CN210122594U

CN210122594U - 一种火电厂电解槽制烧碱调峰系统

Info

Publication number: CN210122594U
Application number: CN201920383595.1U
Authority: CN
Inventors: 杨豫森; 崔华; 陈辉
Original assignee: Beijing Hempel Electric Power Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Hempel Electric Power Technology Co Ltd
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-03-03
Anticipated expiration: 2029-03-25

Abstract

本实用新型公开了一种火电厂电解槽制烧碱调峰系统，包括调峰控制平台和与其相连且设有汽轮机的电厂发电模块，还包括送变电及供电模块、电解制烧碱模块、氢气收集净化系统、氯气收集净化系统、氯化钠溶液配制模块，所述送变电及供电模块分别与调峰控制平台、电解制烧碱模块相连，所述电解制烧碱模块的一端分别与汽轮机、氯化钠溶液配制模块相连，所述电解制烧碱模块的另一端分别与氢气收集净化系统、氯气收集净化系统相连。本实用新型将火电厂深度调峰与生产烧碱的电解槽系统进行结合，不仅可利用富余调峰电量通过电解槽生产烧碱及附加值高的氢气、氯气等；而且可利用电解槽负荷变动特性，来响应电网对火电厂的深度调峰负荷变动需求。

Description

一种火电厂电解槽制烧碱调峰系统

技术领域

本实用新型涉及火电厂调峰技术，特别涉及一种火电厂电解槽制烧碱调峰系统。

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。

国际上对火电灵活性的定义包括两方面：

(1)负荷调整的灵活性：深度调峰(锅炉及汽机的低负荷运行)、机组快速启停、机组爬坡速率和热电联产机组的热电解耦和机组的快速减少上网负荷。

(2)燃料的灵活性：火电厂燃料的可变性，包括煤、油、燃气等多种化石燃料，化石燃料与生物质燃料的混烧，甚至包括完全的生物质、垃圾等多种可再生能源燃料。目前，丹麦的主要大型火电机组均实现了从传统煤粉炉向掺烧生物质，进而过渡到完全的生物质或垃圾等可再生能源燃料的转换。

2017年，全球共有超过500家的氯碱生产商，烧碱总产能近9400万t/a。近年来，世界烧碱行业产能总体变化较小，新增产能主要集中在中国、印度等发展中国家。中国是世界烧碱产能最大的国家，产能占全球总产能的44％。截至2017年底，中国烧碱生产企业共有160多家，烧碱总产能共计4102万t/a，较2016年净增加157万t/a。企业平均产能由2013年的22万t/a提升到当前的26万t/a，产业集中度进一步提升。近年来，随着行业技术进步、环保管理需要和产业政策影响，中国烧碱行业生产工艺变化明显，离子膜法烧碱比例快速增加。截至2017年底，中国烧碱产能为4102万t/a，其中离子膜工艺所占的比例已经达到99.6％。而离子膜电解槽耗电量巨大，成为决定烧碱生产价格的根本性因素。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是：满足全年特别是非供热季深度调峰的同时，降低烧碱用电生产成本，以提高产业竞争力。

为解决上述技术问题，本实用新型采取如下技术方案：

一种火电厂电解槽制烧碱调峰系统，包括电厂发电模块，所述电厂发电模块设有锅炉、汽轮机和发电机，还包括调峰控制平台和送变电及供电模块、电解制烧碱模块、氢气收集净化系统、氯气收集净化系统、氯化钠溶液配制模块，所述调峰控制平台与电厂发电模块相连，所述送变电及供电模块分别与调峰控制平台、电厂发电模块、电解制烧碱模块电连接，所述电解制烧碱模块的一端分别与汽轮机、氯化钠溶液配制模块相连，所述电解制烧碱模块的另一端分别与氢气收集净化系统、氯气收集净化系统相连。

进一步的，所述调峰控制平台由电网调度中心、电厂集控中心连接组成。

进一步的，所述送变电及供电模块包括逆变器和电开关。

进一步的，所述电厂发电模块还设有升压站，所述升压站与发电机相连。

进一步的，所述送变电及供电模块与火电厂发电机出口母线连接，或与升压站后高压母线连接，或与火电厂内厂变母线连接，满足电解制烧碱模块的供电。

进一步的，所述多燃料燃烧器的燃料包括煤粉、电解槽副产氢系统的氢气中的至少一种。

进一步的，所述电解制烧碱模块为NaCl盐水电解槽，所述NaCl盐水电解槽与碱液存储罐相连。

进一步的，所述电解槽制烧碱调峰系统的最终产品包括烧碱(NaOH)、氢气、氯气、盐酸中的任意一种或几种组合。

进一步的，所述氢气收集净化系统包括依次相连的氢气洗涤罐、氢气脱水罐和氢气缓冲罐；所述氯气收集净化系统包括依次相连的氯气洗涤罐、氯气脱水罐和氯气缓冲罐。

进一步的，所述氯化钠溶液配制模块包括电厂化学水处理装置、纯净水制备装置、补水泵和加盐配比装置。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型的电解槽制烧碱设备直接减小了火电厂的上网电量，为电网全年提供调峰负荷，间接利用了弃风弃光弃水弃核电力，缓解了电网平衡和峰谷差问题。

(2)本实用新型将火力发电厂转化为电化工厂，使得火电厂生产的产品不单单是电力，而且包括烧碱、氢气、氯气、盐酸等多种化工产品。

(3)制烧碱的电解槽装置的供电功率可根据需要从30％负荷到100％负荷随意随时的快速调节，从而满足电厂的深度调峰需求。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型所述的火电厂电解槽制烧碱调峰系统的内部结构的示意图。

附图标记说明

调峰控制平台-1、电网调度中心-101、电厂集控中心-102；

送变电及供电模块-2、逆变器-201、电开关-202；

电厂发电模块-3、汽轮机-301、发电机-302、煤粉锅炉-303、高压加热器-304、低压加热器-305、除氧器-306、冷凝器-307、多燃料燃烧器-308、升压站-309、水泵-310；

电解制烧碱模块-4、碱液存储罐-401；

氢气收集净化系统-5、氢气洗涤罐-501、氢气脱水罐-502、氢气缓冲罐-503；

氯气收集净化系统-6、氯气洗涤罐-601、氯气脱水罐-602、氯气缓冲罐-603；

氯化钠溶液配制模块-7、电厂化学水处理装置-701、纯净水制备装置-702、补水泵-703、加盐配比装置-704；

具体实施方式

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本实用新型将火电厂灵活性深度调峰与生产烧碱的电解槽系统进行结合，利用富余调峰电量通过电解槽生产烧碱，附带生产纯度足够的氢气和氯气。利用电解槽负荷变动特性，即可以从30％耗电负荷快速增加到100％负荷，或反向从100％负荷降低到30％负荷，来响应电网对火电厂的深度调峰负荷变动需求，如果需要火电厂深度调峰降低发电负荷，即降低上网电量，则可选择火电厂机组发电量不变，多余的发电负荷由生产烧碱的电解槽耗电来消化。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例1

如图1所示，一种火电厂电解槽制烧碱调峰系统，包括调峰控制平台1、送变电及供电模块2、电厂发电模块3、电解制烧碱模块4、氢气收集净化系统5、氯气收集净化系统6、氯化钠溶液配制模块7，所述调峰控制平台1与电厂发电模块3、送变电及供电模块2进行电连接，所述送变电及供电模块2与电厂发电模块3及电解制烧碱模块4相连，所述电解制烧碱模块4分别与电厂发电模块3、氯化钠溶液配制模块7、氢气收集净化系统5以及氯气收集净化系统6相连。

所述调峰控制平台1由电网调度中心101、电厂集控中心102连接组成。所述送变电及供电模块2包括逆变器201和电开关202。所述送变电及供电模块2中的电开关202与火电厂发电机出口母线连接，或与升压站309后高压母线连接，或与火电厂内厂变母线连接，满足电解制烧碱模块4的供电需求。具体的，所述电开关202的一端与发电机302及升压器309相连，所述电开关202的另一端与逆变器201相连。电网调度中心101根据市场需求变化，向电厂集控中心102下达调峰指令，电厂集控中心102向送变电及供电模块2下达供电指令；接到供电指令后，送变电及供电模块2实时调整电开关202的开闭及开度，调节电厂发电模块3的发电量及电解制烧碱模块4的耗电量，已响应电网的调峰需求。

所述电厂发电模块3包括依次相连的冷凝器307、低压加热器305、除氧器306、水泵310、高压加热器304、煤粉锅炉303、汽轮机301，所述电厂发电模块3还包括发电机302、多燃料燃烧器308和升压站309，所述发电机302分别与汽轮机301、升压站309相连。电厂发电时，水体通过水泵310泵入高压加热器304进行预加热，预加热后的水体进入运行中的煤粉锅炉303以产生高压蒸汽，高压蒸汽进入汽轮机301内，将高压蒸汽的热能转化为动能，进而带动发电机302产生电能，通过升压站309升压后并入国家电网。所述汽轮机301的排汽可进入冷凝器307或除氧器306或电解制烧碱模块4；当排汽进入冷凝器307后液化成水，上述水体通过低压加热器305进行初次加热，再经除氧器306处理后经水泵310回到高压加热器304进行重复利用。优选的，低压加热器305、高压加热器304均可通过汽轮机排汽进行水体加热。此外，所述多燃料燃烧器308与所述煤粉锅炉303相连，所述多气燃烧器308的燃料包括煤粉、电解制氢系统产生的氢气，甚至是电解制氧系统产生的氧气中的至少一种。

所述电解制烧碱模块4为NaCl盐水电解槽设备，所述NaCl盐水电解槽为离子交换膜电解槽，包括阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。作为优选，离子交换膜为阳离子交换膜，将电解槽隔成阴极室和阳极室。所述阳极室内设有用金属钛网制成阳极；相应的阴极室内设有碳钢网制成的阴极，作为优选，所述阴极表面涂有镍涂层。所述阳离子交换膜仅允许阳离子通过，而阻止阴离子以及气体的通过，从而不仅防止阴极产生的H₂和阳极产生的Cl₂相混合而引起爆炸，而且能避免Cl₂和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。

具体的，通过送变电及供电模块2向NaCl盐水电解槽内供电，所述电力来自于火电厂发电机出口(电压20kV)或升压站后(220kV)或电厂厂用电(6kV)，经过降压器和逆变器转换为直流电电压3KV后供电给每个电解槽单元。同时将通过氯化钠溶液配制模块7制备的NaCl溶液泵入NaCl盐水电解槽的阳极，在阳极室内，溶液中氯离子在阳极释放电子后形成Cl₂，进而进入氯气收集净化系统6进行精制，而溶液中钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室；而阴极在电流作用下，将水分子电离产生的H⁺获得电子后产生H₂与OH^-，H₂进入氢气收集净化系统5进行精制，同时OH^-与Na⁺形成稀碱液，通过蒸碱操作后泵至碱液存储罐401内储存。所述NaCl盐水电解槽的最佳反应温度为70-90℃，电解槽在因电网调峰而短时间不供电情况下，可利用火电厂发电模块3中汽轮机301的抽汽作为补热蒸汽，用于加热盐水或整个电解槽的温度维持和保温，保证电解槽停机一段时间后能够迅速恢复100％负荷的产能。

所述氯气收集净化系统6包括依次相连的氯气洗涤罐601、氯气脱水罐602和氯气缓冲罐603。从离子膜电解槽产生的含有杂质及饱和水蒸汽的湿氯气，降温后在氯气洗涤罐601内进行洗涤，之后进行二次降温并除去其中的杂质和水雾；低温氯气进行氯气脱水罐602内，依次通过80～85％、85～90％、95～98％浓度的硫酸进行干燥，从而将氯气中含水量降至200ppm以下，除去夹带的酸雾后的氯气经氯压机压缩后进入氯气缓冲罐603内自用或外售。所述氢气收集净化系统5与氯气收集净化系统6的构成基本一致，包括依次相连的氢气洗涤罐501、氢气脱水罐502和氢气缓冲罐503，制备的氢气经过氢气洗涤罐501、氢气脱水罐502净化，储存在氢气缓冲罐503内，电解槽副产氢系统的氢气可根据需要送入多气燃烧器308或煤粉锅炉303内燃烧，以响应电网调峰需求。此外，所述氢气与氯气可反应生成盐酸，因此，所述火电厂电解槽制烧碱调峰系统的最终产品除电力外，还包括包括烧碱(NaOH)、氢气、氯气或盐酸中的任意一种或几种组合。

所述氯化钠溶液配制模块7包括依次连接的电厂化学水处理装置701、纯净水制备装置702、补水泵703、加盐配比装置704，所述电厂化学水处理装置701包括废水浓缩减量装置及汽水分离器，废水进行减量浓缩后，产生的浓缩废水进行雾化蒸发，蒸发产生的气体组分经过气水分离器，分离的气体脱硫后排放，水蒸汽或水进入纯净水制备装置702内制备纯水，之后，通过补水泵703进入加盐配比装置704，并根据工艺要求加入NaCl配制NaCl溶液待用。

实施例2

火电厂发电模块3利用煤粉、电解制氢系统产生的氢气等进行发电并入国家电网。在夜间，当电厂集控中心102接到来自电网调度中心的调峰指令后，通过送变电及供电模块2将低谷电给电解槽设备供电，产生的氢气经过净化后进行缓冲储存，或直接送入多气燃烧器308内燃烧，从而实现夜间低谷电时段的燃煤锅炉303的低负荷稳燃运行，从而提高火电厂发电模块3在夜间的压负荷能力。而在白天用电高峰时，则关闭送变电及供电模块2的电开关，停止向电解槽设备供电，同时将储存的氢气送入多气燃烧器308进行燃烧，增加火电厂发电模块3的发电量和上网电量。电解槽设备在夜间运行，不仅可利用低价电，节省生产成本；同时，产生的氢气可暂存以供发电高峰时使用，进而实现避峰就谷，增强电厂的调峰能力。

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

1.一种火电厂电解槽制烧碱调峰系统，包括电厂发电模块(3)，所述电厂发电模块(3)设有锅炉(303)、汽轮机(301)和发电机(302)，其特征在于，还包括调峰控制平台(1)和送变电及供电模块(2)、电解制烧碱模块(4)、氢气收集净化系统(5)、氯气收集净化系统(6)、氯化钠溶液配制模块(7)，所述调峰控制平台(1)与电厂发电模块(3)相连，所述送变电及供电模块(2)分别与调峰控制平台(1)、电厂发电模块(3)、电解制烧碱模块(4)电连接，所述电解制烧碱模块(4)的一端分别与汽轮机(301)、氯化钠溶液配制模块(7)相连，所述电解制烧碱模块(4)的另一端分别与氢气收集净化系统(5)、氯气收集净化系统(6)相连。

2.根据权利要求1所述的火电厂电解槽制烧碱调峰系统，其特征在于，所述调峰控制平台(1)由电网调度中心(101)、电厂集控中心(102)连接组成。

3.根据权利要求1所述的火电厂电解槽制烧碱调峰系统，其特征在于，所述送变电及供电模块(2)包括逆变器(201)和电开关(202)。

4.根据权利要求1所述的火电厂电解槽制烧碱调峰系统，其特征在于，所述电厂发电模块(3)还设有升压站(309)，所述升压站(309)与发电机(302)相连。

5.根据权利要求1所述的火电厂电解槽制烧碱调峰系统，其特征在于，所述送变电及供电模块(2)与火电厂发电机出口母线连接，或与升压站(309)后高压母线连接，或与火电厂内厂变母线连接，满足电解制烧碱模块(4)的供电。

6.根据权利要求1所述的火电厂电解槽制烧碱调峰系统，其特征在于，所述电厂发电模块(3)设有多燃料燃烧器(308)，所述多燃料燃烧器(308)的燃料包括煤粉、电解槽副产氢系统的氢气中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的火电厂电解槽制烧碱调峰系统，其特征在于，所述电解制烧碱模块(4)为NaCl盐水电解槽，所述NaCl盐水电解槽与碱液存储罐(401)相连。

8.根据权利要求1所述的火电厂电解槽制烧碱调峰系统，其特征在于，所述电解槽制烧碱调峰系统的最终产品包括烧碱(NaOH)、氢气、氯气、盐酸中的任意一种或几种组合。

9.根据权利要求1所述的火电厂电解槽制烧碱调峰系统，其特征在于，所述氢气收集净化系统(5)包括依次相连的氢气洗涤罐(501)、氢气脱水罐(502)和氢气缓冲罐(503)；所述氯气收集净化系统(6)包括依次相连的氯气洗涤罐(601)、氯气脱水罐(602)和氯气缓冲罐(603)。

10.根据权利要求1所述的火电厂电解槽制烧碱调峰系统，其特征在于，所述氯化钠溶液配制模块(7)包括电厂化学水处理装置(701)、纯净水制备装置(702)、补水泵(703)和加盐配比装置(704)。