CN211183438U - 一种耦合蓄热装置的火力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种耦合蓄热装置的火力发电机组，在火力发电机组上耦合一蓄热装置；所述蓄热装置一端与火力发电机组的电力控制单元连接，另一端与火力发电机组的蒸汽管网连接；储能时，利用火力发电机组产生的弃电作为蓄热装置的加热能源，将电能转化为热能并储存在蓄热装置内，为电源侧提供削峰服务，减少弃峰电上网；释能时，通过蓄热装置中储存的热能，产生符合启动火力发电机组中蒸汽轮机所需的饱和蒸汽推动蒸汽轮机，提升蒸汽轮机的出力，使蒸汽轮机功率快速达到调频需求。

Description

一种耦合蓄热装置的火力发电机组

技术领域

本实用新型属于火力发电领域，具体涉及电热能源转化和热能的高效存储技术，具体是一种耦合蓄热装置的火力发电机组。

背景技术

目前火电机组的调频能力较弱，以燃煤机组来所，其蒸汽轮机的出力约为2％·min^-1，为满足10MW·min^-1的爬坡需求，需配置500MW的燃煤机组，而今年来随着电化学储能技术的推行，利用电化学储能站满足调频的需求已经成为了新一代的调峰技术方案，但是由于锂离子电池自身反应活性大，火灾事故频繁，也对其安全性提出了极高的要求，同时受到了电池成本和使用寿命等问题的影响，其经济效益较差。

实用新型内容

实用新型目的：针对火电机组调频的需求，提出了一种耦合高温蓄热装置的火力发电机组，实现蓄热装置削峰的同时，可以为火电调频提供解决方案。

为了实现上述目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种耦合蓄热装置的火力发电机组，在火力发电机组上耦合一高温蓄热装置，所述蓄热装置一端与火力发电机组的电力控制单元连接，另一端与火力发电机组的蒸汽管网连接；

储能时，利用火力发电机组产生的弃电作为蓄热装置的加热能源，将电能转化为热能并储存在蓄热装置内，为电源侧提供削峰服务，减少弃峰电上网；

释能时，通过蓄热装置中储存的热能，利用蒸发换热设备传递给水，水高温汽化后产生符合启动火力发电机组中蒸汽轮机所需的饱和蒸汽推动蒸汽轮机，提升蒸汽轮机的出力，使蒸汽轮机功率快速达到调频需求。

具体地，所述蓄热装置产生的饱和蒸汽并入火力发电机组的高压蒸汽管网或中压蒸汽管网，分别用于驱动高压缸、中压缸或低压缸。

具体地，所述蓄热装置包括一密闭的保温腔体，位于保温腔体内且依次间隔设置的多个电力加热元件和多个储热模块，位于保温腔体内部一侧的蒸发器，位于蒸发器一侧的风机，以及位于保温腔体外部、与蒸发器蒸汽上升管连接的汽包；

所述电力加热元件通过电线连接火力发电机组的电力控制单元，通过火力发电机组产生的弃电作为电能，对电力加热元件进行加热；

所述储热模块与电力加热元件对应设置有相互连通的气流通道，通过气流将电力加热元件上产生的热能储存在储热模块内；

所述风机用于致使保温腔体的气流形成循环回流，并进入蒸发器内；

所述蒸发器利用进入其内部的高温气流，形成高温蒸汽，通过蒸发器内部的蒸汽上升管将热量输送到上方的汽包；

所述汽包通过下方的蒸发器输送的热量，产生高温饱和蒸汽，通过蒸汽输出管进入火力发电机组中推动蒸汽轮机进行发电。

进一步地，所述汽包通过三通阀连接火力发电机组和热力网，分别向火力发电机组或热力网输送高温饱和蒸汽。

优选地，所述的每一个储热模块分别位于每一个电力加热元件的气流方向的前端。

优选地，所述风机位于蒸发器的进风口处，快速向蒸发器内输送高温热气体。

有益效果：

1、本实用新型采用蓄热装置作为火电调频手段，其装置成本低，安全性好，通过与火力发电机组的耦合，可极大提升火电机组的调峰调频能力，为电网安全提供技术支撑，提升火电机组灵活出力的能力，提高电网对新能源的接纳能力。

2、本实用新型可以在火电机组调频调峰等多个应用场景推广，有望实现火电机组的清洁旋转备用，高效安全调频等多种需求，极大降低火电机组作为调峰调频电源时的低负荷运行状态下对燃煤的消耗，提高系统整体的利用率，增加火电机组的灵活性，减少碳排放的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为现有的火力发电机组的模块图。

图2为本实用新型耦合蓄热装置的火力发电机组的模块图。

图3为蓄热装置的结构示意图。

其中，各附图标记分别代表：

1 保温腔体；2 电力加热元件；3 储热模块；4 蒸发器；5 风机；6 汽包；61 汽包进水口；62 蒸汽输出管。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1所示，为现有火力发电机组模块图。燃煤锅炉产生的高温饱和蒸汽先通过高压管道进入高压侧蒸汽轮机，推动高压侧蒸汽轮机运转进行发电，同时剩下的高温蒸汽通过中压管道进入中低压侧蒸汽轮机，推动中低压侧蒸汽轮机运转进行发电。

图2为本实用新型耦合蓄热装置后的火力发电机组的模块图。在发电机并入电网前的电力控制单元上接一条导线，连接至蓄热装置的电力加热元件2上，为电力加热元件2供电，用于消纳弃峰电力。蓄热装置包括一密闭的保温腔体1(具有保温层的墙体围成)，位于保温腔体1内且依次间隔设置的多个电力加热元件2和多个储热模块3(储热介质为镁砖、堇青石或熔融盐等的高温相变材料)，位于保温腔体1内部一侧的蒸发器4，位于蒸发器4一侧的风机5，以及位于保温腔体1外部、与蒸发器4蒸汽上升管连接的汽包6。电力加热元件2通过电线连接火力发电机组的电力控制单元，通过火力发电机组产生的弃电作为电能，对电力加热元件2进行加热。储热模块3与电力加热元件2对应设置有相互连通的气流通道，通过气流将电力加热元件2上产生的热能储存在储热模块3内。风机5用于致使保温腔体1的气流形成循环回流，其位于蒸发器4的进风口处，快速向蒸发器内输送高温热气体。蒸发器4利用进入其内部的高温气流，形成高温蒸汽，通过蒸发器内部的蒸汽上升管将热量输送到上方的汽包6。汽包6通过下方的蒸发器4输送的热量，产生高温饱和蒸汽，通过蒸汽输出管62进入火力发电机组的高压管道内推动蒸汽轮机进行发电；汽包6底部一侧设有汽包进水口61。

汽包6蒸汽输出管通过三通阀连接火力发电机组和热力网，分别向火力发电机组或热力网输送高温饱和蒸汽。

实施例1

蓄热装置处于热备用状态，汽包内汽空间内已充满了3.83MPa，430℃的饱和蒸汽，蒸汽出口流量为0，蓄热装置的风机处于一个低速运行或不运行状态，维持汽包内的温度和压力，储热模块的蓄热量保持在储热容量的80～100％之间。在获得指令要求出口满负荷或其他任意负荷出力要求时，接通汽包与火力发电机组的高压管道，风机快速运转，将保温腔体内的热气流导入蒸发器内，实现蒸汽出口出力最大化。通过换热量计算分析和测试分析，当储热材料处于不同温度条件下，蓄热模块的出力负荷快速增加，其增加速率可为蓄热模块满负荷输出功率的30～90％·min^-1，即装置达到满负荷出力所需时间约为2～20秒，所产生的蒸汽通过调控阀门进入高压管道驱动蒸汽轮机发电，在蒸汽锅炉还未达到功率要求时，火力发电机组即可达到所需功率，满足电网二次调频需求。

实施例2

蓄热装置处于冷备用状态，此时汽包内汽空间内没有饱和蒸汽，蓄热装置的风机处于不运行状态，汽包水空间内已有符合蒸汽运行所要求的水，蓄热装置的蓄热量保持在蓄热容量的80～100％之间。在获得指令要求出口满负荷或其他任意负荷出力要求时，接通汽包与火力发电机组的高压管道，风机快速运转，将保温腔体内的热气流导入蒸发器内。此时汽包内经过换热加热后逐步产生蒸汽，并在达到饱和状态后开始出力。通过换热量计算分析和测试分析，当储热材料处于不同温度条件下，蓄热模块的出力快速负荷增加，即装置达到满负荷出力所需时间约为2～5分钟，所产生的蒸汽通过调控阀门进入中压管道驱动蒸汽轮机发电，在蒸汽锅炉还未达到功率要求时，火力发电机组即可达到所需功率，可满足电网二次调频需求。

实施例3

供暖为主要出力方式，弃峰电使蓄热装置的电力加热元件发热，将富裕电力储存在储热模块中，而不影响原有的燃煤火电机组的发电出力能力，同时汽包依据低压蒸汽管网的要求，产生低压供热蒸汽，满足热力网对低压饱和蒸汽的需求，压力一般为0.4～2.0MPa，多余的饱和蒸汽并入热力网，用于供暖。

本实用新型提供了一种耦合蓄热装置的火力发电机组的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种耦合蓄热装置的火力发电机组，其特征在于，所述蓄热装置一端与火力发电机组的电力控制单元连接，另一端与火力发电机组的蒸汽管网连接；

储能时，利用火力发电机组产生的弃电作为蓄热装置的加热能源，将电能转化为热能并储存在蓄热装置内，为电源侧提供削峰服务，减少弃峰电上网；

释能时，通过蓄热装置中储存的热能，产生符合启动火力发电机组中蒸汽轮机所需的饱和蒸汽推动蒸汽轮机，提升蒸汽轮机的出力，使蒸汽轮机功率快速达到调频需求。

2.根据权利要求1所述的耦合蓄热装置的火力发电机组，其特征在于，所述蓄热装置产生的饱和蒸汽并入火力发电机组的高压蒸汽管网或中压蒸汽管网，分别用于驱动高压缸、中压缸或低压缸。

3.根据权利要求1所述的耦合蓄热装置的火力发电机组，其特征在于，所述蓄热装置包括一密闭的保温腔体(1)，位于保温腔体(1)内且依次间隔设置的多个电力加热元件(2)和多个储热模块(3)，位于保温腔体(1)内部一侧的蒸发器(4)，位于蒸发器(4)一侧的风机(5)，以及位于保温腔体(1)外部、与蒸发器(4)蒸汽上升管连接的汽包(6)；

所述电力加热元件(2)通过电线连接火力发电机组的电力控制单元，通过火力发电机组产生的弃电作为电能，对电力加热元件(2)进行加热；

所述储热模块(3)与电力加热元件(2)对应设置有相互连通的气流通道，通过气流将电力加热元件(2)上产生的热能储存在储热模块(3)内；

所述风机(5)用于致使保温腔体(1)的气流形成循环回流，并进入蒸发器(4)内；

所述蒸发器(4)利用进入其内部的高温气流，形成高温蒸汽，通过蒸发器内部的蒸汽上升管将热量输送到上方的汽包(6)；

所述汽包(6)通过下方的蒸发器(4)输送的热量，产生高温饱和蒸汽，通过蒸汽输出管进入火力发电机组中推动蒸汽轮机进行发电。

4.根据权利要求3所述的耦合蓄热装置的火力发电机组，其特征在于，所述汽包(6)通过三通阀连接火力发电机组和热力网，分别向火力发电机组或热力网输送高温饱和蒸汽。

5.根据权利要求3所述的耦合蓄热装置的火力发电机组，其特征在于，所述的每一个储热模块(3)分别位于每一个电力加热元件(2)的气流方向的前端。

6.根据权利要求3所述的耦合蓄热装置的火力发电机组，其特征在于，所述风机(5)位于蒸发器(4)的进风口处。

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