CN220395782U - 一种耦合压缩空气储能的煤气发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种耦合压缩空气储能的煤气发电系统，包括煤气锅炉和变电站，所述的煤气锅炉通过蒸汽管线分别连接有第一汽轮机和压缩机，所述的第一汽轮机上连接有第一发电机，所述的汽拖压缩机组上依次连接有储换热机构、膨胀机和第二发电机；所述的第一发电机和第二发电机均连接在变电站上；所述的储换热机构上还连接有储气结构。本实用新型通过设置汽轮发电机组和压缩空气储能系统并联运行，为钢铁厂供电，降低钢铁厂外购电成本，实现了轧钢检修时的放散煤气回收利用和煤气发电机组调峰作用，解决了现有技术中煤气发电机组无法实现消纳掉所有富裕煤气以及无法进行深度调峰的技术问题。
Description
技术领域
本实用新型属于发电领域，涉及一种煤气发电系统，具体是一种耦合压缩空气储能的煤气发电系统。
背景技术
目前，钢铁厂70％的煤气用于热风炉、烧结、轧钢加热炉等工序，剩余30％配置高参数煤气发电机组进行消纳。随着越来越多的钢厂配置了光伏、风力发电等绿电，以降低钢铁生产碳排放强度。为全部消纳绿电，钢铁厂已配置的煤气发电机组需兼具调峰功能。目前，现行的煤气发电机组最低稳定负荷为30％，无法参与深度调峰。且目前煤气发电技术经常会出现在轧钢等工序停产的时候煤气仍有大量放散，其原因在于煤气发电机组因汽轮机等设备问题也存在作业时间，无法实现煤气进行全部消纳，造成能源浪费。
目前，钢铁厂煤气发电基于日历平衡煤气量进行装机规模选型，装机规模在25MW～150MW之间，参数为中温中压～高效超临界，未配置任何储能系统。
1、煤气锅炉的最大蒸发量与汽轮机的VWO参数匹配，无额外裕量；
2、煤气发电负荷调节能力范围为30％～110％；
目前存在的缺陷：1、在轧钢等工序停用的时候，煤气发电机组不具备超发能力，无法消纳掉所有富裕煤气，造成二次能源浪费；2、钢铁厂引入大量光伏等新能源电力后，为充分消纳新能源，煤气发电需参与深度调峰，目前负荷调节能力为30％～110％，且调峰速度慢，无法满足调峰要求。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种耦合压缩空气储能的煤气发电系统，解决现有技术中煤气发电机组无法实现消纳掉所有富裕煤气以及无法进行深度调峰的技术问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：
一种耦合压缩空气储能的煤气发电系统，包括煤气锅炉和变电站，所述的煤气锅炉通过蒸汽管线分别连接有第一汽轮机和压缩机，所述的第一汽轮机上连接有第一发电机，所述的汽拖压缩机组上依次连接有储换热机构、膨胀机和第二发电机；所述的第一发电机和第二发电机均连接在变电站上；
所述的储换热机构上还连接有储气结构。
本实用新型还包括以下技术特征：
所述的储换热机构包括相连的高温储热罐和低温储热罐，所述的高温储热罐和低温储热罐之间设置有关断阀。
所述的煤气锅炉的最大蒸发量为对应第一汽轮机的最大进汽量的130％。
所述的储气结构采用管线钢。
所述的膨胀机为空气透平膨胀机。
所述的汽拖压缩机组包括第二汽轮机和压缩机，所述的第二汽轮机和压缩机采用联轴器相连。
所述的第一汽轮机和第一发电机的轴采用联轴器相连。
所述的膨胀机和第二发电机的轴采用联轴器相连。
本实用新型与现有技术相比，有益的技术效果是：
本实用新型通过设置汽轮发电机组和压缩空气储能系统并联运行，当轧钢线检修时，因煤气用户减少，煤气发电机组用放散煤气量增加30％。此时将增加的富氧煤气通过煤气管网接至煤气锅炉，将所产77％的蒸汽接入汽轮发电机组进行带动第一汽轮机满负荷运行；将所产23％的蒸汽接入汽拖压缩机组拖动压缩机进行做功，将煤气化学能最终转换为空气的势能进行储存。当至钢厂用电高峰时，将存储的压缩空气势能通过膨胀机转化为电能，为钢铁厂供电，降低钢铁厂外购电成本；当钢铁厂白天在绿电大量接入时，需煤气发电机组参与深度调峰，此时将煤气锅炉燃烧产生的蒸汽进行分配，一部分接入汽轮发电机组满足其低负荷运行，一部分接入压缩空气储能系统进行能量存储，以便钢厂消纳更多的绿电，优化钢铁企业用电结构。在绿电低负荷时段，煤气锅炉燃烧产生的蒸汽全部接入汽轮发电机组，满足其满负荷运行，同时将存储的压缩空气势能通过膨胀机转化为电能，为钢铁厂供电，降低钢铁厂外购电成本。实现了轧钢检修时的放散煤气回收利用和煤气发电机组调峰作用，解决了现有技术中煤气发电机组无法实现消纳掉所有富裕煤气以及无法进行深度调峰的技术问题。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图中各个标号的含义为：1-煤气锅炉，2-变电站，3-第一汽轮机，4-汽拖压缩机组，5-第一发电机，6-储换热机构，7-膨胀机，8-第二发电机，9-储气结构。
以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
需要说明的是，本实用新型中的所有零部件，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件。
以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。
本实用新型给出了一种耦合压缩空气储能的煤气发电系统，包括煤气锅炉1和变电站2，煤气锅炉1通过蒸汽管线分别连接有第一汽轮机3和汽拖压缩机组4，第一汽轮机3上连接有第一发电机5，汽拖压缩机组4上依次连接有储换热机构6、膨胀机7和第二发电机8；第一发电机5和第二发电机8均连接在变电站2上；
储换热机构6上还连接有储气结构9。
煤气锅炉1产生的蒸汽经过两路蒸汽管线分别输送至第一汽轮机3和汽拖压缩机组4，进入第一汽轮机3的蒸汽驱动第一汽轮机3工作，并在在第一发电机5内将机械能转化为电能并由电缆输送至上级电网；汽拖缩机组4包含第二汽轮机和压缩机。汽拖压缩机组4产生的热空气经进入储换热机构6的第一入口进行换热，得到的冷空气经储换热机构6的第一出口进入储气结构，从储气结构输出的冷空气经储换热机构6的第二入口进入储换热机构，从储换热结构的第二出口的输出的热空气进入膨胀机7并驱动膨胀机7工作，在第二发电机8内将机械能转化为电能并由电缆输送至上级电网。
通过设置汽轮发电机组和压缩空气储能系统并联运行，当轧钢线检修时，因煤气用户减少，煤气发电机组用放散煤气量增加30％。此时将增加的富氧煤气通过煤气管网接至煤气锅炉，将所产77％的蒸汽接入汽轮发电机组进行带动第一汽轮机满负荷运行；将所产23％的蒸汽接入汽拖压缩机组拖动压缩机进行做功，将煤气化学能最终转换为空气的势能进行储存。当至钢厂用电高峰时，将存储的压缩空气势能通过膨胀机转化为电能，为钢铁厂供电，降低钢铁厂外购电成本；当钢铁厂白天在绿电大量接入时，需煤气发电机组参与深度调峰，此时将煤气锅炉燃烧产生的蒸汽进行分配，一部分接入汽轮发电机组满足其低负荷运行，一部分接入压缩空气储能系统进行能量存储，以便钢厂消纳更多的绿电，优化钢铁企业用电结构。在绿电低负荷时段，煤气锅炉燃烧产生的蒸汽全部接入汽轮发电机组，满足其满负荷运行，同时将存储的压缩空气势能通过膨胀机转化为电能，为钢铁厂供电，降低钢铁厂外购电成本。实现了轧钢检修时的放散煤气回收利用和煤气发电机组调峰作用，解决了现有技术中煤气发电机组无法实现消纳掉所有富裕煤气以及无法进行深度调峰的技术问题。
(1)煤气调峰：在钢铁企业主工序部分煤气用户停用时，将富裕煤气接至燃气锅炉进行燃烧，所产生的蒸汽一部分送入第一汽轮机进行发电(满负荷运行)，多余部分送入压缩机内的第二汽轮机，拖动压缩机压缩空气进行储能、储热，在用电峰时，压缩空气进入膨胀机做功进行发电，接入厂区变电站，供钢铁企业使用，降低企业外购电量。
(2)电力调峰：光伏等绿电大量接入电力系统时，煤气发电需要降低负荷生产用于全部吸纳绿电。此时，将煤气锅炉所产生的蒸汽一部分接入第一汽轮机进行发电，另一部分送入压缩机的第二汽轮机，拖动压缩机组压缩空气进行储能、储热。在绿电接入少的时候，压缩空气进入膨胀机做功进行发电，接入厂区变电站，补充企业用电，降低企业外购电量。
具体的，煤气锅炉1的最大蒸发量为第一汽轮机3的最大进汽量的130％。
具体的，储换热机构6包括相连的高温储热罐和低温储热罐，高温储热罐和低温储热罐之间设置有关断阀。
具体的，储气结构9采用管线钢。
具体的，膨胀机7为空气透平膨胀机。
具体的，汽拖压缩机组4包括第二汽轮机和压缩机，第二汽轮机和压缩机采用联轴器相连。
具体的，第一汽轮机3和第一发电机5的轴采用联轴器相连。
具体的，膨胀机7和第二发电机8的轴采用联轴器相连。
实施效果预测：
以年产200万吨钢企业为例进行分析，其现状如下：
(1)日历平衡富裕煤气折合高炉煤气约24万Nm3/h，配套建设有1x80MW高温超高压煤气发电机组，机组年运行小时数为8000h；
(2)吨钢耗电量为450度，现外购电负荷约为30MW；
(3)其余煤气最大消耗用户(除煤气发电外)为轧钢加热炉，其耗煤气量约9万Nm3/h，年运行小时数为7200h；
(4)为降低企业碳排放，计划接入60MW光伏发电使用，降低企业碳排放及用电成本，当地每天日照峰时时间约4h，光伏发电年利用小时数为1200h；
基于上述条件分析，其目前运行存在问题如下：
(1)轧钢加热炉运行小时数低于煤气发电机组，当轧钢加热炉停用时，有9万Nm3/h煤气量因无法消纳而放散，年放散煤气约9000万Nm3，此煤气量完全燃烧可发电约30MW；
(2)在接入30MW光伏后，为全部消纳光伏发电，在运行时，煤气发电需降负荷至50MW运行，若不增加其他措施，会导致煤气放散，造成能源浪费；
基于上述问题，通过采用本实用新型的耦合压缩空气储能的煤气发电系统，将原有煤气发电锅炉扩容至330t/h，正常按80％负荷运行，锅炉仍处于高效区；同时配置20MW/800MWh压缩空气储能电站，其压缩机功率为30MW，与煤气发电系统并联运行。在轧钢加热炉停用及机组降负荷(降至50MW)进行调峰期间，将所产富裕蒸汽接至30MW高温超高压汽第二轮机进行拖动空气压缩机压缩空气并存储于储气室中，在当地电力峰时，将储气室中所存储压缩空气的能量释放提供电力，降低企业峰时外购电量和外购电成本。在30MW光伏接入阶段，煤气发电机组降低至50MW负荷运行，将所产富裕蒸汽接至30MW高温超高压第二汽轮机进行拖动空气压缩机压缩空气并存储于储气室中，在夜晚光伏不接入时，将储气室中所存储压缩空气的能量释放提供电力，降低企业峰时外购电量和外购电成本。
采用此专利所述一种耦合压缩空气储能的煤气发电系统，年可回收放散煤气1.98亿m3(绿电调峰阶段回收1.08亿m3+轧钢加热炉停用回收0.9亿m3))，可增加发电4400万度。若当地峰时电价为1元/kW·h，年可降低企业用电成本4400万元，能够有效降低经济成本。
Claims (8)
1.一种耦合压缩空气储能的煤气发电系统，包括煤气锅炉(1)和变电站(2)，其特征在于，所述的煤气锅炉(1)通过蒸汽管线分别连接有第一汽轮机(3)和汽拖压缩机组(4)，所述的第一汽轮机(3)上连接有第一发电机(5)，所述的汽拖压缩机组(4)上依次连接有储换热机构(6)、膨胀机(7)和第二发电机(8)；所述的第一发电机(5)和第二发电机(8)均连接在变电站(2)上；
所述的储换热机构(6)上还连接有储气结构(9)。
2.如权利要求1所述的耦合压缩空气储能的煤气发电系统，其特征在于，所述煤气锅炉(1)的最大蒸发量为所述的第一汽轮机(3)的最大进汽量的130％。
3.如权利要求1所述的耦合压缩空气储能的煤气发电系统，其特征在于，所述的储换热机构(6)包括相连的高温储热罐和低温储热罐，所述的高温储热罐和低温储热罐之间设置有关断阀。
4.如权利要求1所述的耦合压缩空气储能的煤气发电系统，其特征在于，所述的储气结构(9)采用管线钢。
5.如权利要求1所述的耦合压缩空气储能的煤气发电系统，其特征在于，所述的膨胀机(7)为空气透平膨胀机。
6.如权利要求1所述的耦合压缩空气储能的煤气发电系统，其特征在于，所述的汽拖压缩机组(4)包括第二汽轮机和压缩机，所述的第二汽轮机和压缩机采用联轴器相连。
7.如权利要求1所述的耦合压缩空气储能的煤气发电系统，其特征在于，所述的第一汽轮机(3)和第一发电机(5)的轴采用联轴器相连。
8.如权利要求1所述的耦合压缩空气储能的煤气发电系统，其特征在于，所述的膨胀机(7)和第二发电机(8)的轴采用联轴器相连。
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