CN219529102U - 基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于高温储热的燃气‑蒸汽联合循环热电解耦联供系统，系统包括燃气‑蒸汽联合循环单元，电热式化学链/熔融盐储热‑抽汽发电单元以及多级减温减压工业供汽单元。燃气‑蒸汽联合循环通过抽取供热蒸汽，为抽背发电循环提供所需工质。联合循环和抽背汽轮机发电系统并网发电，并且电网也可为电热式化学链/熔盐储热装置提供加热电能，电加热温控器则根据温度反馈来控制储能加热电流。抽背式汽轮机系统中的蒸汽经多级抽汽和减温减压过程后，可满足工业供汽网所需参数。系统实现了燃气‑蒸汽联合循环、储热和热电抽汽联供的总体协调控制，具有显著的经济效益、社会效益和工程应用前景。

Description

基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统

技术领域：

本实用新型涉及燃气-蒸汽联合发电与电热式储能技术领域，尤其涉及基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统。

背景技术：

随着清洁能源发电技术的不断发展和人们环保意识的日益增强，燃气发电技术得到了快速的发展。常规简单循环的燃气发电系统主要包括压气机、燃烧室和透平膨胀机三个部分，其基本原理是：空气经过压气机压缩到一定的气压后，进入燃烧室与喷入的燃料混合燃烧，形成高温燃气后进入透平膨胀机做功，推动透平转子带着压气机一起旋转，并带动发电机做功，输出电能。燃气轮机的尾气往往具有较高的温度，如果直接排入大气，就会造成很大的热能损失，降低了机组的热效率。针对此问题，基于能源高效利用的燃气－蒸汽联合循环发电系统日益受到各个国家的重视。

开展大规模热电解耦技术改造已成为供热机组未来的发展趋势。从技术原理、技术特点及应用业绩等角度考虑，目前，高中压缸旁路供热、储热供热、电极锅炉等热电解耦技术在供热机组中已得到相关应用。其中，高中压缸旁路供热技术适用于所有的燃煤供热机组，但其减温减压器、调节阀及相应管路系统运行的安全可靠性有待进一步研究和现场论证；供热机组配置储热罐或电极锅炉装置时，应需要根据当地实际电网调峰政策、供热热负荷等因素进行优化设计。在进行具体的机组设计时，应当从机组实际情况出发，寻求最适合机组自身特性的热电解耦技术方案。

化学链/熔融盐储热技术通过可逆的化学反应来存储和释放热能，其储热密度远高于显热储存和相变热储存。其原理是在热侧设置电热锅炉，利用电作为供热热源实现热电解耦。其通过设置电极锅炉消耗部分汽轮机发电功率，补充机组供热能力不足部分，并实现热电解耦，降低机组上网功率，在削峰填谷方面具有广阔的应用前景。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统，以解决现有技术的不足。

本实用新型由如下技术方案实施：基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统，包括燃气-蒸汽联合循环单元，电热式化学链/熔融盐储热-抽背汽轮机发电单元以及多级减温减压工业供汽网单元，其中：

所述燃气-蒸汽联合循环单元包括空气压气机，所述压气机入口连接空气过滤器，所述压气机出口与天然气调压站进口连接并连接至燃气透平入口，所述燃气透平连接余热锅炉，余热锅炉给水连接其进口(f)，经出口(a)和(c)进入除氧器，所述除氧器出口依次通过低压给水泵、中压给水泵和高压给水泵连接至余热锅炉进口(b)、进口(d)、进口(e)，所述余热锅炉低压出口(g)通过低压补气阀连接低压缸进口(j)，所述余热锅炉中压出口(h)通过中压补汽阀连接中压缸进口(k)，所述余热锅炉通过高压出口(i)连接高压缸进口(l)，所述高压缸出口(m)连接中压缸进口(k)，所述中压缸出口则连接低压缸进口(j)，所述低压缸出口连接冷凝器，所述冷凝器出口连接凝结水泵。

进一步的，所述电热式化学链/熔融盐储热-抽背汽轮机发电单元包括电加热温控器，所述电加热温控器输入端连接电网，所述电加热温控器输出端(n)连接储热罐的电加热器，所述储热罐出口(p)连接抽背式汽轮机进口(q)，所述抽背式汽轮机排汽出口(r)连接除氧器主给水进口(s)，所述除氧器出口(u)连接变频增压泵，所述增压泵沿给水方向依次连接第二高压加热器和第一高压加热器，并最终连接储热罐进口(o)。

进一步的，所述抽背式汽轮机沿主蒸汽流动方向依次通过抽汽口(y)连接第一减温器，所述抽背式汽轮机通过抽汽口(z)连接第二减温器，并自所述抽汽口(y)和抽汽口(z)分别连接第一高压加热器入口和第二高压加热器入口，并且第一高压加热器疏水出口(x)连接第二高压加热器疏水进口(w)，第二高压加热器疏水出口(v)与除氧器进口(t)汇合。

进一步的，所述抽背式汽轮机为单台可调式抽汽背压式汽轮机，或者为由多台背压机串并组合汽轮机组阵列。

进一步的，所述的多级减温减压工业供汽网单元主蒸汽来自储热罐出口(p)另一分支，经旁通阀连接多级减温减压器，其中：

所述旁通阀连接减温减压器A入口(ab)，减温减压器A出口(ac)连接减温减压器B入口(ad)，所述减温减压器A出口(ac)还与第一减温器汇合，经高压阀连接高压工业供汽网进口(ah)，汇合后的另一分支经入口(k)进入汽轮机中压缸；

所述减温减压器B出口(ae)连接减温减压器C入口(af)，所述减温减压器B出口(ae)还与第二减温器汇合，经中压阀连接中压工业供汽网进口(ai)；

减温减压器C出口(ag)与第三减温器汇合，经供暖阀连接供暖首站进口(ak)，汇合后另一支经入口(j)进口汽轮机低压缸；

所述供暖首站出口(al)连接疏水泵，所述疏水泵连接除氧器进口(t)。

进一步的，所述抽背式汽轮机的抽汽口(aa)连接第三减温器，所述第三减温器出口连接低压阀并连接低压工业供汽网进口(aj)。

进一步的，所述第三减温器出口还与减温减压器C出口(ag)汇合。

进一步的，所述储热罐可由多个电热式化学链/熔融盐储热罐并联而构成。

进一步的，所述压气机的旋转轴与第一发电机同轴相连，所述第一发电机发出的电量并网输出并经主变压器连接高压电网；所述高压缸动力输出端连接第二发电机。

进一步的，所述抽背式汽轮机动力输出端连接第三发电机，所述第三发电机发出的电能通过变压器变换后经过主变压器连接高压电网。

本实用新型的优点：

该实用新型通过采用燃气-蒸汽联合循环与电热式化学链/熔融盐储热罐，结合抽背汽机联合多级减温减压供汽的形式，实现了整个系统的优化运行。该系统将燃气-蒸汽联合循环单元，电热式化学链/熔融盐储热-抽汽发电单元以及多级减温减压工业供汽单元有机结合，所有发电机并入电网，并通过变压器与高压电网连接，储热装置所需电能均来自系统对低压电网的输出发电。电热式化学链/熔盐储热装置由电加热温控器控制，所输出的高温高压蒸汽进入抽背式汽轮机阵列，驱动发电机发电，并将抽汽依次供给不同参数需求的工业热网。整个系统低碳环保，解耦性能良好，具有良好的理论研究和工程实用意义。

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为本实用新型实施例的结构示意图。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统，在本实施例中，所述系统包括燃气-蒸汽联合循环单元，电热式化学链/熔融盐储热-抽背汽轮机发电单元以及多级减温减压工业供汽网单元。所述燃气-蒸汽联合循环单元包括空气压气机3，所述压气机入口连接空气过滤器7，所述压气机出口与天然气调压站6进口连接，并连接至燃气透平入口，所述燃气透平连接余热锅炉1。余热锅炉给水连接其进口f，经出口a和c进入除氧器5，所述除氧器出口依次并联低压给水泵8至进口b、中压给水泵9至进口d和高压给水泵10至进口e，并分别经余热锅炉低压出口g和低压补气阀13连接低压缸进口j，经中压出口h和中压补汽阀14连接中压缸进口k，经高压出口i连接高压缸进口l，所述高压缸出口m连接中压缸进口k。所述中压缸出口则连接低压缸进口j，所述低压缸出口连接冷凝器12，所述冷凝器出口连接凝结水泵11。发电机4与旋转机械同轴相连，发出的电量并网输出，并经主变压器19连接高压电网20。

在本实施例中，所述电热式化学链/熔融盐储热-抽背汽轮机发电单元包括电加热温控器21，所述电加热温控器输入端连接电网，其输出端n连接储热罐加热器22，所述电加热温控器则根据温度反馈来控制输出储能加热电流大小。所述电热式化学链/熔融盐储热罐出口p连接抽背式汽轮机进口q，所述汽轮机排汽出口r连接除氧器主给水进口s，所述除氧器出口u连接变频增压泵，所述增压泵沿给水方向依次连接第二高压加热器27和第一高压加热器28，并最终连接储热罐进口o，实现抽背汽轮机发电系统主蒸汽循环。

在本实施例中，所述抽背式汽轮机沿主蒸汽流动方向依次设置有抽汽口y连接减温器1，抽汽口z连接减温器2，并自所述抽汽口y和抽汽口z分别连接第一高压加热器28高加入口和第二高压加热器入口，并且第一高压加热器疏水出口x连接第二高压加热器疏水进口w，第二高压加热器疏水出口v与除氧器进口t汇合。抽汽口aa连接减温器3，所述减温器3出口连接低压阀40，并连接低压工业供汽网44进口aj。所述减温器3出口还与多级减温减压器出口ag汇合。

在本实施例中，所述抽背式汽轮机17可为单台可调式抽汽背压式汽轮机，也可由是多台背压机串并组合汽轮机组阵列。

在本实施例中，所述的多级减温减压工业供汽网单元主蒸汽来自电热式化学链/熔融盐储热罐出口p另一分支，经旁通阀34连接多级减温减压器。其中，所述旁通阀连接减温减压器A入口ab，减温减压器A出口ac连接减温减压器B入口ad，所述减温减压器A出口ac还与减温器1汇合，经高压阀38连接高压工业供汽网42进口ah，汇合后的另一分支经入口k进入汽轮机中压缸16。所述减温减压器B出口ae连接减温减压器C入口af，所述减温减压器出口ae还与减温器2汇合，经中压阀39连接中压工业供汽网43进口ai。减温减压器C出口ag与减温器3汇合，经供暖阀41连接供暖首站45进口ak，汇合后另一支经入口j进口汽轮机低压缸15。所述供暖首站出口al连接疏水泵46，所述疏水泵连接除氧器进口t。

在本实施例中，所述供暖首站为热交换设备，将进口ak流入的工质热量传递至外部热水循环中。

在本实施例中，所述电热式化学链/熔融盐储热罐23由电加热(电锅炉)、化学链储热介质/熔盐，以及绝热外壳、汽包、热交换管等部分组成。以化学链为例，蓄热时，由电锅炉对化学材料AB加热至解离温度以上，发生吸热反应(AB→A+B)，并将A、B及显热分别储存；放热时，化学材料发生放热反应(A+B→AB)，且来自变频增压泵的给水进入该装置吸收显热及化学反应热，产生高温高压蒸汽。该装置由电加热温控器控制，所输出的高温高压蒸汽进入抽背式汽轮机发电、供热。该储热装置也是多个电热式化学链储热罐并联构成。

在本实施例中，所述电加热温控器21根据热电/化学链储热模块的储热给定控制信号和输出蒸汽实际温度反馈信号T来控制储热装置的加热电流大小。电热式化学链/熔融盐储热罐23内设主电加热器22和输出电加热器22-A，分别对储热罐中的储热介质和输出段的水和蒸汽进行加热。因此，当储热罐输出蒸汽时，输出段的水和蒸汽可由储热介质和输出电加热器分别或同时加热，用以产生高温高压蒸汽。

综上，本实用新型基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统，系统包括燃气-蒸汽联合循环单元，电热式化学链/熔融盐储热-抽汽发电单元以及多级减温减压工业供汽单元。燃气-蒸汽联合循环通过抽取供热蒸汽，为抽背发电循环提供所需工质。联合循环和抽背汽轮机发电系统并网发电，并且电网也可为电热式化学链/熔盐储热装置提供加热电能，电加热温控器则根据温度反馈来控制储能加热电流。抽背式汽轮机系统中的蒸汽经多级抽汽和减温减压过程后，可满足工业供汽网所需参数。系统通过耦合燃气-蒸汽联合循环系统、电热式储热系统和抽背汽轮机发电系统并网，采用自动调节模块实现电热式化学链/熔融盐储热罐的高效储热解耦，实现了燃气-蒸汽联合循环、储热和热电抽汽联供的总体协调控制，具有显著的经济效益、社会效益和工程应用前景。

本实用新型各主要输入、输出口代表意义如下：

除氧器进口，b.低压给水进口，c.除氧蒸汽出口，d.中压给水进口，e.高压给水进口，f.凝结水进口，g.低压蒸汽出口，h.中压蒸汽出口，i.高压蒸汽出口，j.低压缸蒸汽进口，k.中压缸蒸汽进口，l.高压缸蒸汽进口，m.高压缸蒸汽出口，n.电加热温控器出口，o.电热式化学链/熔融盐储热罐给水进口，p.储热罐给水出口，q.抽背汽轮机蒸汽进口，r.抽背汽轮机排汽出口，s.除氧器加热蒸汽进口，t.除氧器疏水进口，u.除氧器出口，v.#2高加疏水出口，w.#2高加疏水进口，x.#1高加疏水出口，y.一级抽汽口，z.二级抽汽口，aa.三级抽汽口，ab.减温减压器A进口，ac.减温减压器A出口，ad.减温减压器B进口，ae.减温减压器B出口，af.减温减压器C进口，ag.减温减压器C出口，ah.高压工业供汽网进口，ai.中压工业供汽网进口，aj.低压工业供汽网进口，ak.供暖首站进口，al.供暖首站出口。

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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统，其特征在于，包括燃气-蒸汽联合循环单元，电热式化学链/熔融盐储热-抽背汽轮机发电单元以及多级减温减压工业供汽网单元，其中：

所述燃气-蒸汽联合循环单元包括空气压气机，所述压气机入口连接空气过滤器，所述压气机出口与天然气调压站进口连接并连接至燃气透平入口，所述燃气透平连接余热锅炉，余热锅炉给水连接其进口(f)，经出口(a)和(c)进入除氧器，所述除氧器出口依次通过低压给水泵、中压给水泵和高压给水泵连接至余热锅炉进口(b)、进口(d)、进口(e)，所述余热锅炉低压出口(g)通过低压补气阀连接低压缸进口(j)，所述余热锅炉中压出口(h)通过中压补汽阀连接中压缸进口(k)，所述余热锅炉通过高压出口(i)连接高压缸进口(l)，所述高压缸出口(m)连接中压缸进口(k)，所述中压缸出口则连接低压缸进口(j)，所述低压缸出口连接冷凝器，所述冷凝器出口连接凝结水泵。

2.根据权利要求1所述的基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统，其特征在于，所述电热式化学链/熔融盐储热-抽背汽轮机发电单元包括电加热温控器，所述电加热温控器输入端连接电网，所述电加热温控器输出端(n)连接储热罐的电加热器，所述储热罐出口(p)连接抽背式汽轮机进口(q)，所述抽背式汽轮机排汽出口(r)连接除氧器主给水进口(s)，所述除氧器出口(u)连接变频增压泵，所述增压泵沿给水方向依次连接第二高压加热器和第一高压加热器，并最终连接储热罐进口(o)。

3.根据权利要求2所述的基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统，其特征在于，所述抽背式汽轮机沿主蒸汽流动方向依次通过抽汽口(y)连接第一减温器，所述抽背式汽轮机通过抽汽口(z)连接第二减温器，并自所述抽汽口(y)和抽汽口(z)分别连接第一高压加热器入口和第二高压加热器入口，并且第一高压加热器疏水出口(x)连接第二高压加热器疏水进口(w)，第二高压加热器疏水出口(v)与除氧器进口(t)汇合。

4.根据权利要求3所述的基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统，其特征在于，所述抽背式汽轮机为单台可调式抽汽背压式汽轮机，或者为由多台背压机串并组合汽轮机组阵列。

5.根据权利要求3所述的基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统，其特征在于，所述的多级减温减压工业供汽网单元主蒸汽来自储热罐出口(p)另一分支，经旁通阀连接多级减温减压器，其中：

所述旁通阀连接减温减压器A入口(ab)，减温减压器A出口(ac)连接减温减压器B入口(ad)，所述减温减压器A出口(ac)还与第一减温器汇合，经高压阀连接高压工业供汽网进口(ah)，汇合后的另一分支经入口(k)进入汽轮机中压缸；

所述减温减压器B出口(ae)连接减温减压器C入口(af)，所述减温减压器B出口(ae)还与第二减温器汇合，经中压阀连接中压工业供汽网进口(ai)；

减温减压器C出口(ag)与第三减温器汇合，经供暖阀连接供暖首站进口(ak)，汇合后另一支经入口(j)进口汽轮机低压缸；

所述供暖首站出口(al)连接疏水泵，所述疏水泵连接除氧器进口(t)。

6.根据权利要求5所述的基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统，其特征在于，所述抽背式汽轮机的抽汽口(aa)连接第三减温器，所述第三减温器出口连接低压阀并连接低压工业供汽网进口(aj)。

7.根据权利要求5所述的基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统，其特征在于，所述第三减温器出口还与减温减压器C出口(ag)汇合。

8.根据权利要求2-7任一项所述的基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统，其特征在于，所述储热罐可由多个电热式化学链/熔融盐储热罐并联而构成。

9.根据权利要求1所述的基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统，其特征在于，所述压气机的旋转轴与第一发电机同轴相连，所述第一发电机发出的电量并网输出并经主变压器连接高压电网；所述高压缸动力输出端连接第二发电机。

10.根据权利要求2任一项所述的基于高温储热的燃气-蒸汽联合循环热电解耦联供系统，其特征在于，所述抽背式汽轮机动力输出端连接第三发电机，所述第三发电机发出的电能通过变压器变换后经过主变压器连接高压电网。