CN207229172U - 一种火电厂调峰发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种火电厂调峰发电系统，包括：火力发电模块，能够接收电解水模块生成的氧气和接收气体混合模块生成的合成气；升压站，将电力升压后向电网输送；调峰控制平台，用于向开关模块发送开合指令；开关模块，用于连接或者断开火力发电模块与逆变器；逆变器用于将所述电力逆变之后输向电解水模块；电解水模块，用于将纯水进行电解；纯水供应模块，用于提供纯水；气体混合模块，用于气体混合；生物质气产生模块，用于产生生物质气，并将所述生物质气输送给气体混合模块。本实用新型的有益效果是：(1)提高火电厂调峰的灵活性；(2)降低了火电厂碳排放强度。

Description

一种火电厂调峰发电系统

技术领域

本实用新型涉及发电领域，具体的涉及一种火电厂调峰发电系统。

背景技术

近年来，在中国三北地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电、水电及核电等新能源的能力不足，弃风、弃光、弃水和弃核现象严重。热电联产机组“以热定电”方式运行，调峰能力仅为10％左右。调峰困难已经成为电网运行中最为突出的问题。目前国内火电灵活性调峰改造均针对冬季供热机组，夏季如何调峰是摆在众多火电厂面前的一个难题。为了满足电网调峰需求，以及电厂在激烈竞争中的生存需要，全年特别是非供热季深度调峰势在必行。

另外，全球气候变暖和应对气候变化，中国政府承诺的减排任务和十三五能源规划里对国内五大电力集团的燃煤火电机组的碳排放强度均提出了具体要求，即到2020年，五大电力的燃煤火电机组的平均碳排放强度要在 650kgCO2/kWh以下。未来燃煤电厂都需要通过购买绿色证书或碳指标来维持全年发电负荷量，或者就需要进行燃料灵活性改造，变成低碳排放强度的火力发电厂。

其次，我国经济发达地区，特别是冬季，大量存在燃气资源短缺，燃气价格过高的问题，生物质高效热解气化，弃风弃光电力电解制氢，是解决中国燃气短缺问题的重要途径。

鉴于以上情况，寻找一种调峰灵活、碳排放量低的火电厂发电系统是势在必行的。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种火电厂调峰发电系统，使得火电厂在低谷电时段或者可再生能源发电丰富的时期，能够灵活深度调峰。

具体地，本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种火电厂调峰发电系统，所述火电厂调峰发电系统包括：

火力发电模块，用于通过火力发电的方式产生电力，并能够接收气体混合模块生成的合成气；

调峰控制平台，用于向开关模块发送开合指令；

开关模块，用于连接或者断开火力发电模块与逆变器；

逆变器，用于接收火力发电模块产生的电力，将所述电力逆变为直流电之后输向电解水模块；

电解水模块，用于接收逆变器输送的电力和接收纯水供应模块输送的纯水，并将纯水进行电解，生成氢气和氧气，并将生成的氢气通过氢气输出管路输送给气体混合模块；

纯水供应模块，用于向电解水模块提供用于电解的纯水；

气体混合模块，用于接收电解水模块生成的氢气和生物质气产生模块生成的生物质气，并将所述两种气体进行混合，形成合成气，并将所述合成气输送给火力发电模块；

生物质气产生模块，用于产生生物质气，并将所述生物质气输送给气体混合模块。

较佳的，所述火力发电模块包括：

混烧合成气的煤粉锅炉，用于接收一次风煤粉，以及气体混合模块输送的合成气，还用于接收锅炉给水；所述煤粉锅炉将一次风煤粉和合成气通过多燃料燃烧器进行燃烧，将所述锅炉给水制为水蒸气供向汽轮机，驱动汽轮机工作。

较佳的，所述多燃料燃烧器能够燃烧煤粉、生物质颗粒、生物质气、天燃气、油和氢气多种燃料中的一种或任意几种的组合，或能够接纳纯氧进入锅炉；所述煤粉锅炉还能够将产生的煤粉锅炉烟气通往生物质气产生模块，用于生物质气的生成。

较佳的，所述生物质气产生模块包括：

生物质收集罐，用于收集生物质；

热解反应罐，用于从生物质收集罐中接收生物质，还用于从煤粉锅炉中获取煤粉炉烟气，从炭化燃烧室中获取沙和燃烧室烟气，还用于向气化室输送热解生成物；

风机，用于从热解反应罐中将沉积的沙和热解产生的炭吹送到炭化燃烧室中；

炭化燃烧室，用于接收风机吹送来的炭和沙，将炭进行燃烧，将沙和生成的燃烧室烟气通往热解反应罐；

气化室，用于接收热解反应罐生成的热解生成物，还接收加热器输送的水蒸气和热空气，并向生物质气净化冷却室输送高温生物质气；

生物质气净化冷却室，用于接收高温生物质气，并将高温生物质气冷却为常温生物质气，输向气体混合模块。

较佳的，所述生物质气产生模块通过生物质热解方式产生生物质气。

较佳的，所述电解水模块还具有氧气输出管路，所述电解水模块生成的氧气通过所述氧气输出管路输向火力发电模块，在所述氧气输出管路上，设置氧气收集净化系统，所述氧气收集净化系统从电解水模块中收集氧气并对氧气进行净化，并将净化后的氧气通过氧气输出管路输向火力发电模块。

较佳的，在所述氢气输出管路上，设置氢气收集净化系统，所述氢气收集净化系统从电解水模块中收集氢气并对氢气进行净化，并将净化后的氢气通过氢气输出管路输向气体混合模块。

较佳的，所述的生物质气产生模块能够采用生物质热解气化或厌氧发酵气化两种技术中的一种或二者组合。

较佳的，所述调峰控制平台包括电网调度中心和电厂集控中心，电网调度中心用于向电厂集控中心发送调峰指令，电厂集控中心根据接收到的调峰指令，控制所述开关模块的开合。

一种火电厂调峰发电控制方法，使用前述火电厂调峰发电系统，所述方法包括：

调峰控制平台判断当前非火力发电量是否充足，或者判断当前是否为低用电量时段，若有任一判断结果为是，则向开关模块发送闭合指令，使火力发电模块与逆变器连接，若判断都为否，则向开关模块发送断开指令，使火力发电模块与逆变器断开。

本实用新型的有益效果是：(1)提高火电厂调峰的灵活性；(2)降低了火电厂碳排放强度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的一种火电厂调峰发电系统结构示意图；

图2为本实用新型第二实施例提供的一种火电厂调峰发电系统结构示意图；

图3为本实用新型第三实施例提供的一种火电厂调峰发电系统结构示意图；

图4为本实用新型第四实施例提供的一种火电厂调峰发电系统结构示意图；

图5为本实用新型提供的生物质气产生模块结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本实用新型可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。

一种火电厂调峰发电系统，如图1所示，所述火电厂调峰发电系统包括：

混烧合成气的煤粉锅炉11，用于接收一次风煤粉，以及气体混合模块输送的合成气，还用于接收锅炉给水；所述煤粉锅炉11将一次风煤粉和合成气进行燃烧，将所述锅炉给水制为水蒸气供向汽轮机13，驱动汽轮机13 工作；

汽轮机13，用于利用煤粉锅炉输送的水蒸气进行工作，驱动发电机14 进行发电；所述汽轮机13还将乏汽输送到水蒸气循环模块；

发电机14，用于在汽轮机13的驱动下进行发电，所述发电机14与开关模块3和升压站9连接；

水蒸气循环模块，用于接收汽轮机输送的乏汽，并将乏汽制成锅炉给水输向煤粉锅炉11。

进一步的，所述水蒸气循环模块包括：

凝汽器15，用于接收汽轮机13输送的乏汽，并将所述乏汽冷凝为水，将冷凝形成的水输入低压加热器16；

低压加热器16，用于接收凝汽器15冷凝形成的水并进行低压加热，之后将水输向除氧器17；

除氧器17，用于接收汽轮机13输送的水蒸气和低压加热器16输送的水，对接收到的水进行除氧，将除氧后的水输向高压加热器18；

高压加热器18，用于接收除氧器17输送的除氧后的水，并对所述除氧后的水进行高压加热，形成锅炉给水，之后将所述锅炉给水输向煤粉锅炉 11。

升压站9，用于将火力发电模块1产生的电力升压后向电网输送；调峰控制平台2，用于向开关模块3发送开合指令；开关模块3，用于连接或者断发电机14 与逆变器4；逆变器4，用于接收发电机14产生的电力，将所述电力逆变之后输向电解水模块5；电解水模块5，用于接收逆变器4输送的电力和接收纯水供应模块6输送的纯水，并将纯水进行电解，生成氢气，并通过氢气输出管路51将所述氢气输送给气体混合模块7；纯水供应模块6，用于向电解水模块5提供用于电解的纯水；气体混合模块7，用于接收电解水模块5生成的氢气和生物质气产生模块8生成的生物质气，并将所述两种气体进行混合，形成合成气，并将所述合成气输送给煤粉锅炉11；生物质气产生模块8，用于产生生物质气，并将所述生物质气输送给气体混合模块7。具体的，所述生物质气产生模块通过生物质热解方式产生生物质气。

所述发电机14同时与升压站9和开关模块3连接，使得发电机14能够实时通过升压站9向电网提供电能，同时，当所述开关模块3闭合时，连通了发电机14 和逆变器4，发电机14也能够将一部分电能通过逆变器4后，输向电解水模块5，成为电解水的能量来源。

调峰控制平台2能够获取整个电网当前的各种状态信息，例如，调峰控制平台2能够实时获知当前电网中的电量除了来自于火电厂以外，还有部分电能来自风力发电厂、光伏发电厂或水力发电厂等，以及能够获知由火力发电、风力发电、光伏发电和水力发电的电量。为了大力提倡节能减排，在非火力发电的能源足够充足、足以满足当前用电量的情况下，需要尽量减少火力发电的电能在电网中的占比，但是火力发电厂并不能因此而停工(火力发电厂停工作会造成巨大的成本问题)，而火力发电的电能并不能进行储存，也正是因为这种问题的存在，在实际中，甚至会出现电能管理机构弃风电、弃水电的现象，以保障火电厂的工作，这实际上是对风电、水电这样的绿色能源的浪费。本实用新型中，当调峰控制平台检测到非火力发电的能源足够充足、足以满足当前用电量时，会向开关模块发送闭合信号，开关模块闭合，使得一部分火力电能用于进行电解水，产生能够被存储的氢气，其中，使电解水产生的氢气与生物质气产生模块生成的生物质气进行混合纯化，得到合成气HCNG，合成气HCNG能够通往煤粉锅炉，由于煤粉锅炉的燃料中添加了合成气HCNG，比起单纯的燃烧煤粉来说，碳排放量大大减少。进一步的，所述合成气HCNG还能够输送到加气站或者输入到天然气管网中以供它用。另外，电解水产生的氧气也可以通入到煤粉锅炉中，使煤粉锅炉进行富氧燃烧，实现锅炉低负荷稳燃。在本实用新型的一个实施例中，也可以只将电解生成的氢气输向煤粉锅炉，以促进煤粉锅炉的燃烧。

同样的，当当前处于夜间低用电量阶段时，也不用人为降低火电厂的发电量，同样使调峰控制平台向开关模块发送闭合信号，开关模块闭合，使得一部分火力电能用于电解水，从而减少火电厂输向电网的电能，将减少的电能用于制备合成气HCNG和制备氧气，而制备的氧气又能够促进火力发电模块富氧燃烧，实现锅炉低负荷稳燃。

所述火力发电工作过程为：

煤粉锅炉11接收一次风煤粉和合成气进行燃烧，将锅炉给水汽化为水蒸气，水蒸气输向汽轮机13，驱动汽轮机13运转，汽轮机13将一部分水蒸气输向除氧器17，同时汽轮机13将产生的乏汽输向凝汽器15冷凝为水，冷凝的水通过低压加热器16进行低压加热后，流入除氧器17，除氧器17利用水蒸气对流入的水进行除氧后，再将水输向高压加热器18进行高压加热，最后将经过高压加热后的水作为锅炉给水再次输向煤粉锅炉11，完成锅炉给水的循环利用。

进一步的，所述煤粉锅炉11上设置有多燃料燃烧器12，所述多燃料燃烧器12可以燃烧煤粉、生物质颗粒、生物质气、天燃气、油和氢气等多种燃料中的一种或任意几种的组合，并且可接纳纯氧进入锅炉，促进锅炉的低负荷富氧稳定燃烧；所述煤粉锅炉11还能够将产生的煤粉锅炉烟气通往生物质气产生模块8，用于生物质气的生成。

可将所述煤粉锅炉11、多燃料燃烧器12、汽轮机13、发电机14、凝汽器15、加热器16、除氧器17以及高压加热器18的组合称为火力发电模块1。

进一步的，如图2所示，所述纯水供应模块6包括电化学水处理车间61 和纯净水制备装置62，电化学水处理车间61对水进行初步处理，并将初步处理后的水输向纯净水制备装置62，纯净水制备装置62生产纯净水输向电解水模块5。

进一步的，在纯净水制备装置62和电解水模块5之间，还设置补水泵63。

进一步的，如图3所示，所述电解水模块5还具有氧气输出管路52，所述电解水模块5生成的氧气通过所述氧气输出管路52输向煤粉锅炉11，使所述氧气与一次风煤粉进行混合富氧燃烧，实现锅炉低负荷稳燃。

进一步的，如图4所示，在所述氧气输出管路52上，设置氧气收集净化系统521，所述氧气收集净化系统521从电解水模块5中收集氧气并对氧气进行净化，并将净化后的氧气通过氧气输出管路52输向煤粉锅炉。

进一步的，如图4所示，在所述氢气输出管路51上，设置氢气收集净化系统511，所述氢气收集净化系统511从电解水模块5中收集氢气并对氢气进行净化，并将净化后的氢气通过氢气输出管路51输向气体混合模块7。

进一步的，如图4所示，所述调峰控制平台2包括电网调度中心21 和电厂集控中心22，电网调度中心21用于向电厂集控中心22发送调峰指令，电厂集控中心22根据接收到的调峰指令，控制所述开关模块3的开合。所述电网调度中心21是一个综合性的电能调控平台，能够获取一定区域 (如一个城市)内各种电能来源(如火力、风力、水力、潮汐等)的发电量，也能够获知用电量低谷时段，当电网中非火力的发电量充足或者当前进入到用电量低谷时段而不需要火力发电厂向电网提供过多的电能时，电网调度中心向火电厂的电厂集控中心发送调峰指令，电厂集控中心接收到调峰指令后，向开关模块发送闭合指令，使开关模块闭合，进而连接发电机和逆变器，使发电机产生的电能有一部分用于电解水制氢制氧。

所述生物质气产生模块8通过生物质热解方式产生生物质气。

进一步的，如图5所示，所述生物质气产生模块8包括：生物质收集罐81，用于收集生物质；热解反应罐82，用于从生物质收集罐81中接收生物质，还用于从煤粉锅炉11中获取煤粉炉烟气，从炭化燃烧室中获取沙和燃烧室烟气，还用于向气化室输送热解生成物；风机83，用于从热解反应罐中将沉积的沙和热解产生的炭吹送到炭化燃烧室中84；炭化燃烧室84，用于接收风机吹送来的炭和沙，将炭进行燃烧，将沙和生成的燃烧室烟气通往热解反应罐81；气化室85，用于接收热解反应罐81生成的热解生成物，还接收加热器86输送的水蒸气和热空气，并向生物质气净化冷却室87输送高温生物质气；生物质气净化冷却室87，用于接收高温生物质气，并将高温生物质气冷却为常温生物质气，输向气体混合模块7。

所述生物质气产生模块产生生物质气的过程如下：

生物质收集罐将收集到的生物质输向热解反应罐，同时，热解反应罐还接收来自炭化燃烧室的沙、来自煤粉炉的煤粉炉烟气所述来自煤粉炉烟气气温在 400～600℃，热解反应罐将生物质和沙在煤粉炉烟气的作用下，在400～500℃的温度下进行热解反应，生成热解生成物，所述热解生成物为包含有水蒸气、含碳可燃气的混合气体；同时热解反应也产生炭，风机将热解反应产生的炭和热解反应罐中沉积的沙抽出，输向炭化燃烧室，炭化室燃烧室温度在500～600℃之间；炭化燃烧室将输入的炭进行燃烧，产生的燃烧室烟气可以再次输向热解反应罐，用于热解反应，炭化燃烧室将炭燃烧后产生的灰排出。气化室接收热解生成物，同时气化室还接收加热器产生的水蒸气和热空气；热解生成物、水蒸气和热空气汇集在气化室中产生化学反应，生成气化的700～1000℃的高温生物质气，气化室将高温生物质气输向生物质气净化冷却室，在图5中，所述生物质气净化冷却室底部具有冷却液，泵将冷却液从生物质气净化冷却室底部抽出，从生物质气净化冷却室顶部以喷淋的方式淋下，以对输入到生物质气净化冷却室中的高温生物质气进行冷却，从而生成25℃左右的常温生物质气。

进一步的，所述的生物质气产生模块能够采用生物质热解气化或厌氧发酵气化两种技术中的一种或二者组合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种火电厂调峰发电系统，其特征在于，所述火电厂调峰发电系统包括：

火力发电模块(1)，用于通过火力发电的方式产生电力，并能够接收气体混合模块(7)生成的合成气；

调峰控制平台(2)，用于向开关模块(3)发送开合指令；

开关模块(3)，用于连接或者断开火力发电模块(1)与逆变器(4)；

逆变器(4)，用于接收火力发电模块(1)产生的电力，将所述电力逆变为直流电之后输向电解水模块(5)；

电解水模块(5)，用于接收逆变器(4)输送的电力和接收纯水供应模块(6)输送的纯水，并将纯水进行电解，生成氢气和氧气，并将生成的氢气通过氢气输出管路(51)输送给气体混合模块(7)；

纯水供应模块(6)，用于向电解水模块(5)提供用于电解的纯水；

气体混合模块(7)，用于接收电解水模块(5)生成的氢气和生物质气产生模块(8)生成的生物质气，并将所述两种气体进行混合，形成合成气，并将所述合成气输送给火力发电模块(1)；

生物质气产生模块(8)，用于产生生物质气，并将所述生物质气输送给气体混合模块(7)。

2.根据权利要求1所述的火电厂调峰发电系统，其特征在于，所述火力发电模块(1)包括：

混烧合成气的煤粉锅炉(11)，用于接收一次风煤粉，以及气体混合模块输送的合成气，还用于接收锅炉给水；所述煤粉锅炉将一次风煤粉和合成气通过多燃料燃烧器(12)进行燃烧，将所述锅炉给水制为水蒸气供向汽轮机，驱动汽轮机工作。

3.根据权利要求2所述的火电厂调峰发电系统，所述煤粉锅炉上设置有多燃料燃烧器(12)，其特征在于，所述多燃料燃烧器(12)能够燃烧煤粉、生物质颗粒、生物质气、天燃气、油和氢气多种燃料中的一种或任意几种的组合，或能够接纳纯氧进入锅炉；所述煤粉锅炉(11)还能够将产生的煤粉锅炉烟气通往生物质气产生模块(8)，用于生物质气的生成。

4.根据权利要求2所述的火电厂调峰发电系统，其特征在于，所述生物质气产生模块(8)包括：

生物质收集罐(81)，用于收集生物质；

热解反应罐(82)，用于从生物质收集罐(81)中接收生物质，还用于从煤粉锅炉(11)中获取煤粉炉烟气，从炭化燃烧室中获取沙和燃烧室烟气，还用于向气化室输送热解生成物；

风机(83)，用于从热解反应罐中将沉积的沙和热解产生的炭吹送到炭化燃烧室(84)中；

炭化燃烧室(84)，用于接收风机吹送来的炭和沙，将炭进行燃烧，将沙和生成的燃烧室烟气通往热解反应罐(82)；

气化室(85)，用于接收热解反应罐生成的热解生成物，还接收加热器(86)输送的水蒸气和热空气，并向生物质气净化冷却室(87)输送高温生物质气；

生物质气净化冷却室(87)，用于接收高温生物质气，并将高温生物质气冷却为常温生物质气，输向气体混合模块(7)。

5.根据权利要求1～4任一所述的火电厂调峰发电系统，其特征在于，所述生物质气产生模块通过生物质热解方式产生生物质气。

6.根据权利要求1所述的火电厂调峰发电系统，其特征在于，所述电解水模块(5)还具有氧气输出管路(52)，所述电解水模块(5)生成的氧气通过所述氧气输出管路(52)输向火力发电模块(1)，在所述氧气输出管路(52)上，设置氧气收集净化系统(521)，所述氧气收集净化系统(521)从电解水模块(5)中收集氧气并对氧气进行净化，并将净化后的氧气通过氧气输出管路(52)输向火力发电模块(1)。

7.根据权利要求1所述的火电厂调峰发电系统，其特征在于，在所述氢气输出管路(51)上，设置氢气收集净化系统(511)，所述氢气收集净化系统(511)从电解水模块(5)中收集氢气并对氢气进行净化，并将净化后的氢气通过氢气输出管路(51)输向气体混合模块(7)。

8.根据权利要求1～4任一所述的火电厂调峰发电系统，其特征在于，所述的生物质气产生模块能够采用生物质热解气化或厌氧发酵气化两种技术中的一种或二者组合。

9.根据权利要求1所述的火电厂调峰发电系统，其特征在于，所述调峰控制平台(2)包括电网调度中心(21)和电厂集控中心(22)，电网调度中心(21)用于向电厂集控中心(22)发送调峰指令，电厂集控中心(22)根据接收到的调峰指令，控制所述开关模块(3)的开合。