CN218954845U - 一种基于热化学储能的燃煤热电解耦联供系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于热化学储能的燃煤热电解耦联供系统，所述联供系统包括燃煤锅炉系统、大型再热汽轮机组、热化学储热系统及抽背汽轮机供热机组。蓄热时，该装置接通由锅炉SOFA风后炉膛前墙抽取的高温烟气对蓄热介质进行加热，蓄热介质发生化学反应储热；放热时，该装置进高压水，水被加热后变为蒸汽输出。对于图中系统，该装置的进水引自除氧器后，并由变频增压泵进行调节。大汽轮机组低负荷式运行时，该储热装置蓄热；大汽轮机组高负荷式运行时，该储热装置放热。这样不仅可实现热电解耦，而且还可拓宽大汽轮机组的负荷调节范围。

Description

一种基于热化学储能的燃煤热电解耦联供系统

技术领域

本实用新型涉及热电联产与热力系统储能优化领域，具体为基于热化学储能的燃煤热电解耦联供系统。

背景技术

在我国一次能源发电为主的电源结构下，热电联产机组在我国北方，尤其是三北地区应用比重极高。热电联产机组同传统的火电机组一样，要实现其变负荷控制一般情况下依赖于协调控制系统，变负荷能力主要取决于机组特性。根据火力发电过程的特性可知，送入炉膛的燃料变化量决定机组负荷的变化量，负荷对锅炉燃烧率的响应特性决定着变负荷速率。火电机组变负荷时锅炉侧的物能流经过给煤、制粉、燃烧、热交换、热功转换等阶段，具有很大的迟延与惯性，仅仅是依靠燃料量的改变来调整整个机组的出力，负荷响应会过于缓慢，变负荷速率通常也只能达到额定负荷的1%-2% / min，不能满足电网调频需求。而对于一直运行于“以热定电"状态下并兼顾发电与供热两种作用的热电联产机组来说，这样的控制策略会显得略加保守，其变负荷速率一般不能够达到额定负荷的1％，更有甚者会直接由协调控制切换至手操控制，与AGC（Automatic Generation Control）的要求相去甚远。

目前，常规的热电解耦方式包括安装配置电锅炉、高中压缸旁路供热、低压缸零出力供热等。电锅炉供热技术的热电解耦程度最高，但将高品质的能源转换为低品质的热能，一次能源利用率低，经济性差。高中压缸旁路供热和低压缸零出力供热均在原有供热工况的基础上进行改造，投资成本低，能够在一定程度上提升机组热电比，实现热电解耦，但对设备运行可靠性提出了较高的要求。

实用新型内容

本实用新型采用一种基于热化学储罐的储能结构，可以有效削弱供热机组热电耦合程度，对原有系统的影响很小，其目的在于对热电联供系统进行解耦，提升系统变工况特性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于热化学储能的燃煤热电解耦联供系统；包括：

燃煤锅炉，燃煤锅炉通过燃烧燃料产生高温烟气，高温烟气加热来自给水泵组的低温水产生高压蒸汽；

汽轮机组，汽轮机组从燃煤锅炉获取高压蒸汽，高压蒸汽对汽轮机组的汽轮做工实现汽轮机组的旋转，汽轮机组的排气端连接用户端，汽轮机组排气端的低压蒸汽通过与用户端换热进行余热利用，余热利用后的低温蒸汽或高温水通过给水泵组重新输入至燃煤锅炉中进行再加热；

其特征是：还包括热化学储罐，热化学储罐包括烟气换热管路、水换热管路和热化学储能介质，其中烟气换热管路、水换热管路之间通过热化学储能介质进行换热传递;烟气换热管路一端连接燃煤锅炉，另一端连接燃煤锅炉的废气处理端，热化学储罐从燃煤锅炉获取高温烟气,热化学储能介质吸收来自烟气换热管路的热量并存储，来自用户管网末端的高温水流过水换热管路时，热化学储能介质所存储的热量释放并加热水换热管路中的水产生高压蒸汽，高压蒸汽连接至汽轮机组驱动汽轮机组旋转;

其中，在热化学储罐的高压蒸汽出口与汽轮机组之间设置有蓄热蒸汽阀，所述热化学储罐的进水口与给水泵组之间设置有经储热进水阀。

作为本实用新型的进一步改进，热化学储罐的高压蒸汽出口上的蓄热蒸汽阀出口分为两个分支，其中一个支路通过再热主蒸汽管路旁通阀连接至再热汽轮机组的中压缸的进口，另一个支路连接有一个多路减温减压器组，在多路减温减压器组与蓄热蒸汽阀之间设置有多路旁路阀组，多路减温减压器组的出口端连接至高、中、低压工业供汽热网；热化学储罐不仅可以实现对再热汽轮机组直接通过高压蒸汽进行做工，同时在热化学储罐储存的热量不足，产生低温蒸汽或者中高温的水时，也可以直接的通过多路减温减压器组实现对高、中、低压工业供汽热网的供热、供汽，同时可以降低低温蒸汽对再热汽轮机组进汽温度的影响。

作为本实用新型的进一步改进，所述汽轮机组包括作为主汽轮机的再热汽轮机组和作为辅机的抽背式汽轮机；其中热化学储罐的高压蒸汽出口上的蓄热蒸汽阀出口分为两个分支，其中一个支路通过再热主蒸汽管路旁通阀连接至再热汽轮机组的中压缸的进口，另一个支路连接至多路旁路阀组，蓄热蒸汽阀与多路旁路阀组之间还设置有一条旁通支路，蓄热蒸汽阀通过旁通支路连接至抽背式汽轮机的进汽调阀，通过进汽调阀进入抽背式汽轮机的蒸汽驱动抽背式汽轮机旋转做功，抽背式汽轮机的排气口的其中一支路连接用户端的供暖首站进水、进气端，供暖首站的回水端通过给水泵组连接至燃煤锅炉的进水端，抽背式汽轮机的排气口的另一支路通过多路减温器组连接高、中、低压工业供汽热网；抽背式汽轮机可以在电网负载较大、燃气锅炉全功率运行时，额外的对热化学储罐内的化学能进行利用，辅助的实现发电供应。

作为本实用新型的进一步改进，所述再热汽轮机组包括再热汽轮机组中压缸、再热汽轮机组低压缸和再热汽轮机组高压缸，其中燃煤锅炉主蒸汽出口连接至再热汽轮机组高压缸的蒸汽进口，再热汽轮机组高压缸的出口连接至燃煤锅炉再热蒸汽入口，燃煤锅炉再热蒸汽的出口连接大型汽轮机组中压缸的进口；中压缸的出口p连接抽汽三通调阀，三通调阀出口一路连接至用户端，三通调阀出口另一路连接至汽轮机组低压缸的进口，低压缸的出口通过给水泵组连接至燃煤锅炉。

作为本实用新型的进一步改进，所述低压缸的出口上连接有冷凝器，冷凝器的出水口连接有冷凝水泵，冷凝器中的低温水通过给水泵组的冷凝水泵输送给低压加热器，低压加热器对来自冷凝水泵的低温水进行预加热，低压加热器的出口连接至除氧器，除氧器的出口依次连接锅炉给水泵、高压加热器，除氧器排出的去氧后的热水通过锅炉给水泵的驱动，在高压加热器的加热后输送给燃煤锅炉加热至蒸汽。

作为本实用新型的进一步改进，所述供暖首站的回水端通过给水泵组的疏水泵连接至低压加热器的进水口。

作为本实用新型的进一步改进，所述热化学储罐的烟气出口连接旁路SCR，旁路SCR对烟气进行催化，旁路SCR的出口经旁路省煤器、烟气旁路控制挡板后连接至废气处理端，其中，省煤器对通过烟气对燃煤锅炉进水进行预加热，烟气旁路控制挡板控制热化学储罐的烟气排放速率；SCR可以降低烟气中氮气的含量，同时通过对热化学储罐的烟气的开启与关闭，可以实现热化学储罐储热状态的简单切换。

作为本实用新型的进一步改进，所述锅炉给水泵上通过一个支路连接有旁路省煤器进水控制阀，旁路省煤器进水控制阀的出水口连接至旁路省煤器的进水口，省煤器的出水口连接至燃煤锅炉的进水口，锅炉给水泵输送来的中温热水通过旁路省煤器与烟气换热加热后输送至燃煤锅炉，旁路省煤器可以在电网负载较大，对锅炉功率要求较高，需要提升锅炉进水温度时，或者在锅炉排烟温度较低时，辅助的实现对热化学储罐中化学能的利用，实现对锅炉进水的辅助加热。

本实用新型的有益效果是：

系统采用热化学储罐进行热电解耦：蓄热时，该装置接通由锅炉SOFA风后炉膛前墙抽取的高温烟气对蓄热介质进行加热，蓄热介质发生化学反应储热，主要是化学能和显热；放热时，该装置进高压水，水被加热后变为蒸汽输出。对于图1、图2的系统，该装置的进水引自除氧器后，并由变频增压泵进行调节；对于图3的系统，该装置的进水引自锅炉给水泵，并由储热进水控制阀进行调节。一般情况，大汽轮机组低负荷式运行时，该储热装置蓄热；大汽轮机组高负荷式运行时，该储热装置放热。这样不仅可实现热电解耦，而且还可拓宽大汽轮机组的负荷调节范围；调峰低负荷运行时的输出电功率可低于锅炉最低稳燃负荷；在保障热负荷供给的情况下，机组输出全电功率。而对于双机系统，输出总电功率还可短时超出一些。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为热化学储热、再热蒸汽双机联供热电解耦系统；

图2为热化学储热、再热蒸汽联供热电解耦系统；

图3为热化学储热、主蒸汽双机联供热电解耦系统。

图中： 1. 再热汽轮机组低压缸，2. 再热汽轮机组中压缸，3. 再热汽轮机组发电机，4. 冷凝器，5. 冷凝水泵，6. 低压加热器，7. 除氧器，8. 供暖首站，9. 抽背式汽轮机，10. 发电机，11. 疏水泵，12. 高、中、低压工业供汽热网，13. 多路减温器组，14. 多路旁路阀组，15. 多路减温减压器组，16. 储热进水阀，17. 变频增压水泵，18. 锅炉给水泵，19. 高压加热器，20. 再热旁路阀，21. 蓄热蒸汽阀，22. 热化学储罐，23. 旁路省煤器进水控制阀，24. 旁路SCR（选择性催化还原），25. 旁路省煤器，26. 烟气抽取装置，27. 燃煤锅炉，28. 烟气旁路控制挡板，29. 电除尘器，30. 引风机，31. 脱硫塔，32. 烟囱，33. 抽汽三通调阀，34. 再热汽轮机组高压缸。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

实施例1

请参阅图1，为一种热化学储热、再热蒸汽双机联供热电解耦系统，本实施例中，所述联供系统包括燃煤锅炉系统、大型再热汽轮机组、热化学储热系统及抽背汽轮机供热机组。

本实施例中，所述燃煤锅炉27主蒸汽出口a连接有大型汽轮机组高压缸34入口n，所述高压缸出口m连接至燃煤锅炉再热蒸汽入口c，所述燃煤锅炉再热蒸汽出口b连接大型汽轮机组中压缸2进口o，所述中压缸出口p连接抽汽三通调阀33，所述三通调阀出口一路连接供暖首站入口r，将蒸汽输送至供暖首站8，所述供暖首站出口s连接疏水泵11，并与冷凝水泵5出口并联汇合。另一路进入所述汽轮机组低压缸1，所述低压缸出口依次连接冷凝器4、冷凝水泵5、低压加热器6、除氧器7；

本实施例中，所述除氧器出口z一路依次连接给水泵18锅炉给水泵18、高压加热器19，所述高压加热器19出口连接燃煤锅炉给水入口d，所述除氧器另一路连接变频增压水泵17，经储热进水阀16连接至热化学储罐22入口j；

本实施例中，给水进入所述热化学储罐后连接至蓄热蒸汽阀21，所述蓄热蒸汽阀出口一路连接至再热主蒸汽管路旁路阀20，另一路分作两支，其中一支蒸汽连接至抽背机进汽调阀u，并经抽背汽轮机后送至供暖首站入口r，所述抽背汽轮机抽汽出口t连接多路减温器组13，所述多路减温器组出口连接高、中、低压工业供汽热网12；另一支蒸汽管路经多路旁路阀组14后连接至多路减温减压器组15，所述多路减温减压器组出口w连接高、中、低压工业供汽热网12。

更进一步地，所述给水泵18锅炉给水泵18出口另一路经旁路省煤器进水控制阀23、旁路省煤器25后连接至主给水管路，所述热化学储罐烟气入口g连接自燃煤锅炉烟气抽取装置26出口f，所述热化学储罐烟气出口i连接旁路SCR 24入口l，旁路SCR出口k经旁路省煤器25、烟气旁路控制挡板28后连接至烟气出口e主管路，所述烟气出口e经电除尘器29、引风机30、脱硫塔31后经烟囱32排出。

具体使用时，在再热汽轮机组处于低负载运行时，燃煤锅炉对再热汽轮机组输送的烟气量降低，使得更多的烟气通过烟气抽取装置26进入到热化学储罐22内，对蓄热介质进行加热，蓄热介质发生化学反应储热（化学能+显热）；而在需要使用热化学储罐22内的能量时，可以选择的打开储热进水阀16，通过变频增压水泵17为热化学储罐22输入高压水，随后高压水在蓄热介质的加热下变味蒸汽，随后通过蓄热蒸汽阀输出，从蓄热蒸汽阀输出后，可选择的，可以直接通过再热旁路阀，使得来自热化学储罐的蒸汽进入到再热汽轮机组进行做功，也可以关闭再热旁路阀20，使得热化学储罐的蒸汽直接进入用户系统中，首先可以通过抽背式汽轮机9进行发电，随后发电后的低压蒸汽在冬季时可选择进入到供暖首站实现用户管网的供暖；同时另外部分低压蒸汽可以通过多路减温器组输送给高、中、低压工业供汽热网进行用户的供汽供热。

实施例2

请参阅图2 ，为一种热化学储热、再热蒸汽联供热电解耦系统，该系统取消抽背汽轮机9和多路减温器组13，将自蓄热蒸汽阀21出口的旁路蒸汽直接引入多路减温减压器组15，并自多路减温减压器组15引出一支蒸汽直接进入供暖首站8。与系统1相同，热化学储罐22的进水引自除氧器后，由变频增压泵进行调节。

实施例3，请参阅图3，为一种热化学储热、主蒸汽双机联供热电解耦系统，该系统在系统1的基础上，使热化学储罐22的进水引自锅炉给水，并由储热进水控制阀16进行调节。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种基于热化学储能的燃煤热电解耦联供系统；包括：

燃煤锅炉，燃煤锅炉通过燃烧燃料产生高温烟气，高温烟气加热来自给水泵组的低温水产生高压蒸汽；

汽轮机组，汽轮机组从燃煤锅炉获取高压蒸汽，高压蒸汽对汽轮机组的汽轮做工实现汽轮机组的旋转，汽轮机组的排气端连接用户端，汽轮机组排气端的低压蒸汽通过与用户端换热进行余热利用，余热利用后的低温蒸汽或高温水通过给水泵组重新输入至燃煤锅炉中进行再加热；

其特征是：还包括热化学储罐，热化学储罐包括烟气换热管路、水换热管路和热化学储能介质，其中烟气换热管路、水换热管路之间通过热化学储能介质进行换热传递;烟气换热管路一端连接燃煤锅炉，另一端连接燃煤锅炉的废气处理端，热化学储罐从燃煤锅炉获取高温烟气,热化学储能介质吸收来自烟气换热管路的热量并存储，来自用户管网末端的高温水流过水换热管路时，热化学储能介质所存储的热量释放并加热水换热管路中的水产生高压蒸汽，高压蒸汽连接至汽轮机组驱动汽轮机组旋转;

其中，在热化学储罐的高压蒸汽出口与汽轮机组之间设置有蓄热蒸汽阀，所述热化学储罐的进水口与给水泵组之间设置有经储热进水阀。

2.如权利要求1所述的一种基于热化学储能的燃煤热电解耦联供系统，其特征是：热化学储罐的高压蒸汽出口上的蓄热蒸汽阀出口分为两个分支，其中一个支路通过再热主蒸汽管路旁通阀连接至再热汽轮机组的中压缸的进口，另一个支路连接有一个多路减温减压器组，在多路减温减压器组与蓄热蒸汽阀之间设置有多路旁路阀组，多路减温减压器组的出口端连接至高、中、低压工业供汽热网。

3.如权利要求2所述的一种基于热化学储能的燃煤热电解耦联供系统，其特征是：所述汽轮机组包括作为主汽轮机的再热汽轮机组和作为辅机的抽背式汽轮机；其中热化学储罐的高压蒸汽出口上的蓄热蒸汽阀出口分为两个分支，其中一个支路通过再热主蒸汽管路旁通阀连接至再热汽轮机组的中压缸的进口，另一个支路连接至多路旁路阀组，蓄热蒸汽阀与多路旁路阀组之间还设置有一条旁通支路，蓄热蒸汽阀通过旁通支路连接至抽背式汽轮机的进汽调阀，通过进汽调阀进入抽背式汽轮机的蒸汽驱动抽背式汽轮机旋转做功，抽背式汽轮机的排气口的其中一支路连接用户端的供暖首站进水、进气端，供暖首站的回水端通过给水泵组连接至燃煤锅炉的进水端，抽背式汽轮机的排气口的另一支路通过多路减温器组连接高、中、低压工业供汽热网。

4.如权利要求3所述的一种基于热化学储能的燃煤热电解耦联供系统，其特征是：所述再热汽轮机组包括再热汽轮机组中压缸、再热汽轮机组低压缸和再热汽轮机组高压缸，其中燃煤锅炉主蒸汽出口连接至再热汽轮机组高压缸的蒸汽进口，再热汽轮机组高压缸的出口连接至燃煤锅炉再热蒸汽入口，燃煤锅炉再热蒸汽的出口连接大型汽轮机组中压缸的进口；中压缸的出口p连接抽汽三通调阀，三通调阀出口一路连接至用户端，三通调阀出口另一路连接至汽轮机组低压缸的进口，低压缸的出口通过给水泵组连接至燃煤锅炉。

5.如权利要求4所述的一种基于热化学储能的燃煤热电解耦联供系统，其特征是：所述低压缸的出口上连接有冷凝器，冷凝器的出水口连接有冷凝水泵，冷凝器中的低温水通过给水泵组的冷凝水泵输送给低压加热器，低压加热器对来自冷凝水泵的低温水进行预加热，低压加热器的出口连接至除氧器，除氧器的出口依次连接锅炉给水泵、高压加热器，除氧器排出的去氧后的热水通过锅炉给水泵的驱动，在高压加热器的加热后输送给燃煤锅炉加热至蒸汽。

6.如权利要求5所述的一种基于热化学储能的燃煤热电解耦联供系统， 其特征是：所述供暖首站的回水端通过给水泵组的疏水泵连接至低压加热器的进水口。

7.如权利要求5所述的一种基于热化学储能的燃煤热电解耦联供系统，其特征是：所述热化学储罐的烟气出口连接旁路SCR，旁路SCR对烟气进行催化，旁路SCR的出口经旁路省煤器、烟气旁路控制挡板后连接至废气处理端，其中，省煤器对通过烟气对燃煤锅炉进水进行预加热，烟气旁路控制挡板控制热化学储罐的烟气排放速率。

8.如权利要求7所述的一种基于热化学储能的燃煤热电解耦联供系统，其特征是：所述锅炉给水泵上通过一个支路连接有旁路省煤器进水控制阀，旁路省煤器进水控制阀的出水口连接至旁路省煤器的进水口，省煤器的出水口连接至燃煤锅炉的进水口，锅炉给水泵输送来的中温热水通过旁路省煤器与烟气换热加热后输送至燃煤锅炉。

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