一种燃煤锅炉烟气与蒸汽联合储热深度调峰系统及运行方法与流程

1.本发明涉及燃煤发电技术领域，具体涉及一种燃煤锅炉烟气与蒸汽联合储热深度调峰系统及运行方法。


背景技术：

2.随着全球对太阳能、风能等可再生能源的利用急剧增加，其波动性、间歇性和不可预测性等特点给电网的稳定安全运行带来了巨大的挑战。为了维持电网稳定安全与适应可再生能源利用的不断增长，提高燃煤发电机组的运行灵活性在当前电力系统过渡过程中扮演着重要角色。在这种情况下，燃煤机组被要求在提高变负荷速率的同时扩大其工作负荷范围，特别是减少最低发电功率即最低负荷。现有热力系统机组锅炉和汽轮机间的强耦合限制了燃煤发电机组的最低出力，目前尚未有合理的解决方案使得火力发电机组能够满足电网对机组变负荷和低负荷运行性能的要求，同时，锅炉的排温温度往往在120℃以上，造成了大量的能量损失，而对烟气余热的回收利用往往要增设较为昂贵的换热设备，要考虑投资成本，因此需要解决的问题包括：
3.1)在机组要求低负荷工况运行时，收到锅炉最低稳燃负荷的限制，需要在有效方式使机炉解耦，保证机组能以极低负荷稳定运行的方法。
4.2)当电网要求机组快速变负荷时，传统燃煤机组本身的变负荷速率有限，需要耦合高效的储热系统与传统燃煤发电系统进一步提高系统的变负荷能力。3)锅炉排温温度高，造成大量的能量损失，需要有效廉价的方式降低排温温度，提高机组的经济性。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种燃煤锅炉烟气与蒸汽联合储热深度调峰系统及运行方法，该系统增设储热系统，利用储热介质的储热与放热实现燃煤机组在极低负荷稳定运行、提高机组变负荷性能和降低锅炉排烟温度的要求。
6.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种燃煤锅炉烟气与蒸汽联合储热深度调峰系统，包括燃煤发电机组热力系统和与之耦合的储热系统，
8.所述燃煤发电机组热力系统包括锅炉1、汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸4、凝汽器5、凝结水泵6、低压加热器7、除氧器8、给水泵9、高压加热器10、高压加热器出口调节阀11和主蒸汽分流阀12，所述的锅炉(1)的烟道中布置有第二储热介质加热器(18)；锅炉1的过热蒸汽出口与汽轮机高压缸2的蒸汽进口通过管道相连通；锅炉1的水工质进口和高压加热器10的水工质出口通过高压加热器出口调节阀11相连通；汽轮机高压缸2的抽汽出口与高压加热器10的蒸汽进口通过管道相连接，汽轮机高压缸2的蒸汽出口通过锅炉1与汽轮机中压缸3蒸汽进口相连通；汽轮机中压缸3的第一级抽汽出口与高压加热器10的蒸汽进口通过管道相连通，第二级抽汽出口与除氧器8的蒸汽进口通过管道相连接；汽轮机中压缸3的蒸汽出口与汽轮机低压缸4的蒸汽进口通过管道相连通；汽轮机低压缸4的
抽汽出口与低压加热器7的蒸汽进口通过管道相连通，汽轮机低压缸4的蒸汽出口与凝汽器5的进气口通过管道相连通；凝汽器5的水工质出口通过凝结水泵6与低压加热器7的水工质进口相连通；低压加热器7的水工质出口与除氧器8的水工质进口相连通；除氧器8的水工质出口与高压加热器10的水工质进口通过给水泵9相连通；
9.所述储热系统包括冷储热介质罐13、冷储热介质罐出口调节阀14、冷储热介质泵15、第一储热介质加热器进口调节阀16、第一储热介质加热器17、第二储热介质加热器18、给水预热器19、热储热介质罐20、热储热介质罐出口调节阀21、热储热介质泵22、储热介质与高加给水换热器23、储热介质与给水换热器进口调节阀24、高加给水旁路调节阀25、储热介质与低加给水换热器26和低加给水旁路调节阀27；第一储热介质加热器17的储热介质入口通过第一储热介质加热器进口调节阀16、冷储热介质泵15和冷储热介质调节阀14与冷储热介质罐13储热介质出口相连通，第一储热介质加热器17的蒸汽进口通过主蒸汽分流阀12与锅炉1过热蒸汽出口相连通；第一储热介质加热器17的储热介质出口与热储热介质罐20通过管道相连通；第一储热介质加热器17的蒸汽出口与给水预热器19的蒸汽进口通过管道相连通；给水预热器19的蒸汽出口与凝汽器5的蒸汽进口通过管道相连通；给水预热器19的水工质进口通过高压加热器出口调节阀11与高加换热器10的水工质出口相连接；给水预热器19的水工质出口与锅炉1的水工质进口通过管道相连接；第二储热介质加热器18的储热介质进口通过冷储热介质泵15、冷储热介质调节阀14与冷储热介质罐13相连通；第二储热介质加热器18的储热介质出口与热储热介质罐20通过管道相连通；储热介质与高加给水换热器23的储热介质进口通过热储热介质泵22和热储热介质罐出口调节阀21与热储热介质罐20相连通；储热介质与高加给水换热器23的储热介质出口与冷储热介质罐13的储热介质进口通过管道相连通；储热介质与高加给水换热器23的水工质进口通过高加给水旁路调节阀25与给水泵9的水工质出口相连接；储热介质与高加给水换热器23的水工质出口与给水预热器19的水工质进口通过管道相连通；储热介质与低加给水换热器26的储热介质进口通过储热介质与给水换热器进口调节阀24与储热介质与高加给水换热器23的储热介质进口相连通；储热介质与低加给水换热器26的储热介质出口与冷储热介质罐13的储热介质进口通过管道相连通；储热介质与低加给水换热器26的水工质进口通过低加给水旁路调节阀27与凝结水泵6的水工质出口相连接；储热介质与低加给水换热器26的水工质出口与除氧器8的水工质进口通过管道相连通。
10.所述第二储热介质加热器18布置在锅炉1内部，可采用三烟道构型使过热器、再热器与第二储热介质加热器18并联布置，也可以将第二储热介质加热器18与过热器或再热器串联布置。
11.所述储热系统使用的储热介质为熔融盐等单相流动的介质。
12.所述第二储热介质加热器(18)所处锅炉(1)烟道处的烟气温度大于400℃；所述第一储热介质加热器17的蒸汽进口的蒸汽温度大于400℃。
13.上述一种燃煤锅炉烟气与蒸汽联合储热深度调峰系统的运行方法，当燃煤发电机组以低负荷运行时，打开冷储热介质罐出口调节阀14，启动冷储热介质泵15，通过冷储热介质泵15对流出冷储热介质罐13的储热介质流量进行调节，通过第一储热介质加热器进口调节阀16调节进入第一储热介质加热器17和第二储热介质加热器18的储热介质进口流量，打开主蒸汽分流阀12，通过主蒸汽分流阀12调节流入第一储热介质加热器17的蒸汽流量，调
节目标为：在保证锅炉稳燃的条件下，实现燃煤发电机组极低负荷运行，并降低锅炉出口烟气温度；储热介质进入第一储热介质加热器17与高温蒸汽换热，储热介质进入第二储热介质加热器18与高温烟气换热，加热后的储热介质流入热储热介质罐20，流入第一储热介质加热器17的蒸汽放热后通过管道进入给水预热器19，与流出高压加热器10的水工质进一步换热后通过管道流入凝汽器5的蒸汽进口；当燃煤发电机组需要迅速提高负荷运行时，打开热储热介质罐出口调节阀21，启动热储热介质泵22，通过热储热介质泵22对流出热储热介质罐20的储热介质流量进行调节，打开高加给水旁路调节阀25，打开低加给水旁路调节阀27，储热介质进入储热介质与高加给水换热器23与水工质换热后流入冷储热介质罐13，加热后的水工质流入锅炉1，打开储热介质与给水换热器进口调节阀24使储热介质进入储热介质与低加给水换热器26与水工质换热后流入冷储热介质罐13，加热后的水工质流入除氧器8，通过高压加热器出口调节阀11的开度以及高加给水旁路调节阀25的开度调节进入储热介质与高加给水换热器23的水工质流量，通过低加给水旁路调节阀27的开度调节进入储热介质与低加给水换热器26的水工质流量，调节目标为：迅速增加流入汽轮机内的蒸汽量，提高燃煤发电机组变负荷速率。
14.和现有技术相比，本发明具有以下优点：
15.(1)本发明将储热系统与传统燃煤机组耦合，在低负荷工况时，通过储热介质吸收烟气与蒸汽的能量解决锅炉汽轮机最低负荷不匹配的问题，实现机炉解耦，可将最低负荷降低到额定负荷的15％以下；
16.(2)本发明可以通过热储热介质泵调节储热介质离开热储热介质罐的流量以及通过给水旁路调节阀调节高压给水旁路与低压给水旁路中水工质的流量减少汽轮机高压缸、中压缸与低压缸的抽汽流量，使增多的蒸汽用于做功，从而大幅度增加机组的变负荷能力，打破传统机组的变负荷速率限制。
17.(3)本发明可以利用降储热介质加热器在锅炉内吸收烟气的热能，使烟气的排温温度下降到95℃以下，提高锅炉的能量利用效率与机组的经济性。
附图说明
18.图1为本发明燃煤锅炉烟气与蒸汽联合储热深度调峰系统示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
20.如图1所示，本发明一种燃煤锅炉烟气与蒸汽联合储热深度调峰系统，包括燃煤发电机组热力系统和与之耦合的储热系统，其中：
21.所述燃煤发电机组热力系统包括锅炉1、汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸4、凝汽器5、凝结水泵6、低压加热器7、除氧器8、给水泵9、高压加热器10、高压加热器出口调节阀11和主蒸汽分流阀12，所述的锅炉(1)的烟道中布置有第二储热介质加热器(18)；锅炉1的过热蒸汽出口与汽轮机高压缸2的蒸汽进口通过管道相连通；锅炉1的水工质进口和高压加热器10的水工质出口通过高压加热器出口调节阀11相连通；汽轮机高压缸2的抽汽出口与高压加热器10的蒸汽进口通过管道相连接，汽轮机高压缸2的蒸汽出口通过锅炉1与汽轮机中压缸3蒸汽进口相连通；汽轮机中压缸3的第一级抽汽出口与高压加热器
10的蒸汽进口通过管道相连通，第二级抽汽出口与除氧器8的蒸汽进口通过管道相连接；汽轮机中压缸3的蒸汽出口与汽轮机低压缸4的蒸汽进口通过管道相连通；汽轮机低压缸4的抽汽出口与低压加热器7的蒸汽进口通过管道相连通，汽轮机低压缸4的蒸汽出口与凝汽器5的进气口通过管道相连通；凝汽器5的水工质出口通过凝结水泵6与低压加热器7的水工质进口相连通；低压加热器7的水工质出口与除氧器8的水工质进口相连通；除氧器8的水工质出口与高压加热器10的水工质进口通过给水泵9相连通；
22.所述储热系统包括冷储热介质罐13、冷储热介质罐出口调节阀14、冷储热介质泵15、第一储热介质加热器进口调节阀16、第一储热介质加热器17、第二储热介质加热器18、给水预热器19、热储热介质罐20、热储热介质罐出口调节阀21、热储热介质泵22、储热介质与高加给水换热器23、储热介质与给水换热器进口调节阀24、高加给水旁路调节阀25、储热介质与低加给水换热器26和低加给水旁路调节阀27；第一储热介质加热器17的储热介质入口通过第一储热介质加热器进口调节阀16、冷储热介质泵15和冷储热介质调节阀14与冷储热介质罐13储热介质出口相连通，第一储热介质加热器17的蒸汽进口通过主蒸汽分流阀12与锅炉1过热蒸汽出口相连通；第一储热介质加热器17的储热介质出口与热储热介质罐20通过管道相连通；第一储热介质加热器17的蒸汽出口与给水预热器19的蒸汽进口通过管道相连通；给水预热器19的蒸汽出口与凝汽器5的蒸汽进口通过管道相连通；给水预热器19的水工质进口通过高压加热器出口调节阀11与高加换热器10的水工质出口相连接；给水预热器19的水工质出口与锅炉1的水工质进口通过管道相连接；第二储热介质加热器18的储热介质进口通过冷储热介质泵15、冷储热介质调节阀14与冷储热介质罐13相连通；第二储热介质加热器18的储热介质出口与热储热介质罐20通过管道相连通；储热介质与高加给水换热器23的储热介质进口通过热储热介质泵22和热储热介质罐出口调节阀21与热储热介质罐20相连通；储热介质与高加给水换热器23的储热介质出口与冷储热介质罐13的储热介质进口通过管道相连通；储热介质与高加给水换热器23的水工质进口通过高加给水旁路调节阀25与给水泵9的水工质出口相连接；储热介质与高加给水换热器23的水工质出口与给水预热器19的水工质进口通过管道相连通；储热介质与低加给水换热器26的储热介质进口通过储热介质与给水换热器进口调节阀24与储热介质与高加给水换热器23的储热介质进口相连通；储热介质与低加给水换热器26的储热介质出口与冷储热介质罐13的储热介质进口通过管道相连通；储热介质与低加给水换热器26的水工质进口通过低加给水旁路调节阀27与凝结水泵6的水工质出口相连接；储热介质与低加给水换热器26的水工质出口与除氧器8的水工质进口通过管道相连通。
23.作为本发明的优选实施方式，所述第二储热介质加热器18布置在锅炉1内部，采用三烟道构型使过热器、再热器与第二储热介质加热器18并联布置，三者出口烟气混合后进入空预器。优点为：可以通过调节储热介质流量控制离开储热介质加热器的烟气温度，从而精准调节排烟温度。
24.作为本发明的优选实施方式，所述储热系统使用的储热介质为熔融盐等单相流动的介质，确保在换热器中单相流动，提高系统安全性和稳定性。
25.作为本发明的优选实施方式，所述第二储热介质加热器(18)所处锅炉(1)烟道处的烟气温度在550℃～700℃之间；所述第一储热介质加热器17的蒸汽进口的蒸汽温度在525℃～650℃之间，优点为：保证储热介质可以吸收足量的高品位能量。
26.如图1所示，本发明一种燃煤锅炉烟气与蒸汽联合储热深度调峰系统的运行方法，当燃煤发电机组以低负荷运行时，打开冷储热介质罐出口调节阀14，启动冷储热介质泵15，通过冷储热介质泵15对流出冷储热介质罐13的储热介质流量进行调节，通过第一储热介质加热器进口调节阀16调节进入第一储热介质加热器17和第二储热介质加热器18的储热介质进口流量，打开主蒸汽分流阀12，通过主蒸汽分流阀12调节流入第一储热介质加热器17的蒸汽流量，调节目标为：在保证锅炉稳燃的条件下，实现燃煤发电机组极低负荷运行，并减低锅炉出口烟气温度；储热介质进入第一储热介质加热器17与高温蒸汽换热，储热介质进入第二储热介质加热器18与高温烟气换热，加热后的储热介质流入热储热介质罐20，流入第一储热介质加热器17的蒸汽放热后通过管道进入给水预热器19，与流出高压加热器10的水工质进一步换热后通过管道流入凝汽器5的蒸汽进口；当燃煤发电机组需要迅速提高负荷运行时，打开热储热介质罐出口调节阀21，启动热储热介质泵22，通过热储热介质泵22对流出热储热介质罐20的储热介质流量进行调节，打开高加给水旁路调节阀25，打开低加给水旁路调节阀27，储热介质进入储热介质与高加给水换热器23与水工质换热后流入冷储热介质罐13，加热后的水工质流入锅炉1，打开储热介质与给水换热器进口调节阀24使储热介质进入储热介质与低加给水换热器26与水工质换热后流入冷储热介质罐13，加热后的水工质流入除氧器8，通过高压加热器出口调节阀11的开度以及高加给水旁路调节阀25的开度调节进入储热介质与高加给水换热器23的水工质流量，通过低加给水旁路调节阀27的开度调节进入储热介质与低加给水换热器26的水工质流量，调节目标为：迅速增加流入汽轮机内的蒸汽量，提高燃煤发电机组变负荷速率。
27.本发明在锅炉烟道内与汽轮机侧均布置储热介质加热器，通过储热介质泵调节储热介质进入储热介质加热器的流量，同时吸收锅炉烟气与汽轮机蒸汽的热量；本发明采用燃煤发电机组中增设储热系统，通过储热介质调节使锅炉与汽轮机的最低负荷匹配，打破机炉之间的强耦合，在燃煤发电机组要求极低负荷运行时，调节进入储热介质加热器内的储热介质流量、高温烟气流量与高温蒸汽流量，同步吸收锅炉烟气与汽轮机蒸汽的热量，实现机炉解耦，极大提高机组的低负荷运行能力，同时降低锅炉排温温度，降低了锅炉的能量损失，提高燃煤发电机组的经济性。另外通过高加给水旁路调节阀与低加给水旁路调节阀调节进入储热介质与给水换热器的水工质流量，在机组外与储热介质换热，降低了汽轮机的抽汽量，提高燃煤发电机组的变负荷性能。本发明可以解决燃煤发电机组参与电网调峰调频时低负荷运行能力不足，锅炉能量效率低，燃煤发电机组变负荷能力差的问题。