CN114635765A - 一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统及方法 - Google Patents

一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统及方法，包括退役锅炉水循环回路、导热油储能回路以及氨蒸汽朗肯循环过热回路，三个回路耦合共同构成储能及能量利用系统；本发明通过太阳能发电、风力发电调峰时加热高热容导热油储能，在光照条件差或空气流速低时，储存在退役燃煤锅炉中的高温导热油加热锅炉循环水产生蒸汽，再经由氨蒸汽朗肯循环达到过热状态后推动汽轮机做功发电，最终为实现太阳能、风能等新型发电方式的稳定连续运行提供参考建议。

Description

一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统及 方法
技术领域
本发明属于储能技术领域，具体涉及一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统及方法。
背景技术
如今，通过化石燃料燃烧放热产生高温高压蒸汽推动汽轮机发电的火力发电方式，在我国的电力行业仍占有相当大的比重。而化石燃料燃烧又是二氧化碳的主要来源，为了保证双碳目标的顺利完成，实现电能的绿色获取，逐步淘汰现存的大量燃煤电厂势在必行。
传统的火力发电与新时期人民群众要求绿色环境的意愿相违背，而风力发电、太阳能发电等新型清洁发电技术由于绿色无污染的突出优势，近年来受到越来越多的关注。但风能、太阳能由于地理位置、时间等自然因素的不同会周期性变化，这就不可避免的导致了新型发电方式较传统的火力发电相比，在发电稳定性上有极大的缺陷。例如，在风速较高、太阳光照较强的良好发电条件下，过剩的电能由于不能顺利并入电网会导致资源的浪费；而在风速低、光照条件差的发电条件下，发电量小也不满足并网要求。因此，寻求一种便捷高效的储能系统，通过短暂储能的方式实现风力发电、太阳能发电等新型发电系统的长期稳定运行，对我们国家尽早实现双碳目标具有很强的工程实用价值。
发明内容
为了克服现有风力发电、太阳能发电系统稳定性差的问题，本发明提供一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统及方法，通过太阳能发电、风力发电调峰时加热高热容导热油储能，在光照条件差或空气流速低时，储存在退役燃煤锅炉中的高温导热油加热锅炉循环水产生蒸汽，再经由氨蒸汽朗肯循环达到过热状态后推动汽轮机做功发电，最终为实现太阳能、风能等新型发电方式的稳定连续运行提供参考建议。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统，包括退役锅炉水循环回路、导热油储能回路以及氨蒸汽朗肯循环过热回路，三个回路耦合共同构成储能及能量利用系统；
所述退役锅炉水循环回路包括水循环压力泵19、水蒸气引出阀3、氨蒸汽循环过热器7、汽轮机8、冷凝器11及蓄水池17，水循环压力泵19设置于蓄水池17及退役锅炉水循环回路入口之间，水蒸气引出阀3设置于退役锅炉汽包2上方，水蒸气引出阀3出口与氨蒸汽循环过热器7入口相连，氨蒸汽循环过热器7出口连接汽轮机8，冷凝器11置于汽轮机8出口与蓄水池17之间，冷却工质为低温水；
所述导热油储能回路包括导热油压力泵18、锅炉储油腔体1、导热油电磁流量阀、槽式反射镜聚光集热器13、风力发电、太阳能发电系统15及导热油加热器16，导热油压力泵18设置于锅炉储油腔体1与导热油加热器16之间，锅炉储油腔体1出口分别与槽式反射镜聚光集热器13、风力发电、太阳能发电系统15相连，形成两条独立回路，风力发电、太阳能发电系统15与导热油加热器16相连，整个导热油储能回路的循环工质为高热容导热油；
所述氨蒸汽朗肯循环回路包括氨蒸汽加压泵5、氨蒸汽循环过热器7、节流阀6及锅炉储油腔体侧换热器4，氨蒸汽加压泵5置于锅炉储油腔体侧换热器4出口与氨蒸汽循环过热器7入口之间，节流阀6置于氨蒸汽循环过热器7出口与锅炉储油腔体侧换热器4入口之间，上述氨蒸汽朗肯循环回路的循环工质为氨；
所述槽式反射镜聚光集热器13具有太阳自动跟踪底座，可以根据阳光照射方向自动调整聚光镜角度与朝向。
所述导热油加热器16的电加热丝均布在加热器外壳。
所述氨蒸汽循环过热器7入口与氨蒸汽加压泵5相连，出口与节流阀6相连，节流阀6置于氨蒸汽循环过热器7与锅炉储油腔体侧换热器4之间，锅炉储油腔体侧换热器4则置于由退役锅炉改造的封闭绝热锅炉储油腔体1内部。
所述氨蒸汽循环过热器7的高温工质为氨蒸汽，低温工质为水蒸气，汽轮机8为电厂原有的汽轮机设备。
所述锅炉储油腔体1由退役电厂锅炉进行绝热和密封改造得到。
所述锅炉储油腔体1墙体内壁敷设耐高温且隔热性能良好的发泡陶瓷隔热层，锅炉储油腔体1墙体外壁敷设耐高温的膨胀珍珠岩隔热层，膨胀珍珠岩隔热层外侧再敷设工程上普遍使用的矿物棉保温层，减少锅炉储油腔体1的热量散失。
所述导热油储能中槽式反射镜聚光集热器13与锅炉储油腔体1出口之间设置导热油电磁流量阀一12，风力发电、太阳能发电系统15与锅炉储油腔体1出口之间设置导热油电磁流量阀二14，槽式反射镜聚光集热器13及风力发电、太阳能发电系统15出口与导热油压力泵18入口连接。
一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统的使用方法，包括以下步骤；
退役锅炉水循环系统以水作为工质，在锅炉原有的管路中循环流动。锅炉管路中的水从导热油吸热后汽化，在退役锅炉汽包2中汇聚大量饱和蒸汽(3MPa，234℃)，当太阳能发电、风力发电产能不能满足并网要求时，水蒸气经由水蒸气引出阀3进入氨蒸汽循环过热器7中进一步升温加压，推动汽轮机8做功带进而带动发电机9发电，产生的电能与太阳能发电、风力发电产生的电能一起并入电网10；做功后的乏汽经过冷凝器11后冷凝成液态水，汇集在蓄水池17中经水循环压力泵19重新压入水循环管路，参与下一次的蒸发、过热、做功、发电、冷凝循环；
导热油储能系统以导热油(联笨-联笨醚混合物)作为传热工质，该导热油在12℃时凝结，光热发电时所使用的导热油温度一般介于350～400℃之间，在太阳光照充足或空气流速较大的工况下，风力发电、太阳能发电系统15的发电量通常会超过并网要求，为了避免高品位电能的浪费，现在用过剩的电能通过导热油加热器16给导热油升温，若导热油加热器16不能满足导热油设定的温度界限(350-400℃)，则启动槽式反射镜聚光集热器13对导热油进行加热，确保导热油在整个系统不发生凝结，此外，导热油温度超过60℃时会在空气中发生氧化，因此导热油的初始注油温度应控制在55℃左右，注入系统之后再进行梯级加热升温，升温后的导热油经导热油压力泵18泵入锅炉储油腔体1进行储存，在风速低或光照条件差的工况下储存在锅炉储油腔体1内的导热油加热退役锅炉给水产生蒸汽并最终推动汽轮机做功发电，导热油储能系统的导热油在压差的推动下进行吸热放热循环，保证整个系统的连续稳定运行；
氨蒸汽过热系统以氨作为循环工质，蒸发压力3～4MPa，蒸发温度200℃左右，冷凝温度40℃左右，氨水基液在锅炉储油腔体侧换热器4吸热蒸发后经氨蒸汽加压泵5加压升温后进入氨蒸汽过热器7，与水蒸气进行换热使其达到过热状态，过热水蒸气随后推动汽轮机做功发电，从锅炉储油腔体侧换热器4出来的氨蒸汽经节流阀6后成为液态氨水继续参与循环，对于氨蒸汽过热系统而言，系统效率随着氨蒸发压力的增大而升高，随着蒸发温度的升高而先升高后趋于平稳，随着水蒸气温度的升高而下降。
本发明的有益效果：
本发明是在电厂原有设备的基础上进行储能及能量利用改造，在降低工程成本的同时，也避免了工业资源的浪费。此外，本发明有效的实现了风力发电、太阳能发电等新型发电方式与传统火力发电的高效耦合，在发挥退役电厂锅炉价值的同时，从原理上提供了一种解决风力发电、太阳能等新型发电方式稳定性差的办法。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1-锅炉储油腔体，2-退役锅炉汽包，3-水蒸气引出阀，4-锅炉储油腔体侧换热器，5-氨蒸汽加压泵，6-节流阀，7-氨蒸汽循环过热器，8-汽轮机，9-发电机，10-电网，11-冷凝器，12-导热油电磁流量阀一，13-槽式反射镜聚光集热器，14-导热油电磁流量阀二，15-风力发电、太阳能发电系统，16-导热油加热器，17-蓄水池，18-导热油压力泵，19-水循环压力泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示：本发明由三个系统构成，分别是退役锅炉水循环系统、导热油储能系统以及氨蒸汽过热系统，三个系统相互协调运行。
所述退役锅炉水循环回路包括水循环压力泵19，水循环压力泵19设置于蓄水池17及退役锅炉水循环回路入口之间，水蒸气引出阀3置于退役锅炉汽包2上方，水蒸气引出阀3出口与氨蒸汽循环过热器7入口相连，氨蒸汽循环过热器7的高温工质为氨蒸汽，低温工质为水蒸气，汽轮机8为电厂原有的汽轮机设备，冷凝器11置于汽轮机8出口与蓄水池17之间，冷却工质为低温水；
所述导热油储能回路包括导热油压力泵18，导热油压力泵18置于锅炉储油腔体1与导热油加热器16之间，锅炉储油腔体由退役电厂锅炉进行绝热和密封改造得到，锅炉储油腔体1出口与槽式反射镜聚光集热器13、导热油加热器16相连，分别形成回路，上述两回路与锅炉储油腔体1出口之间设置有电磁阀，槽式反射镜聚光集热器13及风力发电、太阳能发电系统15出口与压力泵入口连接，整个导热油储能回路的循环工质为高热容导热油。
所述氨蒸汽朗肯循环回路包括氨蒸汽加压泵5，氨蒸汽加压泵5置于锅炉储油腔体侧换热器4出口与氨蒸汽循环过热器7入口之间，氨蒸汽循环过热器7入口与氨蒸汽加压泵5相连，出口与节流阀6相连，节流阀6置于氨蒸汽循环过热器7与锅炉储油腔体侧换热器4之间，锅炉储油腔体侧换热器4则置于由退役锅炉改造的封闭绝热锅炉储油腔体1内部。
所述槽式反射镜聚光集热器13具有太阳自动跟踪底座，可以根据阳光照射方向自动调整聚光镜角度与朝向。
所述系统全年平均温度应大于12℃。
所述导热油加热器16的电加热丝均布在加热器外壳。
作为上述技术方案的进一步改进，所述导热油储能系统密封性良好，确保在工作温度范围内导热油不发生泄露，且采用发泡陶瓷、膨胀珍珠岩和矿物棉板作为绝热材料，保证导热油储能系统热量散失在可接受范围。
作为上述技术方案的进一步改进，所述导热油储能系统内部的氨工质换热器采用目前较为常用的翅板管壳式换热器，氨工质流经管程，导热油分布在换热器壳程。
作为上述技术方案的进一步改进，所述氨蒸汽朗肯循环的氨蒸汽循环过热器7高温氨蒸汽流经换热器壳程侧，水蒸气引出阀出口蒸汽流经管程侧。
作为上述技术方案的进一步改进，所述水循环回路仍采用火电厂退役前的过冷水作为冷凝器的冷却工质，对汽轮机8出口的乏汽进行冷却液化。
作为上述技术方案的进一步改进，为了确保所述导热油储能系统中的导热油不发生低温凝固阻塞，在风力发电和太阳能发电回路并联槽式反射镜聚光集热器13。
作为上述技术方案的进一步改进，所述槽式反射镜聚光集热器13具有太阳自动跟踪底座，可以根据阳光照射方向自动调整聚光镜角度与朝向。
作为上述技术方案的进一步改进，所述导热油储能回路在锅炉储油腔体1及导热油管路布置多个温度传感器，电磁阀可根据导热油温度动态控制导热油流量，使导热油温始终处于设定的温度范围，既不发生凝结也不发生蒸发。
作为上述技术方案的进一步改进，所述导热油(联笨-联笨醚混合物)在12℃时即凝结，所以该储能发电系统所在地的全年平均温度应基本维持在此温度以上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述导热油加热器16的电加热丝均布在加热器外壳，避免直接加热导热油发生安全事故。
首先依次介绍上述三个系统的具体工作流程。
退役锅炉水循环系统以水作为工质，在锅炉原有的管路中循环流动。锅炉管路中的水从导热油吸热后汽化，在退役锅炉汽包2中汇聚大量饱和蒸汽(3MPa，234℃)，当太阳能发电、风力发电产能不能满足并网要求时，水蒸气经由水蒸气引出阀3进入氨蒸汽循环过热器7中进一步升温加压，推动汽轮机8做功带进而带动发电机9发电，产生的电能与太阳能发电、风力发电产生的电能一起并入电网10；做功后的乏汽经过冷凝器11后冷凝成液态水，汇集在蓄水池17中经水循环压力泵19重新压入水循环管路，参与下一次的蒸发、过热、做功、发电、冷凝循环；
导热油储能系统以导热油(联笨-联笨醚混合物)作为传热工质，该导热油在12℃时凝结，光热发电时所使用的导热油温度一般介于350～400℃之间，在太阳光照充足或空气流速较大的工况下，风力发电、太阳能发电系统15的发电量通常会超过并网要求，为了避免高品位电能的浪费，现在用过剩的电能通过导热油加热器16给导热油升温，若导热油加热器16不能满足导热油设定的温度界限(350-400℃)，则启动槽式反射镜聚光集热器13对导热油进行加热，确保导热油在整个系统不发生凝结，此外，导热油温度超过60℃时会在空气中发生氧化，因此导热油的初始注油温度应控制在55℃左右，注入系统之后再进行梯级加热升温，升温后的导热油经导热油压力泵18泵入锅炉储油腔体1进行储存，在风速低或光照条件差的工况下储存在锅炉储油腔体1内的导热油加热退役锅炉给水产生蒸汽并最终推动汽轮机做功发电，导热油储能系统的导热油在压差的推动下进行吸热放热循环，保证整个系统的连续稳定运行；
氨蒸汽过热系统以氨作为循环工质，蒸发压力3～4MPa，蒸发温度200℃左右，冷凝温度40℃左右，氨水基液在锅炉储油腔体侧换热器4吸热蒸发后经氨蒸汽加压泵5加压升温后进入氨蒸汽过热器7，与水蒸气进行换热使其达到过热状态，过热水蒸气随后推动汽轮机做功发电，从锅炉储油腔体侧换热器4出来的氨蒸汽经节流阀6后成为液态氨水继续参与循环，对于氨蒸汽过热系统而言，系统效率随着氨蒸发压力的增大而升高，随着蒸发温度的升高而先升高后趋于平稳，随着水蒸气温度的升高而下降。

Claims (7)

1.一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统，其特征在于，包括退役锅炉水循环回路、导热油储能回路以及氨蒸汽朗肯循环过热回路，三个回路耦合共同构成储能及能量利用系统；
所述退役锅炉水循环回路包括水循环压力泵(19)、水蒸气引出阀(3)、氨蒸汽循环过热器(7)、汽轮机(8)、冷凝器(11)及蓄水池(17)，水循环压力泵(19)设置于蓄水池(17)及退役锅炉水循环回路入口之间，水蒸气引出阀(3)设置于退役锅炉汽包(2)上方，水蒸气引出阀(3)出口与氨蒸汽循环过热器(7)入口相连，氨蒸汽循环过热器(7)出口连接汽轮机(8)，冷凝器(11)置于汽轮机(8)出口与蓄水池(17)之间，冷却工质为低温水；
所述导热油储能回路包括导热油压力泵(18)、锅炉储油腔体(1)、导热油电磁流量阀、槽式反射镜聚光集热器(13)、风力发电、太阳能发电系统(15)及导热油加热器(16)，导热油压力泵(18)置于锅炉储油腔体(1)与导热油加热器(16)之间，锅炉储油腔体(1)出口分别与槽式反射镜聚光集热器(13)、风力发电、太阳能发电系统(15)相连，形成独立回路，风力发电、太阳能发电系统(15)与导热油加热器(16)相连，整个导热油储能回路的循环工质为高热容导热油；
所述氨蒸汽朗肯循环回路包括氨蒸汽加压泵(5)、氨蒸汽循环过热器(7)、节流阀(6)及锅炉储油腔体侧换热器(4)，氨蒸汽加压泵(5)置于锅炉储油腔体侧换热器(4)出口与氨蒸汽循环过热器(7) 入口之间，节流阀(6)置于氨蒸汽循环过热器(7)出口与锅炉储油腔体侧换热器(4)入口之间，上述氨蒸汽朗肯循环回路的循环工质为氨。
2.根据权利要求1所述的一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统，其特征在于，所述槽式反射镜聚光集热器(13)具有太阳自动跟踪底座，根据阳光照射方向自动调整聚光镜角度与朝向。
3.根据权利要求1所述的一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统，其特征在于，所述导热油加热器(16)的电加热丝均布在加热器外壳。
4.根据权利要求1所述的一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统，其特征在于，所述氨蒸汽循环过热器(7)入口与氨蒸汽加压泵(5)相连，出口与节流阀(6)相连，节流阀(6)置于氨蒸汽循环过热器(7)与锅炉储油腔体侧换热器(4)之间，锅炉储油腔体侧换热器(4)则置于由退役锅炉改造的封闭绝热锅炉储油腔体(1)内部。
5.根据权利要求1所述的一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统，其特征在于，所述氨蒸汽循环过热器(7)的高温工质为氨蒸汽，低温工质为水蒸气，汽轮机(8)为电厂原有的汽轮机设备。
6.根据权利要求1所述的一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统，其特征在于，所述导热油储能中槽式反射镜聚光集热器(13)与锅炉储油腔体(1)出口之间设置导热油电磁流量阀一(12)，风力发电、太阳能发电系统(15)与锅炉储油腔体(1)出口之间设置导热油电磁流量阀二(14)，槽式反射镜聚光集热器(13)及风力发电、太阳能发电系统(15)出口与导热油压力泵(18)入口连接。
7.基于权利要求1所述的一种利用退役燃煤锅炉储热的新型储能及能量利用系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤；
退役锅炉水循环系统以水作为工质，在锅炉原有的管路中循环流动。锅炉管路中的水从导热油吸热后汽化，在退役锅炉汽包(2)中汇聚大量饱和蒸汽(3MPa，234℃)，当太阳能发电、风力发电产能不能满足并网要求时，水蒸气经由水蒸气引出阀(3)进入氨蒸汽循环过热器(7)中进一步升温加压，推动汽轮机(8)做功带进而带动发电机(9)发电，产生的电能与太阳能发电、风力发电产生的电能一起并入电网(10)；做功后的乏汽经过冷凝器(11)后冷凝成液态水，汇集在蓄水池(17)中经水循环压力泵(19)重新压入水循环管路，参与下一次的蒸发、过热、做功、发电、冷凝循环；
导热油储能系统以导热油(联笨-联笨醚混合物)作为传热工质，该导热油在12℃时凝结，光热发电时所使用的导热油温度一般介于350～400℃之间，在太阳光照充足或空气流速较大的工况下，风力发电、太阳能发电系统(15)的发电量通常会超过并网要求，为了避免高品位电能的浪费，现在用过剩的电能通过导热油加热器(16)给导热油升温，若导热油加热器(16)不能满足导热油设定的温度界限(350-400℃)，则启动槽式反射镜聚光集热器(13)对导热油进行加热，确保导热油在整个系统不发生凝结，此外，导热油温度超过60℃时会在空气中发生氧化，因此导热油的初始注油温度应控制在55℃左右，注入系统之后再进行梯级加热升温，升温后的导热油经导热油压力泵(18)泵入锅炉储油腔体(1)进行储存，在风速低或光照条件差的工况下储存在锅炉储油腔体(1)内的导热油加热退役锅炉给水产生蒸汽并最终推动汽轮机做功发电，导热油储能系统的导热油在压差的推动下进行吸热放热循环，保证整个系统的连续稳定运行；
氨蒸汽过热系统以氨作为循环工质，蒸发压力3～4MPa，蒸发温度200℃左右，冷凝温度40℃左右，氨水基液在锅炉储油腔体侧换热器(4)吸热蒸发后经氨蒸汽加压泵(5)加压升温后进入氨蒸汽过热器(7)，与水蒸气进行换热使其达到过热状态，过热水蒸气随后推动汽轮机做功发电，从锅炉储油腔体侧换热器(4)出来的氨蒸汽经节流阀(6)后成为液态氨水继续参与循环，对于氨蒸汽过热系统而言，系统效率随着氨蒸发压力的增大而升高，随着蒸发温度的升高而先升高后趋于平稳，随着水蒸气温度的升高而下降。
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