CN114646065A - 耦合污泥干化焚烧的燃煤机组调峰发电系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耦合污泥干化焚烧的燃煤机组调峰发电系统及方法。本发明利用燃煤机组调峰发电系统进行发电的方法为:在电网处于用电低谷期时,抽取燃煤机组所发部分蒸汽加热熔盐,使得调峰发电系统实际上网功率达到目标上网功率,同时利用高温熔盐对湿污泥进行换热干燥,将干燥后的污泥送入燃煤机组焚烧;在电网处于用电高峰期时,根据燃煤进料量和最大掺烧比例,控制污泥给料机功率进而控制污泥进料量,根据全燃烧干化污泥时的炉膛温度、全燃烧燃煤时的炉膛温度和最低炉膛保障温度,实时修正污泥进料量。本发明既可无害化处理污泥,亦可为电网削峰填谷提供支撑。
Description
技术领域
本发明属于燃煤机组污泥利用技术领域,具体地说是一种耦合污泥干化焚烧的燃煤机组调峰发电系统及方法。
背景技术
随着城市化进程的加快,城镇污水厂不断扩建,污水处理量和处理率大幅提高,污泥的产生量随之持续增长,污泥的妥善处理问题也日益突出。长期以来,污泥物理填埋是最主要的处置方式,但因填埋场地和环境污染等问题,这种处置方式所占比重逐年减少。高效清洁的污泥焚烧技术可以最大程度地实现污泥减量化和污泥有机能量回收,成为了解决污泥问题的重要途径,其中的燃煤机组掺烧因具有初投资小、污染性低等优势有望成为最具应用前景的处理方式。
此外,近年来可再生能源发电的大规模并网也要求作为发电主力的燃煤机组具备良好的深度调峰能力;一般而言,燃煤机组在深度调峰运行时往往存在着炉膛温度较低的问题,掺烧含水率较高的污泥无疑会进一步降低炉膛温度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷,提供一种耦合污泥干化焚烧的燃煤机组调峰发电系统及方法,其将污泥干化焚烧与燃煤机组耦合应用后进行调峰,在高效清洁处理污泥的同时,以有效提高燃煤机组的综合快速调峰能力并降低燃煤使用量。
为此,本发明采用的一种技术方案为:耦合污泥干化焚烧的燃煤机组调峰发电系统,其包括燃煤锅炉、蒸汽管路、抽汽管路、高温熔盐罐、低温熔盐罐、熔盐加热器、污泥干燥器、燃煤给料机、污泥给料机、燃料混合器、第一熔盐泵、第二熔盐泵、熔盐加热管路、熔盐放热管路、污泥输送泵、干燥污泥罐、污泥输送管路、燃煤进料管路、污泥进料管路和混合燃料输送管路;
所述的抽汽管路连接蒸汽管路和熔盐加热器;
所述的熔盐加热管路上设置第一熔盐泵和熔盐加热器,连接高温熔盐罐和低温熔盐罐;
所述的熔盐放热管路上设置第二熔盐泵和污泥干燥器,连接高温熔盐罐和低温熔盐罐;
所述的污泥输送管路上设置污泥输送泵和污泥干燥器,连接干燥污泥罐;
所述的燃煤进料管路上设置燃煤给料机,连接燃料混合器;
所述的污泥进料管路上设置污泥给料机,连接干燥污泥罐和燃料混合器;
所述的混合燃料输送管路连接燃煤锅炉和燃料混合器。
进一步地,所述的抽汽管路上设置焓值检测器,靠近熔盐加热器两侧的熔盐加热管路上均设置焓值检测器,靠近污泥干燥器两侧的熔盐放热管路上均设置焓值检测器,靠近污泥干燥器两侧的污泥输送管路上均设置焓值检测器和湿度检测器,所述燃煤锅炉上设置温度检测器,所述的高温熔盐罐上设置熔盐料位计,低温熔盐罐上设置熔盐料位计。
进一步地,所述的熔盐加热器上设置熔盐加热器排汽管路。
进一步地,所述的污泥干燥器上设置干燥污泥罐排汽管路,干燥污泥罐排汽管路上设置干燥污泥罐排汽阀。
本发明采用的另一种技术方案为:耦合污泥干化焚烧的燃煤机组调峰发电方法,其采用上述的燃煤机组调峰发电系统,具体内容如下:
1)判断电网处于用电低谷期时,根据调峰发电系统实时输出功率和目标上网功率,控制蒸汽管路抽汽流量,利用抽取燃煤机组所发部分蒸汽加热熔盐,使得调峰发电系统实际上网功率达到目标上网功率,以快速降低调峰发电系统输出功率;
启动第一熔盐泵,将低温熔盐罐的熔盐经过熔盐加热管路和熔盐加热器加热后送入高温熔盐罐,根据熔盐加热器入口熔盐焓值和目标出口熔盐焓值,控制第一熔盐泵功率进而控制熔盐加热管路熔盐流量;
启动第二熔盐泵,将高温熔盐罐的熔盐经过熔盐放热管路和污泥干燥器放热后送入低温熔盐罐,根据高温熔盐罐内熔盐存储量,控制第二熔盐泵功率进而控制熔盐放热管路熔盐流量,根据熔盐放热管路在污泥干燥器的熔盐焓降,根据污泥输送管路在污泥干燥器的入口污泥湿度、目标出口污泥湿度和污泥焓升,控制污泥干燥器干燥污泥流量;
将干燥后的污泥通过污泥输送管路送入干燥污泥罐,根据燃煤给料机测得的燃煤进料量和燃煤锅炉在燃煤锅炉此时发电负荷下的最大掺烧比例,控制污泥给料机功率进而控制污泥进料量,燃煤、污泥分别通过燃煤进料管路、污泥进料管路送入燃料混合器混合,混合后通过混合燃料输送管路后送入燃煤锅炉,根据全燃烧干化污泥时的炉膛温度、全燃烧燃煤时的炉膛温度、最低炉膛保障温度,实时修正污泥进料量,以确保温度检测器测得的燃煤锅炉炉膛温度高于最低炉膛保障温度;
2)判断电网处于用电高峰期时,根据燃煤给料机测得的燃煤进料量和燃煤锅炉在燃煤锅炉此时发电负荷下的最大掺烧比例,控制污泥给料机功率进而控制污泥进料量,燃煤、污泥分别通过燃煤进料管路、污泥进料管路送入燃料混合器混合,混合后通过混合燃料输送管路后送入燃煤锅炉,根据全燃烧干化污泥时的炉膛温度、全燃烧燃煤时的炉膛温度、最低炉膛保障温度,实时修正污泥进料量,以确保温度检测器测得的燃煤锅炉炉膛温度高于最低炉膛保障温度。
其中,P2为调峰发电系统实时输出功率,单位为J/s;P1为调峰发电系统目标上网功率,单位为J/s;h2为抽汽焓值,单位为J/g;h1为燃煤机组排汽焓值,单位为J/g;η1为抽汽做功效率,单位为%。
其中,q1为蒸汽管路抽汽流量,单位为g/s;h2为抽汽焓值,单位为J/g; h3为熔盐加热器出口蒸汽焓值,单位为J/s;h4为熔盐加热器出口熔盐焓值,单位为J/s;h5为熔盐加热器入口熔盐焓值,单位为J/s。
其中,q4为熔盐放热管路熔盐流量,单位为g/s;γ为水蒸气汽化潜热,单位为:J/g;α1为污泥干燥器入口污泥湿度,单位为%;α2为污泥干燥器目标出口污泥湿度,单位为%;h6为污泥输送管路在污泥干燥器的出口污泥焓值,单位为J/g;h7为污泥输送管路在污泥干燥器的入口污泥焓值,单位为J/g;h8为熔盐放热管路在污泥干燥器的入口熔盐焓值,单位为J/g;h9熔盐放热管路在污泥干燥器的出口熔盐焓值,单位为J/g。
其中,P3为调峰发电系统发电功率,单位为J/s;β为最大掺烧比例,单位为%;J1为燃煤低位发热量,单位为J/g;J2为干化污泥低位发热量,单位为J/g;η2为调峰发电系统发电效率,单位为%。
其中,t1为全燃烧干化污泥时的炉膛温度,单位为K;t2为全燃烧燃煤时的炉膛温度,单位为K;t3为最低炉膛保障温度,单位为K。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1)以往在燃煤机组低负荷时因抽汽、烟气等温度不足而无法干化污泥,限制了其在低负荷时掺烧的污泥量。本发明增加了干燥污泥罐,可将燃煤机组高负荷时干化且未燃烧污泥进行存储,同时利用熔盐罐熔盐储热,在燃煤机组低负荷时也可利用熔盐存储的热量干化污泥,从而达到了全负荷掺烧处理污泥,提高了污泥处理量。
2)以往燃煤机组受其本体能力制约,难以突破其调峰瓶颈,且调峰速度亦受到限制。本发明可在电网处于用电低谷期,机组需要快速降低上网功率时,利用抽取燃煤机组所发部分蒸汽加热熔盐,有效降低了机组输出功率,从而达到提高燃煤机组“削峰填谷”能力的目的。
3)掺烧污泥后会导致燃煤锅炉炉膛温度下降,在燃煤机组深度调峰运行时往往因炉膛温度低于最低保障温度而限制了污泥掺烧量。本发明在最低炉膛保障温度的基础上,实时修正污泥掺烧量,在保证燃煤机组安全稳定运行的同时最大程度掺烧污泥,提高了污泥处理量且降低了燃煤使用量。
附图说明
图1为本发明耦合污泥干化焚烧的燃煤机组调峰发电系统的结构示意图;
其中,1-燃煤锅炉、2-蒸汽管路、3-抽汽管路、4-高温熔盐罐、5-低温熔盐罐、6-熔盐加热器、7-污泥干燥器、8-燃煤给料机、9-污泥给料机、10-燃料混合器、11-第一熔盐泵、12-第二熔盐泵、13-熔盐加热管路、14-熔盐放热管路、15-污泥输送泵、16-干燥污泥罐、17-污泥输送管路、18-燃煤进料管路、 19-污泥进料管路、20-混合燃料输送管路、21-熔盐加热器排汽管路、22-焓值检测器、23-湿度检测器;24-温度检测器、25-熔盐料位计、26-干燥污泥罐排汽管路、27-干燥污泥罐排汽阀;
图2为本发明耦合污泥干化焚烧的燃煤机组调峰发电方法的流程示意图。
具体实施方式
以下便结合本发明实施例附图,对本发明的具体实施方式作进一步的详述,以使本发明的技术方案更易于理解、掌握。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释发明的一部分实施例,而不是全部的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅附图1为本发明耦合热化学储能的燃煤机组调峰发电系统的示意图。该系统包括:燃煤锅炉1、蒸汽管路2、抽汽管路3、高温熔盐罐4、低温熔盐罐5、熔盐加热器6、污泥干燥器7、燃煤给料机8、污泥给料机9、燃料混合器10、第一熔盐泵11、第二熔盐泵12、熔盐加热管路13、熔盐放热管路14、污泥输送泵15、干燥污泥罐16、污泥输送管路17、燃煤进料管路18、污泥进料管路19、混合燃料输送管路20和熔盐加热器排汽管路21。
抽汽管路3连接蒸汽管路2和熔盐加热器6。
熔盐加热管路13上设置第一熔盐泵11、熔盐加热器6,连接高温熔盐罐 4和低温熔盐罐5。
熔盐放热管路14上设置第二熔盐泵12、污泥干燥器7,连接高温熔盐罐 4和低温熔盐罐5。
污泥输送管路17上设置污泥输送泵15、污泥干燥器7,连接干燥污泥罐 16。
燃煤进料管路18上设置燃煤给料机8,连接燃料混合器10。
污泥进料管路19上设置污泥给料机9,连接干燥污泥罐16和燃料混合器 10。
混合燃料输送管路20连接燃煤锅炉1和燃料混合器10。
抽汽管路3上设置焓值检测器22。
靠近熔盐加热器6两侧的熔盐加热管路13上均设置焓值检测器22。
靠近污泥干燥器7两侧的熔盐放热管路14上均设置焓值检测器22。
靠近污泥干燥器7两侧的污泥输送管路17上均设置焓值检测器22和湿度检测器23。
燃煤锅炉1上设置温度检测器24。
高温熔盐罐4上设置熔盐料位计25。
低温熔盐罐5上设置熔盐料位计25。
熔盐加热器6上设置熔盐加热器排汽管路21。
污泥干燥器7上设置干燥污泥罐排汽管路26,干燥污泥罐排汽管路26上设置干燥污泥罐排汽阀27。
实施例2
利用实施例1所述燃煤机组调峰发电系统进行发电,如图2所示,其运行过程如下:
判断电网处于用电低谷期时,根据调峰发电系统实时输出功率和目标上网功率,控制蒸汽管路2抽汽流量,利用抽取燃煤机组所发部分蒸汽加热熔盐,使得调峰发电系统实际上网功率达到目标上网功率,以快速降低调峰发电系统输出功率,蒸汽管路2抽汽在熔盐加热器6放热后通过熔盐加热器排汽管路21排出;启动第一熔盐泵11,将低温熔盐罐5的熔盐经过熔盐加热管路13和熔盐加热器6加热后送入高温熔盐罐4,根据熔盐加热器6的入口熔盐焓值和目标出口熔盐焓值,控制第一熔盐泵11功率进而控制熔盐加热管路 13熔盐流量。
启动第二熔盐泵12,将高温熔盐罐4的熔盐经过熔盐放热管路14和污泥干燥器7放热后送入低温熔盐罐5,根据高温熔盐罐4上的熔盐料位计25测得熔盐存储量,控制第二熔盐泵12功率进而控制熔盐放热管路14熔盐流量,根据熔盐放热管路14在污泥干燥器7的熔盐焓降,根据污泥输送管路17在污泥干燥器7的入口污泥湿度、目标出口污泥湿度、污泥焓升,控制污泥输送泵15功率,进而控制污泥干燥器7干燥污泥流量。开启干燥污泥罐排汽阀26及时排出污泥干燥器7内水蒸汽。
将干燥后的污泥通过污泥输送管路17送入干燥污泥罐16。根据燃煤给料机8测得的燃煤进料量和燃煤锅炉1在燃煤锅炉此时发电负荷下的最大掺烧比例,控制污泥给料机9功率进而控制污泥进料量,燃煤、污泥分别通过燃煤进料管路18、污泥进料管路19送入燃料混合器10混合,混合后通过混合燃料输送管路20后送入燃煤锅炉1,根据全燃烧干化污泥时的炉膛温度、全燃烧燃煤时的炉膛温度、最低炉膛保障温度,实时修正污泥进料量,以确保温度检测器24测得的燃煤锅炉1炉膛温度高于最低炉膛保障温度。
判断电网处于用电高峰期时,根据燃煤给料机8测得的燃煤进料量和燃煤锅炉1在燃煤锅炉此时发电负荷下的最大掺烧比例,控制污泥给料机9功率进而控制污泥进料量,燃煤、污泥分别通过燃煤进料管路18、污泥进料管路19送入燃料混合器10混合,混合后通过混合燃料输送管路20后送入燃煤锅炉1,根据全燃烧干化污泥时的炉膛温度、全燃烧燃煤时的炉膛温度、最低炉膛保障温度,实时修正污泥进料量,以确保温度检测器24测得的燃煤锅炉1炉膛温度高于最低炉膛保障温度。
蒸汽管路抽汽流量q1的表达式为:其中,P2为系统实时输出功率,单位为:J/s;P1为系统目标上网功率,单位为:J/s;h2为抽汽焓值,单位为:J/g;h1为燃煤机组排汽焓值,单位为:J/g;η1为抽汽做功效率,单位为:%。
具体地,污泥干燥器干燥污泥流量q3的表达式为:其中,q4为熔盐放热管路熔盐流量,单位为:g/s;γ为水蒸气汽化潜热,单位为:J/g;a1为污泥干燥器入口污泥湿度,单位为:%;a2为污泥干燥器目标出口污泥湿度,单位为:%;h6为污泥输送管路在污泥干燥器的出口污泥焓值,单位为J/g;h7为污泥输送管路在污泥干燥器的入口污泥焓值,单位为J/g;h8为熔盐放热管路在污泥干燥器的入口熔盐焓值,单位为J/g;h9熔盐放热管路在污泥干燥器的出口熔盐焓值,单位为J/g。
污泥进料量q5表达式为:其中,P3为系统发电功率,单位为:J/s;β为最大掺烧比例,%;J1为燃煤低位发热量,单位为:J/g;J2为干化污泥低位发热量,单位为:J/g;η2为系统发电效率,单位为:%。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式,并非用于限定本发明的范围。任何本领域的技术人员,在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的同等变化与修改,均应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.耦合污泥干化焚烧的燃煤机组调峰发电系统,其特征在于,包括:燃煤锅炉(1)、蒸汽管路(2)、抽汽管路(3)、高温熔盐罐(4)、低温熔盐罐(5)、熔盐加热器(6)、污泥干燥器(7)、燃煤给料机(8)、污泥给料机(9)、燃料混合器(10)、第一熔盐泵(11)、第二熔盐泵(12)、熔盐加热管路(13)、熔盐放热管路(14)、污泥输送泵(15)、干燥污泥罐(16)、污泥输送管路(17)、燃煤进料管路(18)、污泥进料管路(19)和混合燃料输送管路(20);
所述的抽汽管路(3)连接蒸汽管路(2)和熔盐加热器(6);
所述的熔盐加热管路(13)上设置第一熔盐泵(11)和熔盐加热器(6),连接高温熔盐罐(4)和低温熔盐罐(5);
所述的熔盐放热管路(14)上设置第二熔盐泵(12)和污泥干燥器(7),连接高温熔盐罐(4)和低温熔盐罐(5);
所述的污泥输送管路(17)上设置污泥输送泵(15)和污泥干燥器(7),连接干燥污泥罐(16);
所述的燃煤进料管路(18)上设置燃煤给料机(8),连接燃料混合器(10);
所述的污泥进料管路(19)上设置污泥给料机(9),连接干燥污泥罐(16)和燃料混合器(10);
所述的混合燃料输送管路(20)连接燃煤锅炉(1)和燃料混合器(10)。
2.根据权利要求1所述的耦合污泥干化焚烧的燃煤机组调峰发电系统,其特征在于,所述的抽汽管路(3)上设置焓值检测器(22),靠近熔盐加热器(6)两侧的熔盐加热管路(13)上均设置焓值检测器(22),靠近污泥干燥器(7)两侧的熔盐放热管路(14)上均设置焓值检测器(22),靠近污泥干燥器(7)两侧的污泥输送管路(17)上均设置焓值检测器(22)和湿度检测器(23),所述燃煤锅炉(1)上设置温度检测器(24),所述的高温熔盐罐(4)上设置熔盐料位计(25),低温熔盐罐(5)上设置熔盐料位计(25)。
3.根据权利要求1所述的耦合污泥干化焚烧的燃煤机组调峰发电系统,其特征在于,所述的熔盐加热器(6)上设置熔盐加热器排汽管路(21)。
4.根据权利要求1所述的耦合污泥干化焚烧的燃煤机组调峰发电系统,其特征在于,所述的污泥干燥器(7)上设置干燥污泥罐排汽管路(26),干燥污泥罐排汽管路(26)上设置干燥污泥罐排汽阀(27)。
5.耦合污泥干化焚烧的燃煤机组调峰发电方法,采用权利要求1-4任一项所述的燃煤机组调峰发电系统,其特征在于,
1)判断电网处于用电低谷期时,根据调峰发电系统实时输出功率和目标上网功率,控制蒸汽管路抽汽流量,利用抽取燃煤机组所发部分蒸汽加热熔盐,使得调峰发电系统实际上网功率达到目标上网功率,以快速降低调峰发电系统输出功率;
启动第一熔盐泵,将低温熔盐罐的熔盐经过熔盐加热管路和熔盐加热器加热后送入高温熔盐罐,根据熔盐加热器入口熔盐焓值和目标出口熔盐焓值,控制第一熔盐泵功率进而控制熔盐加热管路熔盐流量;
启动第二熔盐泵,将高温熔盐罐的熔盐经过熔盐放热管路和污泥干燥器放热后送入低温熔盐罐,根据高温熔盐罐内熔盐存储量,控制第二熔盐泵功率进而控制熔盐放热管路熔盐流量,根据熔盐放热管路在污泥干燥器的熔盐焓降,污泥输送管路在污泥干燥器的入口污泥湿度、目标出口污泥湿度和污泥焓升,控制污泥干燥器干燥污泥流量;
将干燥后的污泥通过污泥输送管路送入干燥污泥罐,根据燃煤给料机测得的燃煤进料量和燃煤锅炉在燃煤锅炉此时发电负荷下的最大掺烧比例,控制污泥给料机功率进而控制污泥进料量,燃煤、污泥分别通过燃煤进料管路、污泥进料管路送入燃料混合器混合,混合后通过混合燃料输送管路后送入燃煤锅炉,根据全燃烧干化污泥时的炉膛温度、全燃烧燃煤时的炉膛温度、最低炉膛保障温度,实时修正污泥进料量,以确保温度检测器测得的燃煤锅炉炉膛温度高于最低炉膛保障温度;
2)判断电网处于用电高峰期时,根据燃煤给料机测得的燃煤进料量和燃煤锅炉在燃煤锅炉此时发电负荷下的最大掺烧比例,控制污泥给料机功率进而控制污泥进料量,燃煤、污泥分别通过燃煤进料管路、污泥进料管路送入燃料混合器混合,混合后通过混合燃料输送管路后送入燃煤锅炉,根据全燃烧干化污泥时的炉膛温度、全燃烧燃煤时的炉膛温度、最低炉膛保障温度,实时修正污泥进料量,以确保温度检测器测得的燃煤锅炉炉膛温度高于最低炉膛保障温度。
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CN115549114A (zh) * | 2022-11-03 | 2022-12-30 | 中国电力工程顾问集团有限公司 | 一种污泥掺烧调峰调频的系统及方法 |
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