CN113685240A - 带储热调峰功能的余热余能电站、控制、设计及改造方法 - Google Patents

带储热调峰功能的余热余能电站、控制、设计及改造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于余热余能利用技术领域，公开一种带储热调峰功能的余热余能电站、控制、设计及改造方法；所述电站，包括：储热系统和发电系统；储热系统包括储热装置、混合器、余热余能介质管道和取热介质管道；所述余热余能介质管道的出口通过第一管路连接混合器的入口；所述余热余能介质管道的出口通过第二管路连接混合器的入口；所述取热介质管道的出口通过第三管路连接混合器的入口；所述第二管路和第三管路共用所述储热装置；所述混合器的出口连接所述发电系统。本发明解决现有余热余能电站没有调峰能力，或者调峰能力不足不灵活的问题，从而为促进用户新能源消纳、节费减碳、双碳目标实现。

Description

带储热调峰功能的余热余能电站、控制、设计及改造方法
技术领域
本发明属于余热余能利用技术领域，特别涉及一种带储热调峰功能的余热余能电站、控制、设计及改造方法。
背景技术
目前用户侧的余热余能发电一般不具备调峰功能，即使具备调峰功能，由于不考虑新能源消纳、需求侧响应等问题，调峰量也比较小，也不够灵活。
发明内容
本发明的目的是提供一种带储热调峰功能的余热余能电站、控制、设计及改造方法，以解决现有余热余能电站没有调峰能力，或者调峰能力不足不灵活的问题，从而为促进用户新能源消纳、节费减碳、双碳目标实现。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
带储热调峰功能的余热余能电站，包括：储热系统和发电系统；储热系统包括储热装置、混合器、余热余能介质管道和取热介质管道；所述余热余能介质管道的出口通过第一管路连接混合器的入口；所述余热余能介质管道的出口通过第二管路连接混合器的入口；所述取热介质管道的出口通过第三管路连接混合器的入口；所述第二管路和第三管路共用所述储热装置；所述混合器的出口连接所述发电系统。
本发明进一步的改进在于：所述第一管路上设有第四阀门；
所述第二管路上依次设有第五阀门、储热装置和第二阀门；
所述第三管路上依次设有第一阀门、储热装置和第三阀门。
本发明进一步的改进在于：第五阀门的一端连接余热余能介质管道的出口，另一端连接储热装置的一端开口，储热装置的一端开口连接第三阀门的一端；
第一阀门的一端连接取热介质管道的出口，另一端连接储储热装置的另一端开口；
第二阀门的一端连接储储热装置的另一端开口；
第三阀门的另一端和第二阀门的另一端均连接混合器的入口。
本发明进一步的改进在于：还包括低温余热余能介质旁路和第六阀门；第六阀门安装在所述低温余热余能介质旁路上；低温余热余能介质旁路的入口连接储热装置的另一端开口。
本发明进一步的改进在于：所述发电系统包括汽轮机和余热锅炉；混合器的出口连接余热锅炉的第一换热通道入口；余热锅炉的第二换热通道出口连接汽轮机的蒸汽入口，汽轮机的出口连接余热锅炉的第二换热通道入口；所述汽轮机连接有发电机。
本发明进一步的改进在于：处于非调峰工况、调峰储热工况或调峰放热工况；
其中：
处于非调峰工况时，第一阀门、第二阀门、第三阀门、第五阀门处于关闭状态，第四阀门处于打开状态；
处于调峰储热工况时，第一阀门、第三阀门处于关闭状态，第二阀门、第四阀门和第五阀门处于打开状态；
处于调峰放热工况时，第一阀门、第三阀门、第四阀门处于打开状态，第二阀门和第五阀门处于关闭状态。
带储热调峰功能的余热余能电站的控制方法，包括以下步骤：
控制第一阀门、第二阀门、第三阀门、第五阀门处于关闭状态，第四阀门处于打开状态；
余热余能介质通过第四阀门进入混合器，然后进入发电系统为发电系统提供热源发电。
带储热调峰功能的余热余能电站的控制方法，包括以下步骤：
控制第一阀门、第三阀门处于关闭状态，第二阀门处于打开状态；根据调峰储热工况，控制第四阀门和第五阀门的开度；
调峰的余热余能介质通过第五阀门进入储热装置进行热交换，将部分热量储存在储热装置中，储热后的余热余能介质通过第二阀门后进入混合器，与通过第四阀门进入混合器的余热余能介质进行混合，混合后的余热余能介质进入发电系统为发电系统提供热源发电。
带储热调峰功能的余热余能电站的控制方法，包括以下步骤：
控制第一阀门、第三阀门和第四阀门处于打开状态，第二阀门和第五阀门处于关闭状态；
取热介质通过第一阀门进入储热装置进行取热，取热后的取热介质通过第三阀门后进入混合器，与通过第四阀门进入混合器的余热余能介质进行混合，混合后的介质进入发电系统为发电系统提供热源发电。
带储热调峰功能的余热余能电站的设计方法，包括以下步骤：
首先确认可利用的余热余能介质资源，根据余热余能介质资源进行原则性热力系统设计，确定带储热调峰功能的余热余能电站技术路线、结构、流程以及主要设备的设计信息；结合用户调峰需求，确定带储热调峰功能的余热余能电站运行的发电最大负荷和最小负荷的范围；根据确定的负荷范围进行带储热调峰功能的余热余能电站的详细设计，完成储热系统
详细设计之后对带储热调峰功能的余热余能电站经济性进行分析，根据分析的结果对原则性热力系统设计进行优化；经过若干次优化设计后，满足用户需求后完成带储热调峰功能的余热余能电站的设计；
其中，带储热调峰功能的余热余能电站的详细设计包括了主要设备参数设计、控制策略设计和辅助设备参数设计；
其中，主要设备参数设计包括了储热装置参数设计、余热锅炉参数设计、汽轮机参数设计和发电机参数设计。
带储热调峰功能的余热余能电站的改造方法，包括以下步骤：
首先确认可利用的余热余能介质资源，然后对现有发电系统参数进行校核计算，从而确定可调峰的容量，结合用户调峰需求，确定需要的调峰量；根据需要的调峰量，确定带储热调峰功能的余热余能电站运行的发电最大负荷和最小负荷的范围；根据确定的运行负荷范围，重新构建带储热调峰功能的余热余能电站；再对新带储热调峰功能的余热余能电站经济性进行分析，根据分析的结果，经过若干次优化设计后，满足用户需求时，完成带储热调峰功能的余热余能电站的改造设计；
其中，重新构建带储热调峰功能的余热余能电站包括对储热系统的参数设计、控制策略的设计以及对发电系统的校核。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种带储热调峰功能的余热余能电站，包括：储热系统和发电系统；储热系统包括储热装置、混合器、余热余能介质管道和取热介质管道；所述余热余能介质管道的出口通过第一管路连接混合器的入口；所述余热余能介质管道的出口通过第二管路连接混合器的入口；所述取热介质管道的出口通过第三管路连接混合器的入口；所述第二管路和第三管路共用所述储热装置；所述混合器的出口连接所述发电系统。本发明在储热系统中设置储热装置、混合器，并能通过控制第一管路、第二管路和第三管路的开闭，能够控制电站工作在非调峰工况、调峰储热工况或调峰放热工况；从而解决现有余热余能电站没有调峰能力，或者调峰能力不足不灵活的问题，从而为促进用户新能源消纳、节费减碳、双碳目标实现。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明带储热调峰功能的余热余能电站的结构示意图；
图2为本发明另一实施例的带储热调峰功能的余热余能电站的结构示意图；
图3为本发明另一实施例的储热系统的结构示意图；
图4为本发明带储热调峰功能的余热余能电站的设计方法的流程图；
图5为本发明带储热调峰功能的余热余能电站的改造设计方法的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1
请参阅图1所示，本发明带储热调峰功能的余热余能电站，包括：储热系统10和发电系统90。
储热系统10包括储热装置1和混合器2；余热余能介质管道的出口分成两路，一路连接第四阀门84的一端，另一路连接第五阀门85的一端；第五阀门85的另一端连接储热装置1 的一端开口，储热装置1的一端开口连接第三阀门83的一端；第四阀门84的另一端连接混合器2的第一入口。取热介质管道的出口连接第一阀门81一端，第一阀门81另一端连接储储热装置1的另一端开口和第二阀门82的一端；第三阀门83的另一端和第二阀门82的另一端连接第二流体输送设备72的入口，第二流体输送设备72的出口连接混合器2的第二入口。
余热余能介质管道的出口通过带有第四阀门84的第一管路连接混合器2的入口；
第五阀门85、储热装置1和第二阀门82依次连接构成第二管路；第二管路连接混合器2 的入口；
第一阀门81、储热装置1和第二阀门83依次连接构成第三管路；第三管路连接混合器2 的入口。
第一阀门81、第二阀门82、第三阀门83、第四阀门84和第五阀门85为开度可控阀门。第一阀门81、第二阀门82、第三阀门83、第四阀门84和第五阀门85也可以采用单向阀。
余热余能介质管道用于输送高温气体，高温气体可以是高温空气、高温烟气或者水蒸气等。取热介质管道用于输送低温气体，低温气体可以是低温空气、低温烟气或者发电后排放的低温气体。
发电系统90包括汽轮机3、凝汽器4、除氧器5和余热锅炉6。混合器2的出口连接余热锅炉6的第一换热通道入口，余热锅炉6的第一换热通道出口连接第一流体输送设备71。余热锅炉6的第二换热通道出口连接汽轮机3的蒸汽入口，汽轮机3的出口通过凝汽器4、除氧器5连接余热锅炉6的第二换热通道入口。汽轮机3连接有发电机，在蒸汽的驱动下进行发电。
本发明中储热装置1的功能是储存余热余能的热量，混合器2的功能是使余热余能的介质进行混合，确保温度均匀；第一阀门81、第二阀门82、第三阀门83、第四阀门84、第五阀门85的功能，是通过控制阀门的开关，以及开关程度，控制余热余能介质和取热介质的流量，第二流体输送设备72的功能是为余热余能介质和取热介质输送至混合器2内。
不需要调峰时，第一阀门81、第二阀门82、第三阀门83、第五阀门85关闭，余热余能介质通过第四阀门84进入混合器2，然后进入余热锅炉6，加热从除氧器5中来的给水，产生用于发电的蒸汽，进入汽轮机3中发电，完成加热给水的余热余能介质从余热锅炉6的第一换热通道出口排出，然后通过第一流体输送设备71排放。
需要调峰时，储热工况，第一阀门81、第三阀门83关闭，第二阀门82打开，第四阀门84、第五阀门85根据调峰工况参数确定开关的开度；第二流体输送设备72将需要调峰的余热余能介质通过第五阀门85，进入储热装置1进行热交换，将部分热量储存在储热装置1中，储热后的余热余能介质通过第二阀门82后，进入混合器2，与通过第四阀门84的部分余热余能介质进行混合，混合后的余热余能介质进入余热锅炉6，加热从除氧器5中来的给水，产生用于发电的蒸汽，进入汽轮机3中发电，完成加热给水的余热余能介质，通过第一流体输送设备71排放。储热工况，通过储热装置1存储余热余能介质的热量，降低发电系统90热量的输入，从而降低发电量。
需要调峰时，放热工况，第一阀门81、第三阀门83、第四阀门84打开，第二阀门82、第五阀门85关闭，第二流体输送设备72将取热介质通过第一阀门81，进入储热装置1进行取热，取热后的取热介质通过第三阀门83后，进入混合器2，与通过第四阀门84的余热余能介质进行混合，混合后的余热余能介质进入余热锅炉6，加热从除氧器5中来的给水，产生用于发电的蒸汽，进入汽轮机3中发电，完成加热给水的余热余能介质，通过第一流体输送设备71排放。放热工况，通过释放存储的热量，增加发电系统90热量的输入，从而提高发电量。
实施例2
参考图2，本发明另一种带储热调峰功能的余热余能电站与实施例1不同之处在于在于，还设有低温余热余能介质旁路和第六阀门86；低温余热余能介质旁路的入口连接储热装置1 的另一端开口，低温余热余能介质旁路的出口连接第一流体输送设备71入口；第六阀门86 安装在所述低温余热余能介质旁路上。储热时，第四阀门84、第五阀门85、第六阀门86打开，第一阀门81、第二阀门82、第三阀门83关闭，余热余能介质通过储热装置1储热后，余热余能介质温度降低，当没有足够的热量可以继续利用时，通过第六阀门86，直接进行排放。
实施例3
参考图3，本发明另一种带储热调峰功能的余热余能电站与实施例1不同之处在于在于，储热装置1的结构不同。
实施例3中，储热装置1的传换热介质与余热余能介质不是相同的介质时，储热装置1 包括储热体11和换热器12。传换热介质与余热余能介质通过换热器12进行换热。储热时，余热余能介质通过第五阀门85，进入换热器12，与储热体11中来的换热介质进行换热，储热体11中的换热介质将余热余能介质的热量，带到储热体11中，与储热介质换热，将热量进行存储。放热时，储热体11中的换热介质将储热介质存储的热量带到换热器12中，与通过阀门 82的取热介质进行换热，将取热介质加热，被加热的取热介质，去调峰发电。
实施例4
本发明带储热调峰功能的余热余能电站的不需要调峰时，其控制方法，包括：第一阀门 81、第二阀门82、第三阀门83、第五阀门85关闭，余热余能介质通过第四阀门84进入混合器2，然后进入余热锅炉6，加热从除氧器5中来的给水，产生用于发电的蒸汽，进入汽轮机3中发电，完成加热给水的余热余能介质从余热锅炉6的第一换热通道出口排出，然后通过第一流体输送设备71排放。
实施例5
本发明带储热调峰功能的余热余能电站需要调峰储热时，其控制方法，包括：第一阀门 81、第三阀门83关闭，第二阀门82打开，第四阀门84、第五阀门85根据调峰工况参数确定开关的开度；第二流体输送设备72将需要调峰的余热余能介质通过第五阀门85，进入储热装置1进行热交换，将部分热量储存在储热装置1中，储热后的余热余能介质通过第二阀门82 后，进入混合器2，与通过第四阀门84的余热余能介质进行混合，混合后的余热余能介质进入余热锅炉6，加热从除氧器5中来的给水，产生用于发电的蒸汽，进入汽轮机3中发电，完成加热给水的余热余能介质，通过第一流体输送设备71排放。储热工况，通过储热装置1存储余热余能介质的热量，降低发电系统90热量的输入，从而降低发电量。
实施例6
本发明带储热调峰功能的余热余能电站需要调峰放热时，其控制方法，包括：第一阀门 81、第三阀门83、第四阀门84打开，第二阀门82、第五阀门85关闭，第二流体输送设备72 将取热介质通过第一阀门81，进入储热装置1进行取热，取热后的取热介质通过第三阀门83 后，进入混合器2，与通过第四阀门84的余热余能介质进行混合，混合后的余热余能介质进入余热锅炉6，加热从除氧器5中来的给水，产生用于发电的蒸汽，进入汽轮机3中发电，完成加热给水的余热余能介质，通过第一流体输送设备71排放。放热工况，通过释放存储的热量，增加发电系统90热量的输入，从而提高发电量。
实施例7
请参阅图4所示，本发明一种新建带储热调峰功能的余热余能电站的设计方法，包括以下步骤：
首先确认可利用的余热余能资源，根据余热余能资源进行原则性热力系统设计，确定带储热的调峰发电系统技术路线、结构、流程以及主要设备等关键设计信息；结合用户调峰需求，确定储热调峰电站运行的发电最大负荷和最小负荷的范围；根据确定的负荷范围进行储热调峰电站的热力系统详细设计，完成详细设计之后对储热调峰电站经济性进行分析，根据分析的结果对原则性热力系统设计进行优化，如果有必要，可以对调峰量的需求进行优化；经过多次优化设计后，满足用户需求后完成储热调峰电站设计；
其中，详细热力系统设计包括了主要设备参数设计、控制策略设计和辅助设备参数设计，三部分之间需要进行反复的校核优化；
其中，主要设备参数设计包括了储热装置1参数设计、余热锅炉6参数设计、汽轮机3 参数设计和发电机参数设计，主要设备参数设计需要互相之间需要进行反复校核优化。
实施例8
请参阅图5所示，本发明一种新建带储热调峰功能的余热余能电站的改造设计方法，包括以下步骤：
首先确认可利用的余热余能介质资源，然后对现有发电系统90参数进行校核计算，从而确定可调峰的容量，结合用户调峰需求，确定需要的调峰量；根据调峰量，确定储热调峰电站运行的发电最大负荷和最小负荷的范围；由于增加了储热调峰功能，因此需要根据确定的运行负荷范围，重新构建发电热力系统；再对新储热调峰电站经济性进行分析，根据分析的结果，有必要的话，对调峰需求进行优化，经过多次优化设计后，满足用户需求时，完成储热调峰电站的改造设计；
其中，重新构建发电热力系统包括对储热系统的参数设计、控制策略的设计以及对发电系统的校核，三部分之间需要进行反复的校核优化。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.带储热调峰功能的余热余能电站，其特征在于，包括：储热系统(10)和发电系统(90)；储热系统(10)包括储热装置(1)、混合器(2)、余热余能介质管道和取热介质管道；所述余热余能介质管道的出口通过第一管路连接混合器(2)的入口；所述余热余能介质管道的出口通过第二管路连接混合器(2)的入口；所述取热介质管道的出口通过第三管路连接混合器(2)的入口；所述第二管路和第三管路共用所述储热装置(1)；所述混合器(2)的出口连接所述发电系统(90)。
2.根据权利要求1所述的带储热调峰功能的余热余能电站，其特征在于，所述第一管路上设有第四阀门(84)；
所述第二管路上依次设有第五阀门(85)、储热装置(1)和第二阀门(82)；
所述第三管路上依次设有第一阀门(81)、储热装置(1)和第三阀门(83)；
第五阀门(85)的一端连接余热余能介质管道的出口，另一端连接储热装置(1)的一端开口，储热装置(1)的一端开口连接第三阀门(83)的一端；
第一阀门(81)的一端连接取热介质管道的出口，另一端连接储储热装置(1)的另一端开口；
第二阀门(82)的一端连接储储热装置(1)的另一端开口；
第三阀门(83)的另一端和第二阀门(82)的另一端均连接混合器(2)的入口。
3.根据权利要求2所述的带储热调峰功能的余热余能电站，其特征在于，还包括低温余热余能介质旁路和第六阀门(86)；第六阀门(86)安装在所述低温余热余能介质旁路上；低温余热余能介质旁路的入口连接储热装置(1)的另一端开口。
4.根据权利要求1所述的带储热调峰功能的余热余能电站，其特征在于，所述发电系统(90)包括汽轮机(3)和余热锅炉(6)；混合器(2)的出口连接余热锅炉(6)的第一换热通道入口；余热锅炉(6)的第二换热通道出口连接汽轮机(3)的蒸汽入口，汽轮机(3)的出口连接余热锅炉(6)的第二换热通道入口；所述汽轮机(3)连接有发电机。
5.根据权利要求2所述的带储热调峰功能的余热余能电站，其特征在于，处于非调峰工况、调峰储热工况或调峰放热工况；
其中：
处于非调峰工况时，第一阀门(81)、第二阀门(82)、第三阀门(83)、第五阀门(85)处于关闭状态，第四阀门(84)处于打开状态；
处于调峰储热工况时，第一阀门(81)、第三阀门(83)处于关闭状态，第二阀门(82)、第四阀门(84)和第五阀门(85)处于打开状态；
处于调峰放热工况时，第一阀门(81)、第三阀门(83)、第四阀门(84)处于打开状态，第二阀门(82)和第五阀门(85)处于关闭状态。
6.带储热调峰功能的余热余能电站的控制方法，其特征在于，基于权利要求2所述的带储热调峰功能的余热余能电站，包括以下步骤：
控制第一阀门(81)、第二阀门(82)、第三阀门(83)、第五阀门(85)处于关闭状态，第四阀门(84)处于打开状态；
余热余能介质通过第四阀门(84)进入混合器(2)，然后进入发电系统(90)为发电系统(90)提供热源发电。
7.带储热调峰功能的余热余能电站的控制方法，其特征在于，基于权利要求2所述的带储热调峰功能的余热余能电站，包括以下步骤：
控制第一阀门(81)、第三阀门(83)处于关闭状态，第二阀门(82)处于打开状态；根据调峰储热工况，控制第四阀门(84)和第五阀门(85)的开度；
调峰的余热余能介质通过第五阀门(85)进入储热装置(1)进行热交换，将部分热量储存在储热装置(1)中，储热后的余热余能介质通过第二阀门(82)后进入混合器(2)，与通过第四阀门(84)进入混合器(2)的余热余能介质进行混合，混合后的余热余能介质进入发电系统(90)为发电系统(90)提供热源发电。
8.带储热调峰功能的余热余能电站的控制方法，其特征在于，基于权利要求2所述的带储热调峰功能的余热余能电站，包括以下步骤：
控制第一阀门(81)、第三阀门(83)和第四阀门(84)处于打开状态，第二阀门(82)和第五阀门(85)处于关闭状态；
取热介质通过第一阀门(81)进入储热装置(1)进行取热，取热后的取热介质通过第三阀门(83)后进入混合器2，与通过第四阀门(84)进入混合器(2)的余热余能介质进行混合，混合后的介质进入发电系统(90)为发电系统(90)提供热源发电。
9.权利要求4所述的带储热调峰功能的余热余能电站的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先确认可利用的余热余能介质资源，根据余热余能介质资源进行原则性热力系统设计，确定带储热调峰功能的余热余能电站技术路线、结构、流程以及主要设备的设计信息；结合用户调峰需求，确定带储热调峰功能的余热余能电站运行的发电最大负荷和最小负荷的范围；根据确定的负荷范围进行带储热调峰功能的余热余能电站的详细设计，完成储热系统(10)详细设计之后对带储热调峰功能的余热余能电站经济性进行分析，根据分析的结果对原则性热力系统设计进行优化；经过若干次优化设计后，满足用户需求后完成带储热调峰功能的余热余能电站的设计；
其中，带储热调峰功能的余热余能电站的详细设计包括了主要设备参数设计、控制策略设计和辅助设备参数设计；
其中，主要设备参数设计包括了储热装置(1)参数设计、余热锅炉(6)参数设计、汽轮机(3)参数设计和发电机参数设计。
10.权利要求1所述的带储热调峰功能的余热余能电站的改造方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先确认可利用的余热余能介质资源，然后对现有发电系统(90)参数进行校核计算，从而确定可调峰的容量，结合用户调峰需求，确定需要的调峰量；根据需要的调峰量，确定带储热调峰功能的余热余能电站运行的发电最大负荷和最小负荷的范围；根据确定的运行负荷范围，重新构建带储热调峰功能的余热余能电站；再对新带储热调峰功能的余热余能电站经济性进行分析，根据分析的结果，经过若干次优化设计后，满足用户需求时，完成带储热调峰功能的余热余能电站的改造设计；
其中，重新构建带储热调峰功能的余热余能电站包括对储热系统(10)的参数设计、控制策略的设计以及对发电系统(90)的校核。
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