CN114687819A - 一种基于热力朗肯循环储能调峰系统 - Google Patents

一种基于热力朗肯循环储能调峰系统 Download PDF

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Abstract

一种基于热力朗肯循环储能调峰系统，主要包括中压储热罐、低温储水箱、闪蒸罐、中压储热罐循环泵、储热水给水泵、电蒸汽锅炉；其特征在于，将纯凝发电的电厂锅炉的新能源调峰期间的蒸汽热能以饱和水状态储存在中压储热罐中；将新能源电力能量转化为饱和水储存在中压储热罐中；在纯凝发电的电厂锅炉非新能源调峰期间将中压储热罐中饱和水加压混入锅炉给水，排挤汽机加热器回热抽汽，回收储存的能量，增加汽机做功能力，减少锅炉燃煤量，实现锅炉蒸汽和新能源电力能量在热力朗肯循环系统中储能、释能，为新能源深度调峰服务的系统。

Description

一种基于热力朗肯循环储能调峰系统
技术领域
本发明属于火电热能和新能源能量储能调峰领域，具体涉及一种基于热力朗肯循环的储能调峰系统。
背景技术
对于荒漠、戈壁地区新能源富集的发电基地来说，火电灵活性改造、燃气发电、抽水蓄能、其他新型储能都是提高电力系统调峰能力的有效手段，都应大力推动建设。但是燃气发电、抽水蓄能、其他新型储能受建设条件、建设运行成本、建设周期、技术成熟度等多方面因素制约比例合不高，在未来一定时期内很难得到较大的改变，作为主力电源的煤电，储能能力在电力系统调峰能力提升中发挥重要作用。
火电运行灵活性包括调峰能力、爬坡速度、启停时间等三个主要部分，现在火电机组的锅炉大多采用直流锅炉，受到锅炉水冷壁最小运行流量的限制，锅炉干态运行最低负荷不低于30％额定流量，锅炉湿态运行限制机组的爬坡速度，锅炉干态运行才能满足机组灵活性要求，新能源调峰期需要开发火电机组低负荷储能能力，减少煤电机组发电量，非新能源调峰期释能增加煤电机组发电量的系统。
发明内容
本发明目的是提供基于热力朗肯循环储能调峰系统，是电厂锅炉蒸汽热能和新能源电力能量在新能源调峰期的以饱和水状态储存在中压储热罐中，同时储备机组快速加负荷能力；在非新能源调峰期将中压储热罐中饱和水加压混入锅炉给水，减少汽机抽汽量，增加汽机抽汽的做功能力，锅炉燃煤量减少。
本发明所采取的技术方案是：
纯凝汽轮发电机组在新能源调峰期间，保持锅炉省煤器入口30％额定给水流量，将锅炉低温过热器入口和主蒸汽引入高压加热器加热给水，提高给水温度，补充低温水经给水回热系统加热后部分排出储存在中压储热罐中，锅炉富余的给水加热消耗锅炉蒸汽，减少汽机进汽量，发电机功率降低，同时储备机组快速增加负荷的能力，减负荷空间可以为新能源调峰服务；在新能源调峰期，电蒸汽锅炉利用新能源电力加热热水储存在中压储热罐中；在非新能源调峰期，排出中压储热罐内热水，经储热给水泵加压混入加热锅炉给水，减少汽机加热抽汽蒸汽量，回收储存的热能，减少锅炉燃煤量，替代的部分汽机抽汽可以继续驱动汽机，提供动力，增加机组对外提供电力的能力，汽机凝汽器内降至常温后的多余水除盐后排入常压低温储水箱。
所述的基于热力朗肯循环储能调峰系统，包括：
步骤A：机组高压加热器、中压储热罐用汽和设备动力用汽工艺流程：
A1：锅炉低温过热器入口蒸汽经一号高加主汽供汽调节门减压后作为汽机一号高压加热器汽源，加热给水；
A2：锅炉进入汽机前的主蒸汽经二号高加主汽供汽调节门减压、二号高加主汽减温器减温后作为汽机二号高压加热器汽源，加热给水；
A3：锅炉进入汽机前的再热蒸汽除氧器和给水泵汽轮机再热器热段供汽压力调节门减压、除氧器和给水泵再热器热段供汽减温器减温后作为给水泵驱动汽机汽源、除氧器汽源，驱动给水泵和加热除氧器凝结水；
A4：锅炉低温过热器入口的蒸汽减压减温后作为中压储热罐定压汽源；
步骤B：锅炉给水加热储能工艺流程：
B1：低温储水箱的水经排水泵加压进入储能水热能回收换热器冷却回收热量后排入凝汽器；
B2：汽机凝结水泵将水排入凝结水处理装置，除去杂质后部分旁路排入除氧器；
B3：除氧器给水经锅炉给水泵加压后进入汽机高压加热器加热；
B4：部分经汽机一号高压加热器、二号高压加热器加热锅炉给水排入中压储热罐；
B5：保持锅炉30％额定给水流量不变，保证给水温度温度，调节高加出口储能调节阀逐渐增加储能排水量，锅炉产出的蒸汽除维持汽机最低负荷做功的蒸汽外，其余蒸汽用于加热储能热水；
步骤C：新能源电力能力加热低温水储能工艺流程：
C1：电蒸汽锅炉利用新能源电力加热经高温储热减温水泵加压低温水产生蒸汽，蒸汽经电蒸汽锅炉供汽门进入中压储热罐；
C2：常压低温储水箱的水经高温储热减温水泵加压与中压储热罐循环泵循环水混合减温进入中压储热罐，与电锅炉蒸汽混合换热，蒸汽冷凝加热低温水为饱和水，储存热能；
步骤D：热水储能和保温工艺流程：
D1：加压低温水经高温储热温度调节门控制将锅炉高加出口储热排水混合到设定温度，进入中压储水罐。
D2：中压储热罐储水量逐渐增加，中压储热罐原有蒸汽被压缩，蒸汽凝结加热饱和水，提高饱和水的温度；
D3：中压储水罐备用时，中压储热罐循环水泵运行，储热水经中压储热罐循环水泵出口门、中压储热罐进口门循环，将管道和储水罐保持恒温热备用，与定压蒸汽调节门配合维持中压储热罐压力稳定；
步骤E：中压储热罐热水释能加热锅炉给水工艺流程：
E1：中压储热罐热水水质合格，热水经高压储热罐循环水泵、储热水给水泵加压直接混入锅炉高加出口给水中，热水混入减少锅炉高加给水流量，排挤汽机抽汽继续驱动汽机做功，释放热能减少锅炉燃煤量；凝结水泵将凝汽器富余水量排入凝结水处理装置除去杂质，经释能凝汽器排水调节门，低温储水罐进水门排入低温储水罐；
E2：中压储热罐热水水质不合格或给水泵故障，中压储热罐热水经水泵送入多级闪蒸器闪蒸，闪蒸器与汽机回热系统加热器对应；
E3：中压储热罐热水闪蒸蒸汽进入汽机原有加热器替代汽机抽汽加热给水，释放蒸汽热能降低热水温度，闪蒸蒸汽排挤原汽机抽汽加热给水，排挤汽机抽汽继续驱动汽机做功；
E4：三号闪蒸罐疏水合格，闪蒸器疏水可以经三号闪蒸罐至除氧器排水调节门直接排入除氧器回收热量，排挤汽机除氧器等抽汽，排挤汽机抽汽继续驱动汽机做功，凝结水泵将凝汽器富余水量排入凝结水处理装置除去杂质，经释能凝汽器排水调节门，低温储水罐进水门排入低温储水罐；
E5：中压储热罐热水末级闪蒸热水在储热水热能回收换热器中汽机凝结水换热后进入汽机凝汽器，凝结水泵将水排入凝结水处理装置除去杂质，将闪蒸的降温水排入低温储水箱；
在一优选的实施方式中，所述步骤A中锅炉低负荷时汽机加热器汽源切换至锅炉主蒸汽减温减压后蒸汽加热锅炉给水，提高高压加热器加热蒸汽压力，使锅炉入口的给水温度提高，同样锅炉省煤器给水流量，降低锅炉的燃料量；锅炉再热器热段蒸汽减温减压后供除氧器和给水泵驱动用汽，增加再热器的冷却流量。
在一优选的实施方式中，所述步骤B中常压低温储水箱的低温水经汽机回热系统加热，加热后的热水排入中温中压储水箱，热水加热消耗锅炉出口蒸汽，在维持锅炉出口蒸发量不变的情况下，减少进入汽机蒸汽量，汽机做功能力降低，发电机发电量降低，为新能源调峰腾出空间。
在一优选的实施方式中，所述步骤C中常压低温储水箱的低温水经电蒸汽锅炉加热生产蒸汽加热，加热后的热水排入中温中压储水箱，电蒸汽锅炉生产蒸汽使用新能源电力能量，为新能源调峰服务。
在一优选的实施方式中，所述步骤D中锅炉给水与常压低温水混合到设定温度，进入中温中压储水罐，储水罐原有蒸汽被压缩，蒸汽凝结加热饱和水，提高饱和水的压力；中温中压储水罐备用时，循环水泵运行，保证管道和储水罐恒温热备用，与定压蒸汽配合维持中温中压储水罐压力稳定；
在一优选的实施方式中，所述步骤E中中温中压储水罐储存热水加压后进入闪蒸系统，闪蒸蒸汽加热汽机回热系统的给水，替代部分汽机加热抽汽蒸汽量，回收储存的热能，替代部分汽机抽汽可以继续驱动汽机做功提供动力，增加机组对外提供电力的能力，降至常温后的系统多余水排入常压低温储水箱。
发明专利的优点与积极效果：
1、本发明采用热力朗肯循环的设备加热低温水排入中压储热罐储能，降低汽轮发电机功率，为新能源调峰服务；同时可以消耗多余新能源电力，电力能量转化为热水，储存在中温中压储水箱储能；储能热水加热凝汽式汽机回热系统，替代部分高品质的蒸汽，同样的汽机进汽流量，增加汽轮发电机的发电量，回收储能的能量。
2、本发明利用煤电在新能源调峰期间的的多余热能进行储能，非新能源调峰期间在纯凝机组朗肯循环系统释放储存的热能，能源转化效率高，与相同煤电负荷利用抽水蓄能储能的能源转化效率相当。
3、本发明将多余新能源电力能量转化为热水储存热能，非新能源调峰期间在纯凝发电机机组的朗肯循环系统释放储存的热能，能源转化率最高可以达到25％，同时消耗新能源储存的热能，降低煤电机组锅炉燃煤量。
4、本发明储能系统简单，中压储热罐储能密度180KW/m3，储能成本低于0.1元/KWh，低于抽水储能和电储能的储能成本。
5、本发明利用热水闪蒸蒸汽技术和凝结水处理技术，可以满足锅炉对给水品质的要求。
6、本发明适用于沙漠、戈壁新能源开发基地配套煤电项目或新能源装机高的地区的纯凝发电机组，增加其调峰能力，可以达到负调峰的能力。
附图说明
图1是基于热力朗肯循环纯凝电厂储能调峰流程图
图中，1中压储热罐，2低温储水箱，3电蒸汽锅炉，4高加出口储能调节阀，5高压储热混温器，6定压蒸汽调节门，7中压储热罐进口门，8储热水给水泵，9蒸储热水给水泵门，10二号高加主汽减温水门，11一号高加主汽供汽调节门，12二号高加主汽供汽调节门，13二号高加主汽减温器，14电蒸汽锅炉供汽门，15中压储热罐排水旁路门，16中压储热罐循环泵，17中压储热罐循环泵出口门，18一号闪蒸罐入口调节门，19一号闪蒸罐，20二号闪蒸罐入口调节门，21二号闪蒸罐，22三号闪蒸罐入口调节门，23三号闪蒸罐，24三号闪蒸罐至除氧器排水调节门，25四号闪蒸罐入口调节门，26四号闪蒸罐，27五号闪蒸罐入口调节门，28五号闪蒸罐，29六号闪蒸罐入口调节门，30六号闪蒸罐，31六号闪蒸罐水位调节门，32凝结水储热上水调节门，33释能凝汽器排水调节门，34储能凝汽器补水调节门，35低温储水罐排水泵出口门，36低温储水罐排水泵，37低温储水罐进水门，38、高温储热温度调节门，39高压电蒸汽锅炉补水门，40高温储热减温水泵，41除氧器和给水泵再热器热段供汽减温器，42除氧器和给水泵汽轮机再热器热段供汽压力调节门，43汽机高压缸，44汽机中压缸，45汽机低压缸，46给水泵汽轮机，46凝汽器，48凝结水泵，49锅炉给水泵，50一号高压加热器，51二号高压加热器，52三号高压加热器，54除氧器，55五号低压加热器，56六号低压加热器，57七号低压加热器，58凝结水处理装置，59锅炉，60储能水热能回收换热器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图图二及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1：基于热力朗肯循环纯凝电厂储能调峰流程图
实施例：
针对一台机组功率350MW燃煤纯凝汽轮发电机组，每天8小时时间储热调峰运行，汽轮机组发电功率25MW,电蒸汽锅炉用电功率30MW，储能热水流量620t/h，储能压力6MPa；每天16小时时间释热调峰运行，机组发电功率175MW,电蒸汽发电功率0MW，释能热水流量310t/h，储能热水直接与锅炉给水混合释放能量；本方法发明按以上工况进行工艺说明。
一种基于热力朗肯循环储能调峰系统包括：
所述的基于热力朗肯循环储能调峰系统，包括：
步骤A：机组高压加热器、中压储热罐用汽和设备动力用汽工艺流程：
A1：锅炉59低温过热器入口蒸汽经一号高加主汽供汽调节门11减压后作为汽机一号高压加热器汽源，将一号高压加热器汽侧压力控制在6.2MPa，将给水加热至275.7℃；
A2：锅炉59进入汽机前的主蒸汽经二号高加主汽供汽调节门减压12、二号高加主汽减温器13减温后作为汽机二号高压加热器汽源，将二号高压加热器汽侧压力控制在3.5MPa，将给水加热至239.54℃；
A3：锅炉59进入汽机前的再热热段蒸汽除氧器和给水泵汽轮机再热器热段供汽压力调节门42减压至1MPa、除氧器和给水泵再热器热段供汽减温器41减温至360℃，作为给水泵驱动汽机汽源、除氧器汽源，驱动给水泵和加热除氧器凝结水；
A4：锅炉59低温过热器入口的蒸汽减压减温至6.2MPa，290℃，作为中压储热罐1定压汽源；
步骤B：锅炉给水加热储能工艺流程：
B1：常压低温储水箱的510t/h低温水水经水泵加压进入储能水热能回收换热器60冷却回收热量后排入凝汽器；
B2：汽机凝结水泵将水排入凝结水处理装置58，除去杂质后的除盐水旁路510t/h排入除氧器；
B3：除氧器给水经锅炉给水泵49加压至13MPa后，进入汽机高压加热器加热；
B4：858t/h流量锅炉给水经汽机一号高压加热器50、二号高压加热器51加热后，部分510t/h，温度275℃锅炉给水排入中压储热罐；
B5：保持锅炉30％额定给水流量310t/h不变，控制一号高加主汽供汽调节门11将锅炉给水温度控制在275℃，调节高加出口储能调节阀4逐渐增加储能排水量至510t/h，锅炉产出的蒸汽除维持汽机最低负荷做功的80t/h蒸汽外，其余蒸汽用于加热储能热水，锅炉每小时燃煤量26.8吨标准煤；
步骤C：新能源电力能力加热低温水储能工艺流程：
C1：电蒸汽锅炉3利用30MW新能源电力加热经高温储热减温水泵40加压低温水产生30t/h蒸汽，蒸汽经高压电蒸汽锅炉供汽门14进入中压储热罐；
C2：常压低温储水箱的流量80t/h低温水经高温储热减温水泵40加压与中压储热罐循环泵16循环水混合减温进入中压储热罐1，与电蒸汽锅炉3蒸汽混合换热，蒸汽冷凝加热低温水至275℃，储存热能；
步骤D：热水储能和保温工艺流程：
D1：加压低温水80t/h经高温储热温度调节门38控制将锅炉高加出口储热排水混合到244℃，进入中压储水罐1。
D2：中压储热罐1储水量逐渐增加，与储水罐原有蒸汽和电锅炉30t/h混合换热，蒸汽凝结加热低温水至6MPa饱和水；
D3：中压储水罐1备用时，中压储热罐循环水泵16运行，储热水100t/h经中压储热罐循环水泵出口门17、中压储热罐进口门7循环，将管道和储水罐保持恒温热备用，与定压蒸汽调节门6配合维持中压储热罐1压力稳定至6MPa；
步骤E：中压储热罐热水释能加热锅炉给水工艺流程：
E1：汽轮发电机组50％额定负荷175MW，中压储热罐热1水水质合格，流量310t/h，温度275℃热水经高压储热罐循环水泵16、储热水给水泵8加压直接混入137t/h，温度248℃的锅炉给水中进入锅炉省煤器，锅炉省煤器入口给水流量447t/h，温度268℃，热水混入减少汽机高压加热器给水流量，排挤汽机抽汽继续驱动汽机做功，同样汽轮发电机组负荷175MW，较无释能系统锅炉燃煤量每小时减少7.72吨标煤；凝结水泵将凝汽器310t/h富余水量排入凝结水处理装置除去杂质，经释能凝汽器排水调节门33，低温储水罐进水门37排入低温储水罐2；
E2：中压储热罐热水水质不合格或储热水给水泵故障，无法直接混入锅炉给水时，中压储热罐1热水经中压储热罐循环泵16送入一号闪蒸器19、二号闪蒸器21、三号闪蒸器23、四号闪蒸器26、五号闪蒸器28、六号闪蒸器30闪蒸，闪蒸器与锅炉给水回热系统一号高压加热器50、二号高压加热器51、三号高压加热器52、除氧器53、五号低压加热器54、六号低压加热器55对应；
E3：中压储热罐1热水闪蒸蒸汽进入汽机原有加热器替代汽机抽汽加热给水，释放蒸汽热能降低热水温度，闪蒸蒸汽排挤原汽机抽汽加热给水，排挤汽机抽汽继续驱动汽机做功；
E4：三号闪蒸罐23疏水合格，闪蒸器疏水可以经三号闪蒸罐至除氧器排水调节门24直接排入除氧器54回收热量，排挤汽机除氧器等抽汽，排挤汽机抽汽继续驱动汽机做功，凝结水泵48将凝汽器46富余水量排入凝结水处理装置除去杂质，经释能凝汽器排水调节门33，低温储水罐进水门37排入低温储水罐2；
E5：中压储热罐热水末级闪蒸热水在储热水热能回收换热器60中汽机凝结水换热后进入汽机凝汽器46，凝结水泵48将水排入凝结水处理装置58除去杂质，将闪蒸的降温水排入低温储水箱2；
此系统主要为了在新能源调峰期将锅炉热能和新能源能量储存起来，让出负荷空间为新能源调峰服务。
此系统储能方法，利用了基于朗肯循环的纯凝汽轮发电机的热力设备，将锅炉低负荷富余蒸汽加热锅炉给水，以高温饱和水的状态将蒸汽热能储存起来。同时将富余新能源的电力能量变为热能，以高温饱和水的状态热能储存起来。
此系统储能方法，利用了基于朗肯循环的纯凝汽轮发电机的热力设备，将锅炉低负荷富余蒸汽加热锅炉给水，以高温饱和水的状态将蒸汽热能储存起来。同时将富余新能源的电力能量变为热能，以高温饱和水的状态热能储存起来。
此系统释能能方法，利用了基于朗肯循环的纯凝汽轮发电机的热力设备，将储存的热水直接与锅炉给水混合，锅炉高压加热器流量降低，排挤汽机抽汽发电，热水的混入锅炉给水直接回收储存热量，相同发电负荷锅炉燃煤量减少。
此系统储能和释能的能源转化效率与抽水蓄能系统储存煤电剩余电力的能源转化效率相同。
需要说明的是，在本文中，诸如中压储热罐和低温储水箱等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“中压储热罐……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于热力朗肯循环储能调峰系统，其特征在于，包括中压储热罐(1)，其与锅炉高加排水和高压电蒸汽锅炉相接，储存热能；低温储水箱(2)，其与汽机补排水系统、高温排水管道相接，储存和提供系统低温水；电蒸汽锅炉(3)，其与中压储热罐、低温储水罐补水相接，消耗新能源电力能量产生蒸汽加热热水；一号高加主汽供汽调节门(11)，其与锅炉低温过热器入口和一号高加汽侧相连，提高锅炉给水温度；二号高加主汽供汽调节门(12)，其与锅炉主蒸汽减温器(13)和二号高加汽侧相连，提高锅炉给水温度；闪蒸罐(19)，其中压储热罐疏水和回热系统加热器相连；热水闪蒸蒸汽加热回热系统；除氧器和给水泵汽轮机再热器热段供汽压力调节门(42)，其与锅炉再热器热段蒸汽和除氧器和给水泵汽轮机供汽相接，锅炉再热蒸汽经减温器(41)减温供给除氧器和给水泵汽轮机用汽，增加锅炉再热器冷却流量；在新能源调峰期间将朗肯循环热力系统汽机高加出口给水和新能源电力能量加热的热水排入中压储热罐(1)中，以饱和水的状态储存热能；非新能源调峰期将中压储热罐(1)内热水排出，热水经加压混入锅炉给水，减少汽机加热器回热系统蒸汽量，回收储存的热能，提高汽机蒸汽做功能力，减少锅炉燃煤量。
2.根据权利要求1所述的一种基于热力朗肯循环储能调峰系统，其特征在于：利用朗肯循环的纯凝式发电机组设备实现在新能源调峰期间将汽机高加出口的热能储存中压储热罐(1)，非新能源调峰期间将储存的热能混入汽机给水系统释放储存能力，同时提高汽机发电能力，减少锅炉燃煤量。
3.根据权利要求1所述的一种基于热力朗肯循环储能调峰系统，其特征在于：包括储能热水释能系统，所述储能热水释能系统固定于锅炉给水系统中，储能热水释能系统入口接至中压储热罐循环泵(16)，储能热水释能系统出口接至锅炉省煤器给水入口；所述能热水释能系统入口和出口之间设置储热水给水泵(8)。
4.根据权利要求1所述的一种基于热力朗肯循环储能调峰系统，其特征在于：包括热水闪蒸系统，所述热水闪蒸系统固定于热力朗肯循环系统锅炉给水回热系统，所述热水闪蒸系统入口接至中压储热罐(1)排水，闪蒸系统出口蒸汽接入锅炉给水回热系统一号高压加热器(50)、二号高压加热器(51)、三号高压加热器(52)、除氧器(53)、五号低压加热器(54)、六号低压加热器(55)、七号低压加热器(56)汽侧，闪蒸系统出口疏水接入下一级闪蒸器，末级疏水冷却后排入汽机凝汽器(46)。
5.根据权利要求1所述的一种基于热力朗肯循环储能调峰系统，其特征在于：包括除氧器和给水泵汽轮机再热器热段供汽系统，所述除氧器和给水泵汽轮机再热器热段供汽系统入口接至锅炉再热器热段蒸汽减温减压(42)，除氧器和给水泵汽轮机再热器热段供汽系统出口接至除氧器(54)和给水泵汽轮机(46)供汽管道。
6.根据权利要求1所述的一种基于热力朗肯循环储能调峰系统，其特征在于：包括新能源电力能量储能系统，所述新能源电力能量储能调峰是利用电蒸汽锅炉(3)将电能转化为热水，在中压储热罐(1)中以热水热能的方式储存新能源调峰期间的新能源电力能量，非新能源调峰期间以热水或蒸汽的方式释能到纯凝热力朗肯循环系统锅炉给水回热系统中。
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