CN114776411A - 一种集成储热的燃煤发电系统及工作方法 - Google Patents

一种集成储热的燃煤发电系统及工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集成储热的燃煤发电系统及工作方法，本发明能够机组低负荷运行时，使用过剩电力驱动二氧化碳压缩机将二氧化碳工质压缩至高温高压状态，使燃煤发电系统分流出的部分给水吸收二氧化碳热量然后送至储热水罐，在机组升负荷时，释放储热水罐中的储存加压水工质，经低温烟气换热器加热至饱和态，代替汽轮机抽汽加热给水，从而减少抽汽，实现快速升负荷，本发明通过储存/释放热量，提高机组的变负荷速率，拓宽燃煤发电机组的运行范围，实现机组更低负荷运行及提高变负荷速率，提升机组灵活性。本发明通过在锅炉尾部布置低温烟气换热器，还可以实现烟气余热回收利用。

Description

一种集成储热的燃煤发电系统及工作方法
技术领域
本发明属于发电技术领域，具体涉及一种集成储热的燃煤发电系统及工作方法。
背景技术
目前，风能和太阳能大都具有强烈的间歇性和波动性，需要依靠燃煤机组调节来消纳，因此对燃煤机组的深度调峰和运行灵活性提出了更高的要求。燃煤发电机组的灵活性是指机组在稳态工况方面能够大幅度变负荷运行并实现超低负荷运行，在变工况瞬态过程中能够快速升降负荷。然而，在实际运行中，受锅炉最低稳燃负荷及其他运行条件的影响，机组运行负荷区间及变负荷速率受限。因此，如何进一步提高燃煤发电机组的灵活性是我国能源行业的巨大挑战。
在电力系统灵活性调节的可用资源中，储能技术扮演着重要的角色，不同技术得到迅速的发展。在燃煤发电机组中耦合储能基础，是进一步提高燃煤机组灵活性的有效途径。由于燃煤发电机组以热能为媒介进行发电，在燃煤发电机组中集成储热技术有望实现燃煤发电过程和储热过程的有效匹配，并且有望实现大规模储能，大幅提高燃煤发电机组的运行灵活性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种集成储热的燃煤发电系统及工作方法，集成压缩二氧化碳储热的燃煤发电，能够实现机组更低负荷运行及提高变负荷速率，提升机组灵活性。
为了达到上述目的，一种集成储热的燃煤发电系统，包括燃煤发电系统，燃煤发电系统包括锅炉、高压缸、中压缸、低压缸和发电机，锅炉内设置有低温烟气换热器，高压缸连接中压缸，中压缸连接低压缸，低压缸连接发电机，发电机连接二氧化碳压缩机，二氧化碳压缩机工质出口连接高温换热器的热源侧入口，高温换热器的热源侧出口连接二氧化碳膨胀机工质入口，二氧化碳膨胀机工质出口连接低温换热器的冷源侧入口，低温换热器的冷源侧出口连接二氧化碳压缩机工质入口，低温换热器的热源侧连接环境，高温换热器的冷源侧入口连接燃煤发电系统的给水，高温换热器的冷源侧出口连接储热罐，储热罐连接低温烟气换热器。
储热罐与低温烟气换热器的连接管路上设置有第一阀门。
低压缸连接凝汽器，凝汽器连接高温换热器的冷源侧入口，凝汽器连接高温换热器的管路上设置有第二阀门。
凝汽器与高温换热器的连接管路上设置有水泵。
低压缸连接凝汽器，凝汽器连接第一低压加热器组，凝汽器与第一低压加热器组间设置有凝结水泵，第一低压加热器组连接第二低压加热器，第二低压加热器连接第三低压加热器，低压缸的抽汽通过管路连接第一低压加热器组、第二低压加热器和第三低压加热器，低温烟气换热器的出口连接中压缸的抽汽管路和第三低压加热器蒸汽侧入口。
中压缸的抽汽管路连接除氧器和第一高压加热器，除氧器连接给水泵，给水泵连接第一高压加热器，第一高压加热器连接第二高压加热器组，第二高压加热器组连接锅炉，锅炉连接高压缸，高压缸的蒸汽出口连接第二高压加热器组。
高压缸的蒸汽出口连接锅炉，锅炉的再热蒸汽出口通过管路依次进入中压缸和低压缸。
一种集成储热的燃煤发电系统的工作方法，包括以下步骤：
当机组低负荷运行时，发电机中过剩电力驱动二氧化碳压缩机将二氧化碳工质压缩至高温高压状态；燃煤发电系统分流出部分给水进入高温换热器的冷源侧，吸收高温高压二氧化碳热量然后送至储热水罐进行存储；放热后的低温高压二氧化碳进入二氧化碳膨胀机做功后变为低温低压工质，然后经低温换热器吸收环境热量后进入二氧化碳压缩机；
当机组升负荷时，停止二氧化碳压缩机，释放储热水罐中的储存加压水工质，经低温烟气换热器加热至饱和态，代替汽轮机抽汽加热给水。
机组低负荷运行时，关闭第一阀门，打开第二阀门。
机组升负荷时，打开第一阀门，关闭第二阀门。
与现有技术相比，本发明能够机组低负荷运行时，使用过剩电力驱动二氧化碳压缩机将二氧化碳工质压缩至高温高压状态，使燃煤发电系统分流出的部分给水吸收二氧化碳热量然后送至储热水罐，在机组升负荷时，释放储热水罐中的储存加压水工质，经低温烟气换热器加热至饱和态，代替汽轮机抽汽加热给水，从而减少抽汽，实现快速升负荷，本发明通过储存/释放热量，提高机组的变负荷速率，拓宽燃煤发电机组的运行范围，实现机组更低负荷运行及提高变负荷速率，提升机组灵活性。本发明通过在锅炉尾部布置低温烟气换热器，还可以实现烟气余热回收利用。
附图说明
图1为本发明的系统图；
其中，1为锅炉、2为汽轮机高压缸、3为中压缸、4为低压缸、5为发电机、6为凝汽器、7为凝结水泵、8为第一低压加热器组、9为第二低压加热器、10为第三低压加热器、11为除氧器、12为给水泵、13为第一高压加热器、14为第二高压加热器组、15为低温烟气换热器、16为储热罐、17为高温换热器、18为水泵、19为二氧化碳膨胀机、20为低温换热器、21为二氧化碳压缩机、221为第一阀门、222为第二阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，一种集成储热的燃煤发电系统，包括燃煤发电系统，燃煤发电系统包括锅炉1、高压缸2、中压缸3、低压缸4和发电机5，锅炉1内设置有低温烟气换热器15，高压缸2连接中压缸3，中压缸3连接低压缸4，低压缸4连接发电机5，发电机5连接二氧化碳压缩机21，二氧化碳压缩机21工质出口连接高温换热器17的热源侧入口，高温换热器17的热源侧出口连接二氧化碳膨胀机19工质入口，二氧化碳膨胀机19工质出口连接低温换热器20的冷源侧入口，低温换热器20的冷源侧出口连接二氧化碳压缩机21工质入口，低温换热器20的热源侧连接环境，高温换热器17的冷源侧入口连接燃煤发电系统的给水，高温换热器17的冷源侧出口连接储热罐16，储热罐16连接低温烟气换热器15。储热罐16与低温烟气换热器15的连接管路上设置有第一阀门221。低压缸4连接凝汽器6，凝汽器6连接高温换热器17的冷源侧入口，凝汽器6连接高温换热器17的管路上设置有第二阀门222。凝汽器6与高温换热器17的连接管路上设置有水泵18。
低压缸4连接凝汽器6，凝汽器6连接第一低压加热器组8，凝汽器6与第一低压加热器组8间设置有凝结水泵7，第一低压加热器组8连接第二低压加热器9，第二低压加热器9连接第三低压加热器10，低压缸4的抽汽通过管路连接第一低压加热器组8、第二低压加热器9和第三低压加热器10，低温烟气换热器15的出口连接中压缸3的抽汽管路和第三低压加热器10蒸汽侧入口。中压缸3的抽汽管路连接除氧器11和第一高压加热器13，除氧器11连接给水泵12，给水泵12连接第一高压加热器13，第一高压加热器13连接第二高压加热器组14，第二高压加热器组14连接锅炉1，锅炉1连接高压缸2，高压缸2的蒸汽出口连接第二高压加热器组14。高压缸2的蒸汽出口连接锅炉1，锅炉1的再热蒸汽出口通过管路依次进入中压缸3和低压缸4。
优选的，储热系统采用工质为二氧化碳。
优选的，储热水罐16中存储的加压水的压力范围为1.7-2.3MPa。
一种集成储热的燃煤发电系统的工作方法，包括以下步骤：
锅炉1出口蒸汽进入汽轮机高压缸2做功，高压缸2出口蒸汽进入锅炉1再热后，依次进入中压缸3和低压缸4继续膨胀做功；低压缸4出口蒸汽进入凝汽器6冷却。
高温换热器17冷侧入口与水泵18出口相连，水泵18入口经第二阀门222与凝结水泵7出口相连，高温换热器17冷侧出口与储热水罐16入口相连；锅炉1尾部设置低温烟气换热器15，低温烟气换热器15冷侧入口经第一阀门221与储热水罐16出口相连，低温烟气换热器15冷侧出口分别于6号高压加热器13和4号低压加热器10的蒸汽侧入口相连。
当机组低负荷运行时，发电机5中过剩电力驱动二氧化碳压缩机21将二氧化碳工质压缩至高温高压状态；燃煤发电系统分流出部分给水进入高温换热器17的冷源侧，吸收高温高压二氧化碳热量然后送至储热水罐16进行存储；放热后的低温高压二氧化碳进入二氧化碳膨胀机19做功后变为低温低压工质，然后经低温换热器20吸收环境热量后进入二氧化碳压缩机21；
当机组升负荷时，停止二氧化碳压缩机21，释放储热水罐16中的储存加压水工质，经低温烟气换热器15加热至饱和态，代替汽轮机抽汽加热给水。
机组低负荷运行时，关闭第一阀门221，打开第二阀门222。
机组升负荷时，打开第一阀门221，关闭第二阀门222。

Claims (10)

1.一种集成储热的燃煤发电系统，其特征在于，包括燃煤发电系统，燃煤发电系统包括锅炉(1)、高压缸(2)、中压缸(3)、低压缸(4)和发电机(5)，锅炉(1)内设置有低温烟气换热器(15)，高压缸(2)连接中压缸(3)，中压缸(3)连接低压缸(4)，低压缸(4)连接发电机(5)，发电机(5)连接二氧化碳压缩机(21)，二氧化碳压缩机(21)工质出口连接高温换热器(17)的热源侧入口，高温换热器(17)的热源侧出口连接二氧化碳膨胀机(19)工质入口，二氧化碳膨胀机(19)工质出口连接低温换热器(20)的冷源侧入口，低温换热器(20)的冷源侧出口连接二氧化碳压缩机(21)工质入口，低温换热器(20)的热源侧连接环境，高温换热器(17)的冷源侧入口连接燃煤发电系统的给水，高温换热器(17)的冷源侧出口连接储热罐(16)，储热罐(16)连接低温烟气换热器(15)。
2.根据权利要求1所述的一种集成储热的燃煤发电系统，其特征在于，储热罐(16)与低温烟气换热器(15)的连接管路上设置有第一阀门(221)。
3.根据权利要求1所述的一种集成储热的燃煤发电系统，其特征在于，低压缸(4)连接凝汽器(6)，凝汽器(6)连接高温换热器(17)的冷源侧入口，凝汽器(6)连接高温换热器(17)的管路上设置有第二阀门(222)。
4.根据权利要求3所述的一种集成储热的燃煤发电系统，其特征在于，凝汽器(6)与高温换热器(17)的连接管路上设置有水泵(18)。
5.根据权利要求1所述的一种集成储热的燃煤发电系统，其特征在于，低压缸(4)连接凝汽器(6)，凝汽器(6)连接第一低压加热器组(8)，凝汽器(6)与第一低压加热器组(8)间设置有凝结水泵(7)，第一低压加热器组(8)连接第二低压加热器(9)，第二低压加热器(9)连接第三低压加热器(10)，低压缸(4)的抽汽通过管路连接第一低压加热器组(8)、第二低压加热器(9)和第三低压加热器(10)，低温烟气换热器(15)的出口连接中压缸(3)的抽汽管路和第三低压加热器(10)蒸汽侧入口。
6.根据权利要求1所述的一种集成储热的燃煤发电系统，其特征在于，中压缸(3)的抽汽管路连接除氧器(11)和第一高压加热器(13)，除氧器(11)连接给水泵(12)，给水泵(12)连接第一高压加热器(13)，第一高压加热器(13)连接第二高压加热器组(14)，第二高压加热器组(14)连接锅炉(1)，锅炉(1)连接高压缸(2)，高压缸(2)的蒸汽出口连接第二高压加热器组(14)。
7.根据权利要求1所述的一种集成储热的燃煤发电系统，其特征在于，高压缸(2)的蒸汽出口连接锅炉(1)，锅炉(1)的再热蒸汽出口通过管路依次进入中压缸(3)和低压缸(4)。
8.一种权利要求1所述的燃煤机组灵活调控系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
当机组低负荷运行时，发电机(5)中过剩电力驱动二氧化碳压缩机(21)将二氧化碳工质压缩至高温高压状态；燃煤发电系统分流出部分给水进入高温换热器(17)的冷源侧，吸收高温高压二氧化碳热量然后送至储热水罐(16)进行存储；放热后的低温高压二氧化碳进入二氧化碳膨胀机(19)做功后变为低温低压工质，然后经低温换热器(20)吸收环境热量后进入二氧化碳压缩机(21)；
当机组升负荷时，停止二氧化碳压缩机(21)，释放储热水罐(16)中的储存加压水工质，经低温烟气换热器(15)加热至饱和态，代替汽轮机抽汽加热给水。
9.根据权利要求8所述的一种集成储热的燃煤发电系统的工作方法，其特征在于，机组低负荷运行时，关闭第一阀门(221)，打开第二阀门(222)。
10.根据权利要求8所述的一种集成储热的燃煤发电系统的工作方法，其特征在于，机组升负荷时，打开第一阀门(221)，关闭第二阀门(222)。
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