具有经济性较高的特点。
Description
技术领域
本发明属于火电厂深度调峰及压缩空气储能领域，涉及一种压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统及方法。
背景技术
新能源电量并网使以火电机组发电为主的基础能源电力全面参与深度调峰。而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燃烧不稳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。
目前，国内外对火电机组灵活性深度调峰研究工作十分活跃，同时火电机组灵活性技术大体可以分为二大类：一是锅炉侧低负荷稳燃及汽轮机侧低压缸切除技术(锅炉和汽轮机长期处于极低负荷运行及高低负荷频繁切换，设备安全性及经济性较差)；二是火电机组耦合热水罐及电级锅炉储热技术(仅适用于冬季供暖期，且利用高品位电能加热供暖水，经济性较差)。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统及方法，本发明能够满足火电厂机组灵活深度调峰的要求，且具有经济性较高的特点。
本发明采用的技术方案如下：
一种压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统，包括锅炉、透平、第一发电机、压缩机、冷凝器、储气罐、加热器、膨胀机和第二发电机；
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，透平与第一发电机连接，第一发电机与压缩机相连接，压缩机与冷凝器的热进口连接，冷凝器的热出口分为两路，其中一路与储气罐连接，另一路与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接；储气罐的出口分为两路，其中一路与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接，另一路与加热器的冷进口连接，加热器的冷出口与膨胀机连接，膨胀机和第二发电机连接；加热器的热进口与锅炉的尾部烟道连通且连接点位于高温过热器与低温过热器之间，加热器的热进口设有抽烟装置，加热器的热出口与锅炉的尾部烟道连通且连接点位于省煤器与SCR脱硝装置之间。
优选的，第一发电机与压缩机连接的线路上设有第一电源开关。
优选的，缩机与冷凝器热进口连接的管路上设有第一截止阀。
优选的，冷凝器热出口与储气罐连接的管路上设有第二截止阀，冷凝器热出口与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接的管路上设有第三截止阀。
优选的，储气罐的出口设有第四截止阀，第四截止阀出口分为两路，其中一路与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接，另一路与加热器的冷进口连接，第四截止阀与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接的管路上设有第五截止阀。
优选的，抽烟装置与锅炉的尾部烟道之间的管路上设有第六截止阀，加热器的热出口与锅炉的尾部烟道之间的管路上设有第七截止阀。
优选的，抽烟装置采用高温风机。
优选的，冷凝器的冷进口与汽轮机低加系统中的凝汽器出口连接，冷凝器的冷出口与冷进口与汽轮机低加系统中的通除氧器入口连接。
本发明还提供了一种基于压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统的深度调峰方法，包括如下过程：
当火电机组需要深度调峰时，第一发电机向压缩机供电，压缩机将空气进行压缩，压缩机压缩后的空气进入到冷凝器中进行换热降温；经冷凝器降温后的压缩空气一路进入储气罐中储存，另一路送入SCR喷氨物化系统，实现锅炉调峰；
当火电机组发电供电需求增加时，第一发电机停止向压缩机供电，第一发电机与电网连接，抽烟装置工作，此时，储气罐出口的一路空气经加热器加热后送入膨胀机做功，膨胀机驱动第二发电机发电。
优选的，本发明如上所述的深度调峰方法中：
压缩机输出的压缩空气的压力为4～5MPa，温度为450～500℃；冷凝器冷进口接通凝汽器出口，冷凝器冷进口的温度为20～30℃，冷凝器冷出口接通除氧器入口，冷凝器冷出口温度为140～150℃；冷凝器热出口的压缩空气的压力为4～5MPa，温度为40～50℃；
抽烟装置所抽烟气的温度为500～600℃，加热器冷进口的压缩空气压力为4～5MPa，温度为40～50℃；加热器热出口的烟气温度为350～380℃；加热器冷出口压缩空气的压力为4～5MPa，温度为400～500℃。
本发明具有以下有益效果：
本发明压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统，耦合了压缩空气储能技术来进行深度调峰，当火电机组需要深度调峰时，利用第一发电机产生的电能，能够驱动压缩机通电工作，压缩机将空气进行压缩，冷凝器将压缩机输出的高温高压压缩空气进行降温，降温后的压缩空气进入储气罐中储存，实现了深度调峰时的储能；当火电机组发电供电需求增加时，通过加热器利用锅炉的尾部烟道内的高温气体能够将储气罐输出的压缩空气进行加热，膨胀机能够利用经加热器加热得到的高温高压进行做功，从而使第二发电机发电，提高了火电厂发电量的同时也减少了供电煤耗。本发明具有系统简单、能量利用效率高及深度调峰潜力大的特点，同时经济性较高。
附图说明
图1为本发明压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统的结构示意图。
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为第一发电机、6为第一电源开关、7为压缩机、8为第二电源开关、9为电网、10为第一截止阀、11为冷凝器、11-1为冷凝器冷进口、11-2为冷凝器冷出口、12为第二截止阀、13为储气罐、14为第四截止阀、15为加热器、16为膨胀机、17为第二发电机、18为高温风机、19为第六截止阀、20为第七截止阀、21为第三截止阀、22为第五截止阀、23为透平。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
火电机组耦合压缩空气储能技术是目前最有前途的深度调峰技术之一，它利用火电机组深度调峰过程中过剩的电量压缩空气储能，大大提高了火电机组灵活性，达到经济高效节能的效果。本发明提出的这一系统的最大特点是利用低谷过剩电量压缩空气储能，实现机组灵活性，使得机组始终处于稳定负荷运行，解决了深度调峰快速变负荷给机组及辅助设备带来的潜在危害。能够为目前上千台参与深度调峰的火电机组提供一种经济可靠的技术路线，同时该系统能够让处于困境的火电机组取得巨大经济效益及社会效益。
参照图1，本发明压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统，包括锅炉1、透平23、第一发电机5、压缩机7、冷凝器11、储气罐13、加热器15、膨胀机16和第二发电机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23的入口相连通，透平23与第一发电机5连接，第一发电机5与压缩机7相连接，压缩机7与冷凝器11的热进口连接，冷凝器11的热出口分为两路，其中一路与储气罐13连接，另一路与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接；储气罐13的出口分为两路，其中一路与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接，另一路与加热器15的冷进口连接，加热器15的冷出口与膨胀机16连接，膨胀机16和第二发电机17连接；加热器15的热进口与锅炉1的尾部烟道连通且连接点位于高温过热器2与低温过热器3之间，加热器15的热进口设有抽烟装置，加热器15的热出口与锅炉1的尾部烟道连通且连接点位于省煤器4与SCR脱硝装置之间。
作为本发明优选的实施方案，第一发电机5与压缩机7连接的线路上设有第一电源开关6。缩机7与冷凝器11热进口连接的管路上设有第一截止阀10。冷凝器11热出口与储气罐13连接的管路上设有第二截止阀12，冷凝器11热出口与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接的管路上设有第三截止阀21。储气罐13的出口设有第四截止阀14，第四截止阀14出口分为两路，其中一路与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接，另一路与加热器15的冷进口连接，第四截止阀14与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接的管路上设有第五截止阀22。抽烟装置与锅炉1的尾部烟道之间的管路上设有第六截止阀19，加热器15的热出口与锅炉1的尾部烟道之间的管路上设有第七截止阀20。
作为本发明优选的实施方案，抽烟装置采用高温风机18。
作为本发明优选的实施方案，冷凝器11的冷进口与汽轮机低加系统中的凝汽器出口连接，冷凝器11的冷出口与冷进口与汽轮机低加系统中的通除氧器入口连接。
本发明还提供了一种基于压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统的深度调峰方法，包括如下过程：
当火电机组需要深度调峰时，第一发电机5向压缩机7供电，压缩机7将空气进行压缩，压缩机7压缩后的空气进入到冷凝器11中进行换热降温；经冷凝器11降温后的压缩空气一路进入储气罐13中储存，另一路送入SCR喷氨物化系统，实现锅炉1调峰；
当火电机组发电供电需求增加时，第一发电机5停止向压缩机7供电，第一发电机5与电网9连接，抽烟装置工作，此时，储气罐13出口的一路空气经加热器15加热后送入膨胀机16做功，膨胀机16驱动第二发电机17发电。
作为本发明优选的实施方案，本发明如上所述的深度调峰方法中：
压缩机7输出的压缩空气的压力为4～5MPa，温度为450～500℃；冷凝器11冷进口接通凝汽器出口，冷凝器11冷进口的温度为20～30℃，冷凝器11冷出口接通除氧器入口，冷凝器11冷出口温度为140～150℃；冷凝器11热出口的压缩空气的压力为4～5MPa，温度为40～50℃；
抽烟装置所抽烟气的温度为500～600℃，加热器15冷进口的压缩空气压力为4～5MPa，温度为40～50℃；加热器15热出口的烟气温度为350～380℃；加热器15冷出口压缩空气的压力为4～5MPa，温度为400～500℃。
实施例
本实施例压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统，包括锅炉1、透平23、第一发电机5、第一电源开关6、压缩机7、第一截止阀10、冷凝器11、膨胀机16、第二发电机17、高温风机18；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23的入口相连通，透平23的输出轴与发电机5的驱动轴相连接，发电机5的输出端分两路：一路经第一电源开关6与压缩机7相连接，另一路经第二电源开关8与电网9相连接；锅炉1的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，抽烟气口的出口与加热器15的放热侧入口(即加热器15的热进口)相连通，加热器15的放热侧出口(即加热器15的冷出口)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7的出口连通冷凝器11的热进口，冷凝器11的热出口连通储气罐13的入口；储气罐13出口连通加热器15的冷进口；加热器15的冷出口高温空气连通膨胀机16和发电机17；冷凝器11放热测出口即热出口分两路：一路连通储气罐13，另一路连通SCR喷氨物化系统；储气罐出口分两路：一路连通加热器15，另一路连通SCR喷氨物化系统；冷凝器11吸热侧连通汽轮机低加系统，其中，冷凝器11冷进口连通凝汽器出口，冷出口连通除氧器入口。第一发电机5与压缩机7连接的线路上设有第一电源开关6。缩机7与冷凝器11热进口连接的管路上设有第一截止阀10。冷凝器11热出口与储气罐13连接的管路上设有第二截止阀12，冷凝器11热出口与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接的管路上设有第三截止阀21。储气罐13的出口设有第四截止阀14，第四截止阀14出口分为两路，其中一路与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接，另一路与加热器15的冷进口连接，第四截止阀14与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接的管路上设有第五截止阀22。抽烟装置与锅炉1的尾部烟道之间的管路上设有第六截止阀19，加热器15的热出口与锅炉1的尾部烟道之间的管路上设有第七截止阀20。
本实例压缩空气储能耦合火电机组深度调峰方法采用本实施例的压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统进行，包括以下过程：
当火电机组需要深度调峰时，闭合第一电源开关6，使压缩机7通电工作，第一发电机5的10％的电负荷为压缩机7供电，压缩机7输出的高温高压空气(压力：4～5MPa；温度450～500℃)进入到冷凝器11中进行换热，冷凝器11的冷进口接通凝汽器出口(温度20～30℃)，冷凝器11冷出口的水直接送入到除氧器入口(140～150℃)，减少汽轮机抽气；冷凝器11将高温高压空气(压力：4～5MPa；温度450～500℃)降温后的高压低温空气(压力：4～5MPa；温度40～50℃)，冷凝器11热出口的90％的压缩空气进入到储气罐13中储存，另10％的压缩空气送入到SCR氨水物化系统，为氨水物化提供动力，以减少厂内压缩空气功率，实现锅炉1调峰，同时通过压缩机7运行增加厂用电，减少向外界提供的电量，一方面将多余能量进行了储存实现火电机组深度调峰，另一方面也减少了发电机组自身的系统煤耗，整个系统起到调峰兼顾节能作用。
当火电机组发电供电需求增加时，则断开第一电源开关6，锅炉1单独运行发电运行，此时，打开第四截止阀14、第五截止阀22、第六截止阀19和第七截止阀20，并启动高温风机将高温烟气(500～600℃)抽出送入到加热器15中，加热器15加热低温高压空气(即储气罐13放出的气体，压力：4～5MPa；温度40～50℃)，加热器15中放热后的烟气(350～380℃)，送回到省煤器4出口，进行SCR烟气处理。将低温高压空气加热到高温高压空气(压力：4～5MPa；温度400～500℃)，加热器15加热后的高温高压空气送入到膨胀机16，膨胀机16带动第二发电机17发电，提高全厂发电量的同时也减少了供电煤耗。
综上，当火电机组需要深度调峰时，压缩机输出的高温高压空气在冷凝器中与凝汽器低温水进行换热，吸热后的加热后的水直接送入到除氧器入口，减少汽轮机抽气，减少供电煤耗，起到节能效果；放热侧将高温高压空气降温后的高压低温空气，90％进入到储气罐中储存，另10％送入到SCR氨水物化系统，为氨水物化提供动力，以减少厂内压缩空气功率，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，一方面将多余能量进行了储存实现火电机组深度调峰，另一方面也减少了发电机组自身的系统煤耗，整个系统起到调峰兼顾节能作用。当火电机组发电供电需求增加时，停止为压缩机供电，锅炉单独运行发电运行，此时，将储存罐内的低温高压空气经过高温烟气加热后进入膨胀机内带动发电机发电，提高全厂发电量的同时也减少了供电煤耗。该系统具有系统简单、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。
Claims (10)
1.一种压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统，其特征在于，包括锅炉(1)、透平(23)、第一发电机(5)、压缩机(7)、冷凝器(11)、储气罐(13)、加热器(15)、膨胀机(16)和第二发电机(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(23)的入口相连通，透平(23)与第一发电机(5)连接，第一发电机(5)与压缩机(7)相连接，压缩机(7)与冷凝器(11)的热进口连接，冷凝器(11)的热出口分为两路，其中一路与储气罐(13)连接，另一路与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接；储气罐(13)的出口分为两路，其中一路与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接，另一路与加热器(15)的冷进口连接，加热器(15)的冷出口与膨胀机(16)连接，膨胀机(16)和第二发电机(17)连接；加热器(15)的热进口与锅炉(1)的尾部烟道连通且连接点位于高温过热器(2)与低温过热器(3)之间，加热器(15)的热进口设有抽烟装置，加热器(15)的热出口与锅炉(1)的尾部烟道连通且连接点位于省煤器(4)与SCR脱硝装置之间。
2.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统，其特征在于，第一发电机(5)与压缩机(7)连接的线路上设有第一电源开关(6)。
3.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统，其特征在于，缩机(7)与冷凝器(11)热进口连接的管路上设有第一截止阀(10)。
4.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统，其特征在于，冷凝器(11)热出口与储气罐(13)连接的管路上设有第二截止阀(12)，冷凝器(11)热出口与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接的管路上设有第三截止阀(21)。
5.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统，其特征在于，储气罐(13)的出口设有第四截止阀(14)，第四截止阀(14)出口分为两路，其中一路与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接，另一路与加热器(15)的冷进口连接，第四截止阀(14)与SCR脱硝装置的SCR喷氨物化系统连接的管路上设有第五截止阀(22)。
6.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统，其特征在于，抽烟装置与锅炉(1)的尾部烟道之间的管路上设有第六截止阀(19)，加热器(15)的热出口与锅炉(1)的尾部烟道之间的管路上设有第七截止阀(20)。
7.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统，其特征在于，抽烟装置采用高温风机(18)。
8.根据权利要求1所述的一种压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统，其特征在于，冷凝器(11)的冷进口与汽轮机低加系统中的凝汽器出口连接，冷凝器(11)的冷出口与冷进口与汽轮机低加系统中的通除氧器入口连接。
9.一种基于压缩空气储能耦合火电机组深度调峰系统的深度调峰方法，其特征在于，包括如下过程：
当火电机组需要深度调峰时，第一发电机(5)向压缩机(7)供电，压缩机(7)将空气进行压缩，压缩机(7)压缩后的空气进入到冷凝器(11)中进行换热降温；经冷凝器(11)降温后的压缩空气一路进入储气罐(13)中储存，另一路送入SCR喷氨物化系统，实现锅炉(1)调峰；
当火电机组发电供电需求增加时，第一发电机(5)停止向压缩机(7)供电，第一发电机(5)与电网(9)连接，抽烟装置工作，此时，储气罐(13)出口的一路空气经加热器(15)加热后送入膨胀机(16)做功，膨胀机(16)驱动第二发电机(17)发电。
10.根据权利要求9所述的深度调峰方法，其特征在于：
压缩机(7)输出的压缩空气的压力为4～5MPa，温度为450～500℃；冷凝器(11)冷进口接通凝汽器出口，冷凝器(11)冷进口的温度为20～30℃，冷凝器(11)冷出口接通除氧器入口，冷凝器(11)冷出口温度为140～150℃；冷凝器(11)热出口的压缩空气的压力为4～5MPa，温度为40～50℃；
抽烟装置所抽烟气的温度为500～600℃，加热器(15)冷进口的压缩空气压力为4～5MPa，温度为40～50℃；加热器(15)热出口的烟气温度为350～380℃；加热器(15)冷出口压缩空气的压力为4～5MPa，温度为400～500℃。
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