CN220791326U - 一种应用于ccpp发电的储热调峰系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于CCPP发电的储热调峰系统，包括换热器单元，换热器单元的热源进口与燃气轮机的烟气出口管道连接，热源出口连接至余热锅炉的烟囱；换热单元的冷源进口连接储热单元的储热介质出口，换热单元的冷源出口连接储热单元的储热介质进口；储热单元还连接有产汽装置，并作为产汽装置的热源，产汽装置的蒸汽出口连接至蒸汽轮机；本实用新型通过在燃气轮机的烟气出口管道上加装换热单元，并通过储热单元中的储热介质吸收烟气的热量并存储，可以解耦燃气轮机和蒸汽轮机，使二者工作状态不会相互影响，提升发电系统的发电效率。

Description

一种应用于CCPP发电的储热调峰系统

技术领域

本实用新型属于CCPP发电技术领域，尤其涉及一种应用于CCPP发电的储热调峰系统。

背景技术

CCPP指的是燃气-蒸汽联合循环发电系统，如图1所示，煤气管道110中的煤气经过除尘器130后进入燃气轮机150，同时，空气管道120中的空气经过过滤器140后也进入燃气轮机150，进入到燃气轮机150中的煤气和空气燃烧发电，燃气轮机150产生的高温烟气经过余热锅炉160换热后进入蒸汽轮机170，从而使蒸汽轮机170产生蒸汽进行发电。

根据上述内容可知，燃气轮机150和蒸汽轮机170位于一个生产线上，二者具有强耦合性，即当其中一个设备发生故障时，会导致另一个设备工作受到影响，甚至影响整个系统的发电效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种应用于CCPP发电的储热调峰系统，以降低CCPP发电系统中燃气轮机和蒸汽轮机的耦合性。

本实用新型采用以下技术方案：一种应用于CCPP发电的储热调峰系统，包括换热器单元，换热器单元的热源进口与燃气轮机的烟气出口管道连接，热源出口连接至余热锅炉的烟囱；

换热单元的冷源进口连接储热单元的储热介质出口，换热单元的冷源出口连接储热单元的储热介质进口；

储热单元还连接有产汽装置，并作为产汽装置的热源，产汽装置的蒸汽出口连接至蒸汽轮机；

其中，储热单元用于通过热交换储存燃气轮机排出的烟气的热量。

进一步地，换热器单元包括串联设置的第一换热器和第二换热器；

第一换热器的热源进口与燃气轮机150的烟气出口管道连接，热源出口与第二换热器的热源进口连接；第一换热器的冷源进口与第二换热器的冷源出口连接。

进一步地，储热单元包括串联设置的第一储热罐和第二储热罐；

第一储热罐的储热介质进口与第一换热器的冷源出口连接；

第一储热罐的储热介质出口通过产汽装置与第二储热罐的储热介质进口连接。

进一步地，产汽装置的水源进口与蒸汽轮机的水源连接。

进一步地，第一换热器还与第一储热罐的储热介质出口连接。

进一步地，第一储热罐的储热介质出口与第一换热器的冷源进口之间的管道上安装有第一调节阀；

第二换热器的冷源出口与第一换热器的冷源进口之间的管道上安装有第二调节阀。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在燃气轮机的烟气出口管道上加装换热单元，并通过储热单元中的储热介质吸收烟气的热量并存储，可以解耦燃气轮机和蒸汽轮机，使二者工作状态不会相互影响，提升发电系统的发电效率。

附图说明

图1为现有技术中CCPP发电系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一种应用于CCPP发电的储热调峰系统与CCPP发电系统结合后的结构示意图。

其中：110.煤气管道；120.空气管道；130.除尘器；140.过滤器；150.燃气轮机；160.余热锅炉；170.蒸汽轮机；

210.第一换热器；220.第二调节阀；230.第一调节阀；240.第二换热器；250.第一储热罐；260.产汽装置；270.第二储热罐；280.给水加热器；290.引风机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

燃气﹣蒸汽联合循环发电(CCPP)是由燃气轮机发电和蒸汽轮机发电叠加组合起来的联合循环发电装置，煤气经除尘器净化加压后与经空气过滤器净化加压后的空气混合进入燃气轮机燃烧室内混合燃烧，高温高压烟气直接在燃气透平内膨胀做功并带动发电机完成燃机的单循环发电，该部分是工作在高温区域内的布雷顿循环；燃气轮机做功后的高温排气(烟气温度为500～600℃左右)送入余热锅炉，产生高、低压蒸汽后进入蒸汽轮机做功，带动发电机组发电，这部分余热锅炉、蒸汽轮机、凝汽器及给水泵等，这些设备组成了工作在低温区域内的朗肯循环。两者的温差实现了能量从高到低的梯级利用，使得联合循环的供电效率远远高于常规燃煤电站。其70％发电由燃气轮机发出,一般在20分钟内可带2/3额定负荷；CCPP技术能够吸纳大量的高炉煤气，而且比常规火电机组的热效提高约20％，具有良好的经济效益和环保效益。

CCPP是采用“以气定电”的运行原则进行的机组选择。因此燃气轮机发电和蒸汽发电机组耦合性强，协同程度高。CCPP发电机组调节灵活性差，如果有备用措施，则可以实现CCPP燃气轮机机组产生的发电、蒸汽轮机产生的发电，二者解耦的问题。

另外，燃气轮机和蒸汽轮机分轴布置机组运行过程中如果蒸汽轮机出现故障，燃气轮机还可以正常工作，排气直接通过余热锅炉烟囱排放到环境中去，造成一定热量损失，如果有备用措施，则可以回收此部分热量。

本实用新型公开了一种应用于CCPP发电的储热调峰系统，如图2所示，包括换热器单元，换热器单元的热源进口与燃气轮机150的烟气出口管道连接，热源出口连接至余热锅炉160的烟囱；换热单元的冷源进口连接储热单元的储热介质出口，换热单元的冷源出口连接储热单元的储热介质进口；储热单元还连接有产汽装置260，并作为产汽装置260的热源，产汽装置260的蒸汽出口连接至蒸汽轮机170；其中，储热单元用于通过热交换储存燃气轮机150排出的烟气的热量。

本实用新型通过在燃气轮机150的烟气出口管道上加装换热单元，并通过储热单元中的储热介质吸收烟气的热量并存储，可以解耦燃气轮机150和蒸汽轮机170，使二者工作状态不会相互影响，提升发电系统的发电效率。

在本实用新型实施例中，由于一次换热并不能完全吸收高温烟气的热量，所以换热器单元包括串联设置的第一换热器210和第二换热器240；第一换热器210的热源进口与燃气轮机150的烟气出口管道连接，热源出口与第二换热器240的热源进口连接；第一换热器210的冷源进口与第二换热器240的冷源出口连接。

同理，由于燃气轮机150的高温烟气温度较高，所以储热单元包括串联设置的第一储热罐250和第二储热罐270；第一储热罐250的储热介质进口与第一换热器210的冷源出口连接；第一储热罐250的储热介质出口通过产汽装置260与第二储热罐270的储热介质进口连接。

由于本申请是为了解耦燃气轮机150和蒸汽轮机170，所以，产汽装置260的水源进口与蒸汽轮机170的水源连接。通过产汽装置260产生蒸汽，在输送至蒸汽轮机170进行发电。

在一个具体实现方式中，第一换热器210还与第一储热罐250的储热介质出口连接。这样，第一换热器210冷源进口的冷源温度过低时，将第一储热罐250中的储热介质与其冷源混合，提升冷源的温度，从而保证第一换热器210冷源出口温度满足要求。

更为具体的，第一储热罐250的储热介质出口与第一换热器210的冷源进口之间的管道上安装有第一调节阀230；第二换热器240的冷源出口与第一换热器210的冷源进口之间的管道上安装有第二调节阀220。通过第一调节阀230和第二调节阀220可以调节进入第一换热器210的不同储热介质的流量比，从而来调节混合后储热介质的温度。

本实用新型在燃气发电和蒸汽发电之间，配置了一套储热系统。该储热系统采用燃气轮机150产生的高温烟气加热储热介质，将谷电时间段内的烟气热量存储，降低余热锅炉160的吸热量减少产汽，使得汽机低发。在峰电时段，再采用储热介质加热余热蒸汽发电机组的给水产生蒸汽进入蒸汽轮机170进行发电，使得汽机接近满发。通过一充一放的过程，可以完成热能的时间转移，达到调峰或者解决热源波动的问题。

储热系统的介入，实现了燃气轮机150排气输出的热量、余热发电机组产生的蒸汽二者的解耦。主要用于以下两种情形：1)蒸汽发电机组出现故障时，可以将燃气轮:150排出的烟气的热量回收到储热系统后再通过烟囱排入环境中；2)谷电时段，燃气轮机150排出的烟气分成两路，其中一路经过蒸汽发电机组的余热锅炉160，维持蒸汽发电机组最低负荷运行，其余烟气将热量存入储热系统后再并入余热锅炉160的烟囱排入环境中。在峰电时段将存储在储热系统中的热量释放，实现移谷增峰获得更高的收益。

当系统为充热状态时：

采用烟气挡板阀将燃气轮机150出口的烟气进行主路和支路的调节。主路烟气仍然进入余热锅炉160降温产汽，温度降低至120℃～150℃进入烟囱排放，以维持蒸汽轮机170正常工作，保证最低负荷运行，避免频繁启动影响机组寿命；支路烟气进入储能系统，采用梯级加热方式逐渐降低该部分烟气温度，最终烟温也降至220℃左右，再进一步与锅炉给水进行换热，换热后的烟气温度降至120℃～150℃，经引风机290回到余热锅炉160出口，进入烟囱排到环境中。烟气流程的起始参数一致，对应原余热发电系统而言，未影响原工艺参数。

该过程中，在储热系统内分流的高温烟气依次经过高温换热器(即第一换热器210)、低温换热器(即第二换热器240)，梯级加热储热介质。储热介质先从低温储罐(即第二储热罐270)进入低温换热器(由低温循环泵驱动)，在低温换热器内完成一级加热，达到一级加热效果的储热介质不再进行循环加热，而是与高温储罐来的储热介质(由高温循环泵驱动)混合。混合后的储热介质进入高温换热器完成二级加热，存入高温储罐(即第一储热罐250)。混合温度由低温循环泵、高温循环泵共同调节。

分流的高温烟气从低温换热器出口，进入低压产汽装置(即产汽装置260)加热低压给水产生低压蒸汽，之后从低压产汽装置的出口经引风机回到余热锅炉160出口。低压给水由蒸汽发电机组的给水提供，依靠低压给水阀门调节流量，产生的低压蒸汽进入蒸汽发电机组。

该状态下，低压给水阀门、去余热锅炉给水入口阀门、来自燃气轮机排气的高温烟气阀门、低温烟气去余热锅炉出口阀门全开；高温循环泵、低温循环泵、引风机高频率运行；调节阀组运行；高温放热泵低频率运行；蒸汽阀门、给水阀门小开度。

当系统为放热状态时：

储热介质从高温储罐进入高压产汽装置(由高温放热泵驱动)加热高压给水，产生高压蒸汽，高压给水由余热发电机组的给水提供，依靠高压给水阀门调节流量，产生的高压蒸汽进入余热发电机组。

该状态下，蒸汽阀门、给水阀门全开；高温放热泵高频率运行；调节阀组运行；来自燃气轮机排气的高温烟气阀门、低温烟气去余热锅炉出口阀门、低温给水阀门、去余热锅炉给水入口阀门小开度；高温循环泵、低温循环泵、引风机低频率运行。

另外，当系统处于保温状态时，高温放热泵、高温循环泵、低温循环泵、引风机低频率运行；蒸汽阀门、给水阀门、来自燃气轮机排气的高温烟气阀门、低温烟气去余热锅炉出口阀门、低温给水阀门、去余热锅炉给水入口阀门小开度；调节阀组运行。

当系统处于解列状态时：蒸汽阀门、给水阀门、来自燃气轮机排气的高温烟气阀门、低温烟气去余热锅炉出口阀门、低压给水阀门、去余热锅炉给水入口阀门全关；引风机、高温放热泵、高温循环泵、低温循环泵停止；调节阀组停止。

综上所述，储热系统采用了高、低温双储罐形式，充热过程和放热过程互不影响。分轴布置的CCPP，当余热蒸汽发电机组出现故障时，可以将燃气轮机150输出的高温烟气的热量存入储热装置暂时储存起来，当机组故障排除后再将此部分热量加热给水产蒸汽，可以解决CCPP发电机组调节灵活性差的问题，同时解耦燃气轮机150和蒸汽轮机170。

Claims (6)

1.一种应用于CCPP发电的储热调峰系统，其特征在于，包括换热器单元，所述换热器单元的热源进口与燃气轮机（150）的烟气出口管道连接，热源出口连接至余热锅炉（160）的烟囱；

所述换热器单元的冷源进口连接储热单元的储热介质出口，所述换热器单元的冷源出口连接所述储热单元的储热介质进口；

所述储热单元还连接有产汽装置（260），并作为所述产汽装置（260）的热源，所述产汽装置（260）的蒸汽出口连接至蒸汽轮机（170）；

其中，所述储热单元用于通过热交换储存燃气轮机（150）排出的烟气的热量。

2.如权利要求1所述的一种应用于CCPP发电的储热调峰系统，其特征在于，所述换热器单元包括串联设置的第一换热器（210）和第二换热器（240）；

所述第一换热器（210）的热源进口与燃气轮机（150）的烟气出口管道连接，热源出口与第二换热器（240）的热源进口连接；所述第一换热器（210）的冷源进口与所述第二换热器（240）的冷源出口连接。

3.如权利要求2所述的一种应用于CCPP发电的储热调峰系统，其特征在于，所述储热单元包括串联设置的第一储热罐（250）和第二储热罐（270）；

所述第一储热罐（250）的储热介质进口与所述第一换热器（210）的冷源出口连接；

所述第一储热罐（250）的储热介质出口通过所述产汽装置（260）与所述第二储热罐（270）的储热介质进口连接。

4.如权利要求3所述的一种应用于CCPP发电的储热调峰系统，其特征在于，所述产汽装置（260）的水源进口与所述蒸汽轮机（170）的水源连接。

5.如权利要求3-4任一所述的一种应用于CCPP发电的储热调峰系统，其特征在于，所述第一换热器（210）还与所述第一储热罐（250）的储热介质出口连接。

6.如权利要求5所述的一种应用于CCPP发电的储热调峰系统，其特征在于，所述第一储热罐（250）的储热介质出口与所述第一换热器（210）的冷源进口之间的管道上安装有第一调节阀（230）；

所述第二换热器（240）的冷源出口与所述第一换热器（210）的冷源进口之间的管道上安装有第二调节阀（220）。