CN113623032B - 一种燃煤锅炉烟气储热发电一体化系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃煤锅炉烟气储热发电一体化系统及运行方法，该系统包括燃煤发电机组热力系统和与之耦合的包括冷储热介质罐、冷储热介质罐出口调节阀、冷储热介质泵、储热介质与蒸汽换热器、热储热介质罐等的储热系统；在锅炉内布置储热介质加热器，利用储热介质吸收锅炉烟气热量以及加热再热蒸汽，在提高锅炉能量利用效率的同时，保证进入汽轮机中压缸的再热蒸汽温度适终在运行要求范围内；通过利用存储在热储热介质罐中的储热介质加热给水，降低汽轮机抽汽流量，大幅提高机组变负荷速率。本发明能实现再热蒸汽温度精准控制，提高机组灵活性与经济性。

Description

一种燃煤锅炉烟气储热发电一体化系统及运行方法
技术领域
本发明涉及燃煤发电技术领域，具体涉及一种燃煤锅炉烟气储热发电一体化系统及运行方法
背景技术
随着全球对太阳能、风能等可再生能源的利用急剧增加，其波动性、间歇性和不可预测性等特点给电网的稳定安全运行带来了巨大的挑战。在当前电力系统中，燃煤发电机组是重要的电能供应来源，所以要进行频繁的变负荷调节来保证电网的安全稳定运行。但由于锅炉的大惯性大迟延的特性，使得机组的再热蒸汽温度常常超出机组运行要求范围，对再热蒸汽管道与汽轮机中压缸造成了安全隐患，另一方面，机组在频繁的变负荷过程中被要求提高其变负荷速率以满足电网负荷变化需求，目前尚未有合理的解决方案使得燃煤机组能够满足电网对其变负荷性能的要求与自身安全性的限制，需要解决的问题包括：
1)当机组调峰调频过程中，能够满足机组的再热蒸汽温度始终处于运行要求范围内及再热蒸汽温度的快速精确控制；
2)当机组要求快速变负荷时，使储热系统与燃煤机组相互配合，提高系统的变负荷速率；
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种燃煤锅炉烟气储热发电一体化系统及运行方法，该系统增设储热系统，利用储热介质对再热蒸汽与给水的加热满足机组动态过程中再热蒸汽温度的精确控制并提高机组变负荷速率以满足电网需求。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种燃煤锅炉烟气储热发电一体化系统，包括燃煤发电机组热力系统和与之耦合的储热系统，所述燃煤发电机组热力系统包括依次连接的锅炉(1)、汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸4、凝汽器5、凝结水泵6、低压加热器7、除氧器8、给水泵9、高压加热器10和高压加热器出口调节阀11，所述的锅炉(1)的烟道中布置有储热介质加热器(15)；锅炉1的过热蒸汽出口与汽轮机高压缸2的蒸汽进口通过管道相连通；锅炉1的给水进口和高压加热器10的给水出口通过高压加热器出口调节阀11相连通；汽轮机高压缸2的抽汽出口与高压加热器10的蒸汽进口通过管道相连通；汽轮机高压缸2的蒸汽出口通过储热介质和蒸汽换热器17与汽轮机中压缸3蒸汽进口相连通；汽轮机中压缸3的第一级抽汽出口和与高压加热器10的蒸汽进口通过管道相连通，第二级抽汽出口与除氧器8的蒸汽进口通过管道相连接；汽轮机中压缸3的蒸汽出口与汽轮机低压缸4的蒸汽进口通过管道相连通；汽轮机低压缸4的抽汽出口与低压加热器7的蒸汽进口通过管道相连通，汽轮机低压缸4的蒸汽出口与凝汽器5的进气口通过管道相连通；凝汽器5的水工质出口通过凝结水泵6与低压加热器7的水工质进口相连通；低压加热器7的水工质出口与除氧器8的水工质进口通过管道相连通；除氧器8的水工质出口与高压加热器10的水工质进口通过给水泵9相连通；
所述储热系统包括冷储热介质罐12、冷储热介质罐出口调节阀13、冷储热介质泵14、储热介质加热器15、储热介质与蒸汽换热器进口调节阀16、储热介质与蒸汽换热器17、热储热介质罐18、热储热介质罐出口调节阀19、热储热介质泵20、储热介质与高加给水换热器21、高加给水旁路调节阀22、储热介质与低加给水换热器23和低加给水旁路调节阀24；储热介质加热器15的储热介质进口通过冷储热介质泵14和冷储热介质罐出口调节阀13与冷储热介质罐12的储热介质出口相连通，储热介质加热器15的储热介质出口与热储热介质罐18通过管道相连通；储热介质与蒸汽换热器17的储热介质进口与储热介质加热器15的储热介质出口通过储热介质与蒸汽换热器进口调节阀16相连通；储热介质与蒸汽换热器17的储热介质出口与储热介质加热器15的储热介质入口通过管道相连通；储热介质与蒸汽换热器17的蒸汽进口与汽轮机高压缸2的蒸汽出口通过管道相连通；储热介质与蒸汽换热器17的蒸汽出口与汽轮机中压缸3的蒸汽进口通过管道相连通；储热介质与高加给水换热器21的储热介质入口通过热储热介质泵20和热储热介质调节阀19与热储热介质罐18相连通；储热介质与高加给水换热器21的储热介质出口与储热介质与低加给水换热器23储热介质进口通过管道相连通；储热介质与高加给水换热器21的水工质进口通过高加给水旁路调节阀22与给水泵9的水工质出口相连接；储热介质与高加给水换热器21的水工质出口与锅炉1的水工质进口通过管道相连通；储热介质与低加给水换热器23的储热介质出口与冷储热介质罐12的储热介质进口通过管道相连通；储热介质与低加给水换热器23的水工质进口通过低加给水旁路调节阀24与凝结水泵6的水工质出口相连接；储热介质与低加给水换热器23的水工质出口与除氧器8的水工质进口通过管道相连通。
所述储热系统使用的储热介质为熔融盐等单相流动的介质。
所述储热介质加热器(15)所处锅炉(1)烟道处的烟气温度大于500℃。
上述的一种燃煤锅炉烟气储热发电一体化系统的运行方法：燃煤发电机组动态运行过程中，打开冷储热介质罐出口调节阀13，启动冷储热介质泵14，通过冷储热介质泵14对流出冷储热介质罐12的储热介质流量进行调节，储热介质进入储热介质加热器15与锅炉高温烟气换热后进入热储热介质罐18与储热介质与蒸汽换热器17，通过储热介质与蒸汽换热器进口调节阀16调节进入储热介质与蒸汽换热器17的储热介质流量，加热来自汽轮机高压缸2蒸汽出口的再热蒸汽，加热后的再热蒸汽进入汽轮机中压缸3，放热后的储热介质流入储热介质加热器15；调节目标为：存储锅炉多余热量并保证再热蒸汽温度在运行要求范围内；当燃煤发电机组提高负荷运行时，打开热储热介质罐出口调节阀19，启动热储热介质泵20，通过热储热介质泵20对流出热储热介质罐18的储热介质流量进行调节，打开高加给水旁路调节阀22，打开低加给水旁路调节阀24，通过高加给水旁路调节阀22和高压加热器出口调节阀11的开度调节进入储热介质与高加给水换热器21的水工质流量，通过低加给水旁路调节阀24的开度调节进入储热介质与低加给水换热器23的水工质流量，储热介质进入储热介质与高加给水换热器21与水工质换热后流入储热介质与低加给水换热器23，在储热介质与高加给水换热器21中加热的水工质流入锅炉1，储热介质进入储热介质与低加给水换热器23与水工质换热后流入冷储热介质罐12，在储热介质与低加给水换热器23加热后的水工质流入除氧器8，调节目标为：使进入汽轮机的蒸汽流量的变化率能够满足汽轮机电负荷变化率，使系统满足快速变负荷速率的要求。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明通过耦合储热系统实现燃煤机组热电解耦，提高燃煤发电机组能量利用效率，降低能量损失；
(2)本发明利用储热系统替换传统锅炉的再热器对再热蒸汽加热，在机组运行过程中，通过调节进入储热介质与蒸汽换热器的储热介质流量精准控制再热蒸汽温度，实时再热蒸汽温度值与运行要求参数不超过1℃；
(3)本发明通过增设储热系统实现了储热发电一体化，提高了整体系统的高效灵活运行水平；
(4)当燃煤机组要求变负荷时，通过耦合储热系统可实现燃煤发电机组3％额定负荷/min的变负荷速率。
附图说明
图1为本发明燃煤锅炉烟气储热系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种燃煤锅炉烟气储热发电一体化系统，包括燃煤发电机组热力系统和与之耦合的储热系统，其中：
所述燃煤发电机组热力系统包括依次连接的锅炉1、汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸4、凝汽器5、凝结水泵6、低压加热器7、除氧器8、给水泵9、高压加热器10和高压加热器出口调节阀11，所述的锅炉(1)的烟道中布置有储热介质加热器(15)；锅炉1的过热蒸汽出口与汽轮机高压缸2的蒸汽进口通过管道相连通；锅炉1的给水进口和高压加热器10的给水出口通过高压加热器出口调节阀11相连通；汽轮机高压缸2的抽汽出口与高压加热器10的蒸汽进口通过管道相连通；汽轮机高压缸2的蒸汽出口通过储热介质和蒸汽换热器17与汽轮机中压缸3蒸汽进口相连通；汽轮机中压缸3的第一级抽汽出口和与高压加热器10的蒸汽进口通过管道相连通，第二级抽汽出口与除氧器8的蒸汽进口通过管道相连接；汽轮机中压缸3的蒸汽出口与汽轮机低压缸4的蒸汽进口通过管道相连通；汽轮机低压缸4的抽汽出口与低压加热器7的蒸汽进口通过管道相连通，汽轮机低压缸4的蒸汽出口与凝汽器5的进气口通过管道相连通；凝汽器5的水工质出口通过凝结水泵6与低压加热器7的水工质进口相连通；低压加热器7的水工质出口与除氧器8的水工质进口通过管道相连通；除氧器8的水工质出口与高压加热器10的水工质进口通过给水泵9相连通；
所述储热系统包括冷储热介质罐12、冷储热介质罐出口调节阀13、冷储热介质泵14、储热介质加热器15、储热介质与蒸汽换热器进口调节阀16、储热介质与蒸汽换热器17、热储热介质罐18、热储热介质罐出口调节阀19、热储热介质泵20、储热介质与高加给水换热器21、高加给水旁路调节阀22、储热介质与低加给水换热器23和低加给水旁路调节阀24；储热介质加热器15的储热介质进口通过冷储热介质泵14和冷储热介质罐出口调节阀13与冷储热介质罐12的储热介质出口相连通，储热介质加热器15的储热介质出口与热储热介质罐18通过管道相连通；储热介质与蒸汽换热器17的储热介质进口与储热介质加热器15的储热介质出口通过储热介质与蒸汽换热器进口调节阀16相连通；储热介质与蒸汽换热器17的储热介质出口与储热介质加热器15的储热介质入口通过管道相连通；储热介质与蒸汽换热器17的蒸汽进口与汽轮机高压缸2的蒸汽出口通过管道相连通；储热介质与蒸汽换热器17的蒸汽出口与汽轮机中压缸3的蒸汽进口通过管道相连通；储热介质与高加给水换热器21的储热介质入口通过热储热介质泵20和热储热介质调节阀19与热储热介质罐18相连通；储热介质与高加给水换热器21的储热介质出口与储热介质与低加给水换热器23储热介质进口通过管道相连通；储热介质与高加给水换热器21的水工质进口通过高加给水旁路调节阀22与给水泵9的水工质出口相连接；储热介质与高加给水换热器21的水工质出口与锅炉1的水工质进口通过管道相连通；储热介质与低加给水换热器23的储热介质出口与冷储热介质罐12的储热介质进口通过管道相连通；储热介质与低加给水换热器23的水工质进口通过低加给水旁路调节阀24与凝结水泵6的水工质出口相连接；储热介质与低加给水换热器23的水工质出口与除氧器8的水工质进口通过管道相连通。
作为本发明的优选实施方式，所述储热系统使用的储热介质为熔融盐等单相流动的介质。
作为本发明的优选实施方式，所述储热介质加热器15所处锅炉1烟道处的烟气温度大于600℃，优点为：保证储热介质可以吸收足量的高品位能量；
如图1所示，本发明一种燃煤锅炉烟气储热发电一体化系统的运行方法：燃煤发电机组动态运行过程中，打开冷储热介质罐出口调节阀13，启动冷储热介质泵14，通过冷储热介质泵14对流出冷储热介质罐12的储热介质流量进行调节，储热介质进入储热介质加热器15与锅炉高温烟气换热后进入热储热介质罐18与储热介质与蒸汽换热器17，通过储热介质与蒸汽换热器进口调节阀16调节进入储热介质与蒸汽换热器17的储热介质流量，加热来自汽轮机高压缸2蒸汽出口的再热蒸汽，加热后的再热蒸汽进入汽轮机中压缸3，放热后的储热介质流入储热介质加热器15；调节目标为：存储锅炉多余热量并保证再热蒸汽温度在运行要求范围内；当燃煤发电机组提高负荷运行时，打开热储热介质罐出口调节阀19，启动热储热介质泵20，通过热储热介质泵20对流出热储热介质罐18的储热介质流量进行调节，打开高加给水旁路调节阀22，打开低加给水旁路调节阀24，通过高加给水旁路调节阀22和高压加热器出口调节阀11的开度调节进入储热介质与高加给水换热器21的水工质流量，通过低加给水旁路调节阀24的开度调节进入储热介质与低加给水换热器23的水工质流量，储热介质进入储热介质与高加给水换热器23与水工质换热后流入储热介质与低加给水换热器23，在储热介质与高加给水换热器23中加热的水工质流入锅炉1，储热介质进入储热介质与低加给水换热器23与水工质换热后流入冷储热介质罐12，在储热介质与低加给水换热器23加热后的水工质流入除氧器8，调节目标为：使进入汽轮机的蒸汽流量的变化率能够满足汽轮机电负荷变化率，使系统满足快速变负荷速率的要求。
本发明采用燃煤锅炉中增设储热系统，通过储热介质吸收烟气热量并加热再热蒸汽，打破传统燃煤机组的机炉强耦合。在燃煤发电机组运行期间，调节进入储热介质与蒸汽换热器的储热介质流量，同时剩余被加热的储热介质进入热储热介质罐将热量保存起来，实现了能量的高效利用的同时精确控制进入汽轮机中压缸的再热蒸汽温度，使其始终处于运行要求范围内。在燃煤发电机组变负荷期间，利用存储在热储热介质罐中的储热介质加热给水，降低汽轮机抽汽流量，大幅提高燃煤发电机组变负荷速率。本发明可以解决燃煤发电机组控制再热蒸汽温度能力不足，机组灵活性能差的问题。

Claims (3)

1.一种燃煤锅炉烟气储热发电一体化系统的运行方法，其特征在于：所述一体化系统包括燃煤发电机组热力系统和与之耦合的储热系统，所述燃煤发电机组热力系统包括依次连接的锅炉(1)、汽轮机高压缸（2）、汽轮机中压缸（3）、汽轮机低压缸（4）、凝汽器（5）、凝结水泵（6）、低压加热器（7）、除氧器（8）、给水泵（9）、高压加热器（10）和高压加热器出口调节阀（11），所述的锅炉(1)的烟道中布置有储热介质加热器(15)；锅炉（1）的过热蒸汽出口与汽轮机高压缸（2）的蒸汽进口通过管道相连通；锅炉（1）的给水进口和高压加热器（10）的给水出口通过高压加热器出口调节阀（11）相连通；汽轮机高压缸（2）的抽汽出口与高压加热器（10）的蒸汽进口通过管道相连通；汽轮机高压缸（2）的蒸汽出口通过储热介质和蒸汽换热器（17）与汽轮机中压缸（3）蒸汽进口相连通；汽轮机中压缸（3）的第一级抽汽出口和与高压加热器（10）的蒸汽进口通过管道相连通，第二级抽汽出口与除氧器（8）的蒸汽进口通过管道相连接；汽轮机中压缸（3）的蒸汽出口与汽轮机低压缸（4）的蒸汽进口通过管道相连通；汽轮机低压缸（4）的抽汽出口与低压加热器（7）的蒸汽进口通过管道相连通，汽轮机低压缸（4）的蒸汽出口与凝汽器（5）的进气口通过管道相连通；凝汽器（5）的水工质出口通过凝结水泵（6）与低压加热器（7）的水工质进口相连通；低压加热器（7）的水工质出口与除氧器（8）的水工质进口通过管道相连通；除氧器（8）的水工质出口与高压加热器（10）的水工质进口通过给水泵（9）相连通；
所述储热系统包括冷储热介质罐（12）、冷储热介质罐出口调节阀（13）、冷储热介质泵（14）、储热介质加热器（15）、储热介质与蒸汽换热器进口调节阀（16）、储热介质与蒸汽换热器（17）、热储热介质罐（18）、热储热介质罐出口调节阀（19）、热储热介质泵（20）、储热介质与高加给水换热器（21）、高加给水旁路调节阀（22）、储热介质与低加给水换热器（23）和低加给水旁路调节阀（24）；储热介质加热器（15）的储热介质进口通过冷储热介质泵（14）和冷储热介质罐出口调节阀（13）与冷储热介质罐（12）的储热介质出口相连通，储热介质加热器（15）的储热介质出口与热储热介质罐（18）通过管道相连通；储热介质与蒸汽换热器（17）的储热介质进口与储热介质加热器（15）的储热介质出口通过储热介质与蒸汽换热器进口调节阀（16）相连通；储热介质与蒸汽换热器（17）的储热介质出口与储热介质加热器（15）的储热介质入口通过管道相连通；储热介质与蒸汽换热器（17）的蒸汽进口与汽轮机高压缸（2）的蒸汽出口通过管道相连通；储热介质与蒸汽换热器（17）的蒸汽出口与汽轮机中压缸（3）的蒸汽进口通过管道相连通；储热介质与高加给水换热器（21）的储热介质入口通过热储热介质泵（20）和热储热介质调节阀（19）与热储热介质罐（18）相连通；储热介质与高加给水换热器（21）的储热介质出口与储热介质与低加给水换热器（23）储热介质进口通过管道相连通；储热介质与高加给水换热器（21）的水工质进口通过高加给水旁路调节阀（22）与给水泵（9）的水工质出口相连接；储热介质与高加给水换热器（21）的水工质出口与锅炉（1）的水工质进口通过管道相连通；储热介质与低加给水换热器（23）的储热介质出口与冷储热介质罐（12）的储热介质进口通过管道相连通；储热介质与低加给水换热器（23）的水工质进口通过低加给水旁路调节阀（24）与凝结水泵（6）的水工质出口相连接；储热介质与低加给水换热器（23）的水工质出口与除氧器（8）的水工质进口通过管道相连通；
所述运行方法为：燃煤发电机组动态运行过程中，打开冷储热介质罐出口调节阀（13），启动冷储热介质泵（14），通过冷储热介质泵（14）对流出冷储热介质罐（12）的储热介质流量进行调节，储热介质进入储热介质加热器（15）与锅炉高温烟气换热后进入热储热介质罐（18）与储热介质与蒸汽换热器（17），通过储热介质与蒸汽换热器进口调节阀（16）调节进入储热介质与蒸汽换热器（17）的储热介质流量，加热来自汽轮机高压缸（2）蒸汽出口的再热蒸汽，加热后的再热蒸汽进入汽轮机中压缸（3），放热后的储热介质流入储热介质加热器（15）；调节目标为：存储锅炉多余热量并保证再热蒸汽温度在运行要求范围内；当燃煤发电机组提高负荷运行时，打开热储热介质罐出口调节阀（19），启动热储热介质泵（20），通过热储热介质泵（20）对流出热储热介质罐（18）的储热介质流量进行调节，打开高加给水旁路调节阀（22），打开低加给水旁路调节阀（24），通过高加给水旁路调节阀（22）和高压加热器出口调节阀（11）的开度调节进入储热介质与高加给水换热器（21）的水工质流量，通过低加给水旁路调节阀（24）的开度调节进入储热介质与低加给水换热器（23）的水工质流量，储热介质进入储热介质与高加给水换热器（21）与水工质换热后流入储热介质与低加给水换热器（23），在储热介质与高加给水换热器（21）中加热的水工质流入锅炉（1），储热介质进入储热介质与低加给水换热器（23）与水工质换热后流入冷储热介质罐（12），在储热介质与低加给水换热器（23）加热后的水工质流入除氧器（8），调节目标为：使进入汽轮机的蒸汽流量的变化率能够满足汽轮机电负荷变化率，使系统满足快速变负荷速率的要求。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤锅炉烟气储热发电一体化系统的运行方法，其特征在于：所述储热系统使用的储热介质为熔融盐单相流动的介质。
3.根据权利要求1所述的一种燃煤锅炉烟气储热发电一体化系统的运行方法，其特征在于：所述储热介质加热器(15)所处锅炉(1)烟道处的烟气温度大于500℃。
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