CN113819451B - 一种燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的系统及方法，系统包括燃煤火电机组、充放热控制单元、固体热蓄热锅炉、热源供应模块、工业蒸汽管道、供水管道；热源供应模块第一端连接燃煤火电机组的高温蒸汽管道和/或高温烟气管道，第二端连接至固体热蓄热锅炉内；充放热控制单元用于控制固体热蓄热锅炉的充、放热；供水管道连接固体热蓄热锅炉的进水侧，工业蒸汽管道的进口连接固体热蓄热锅炉的蒸汽出口。本发明实施例提供的燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的方法，可以实现热电联产机组的热电解耦，从而时刻满足工业蒸汽的负荷需求。
Description
技术领域
本发明属于燃煤火力发电领域，具体涉及一种燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的系统及方法。
背景技术
随着南方供热市场和工业蒸汽用户的增加，南方的很多纯凝燃煤火电机组都进行了供热改造，成为热电联产机组，但南方风力发电和光伏发电等不稳定电源装机容量逐年提高，造成电网和电力市场要求这些热电联产机组具有高度的灵活性，从而实现热力生产和电力生产的解耦，现有机组由于热电联产的生产方式，无法做到灵活性和热电解耦，即某些工况下既无法满足工业蒸汽的供汽量的需求，也无法满足电网对火电机组深度调峰的灵活性要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的系统及方法，以增加现有热电联产燃煤火电机组的灵活性和深度调峰能力，稳定满足工业蒸汽负荷需求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的系统，包括燃煤火电机组、充放热控制单元、固体热蓄热锅炉、热源供应模块、工业蒸汽管道、供水管道；
所述热源供应模块第一端连接燃煤火电机组的高温蒸汽管道和/或高温烟气管道，第二端连接至固体热蓄热锅炉内的固体蓄热体，用于将接燃煤火电机组的高温蒸汽和高温烟气送入所述固体热蓄热锅炉内的固体蓄热体；
所述充放热控制单元用于控制固体热蓄热锅炉的充、放热；
所述供水管道连接固体热蓄热锅炉的进水侧，所述工业蒸汽管道的进口连接所述固体热蓄热锅炉的蒸汽出口。
可选的，所述燃煤火电机组包括电站锅炉和汽轮机，所述电站锅炉主蒸汽管道的出口连接所述汽轮机的蒸汽进口以及热源供应模块的第一端，所述汽轮机的乏汽出口经过连接至电站锅炉的再热蒸汽管道入口，所述电站锅炉的再热蒸汽管道出口连接所述热源供应模块的第一端，热源供应模块的第一端还连接汽轮机的抽汽管道。
可选的，所述电站锅炉的高温烟气管道连接所述热源供应模块第一端。
可选的，所述工业蒸汽管道连接对外工业蒸汽管道，或者连接至燃煤火电机组的启动阶段的供汽管路。
可选的，所述工业蒸汽管道与燃煤火电机组内的除氧器、汽动给水泵、汽轮机轴封和汽轮机暖缸系统中的任一或多个连接。
可选的，所述固体热蓄热锅炉设置多个单元，多个单元的所述固体热蓄热锅炉并联连接。
可选的，所述固体热蓄热锅炉内的固体蓄热体为混凝土、硅酸盐、固体镁砖、防火砖和金属中的任意一种或组合。
可选的，所述充放热控制单元采用供水流量控制装置，通过控制供水管道水流量的大小实现固体热蓄热锅炉的蓄热或放热。
本发明的第二方面，一种燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的方法，基于所述的燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的系统，包括如下步骤：
燃煤火电机组根据电网的调峰调频指令或电力市场上网电价信息，控制热源供应模块抽取的燃煤锅炉高温烟气流量、主蒸汽流量或再热蒸汽流量，从而控制燃煤火电机组上网电量的动态变化；
当电网或电力市场要求燃煤火电机组增加上网电量时，减少对主蒸汽的抽汽量以及高温烟气的抽取量，增加固体热蓄热锅炉产生的工业蒸汽量，维持对外工业蒸汽供汽量稳定，将固体热蓄热锅炉多余的工业蒸汽补偿汽轮机；
当电网或电力市场要求燃煤火电机组减少上网电量时，增加对主蒸汽的抽汽量以及高温烟气的抽取量，将主蒸汽、再热蒸汽、汽轮机抽汽或高温烟气中的任意一种热量转化为固体热蓄热锅炉内的蓄热。
可选的，所述固体热蓄热锅炉的运行满足下列能量平衡方程式：
E供＝E烟供；或者E供＝E汽供；或者E供＝E烟供+E汽供；
E供*η蓄＝E蓄＝E放/η放＝Q汽*[(T饱-T进水)*Cm水+E汽化+(T出汽-T饱)*Cm汽]/η放；其中，
E供表示热源供应模块供应的热量，单位kJ/h；
E烟供表示电站锅炉的高温烟气余热作为热源供应的热量，单位kJ/h；
E汽供表示电站锅炉的主蒸汽或再热蒸汽作为热源供应的热量，单位kJ/h；
η蓄表示固体热蓄热锅炉的蓄热效率；
E蓄表示固体热蓄热锅炉蓄热体蓄热热量，单位kJ/h；
E放表示固体热蓄热锅炉蓄热体放热热量，单位kJ/h；
η放表示固体热蓄热锅炉蓄热体放热效率；
Q汽表示固体热蓄热锅炉产生的工业蒸汽流量，单位kg/h；
T饱表示固体热蓄热锅炉产汽侧压力对应的饱和水温度，单位℃；
T进水表示固体热蓄热锅炉产汽侧进水管的进水温度，单位℃；
Cm水表示水的比热容，单位kJ/kg℃；
E汽化表示水的汽化潜热，单位kJ/kg；
T出汽表示固体热蓄热锅炉产生的工业蒸汽的温度，单位℃；
Cm汽表示带过热度的工业蒸汽的比热容，单位kJ/kg℃。
本发明的有益效果如下：
1)本发明实施例提供的燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的方法，可以实现热电联产机组的热电解耦，从而时刻满足工业蒸汽的负荷需求。
2)本发明实施例提供的燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的方法，与对外供热系统结合，不但可以增大对外供热面积，而且可以作为增加对外工业蒸汽的供应能力。
3)本发明实施例提供的燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的方法，固体热蓄热锅炉可以火电机组的外挂，从而极大增加热电联产机组的灵活性和应急调峰调频能力。
4)本发明实施例提供的燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的方法，特殊情况下，还可以满足火电机组的启动蒸汽需求。
附图说明
构成本申请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为本发明实施例燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的系统结构简图。
图2为本发明实施例中调节燃煤火电机组上网电量方法示意图。
图3为本发明实施例中调节固体热蓄热锅炉蒸汽产出方法示意图。
图4为本发明实施例中固体热蓄热锅炉的结构一示意图。
图5为本发明实施例中固体热蓄热锅炉的结构二示意图。
其中：11电站锅炉；12汽轮机；2充放热控制单元；3固体热蓄热锅炉；31固体蓄热体；321放热管；322吸热管；323换热管；33软性强化换热层；4热源供应模块；5工业蒸汽管道；6供水管道。
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，本申请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申请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。
如图1所示，本发明实施例第一个方面，提供了一种燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的系统，包括燃煤火电机组、充放热控制单元2、固体热蓄热锅炉3、热源供应模块4、工业蒸汽管道5、供水管道6。
热源供应模块4第一端连接燃煤火电机组的高温蒸汽管道和/或高温烟气管道，第二端连接至固体热蓄热锅炉3内的固体蓄热体，用于将接燃煤火电机组的高温蒸汽和高温烟气送入固体热蓄热锅炉3内的固体蓄热体；充放热控制单元2用于控制固体热蓄热锅炉3的充、放热；供水管道6连接固体热蓄热锅炉3的进水侧，工业蒸汽管道5的进口连接固体热蓄热锅炉3的蒸汽出口。在本实施例中，燃煤火电机组根据电网的调峰调频指令或电力市场上网电价信息，控制热源供应模块4抽取的燃煤锅炉高温烟气流量、主蒸汽流量或再热蒸汽流量，从而控制燃煤火电机组上网电量的动态变化。具体来说，热源供应模块4包括具有多条管路输送结构以及集成控制模块，能够实现多种热能形式的输送，以及对热能形式输送量大小的控制，例如通过在管路上设置流量阀，集成控制模块通过控制流量阀的开度来控制热能输送的大小，或者集成控制模块通过控制主蒸汽、再热蒸汽、汽轮机抽汽或高温烟气获取量来控制热能输送的大小。
如图4所示，作为一种示例，固体热蓄热锅炉3包括锅炉本体，以及布置在锅炉本体内的固体蓄热体31，固体蓄热体31内部设有交替排列的放热管321和吸热管322，放热管321包括第一放热管和第二放热管，热源供应模块4第二端连接第一放热管和第二放热管的进口，利用切换阀门，可以实现热源供应模块4的热源从高温烟气或高温蒸汽之间的切换，实际项目中只会采用高温烟气或高温蒸汽中的一种热源。将高温烟气送入第二放热管，将高温蒸汽送入第一放热管；第一放热管的蒸汽排气去燃煤火电机组内的混合罐或除氧器，第二放热管的烟气排气去锅炉烟气处理装置，吸热管322的进口连接供水管道6，吸热管322的出口连接工业蒸汽管道5，工业蒸汽管道5连接对外工业蒸汽管道，吸热管322吸收热量产生蒸汽，将产生的蒸汽送到外界。
如图5所示，作为一种示例，固体热蓄热锅炉3包括锅炉本体，以及布置在锅炉本体内的固体蓄热体31，固体蓄热体31内部埋设有换热管323，热源供应模块4第二端以及供水管道6连接换热管323的进口，在蓄热模式下，热源供应模块4将高温蒸汽通入所述换热管323中，利用换热管将高温蒸汽的热量蓄热在固体蓄热体中，蓄热后的蒸汽或疏水排入除氧器或凝汽器；在放热模式下，将产生蒸汽用的给水送入换热管32内产生满足参数要求的工业蒸汽，换热管32的出口连接有工业蒸汽管道5，工业蒸汽管道5连接对外工业蒸汽管道，用于将产生的蒸汽送到外界。
作为本发明的一个优选实施例，在换热管323、放热管321和吸热管322外包覆有软性强化换热层33，起到保护作用。
作为本发明的一个具体实施例，燃煤火电机组包括电站锅炉11和汽轮机12；更具体来说，电站锅炉11主蒸汽管道的出口连接汽轮机12的蒸汽进口以及热源供应模块4的第一端，汽轮机12的乏汽出口经过连接至电站锅炉11的再热蒸汽管道入口，电站锅炉11的再热蒸汽管道出口连接热源供应模块4的第一端，热源供应模块4的第一端还连接汽轮机的抽汽管道。电站锅炉11的高温烟气管道也连接热源供应模块4第一端。
作为本发明的一个可选实施例，工业蒸汽管道5连接对外工业蒸汽管道，或者连接至燃煤火电机组的启动阶段的供汽管路。或者，工业蒸汽管道5与燃煤火电机组内的除氧器、汽动给水泵、汽轮机轴封和汽轮机暖缸系统中的任一或多个连接，以供应蒸汽。
作为本发明的一个可选实施例，固体热蓄热锅炉3设置多个单元，多个单元的固体热蓄热锅炉3并联连接，以提高蒸汽的生产效率以及可调节性。
作为本发明的一个可选实施例，固体热蓄热锅炉3内的固体蓄热体为混凝土、硅酸盐、固体镁砖、防火砖和金属中的任意一种或组合。
作为本发明的一个可选实施例，充放热控制单元2采用供水流量控制装置，通过控制供水管道6水流量的大小实现固体热蓄热锅炉3的蓄热或放热。具体来说，充放热控制单元2可以采用流量控制阀，设置在供水管路6上，通过控制流量控制阀的开合大小，控制水流量，进而控制工业蒸汽的产出量，以及固体热蓄热锅炉3的充放热。
本发明实施例的第二方面，提供了一种燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的方法，基于燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的系统，包括如下步骤：
当电网或电力市场要求燃煤火电机组增加上网电量时，减少对主蒸汽的抽汽量以及高温烟气的抽取量，增加固体热蓄热锅炉3产生的工业蒸汽量，维持对外工业蒸汽供汽量稳定，将固体热蓄热锅炉3多余的工业蒸汽补偿汽轮机；
当电网或电力市场要求燃煤火电机组减少上网电量时，增加对主蒸汽的抽汽量以及高温烟气的抽取量，将主蒸汽、再热蒸汽、汽轮机抽汽或高温烟气中的任意一种热量转化为固体热蓄热锅炉3内的蓄热。
具体来说，固体热蓄热锅炉3的运行满足下列能量平衡方程式：
E供＝E烟供＝E汽供＝E烟供+E汽供；
E供*η蓄＝E蓄＝E放/η放＝Q汽*[(T饱-T进水)*Cm水+E汽化+(T出汽-T饱)*Cm汽]/η放；
E供＝E烟供；或者E供＝E汽供；或者E供＝E烟供+E汽供；表示E供的能量来自E烟供或者E汽供或者两者的结合。
E供*η蓄＝E蓄＝E放/η放＝Q汽*[(T饱-T进水)*Cm水+E汽化+(T出汽-T饱)*Cm汽]/η放；其中，
E供表示热源供应模块4供应的热量，单位kJ/h；
E烟供表示电站锅炉11的高温烟气余热作为热源供应的热量，单位kJ/h；
E汽供表示电站锅炉11的主蒸汽或再热蒸汽作为热源供应的热量，单位kJ/h；
η蓄表示固体热蓄热锅炉3的蓄热效率；
E蓄表示固体热蓄热锅炉3蓄热体蓄热热量，单位kJ/h；
E放表示固体热蓄热锅炉3蓄热体放热热量，单位kJ/h；
η放表示固体热蓄热锅炉3蓄热体放热效率；
Q汽表示固体热蓄热锅炉3产生的工业蒸汽流量，单位kg/h；
T饱表示固体热蓄热锅炉3产汽侧压力对应的饱和水温度，单位℃；
T进水表示固体热蓄热锅炉3产汽侧进水管的进水温度，单位℃；
Cm水表示水的比热容，单位kJ/kg℃；
E汽化表示水的汽化潜热，单位kJ/kg；
T出汽表示固体热蓄热锅炉3产生的工业蒸汽的温度，单位℃；
Cm汽表示带过热度的工业蒸汽的比热容，单位kJ/kg℃。
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 (6)
1.一种燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的系统，其特征在于，包括燃煤火电机组、充放热控制单元（2）、固体热蓄热锅炉（3）、热源供应模块（4）、工业蒸汽管道（5）、供水管道（6）；
所述热源供应模块（4）第一端连接燃煤火电机组的高温蒸汽管道和/或高温烟气管道，第二端连接至固体热蓄热锅炉（3）内的固体蓄热体，用于将接燃煤火电机组的高温蒸汽和高温烟气送入所述固体热蓄热锅炉（3）内的固体蓄热体；
所述充放热控制单元（2）用于控制固体热蓄热锅炉（3）的充、放热；
所述供水管道（6）连接固体热蓄热锅炉（3）的进水侧，所述工业蒸汽管道（5）的进口连接所述固体热蓄热锅炉（3）的蒸汽出口；
所述燃煤火电机组包括电站锅炉（11）和汽轮机（12），所述电站锅炉（11）主蒸汽管道的出口连接所述汽轮机（12）的蒸汽进口以及热源供应模块（4）的第一端，所述汽轮机（12）的乏汽出口经过连接至电站锅炉（11）的再热蒸汽管道入口，所述电站锅炉（11）的再热蒸汽管道出口连接所述热源供应模块（4）的第一端，热源供应模块（4）的第一端还连接汽轮机（12）的抽汽管道；所述电站锅炉（11）的高温烟气管道连接所述热源供应模块（4）第一端；所述工业蒸汽管道（5）连接对外工业蒸汽管道，或者连接至燃煤火电机组的启动阶段的供汽管路；所述工业蒸汽管道（5）与燃煤火电机组内的除氧器、汽动给水泵、汽轮机轴封和汽轮机暖缸系统中的任一或多个连接。
2.根据权利要求1所述的燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的系统，其特征在于，所述固体热蓄热锅炉（3）设置多个单元，多个单元的所述固体热蓄热锅炉（3）并联连接。
3.根据权利要求1所述的燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的系统，其特征在于，所述固体热蓄热锅炉（3）内的固体蓄热体为混凝土、硅酸盐、固体镁砖、防火砖和金属中的任意一种或组合。
4.根据权利要求1所述的燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的系统，其特征在于，所述充放热控制单元（2）采用供水流量控制装置，通过控制供水管道（6）水流量的大小实现固体热蓄热锅炉（3）的蓄热或放热。
5.一种燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的方法，基于权利要求1~4任一项所述的燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的系统，其特征在于，包括如下步骤：
当电网或电力市场要求燃煤火电机组增加上网电量时，减少对主蒸汽的抽汽量以及高温烟气的抽取量，增加固体热蓄热锅炉（3）产生的工业蒸汽量，维持对外工业蒸汽供汽量稳定，将固体热蓄热锅炉（3）多余的工业蒸汽补偿汽轮机；
当电网或电力市场要求燃煤火电机组减少上网电量时，增加对主蒸汽的抽汽量以及高温烟气的抽取量，将主蒸汽、再热蒸汽、汽轮机抽汽或高温烟气中的任意一种热量转化为固体热蓄热锅炉（3）内的蓄热。
6.根据权利要求5所述的燃煤火电机组耦合固体热蓄热供蒸汽的方法，其特征在于，所述固体热蓄热锅炉（3）的运行满足下列能量平衡方程式：
E供=E烟供；或者E供= E汽供；或者E供=E烟供+E汽供；
E供*η蓄=E蓄=E放/η放=Q汽*[(T饱-T进水)*Cm水+E汽化+（T出汽-T饱）*Cm汽]/η放；其中，
E供表示热源供应模块（4）供应的热量，单位kJ/h；
E烟供表示电站锅炉（11）的高温烟气余热作为热源供应的热量，单位kJ/h；
E汽供表示电站锅炉（11）的主蒸汽或再热蒸汽作为热源供应的热量，单位kJ/h；
η蓄表示固体热蓄热锅炉（3）的蓄热效率；
E蓄表示固体热蓄热锅炉（3）蓄热体蓄热热量，单位kJ/h；
E放表示固体热蓄热锅炉（3）蓄热体放热热量，单位kJ/h；
η放表示固体热蓄热锅炉（3）蓄热体放热效率；
Q汽表示固体热蓄热锅炉（3）产生的工业蒸汽流量，单位kg/h；
T饱表示固体热蓄热锅炉（3）产汽侧压力对应的饱和水温度，单位℃；
T进水表示固体热蓄热锅炉（3）产汽侧进水管的进水温度，单位℃；
Cm水表示水的比热容，单位kJ/kg℃；
E汽化表示水的汽化潜热，单位kJ/kg；
T出汽表示固体热蓄热锅炉（3）产生的工业蒸汽的温度，单位℃；
Cm汽表示带过热度的工业蒸汽的比热容，单位kJ/kg℃。
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