CN217129612U - 一种与煤电机组耦合的地下水储热调峰系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种与煤电机组耦合的地下水储热调峰系统，涉及燃煤发电领域。具体实现方案为：热源依次连接高压缸、中压缸、低压缸和发电机，高压缸的出口与热源的入口连接；低压缸的出口与换热器的管侧入口连接，换热器的管侧出口与热源连接；第一换热单元和第二换热单元分别与含水层储热单元连接；换热器的壳侧与含水层储热单元通过循环管路连接形成第一回路；第一换热单元与热源通过循环管路形成第二回路；热源的出口与第二换热单元的入口连接，第二换热单元的出口与换热器的管侧入口连接。本申请实现了机组低负荷运行与快速升负荷，提高了煤电机组的运行灵活性，有效提升了机组的调峰调频能力。

Description

一种与煤电机组耦合的地下水储热调峰系统

技术领域

本申请涉及燃煤发电技术领域，尤其涉及一种与煤电机组耦合的地下水储热调峰系统。

背景技术

相关技术中，随着风、光等时变特性强的可再生能源高比例大规模并网发电，新能源发电的随机特性将会引起电网供需失衡现象，进而给电网调频调峰来带来新的挑战。传统煤电机组承担起调峰、调频等保障电网稳定运行任务，煤电逐步由主体能源向基础能源转型。因此，如何提高煤电机组的调峰调频能力成为亟待解决的问题。

发明内容

本申请提供了一种与煤电机组耦合的地下水储热调峰系统。

根据本申请提出的一种与煤电机组耦合的地下水储热调峰系统，其特征在于，包括发电装置、含水层储热装置、换热器，所述含水层储热装置包括第一换热单元、第二换热单元、含水层储热单元，所述发电装置包括热源、低压缸、中压缸、高压缸、发电机，其中，

所述热源依次连接高压缸、中压缸和低压缸，所述高压缸的出口与所述热源的入口连接；

所述高压缸通过输出轴依次连接中压缸、低压缸和发电机；

所述低压缸的出口与所述换热器的管侧入口连接，所述换热器的管侧出口与所述热源连接；

所述第一换热单元和第二换热单元分别与所述含水层储热单元连接；

所述换热器的壳侧与所述含水层储热单元通过循环管路连接形成第一回路；

所述第一换热单元与所述热源通过循环管路形成第二回路；

所述热源的出口与所述第二换热单元的入口连接，所述第二换热单元的出口与所述换热器的管侧入口连接；

其中，所述第一换热单元用于将所述热源产生的一次蒸汽中的热量存储至所述含水层储热单元中；

所述第二换热单元用于将所述热源输出的再热蒸汽的热量存储至所述含水层储热单元中；所述再热蒸汽为将所述高压缸输入至所述热源中的蒸汽进行加热后得到的蒸汽。

根据本申请的一个实施例，所述第一换热单元包括第一汽水换热器，所述热源包括一次蒸汽出口，其中，

所述热源的一次蒸汽出口与所述第一汽水换热器的壳侧入口连接；

所述第一汽水换热器的壳侧出口与所述热源的入口连接；

所述第一汽水换热器的管侧与所述含水层储热单元连接。

根据本申请的一个实施例，还包括第三阀门，其中，

所述热源的一次蒸汽出口与所述第一汽水换热器的壳侧入口之间连接所述第三阀门。

根据本申请的一个实施例，所述第二换热单元包括第二汽水换热器，所述热源还包括再热蒸汽出口，其中，

所述热源的再热蒸汽出口与所述第二汽水换热器的壳侧入口连接；

所述第二汽水换热器的壳侧出口与换热器的管侧入口连接；

所述第二汽水换热器的管侧与所述含水层储热单元连接。

根据本申请的一个实施例，还包括第四阀门，其中，

所述热源的再热蒸汽出口与所述第二汽水换热器的壳侧入口之间连接所述第四阀门。

根据本申请的一个实施例，所述含水层储热单元包括冷井、热井、冷井潜水泵、热井潜水泵，其中，

所述冷井潜水泵一端与所述冷井的出口连接，另一端分别与所述第一换热单元的入口、第二换热单元的入口连接；

所述第一换热单元的出口、第二换热单元的出口分别与所述热井的入口连接；

所述热井的出口与所述换热器的壳侧入口之间连接所述热井潜水泵；

所述换热器的壳侧出口与所述冷井的入口连接。

根据本申请的一个实施例，还包括第二阀门，其中，

所述低压缸的出口与所述换热器之间连接所述第二阀门。

根据本申请的一个实施例，所述发电装置还包括凝汽器、凝结水泵、低压加热器组、给水泵、高压加热器组，其中，

所述低压缸的出口依次连接所述凝汽器、所述凝结水泵、所述低压加热器组、所述给水泵、所述高压加热器组、所述热源入口；

所述凝结水泵的出口与所述换热器的管侧入口连接；

所述换热器的管侧出口与所述给水泵的入口连接。

根据本申请的一个实施例，所述发电装置还包括第一阀门，其中，

所述凝结水泵的出口与所述低压加热器组的管侧入口之间连接所述第一阀门。

根据本申请的技术方案，通过储热系统分别将一次蒸汽和再热蒸汽的热量转换为地下水热能进行存储，当煤电机组需要升负荷时利用存储的热能加热，实现了机组低负荷运行和快速升负荷，提高了煤电机组的运行灵活性，有效提升了机组的调峰调频能力。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：

图1是根据本申请实施例提出的一种与煤电机组耦合的地下水储热调峰系统示意图。

附图标记

1、热源；2、高压缸；3、中压缸；4、低压缸；5、发电机；6、凝汽器；7、凝结水泵；8、低压加热器组；9、给水泵；10、高压加热器组； 11、换热器；12、第一阀门；13、第二阀门；14、第一汽水换热器；15、第二汽水换热器；16、热井；17、冷井；18、热井潜水泵；19、冷井潜水泵；20、第三阀门；21、第四阀门。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

需要说明的是，相关技术中，随着风、光等时变特性强的可再生能源高比例大规模并网发电，新能源发电的随机特性将会引起电网供需失衡现象，进而给电网调频调峰来带来新的挑战。传统煤电机组承担起调峰、调频等保障电网稳定运行任务，煤电逐步由主体能源向基础能源转型。因此，如何提高煤电机组的调峰调频能力成为亟待解决的问题。

基于上述问题，本申请提出了一种与煤电机组耦合的地下水储热调峰系统，可以实现通过储热系统分别将一次蒸汽和再热蒸汽的热量转换为地下水热能进行存储，当煤电机组需要升负荷时利用存储的热能加热，实现了机组低负荷运行和快速升负荷，提高了煤电机组的运行的灵活性，有效提升了机组的调峰调频能力。

图1是根据本申请实施例提出的一种与煤电机组耦合的地下水储热调峰系统示意图。如图1所示，一种与煤电机组耦合的地下水储热调峰系统包括发电装置、含水层储热装置、换热器11，含水层储热装置包括第一换热单元、第二换热单元、含水层储热单元，发电装置包括热源、低压缸4、中压缸3、高压缸2、发电机5。

热源依次连接高压缸2、中压缸3、低压缸4，高压缸2的出口与热源的入口连接；高压缸2通过输出轴依次连接中压缸3、低压缸4和发电机 5；低压缸4的出口与换热器11的管侧入口连接，换热器11的管侧出口与热源连接；第一换热单元和第二换热单元分别与含水层储热单元连接；换热器11的壳侧与含水层储热单元通过循环管路连接形成第一回路；第一换热单元与热源通过循环管路形成第二回路；热源的出口与第二换热单元的入口连接，第二换热单元的出口与换热器11的管侧入口连接。

低压缸4的出口与换热器11之间连接第二阀门13。

其中，第一换热单元用于将热源产生的一次蒸汽中的热量存储至含水层储热单元中；第二换热单元用于将热源输出的再热蒸汽的热量存储至含水层储热单元中；再热蒸汽为将高压缸2输入至热源中的蒸汽进行加热后得到的蒸汽。

需要说明的是，上述热源可以是锅炉。上述管侧可以是设备中用于传输低温介质的一侧，壳侧可以是设备中用于传输高温介质的一侧。其中，低温介质可以是水。高温热介质可以是蒸汽，还可以是水。

作为一种可能的示例，热源1产生的一次蒸汽一部分经过高压缸2做工后返回至热源1进行二次加热，得到的再热蒸汽一部分依次经过中压缸 3、低压缸4做功后带动发电机5发电，另一部分再热蒸汽传输至第二换热单元，第二换热单元将再热蒸汽中的热量存储至含水层储热单元中。另一部分热源1产生的一次蒸汽输入至第一换热单元中，第一换热单元将一次蒸汽的热量存储至含水层储热单元中，从而降低了汽轮机中的做功蒸汽量，实现机组低负荷运行。当发电机5组需要升负荷时，含水层储热单元通过换热器11将热能输送发电装置中，从而实现了机组的快速升负荷，有效提升了机组的调峰调频能力。

发电装置还包括凝汽器6、凝结水泵7、低压加热器组8、给水泵9、高压加热器组10，其中，低压缸4的出口依次连接凝汽器6、凝结水泵7、低压加热器组8、给水泵9、高压加热器组10、热源1入口；凝结水泵7 的出口与换热器11的管侧入口连接；换热器11的管侧出口与给水泵9的入口连接。

凝结水泵7的出口与低压加热器组8的管侧入口之间连接第一阀门12。

作为一种可能的示例，蒸汽在低压缸4做功并带动发电机5发电后依次输入至凝汽器6、凝结水泵7、低压加热器组8、给水泵9、高压加热器组10，最终返回至热源1中，形成循环。

第一换热单元包括第一汽水换热器14，热源1包括一次蒸汽出口，其中，热源1的一次蒸汽出口与第一汽水换热器14的壳侧入口连接；第一汽水换热器14的壳侧出口与热源1的入口连接；第一汽水换热器14的管侧与含水层储热单元连接。

热源1的一次蒸汽出口与第一汽水换热器14的壳侧入口之间连接第三阀门20。

作为一种可能的示例，一次蒸汽由热源1输入至第一汽水换热器14 中，一次蒸汽与第一汽水换热器14中的地下水进行换热后返回至热源1 中。上述地下水是由储热单元输入至第一汽水换热器14中的。

第二换热单元包括第二汽水换热器15，热源1还包括再热蒸汽出口，其中，热源1的再热蒸汽出口与第二汽水换热器15的壳侧入口连接；第二汽水换热器15的壳侧出口与换热器11的管侧入口连接；第二汽水换热器15的管侧与含水层储热单元连接。

热源1的再热蒸汽出口与第二汽水换热器15的壳侧入口之间连接第四阀门21。

作为一种可能的示例，部分一次蒸汽输入至高压缸2做功后返回至热源1中进行二次加热，得到再热蒸汽。再热蒸汽部分输入至中压缸3做功，另一部分输入至第二汽水换热器15中与地下水进行换热，地下水是由含水层储热装置输入至第二汽水换热器15中的。

含水层储热单元包括冷井17、热井16、冷井潜水泵19、热井潜水泵 18，其中，冷井潜水泵19一端与冷井17的出口连接，另一端分别与第一换热单元的入口、第二换热单元的入口连接；第一换热单元的出口、第二换热单元的出口分别与热井16的入口连接；热井16的出口与换热器11 的壳侧入口之间连接热井潜水泵18；换热器11的壳侧出口与冷井17的入口连接。

可选的，冷井17、热井16可以设置于地表以下的含水层中。

作为一种可能的示例，冷井潜水泵19将冷井中的地下水分别输入至第一汽水换热器14和第二汽水换热器15中，地下水分别与第一汽水换热器14和第二汽水换热器15中的蒸汽进行热交换后输入至热井中。当发电机5需要快速升负荷时，热井潜水泵18将热井地下水输入至换热器11中，对换热器11中的凝结水进行加热，然后返回至冷井中。

举例来说，当电网对机组需求的目标负荷值小于热源1最低稳燃负荷时，打开第三阀门20、第四阀门21，热源1出口部分一次蒸汽经由第三阀门20进入第一汽水换热器14，加热地下水降温后并入高压缸2排汽。部分再热蒸汽经由第四阀门21进入第二汽水换热器15，加热地下水降温后进入凝汽器6。冷井潜水泵19抽取含水层冷井17中的地下水分别进入第一汽水加热器、第二汽水加热器中，吸收蒸汽热量成为高温水后回灌进入含水层热井16中。通过旁路掉部分一次蒸汽、再热蒸汽，减少了汽轮机中做功的蒸汽份额，从而减少了机组发电出力，满足电网负荷指令要求。同时利用潜水层地下水将蒸汽热量存储起来。

当机组需要快速升负荷时，通过热井潜水泵18将含水层热井16中的地下水抽取出来，进入换热器11，将热量传递给机组凝结水后回灌入含水层冷井17中。关闭第一阀门12，打开第二阀门13，旁路掉原低压加热器组8，通过从含水层热井16抽取出来的高温地下水加热机组凝结水，从而排挤机组低压抽汽，增加低压缸4中蒸汽做功的量，使机组负荷增加，实现机组快速升负荷，响应电网调峰及一次调频需求。

根据本申请实施例的一种与煤电机组耦合的地下水储热调峰系统，通过发电装置与含水层储热装置的耦合，实现能量在机组热力循环和地下水热能之间的转移。当外界电负荷需求较低，机组需处于热源1最低稳燃负荷以下运行时，通过部分一次蒸汽、再热蒸汽加热含水层地下水，将蒸汽热量转换为地下水热能并存储于含水层中。从而减少了汽轮机中的做功蒸汽份额，降低机组发电出力，响应电网负荷需求。当机组需要快速升负荷时，抽取高温地下水用于加热机组凝结水，从而排挤机组低压抽汽，实现机组快速升负荷。本申请拓展了煤电机组的运行下限，有效提升了机组的调峰调频能力，更好适应当前电网对煤电机组调峰要求。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本申请中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种与煤电机组耦合的地下水储热调峰系统，其特征在于，包括发电装置、含水层储热装置、换热器，所述含水层储热装置包括第一换热单元、第二换热单元、含水层储热单元，所述发电装置包括热源、低压缸、中压缸、高压缸、发电机，其中，

所述热源依次连接高压缸、中压缸和低压缸，所述高压缸的出口与所述热源的入口连接；

所述高压缸通过输出轴依次连接中压缸、低压缸和发电机；

所述低压缸的出口与所述换热器的管侧入口连接，所述换热器的管侧出口与所述热源连接；

所述第一换热单元和第二换热单元分别与所述含水层储热单元连接；

所述换热器的壳侧与所述含水层储热单元通过循环管路连接形成第一回路；

所述第一换热单元与所述热源通过循环管路形成第二回路；

所述热源的出口与所述第二换热单元的入口连接，所述第二换热单元的出口与所述换热器的管侧入口连接；

其中，所述第一换热单元用于将所述热源产生的一次蒸汽中的热量存储至所述含水层储热单元中；

所述第二换热单元用于将所述热源输出的再热蒸汽的热量存储至所述含水层储热单元中；所述再热蒸汽为将所述高压缸输入至所述热源中的蒸汽进行加热后得到的蒸汽。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一换热单元包括第一汽水换热器，所述热源包括一次蒸汽出口，其中，

所述热源的一次蒸汽出口与所述第一汽水换热器的壳侧入口连接；

所述第一汽水换热器的壳侧出口与所述热源的入口连接；

所述第一汽水换热器的管侧与所述含水层储热单元连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括第三阀门，其中，

所述热源的一次蒸汽出口与所述第一汽水换热器的壳侧入口之间连接所述第三阀门。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二换热单元包括第二汽水换热器，所述热源还包括再热蒸汽出口，其中，

所述热源的再热蒸汽出口与所述第二汽水换热器的壳侧入口连接；

所述第二汽水换热器的壳侧出口与换热器的管侧入口连接；

所述第二汽水换热器的管侧与所述含水层储热单元连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括第四阀门，其中，

所述热源的再热蒸汽出口与所述第二汽水换热器的壳侧入口之间连接所述第四阀门。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述含水层储热单元包括冷井、热井、冷井潜水泵、热井潜水泵，其中，

所述冷井潜水泵一端与所述冷井的出口连接，另一端分别与所述第一换热单元的入口、第二换热单元的入口连接；

所述第一换热单元的出口、第二换热单元的出口分别与所述热井的入口连接；

所述热井的出口与所述换热器的壳侧入口之间连接所述热井潜水泵；

所述换热器的壳侧出口与所述冷井的入口连接。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第二阀门，其中，

所述低压缸的出口与所述换热器之间连接所述第二阀门。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发电装置还包括凝汽器、凝结水泵、低压加热器组、给水泵、高压加热器组，其中，

所述低压缸的出口依次连接所述凝汽器、所述凝结水泵、所述低压加热器组、所述给水泵、所述高压加热器组、所述热源入口；

所述凝结水泵的出口与所述换热器的管侧入口连接；

所述换热器的管侧出口与所述给水泵的入口连接。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述发电装置还包括第一阀门，其中，

所述凝结水泵的出口与所述低压加热器组的管侧入口之间连接所述第一阀门。

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