火力发电厂耦合等离子体热解装置的调峰调频系统的制作方法

1.本实用新型涉及火力发电领域，特别涉及一种火力发电厂耦合等离子体热解装置的调峰调频系统。


背景技术：

2.全球气候问题越来越引起人们的高度关注，以低能耗、低排放、低污染为特征的“低碳经济”成为全球政治经济博弈的热点。我国电力供应主要以火电为主，火力发电厂在变负荷运行工况下，系统将会受到各部分装置设备安全稳定运行能力的限制，造成火力发电机组无法响应电网的调峰调频辅助服务的要求，调峰的深度和响应速率满足不了电网要求，调频的响应速率和调频深度都十分有限，因此，急需找到一个能够增加火力发电厂及机组变负荷适应性的技术。
3.等离子体热解制乙炔技术是是采用电能将氢、氩等工作气体激发为等离子体态，为原料提供裂解所需要的高温、高焓环境。在毫秒级的停留时间内，原料经过裂解过程生成乙炔，同时副产氢气、甲烷、乙烯、丙烷、丙烯等轻质气体。该工艺具有流程短、资源消耗低、低碳等特点，为乙炔生产提供了一条原理上具有竞争潜力的清洁高效的途径，同时为生物质、固体废弃物、危险废弃物等使用常规方法难以处理的物质提供了利用的新思路。但该技术的经济性严重受限于电价，需要选择合适的应用场景来提高其经济性。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种火力发电厂耦合等离子体热解装置的调峰调频系统，通过将等离子体热解装置和火电厂的发电机结合组，不但可以实现及时的调峰调频，同时还能提高等离子体热解制乙炔技术的经济性。
5.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.火力发电厂耦合等离子体热解装置的调峰调频系统，包括火力发电厂系统和等离子体热解系统；
7.所述等离子体热解系统包括等离子体热解装置、热解气净化分离装置、乙炔储罐和其他热解气储罐；等离子体热解装置的热解气出口连接热解气净化分离装置的入口，热解气净化分离装置的乙炔出口连接乙炔储罐；热解气净化分离装置的其他热解气出口连接其他热解气储罐；
8.所述其他热解气储罐连接火力发电厂系统的燃气入口；
9.所述火力发电厂系统的电力输出口连接等离子体热解装置的供电口。
10.本实用新型进一步的改进在于：火力发电厂系统包括依次连接的煤炭预处理设备、气化炉、废热锅炉、除尘脱硫净化设备、燃气轮机和余热锅炉；
11.燃气轮机和余热锅炉分别连接燃气发电机和蒸汽发电机；
12.煤炭预处理设备的出口通过气化炉连接废热锅炉的第一入口；废热锅炉的煤气出口依次连接除尘脱硫净化设备、燃气轮机和余热锅炉；废热锅炉的蒸汽出口，连接余热锅炉
的蒸汽入口。
13.本实用新型进一步的改进在于：废热锅炉还包括与等离子体热解装置的热解气进行热交换的热交换回路。
14.本实用新型进一步的改进在于：所述其他热解气储罐连接火力发电厂系统的燃气入口的管道中设有流量调节阀；
15.火力发电厂系统的电力输出口连接等离子体热解装置供电口的供电线路上设有功率调节开关。
16.本实用新型进一步的改进在于：所述火力发电厂系统为燃煤电厂、燃机电厂、igcc电站、生物质发电电厂或垃圾焚烧发电电厂。
17.本实用新型进一步的改进在于：火力发电厂系统包括燃气轮机、余热锅炉、燃气发电机和蒸汽发电机；
18.燃气轮机和余热锅炉分别连接燃气发电机和蒸汽发电机；燃气发电机和蒸汽发电机的电力输出口连接等离子体热解装置的供电口；
19.燃气轮机的燃气入口连接其他热解气储罐和燃气管道；所述燃气管道为甲烷管道、氢气管道或甲烷氢气混合管道。
20.本实用新型进一步的改进在于：火力发电厂系统包括燃烧装置、燃机/汽轮机和发电机；
21.燃烧装置的输入口连接燃料管道和其他热解气储罐；燃烧装置的出口连接燃机/汽轮机，燃机/汽轮机连接发电机；发电机的电力输出口连接等离子体热解装置的供电口。
22.本实用新型进一步的改进在于：等离子体热解装置的热解气中含有乙炔，还含有乙烯、甲烷、氢气、乙烷、丙烷、丙烯中的一种或多种。
23.本实用新型进一步的改进在于：等离子体热解装置使用的原料为含有碳元素和氢元素的废旧轮胎、固体废弃物、危险废弃物、生物质中的任意一种或多种。
24.相对于现有技术，本实用新型带来的有益效果包括：
25.1)利用等离子体热解装置和热解气储罐，可随时快速改变供电功率和负荷的特性，满足电网对火力发电厂的调峰调频负荷需求；
26.2)等离子体热解装置可处理常规手段难以处理的固体废弃物、危险废弃物等物质，获得环保收益；
27.3)等离子体热解装置产品气主要包含乙炔等轻质气体，乙炔可外售，增加电站收益；
28.4)通过等离子体热解装置响应电网调峰调频负荷，收取电网调峰调频辅助服务的补贴或服务费，增加火力发电厂的经营效益。
附图说明
29.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
30.图1为本实用新型一种火力发电厂耦合等离子体热解装置的调峰调频系统的结构示意图；
31.图2为本实用新型实施例1一种火力发电厂耦合等离子体热解装置的调峰调频系统的结构示意图；
32.图3为本实用新型实施例2一种火力发电厂耦合等离子体热解装置的调峰调频系统的结构示意图。
33.1、煤炭预处理；2、气化炉；3、废热锅炉；4、除尘脱硫净化；5、燃气轮机；6、余热锅炉；7、燃气发电机；8、蒸汽发电机；9、等离子体热解装置；10、热解气净化分离；11、乙炔储罐；12、其他热解气储罐；13、燃烧装置；14、燃机/汽轮机；15、发电机。
具体实施方式
34.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
35.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本实用新型提供进一步的详细说明。除非另有指明，本实用新型所采用的所有技术术语与本实用新型所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本实用新型所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。
36.请参阅图1所示，本实用新型提供一种火力发电厂耦合等离子体热解装置的调峰调频系统，包括火力发电厂系统和等离子体热解系统；
37.火力发电厂系统仅包括燃烧装置13、燃机/汽轮机14和发电机15；等离子体热解系统包括等离子体热解装置9、热解气净化分离装置10、乙炔储罐11和其他热解气储罐12；发电机15的输出端连接等离子体热解装置9，能够为等离子体热解装置9提供电能。
38.等离子体热解装置9的入口连接碳氢原料；等离子体热解装置9的出口连接热解气净化分离装置10的入口，热解气净化分离装置10的乙炔出口连接乙炔储罐11；热解气净化分离装置10的其他热解气出口连接其他热解气储罐12。其他热解气储罐12的出口连接燃烧装置13的燃气入口。
39.将燃料和其他热解气储罐12中的其他热解气送入燃烧装置13中燃烧，生成高温烟气驱动燃机/汽轮机14转动，进而带动发电机15发电向等离子体热解装置9提供电能。离子体热解装置9利用等离子体提供的高温、高焓环境使碳氢原料在其中发生热解生成热解气；热解气进入热解气净化分离装置10进行净化分离，分离出的乙炔进入乙炔储罐11储存；其余热解气进入其他热解气储罐12。
40.其中，所述火力发电厂系统为燃煤电厂、燃机电厂、igcc电站、生物质发电电厂、垃圾焚烧发电电厂等发电厂。
41.其中，所述等离子体热解装置用于处理废旧轮胎、固体废弃物、危险废弃物、生物质等含有碳元素和氢元素的物质中的任意一种或其组合。
42.其中，所述等离子体热解装置的产品气含有乙炔，还含有乙烯、甲烷、氢气、乙烷、丙烷、丙烯中的一种或多种。乙炔用于外售，增加电厂收益；除乙炔外的热解气可由调峰调频控制模块控制流量送往发电厂燃烧装置作为燃料，提高发电出力。
43.其中，所述等离子体热解装置在用电低谷或电力过剩时调高功率，在用电高峰时调低功率；从热解气储罐送入发电厂燃烧装置的除乙炔外的其他热解气在用电低谷或过剩时调低流量，在用电高峰时调高流量。
44.其中，发电厂燃烧装置包括燃煤电厂的燃烧炉、燃机电厂的燃气轮机、igcc电站的燃气轮机、垃圾焚烧发电厂的焚烧炉、生物质发电电厂的燃烧炉等。
45.在本实施例中一种火力发电厂耦合等离子体热解装置的调峰调频系统的调峰调频方法，包括：
46.当电网要求火力发电厂降负荷调峰调频，通过调峰调频控制模块增大等离子体热解装置9的功率使其分走更多的电力，同时降低送往括燃烧装置13的其他热解气的流量，以降低燃气发电机和蒸汽发电及的输出电量，从而使火力发电厂的总输出功率降低，此时进入其他热解气储罐12的其他热解气流量增加，从其他热解气储罐12流向括燃烧装置13的其他热解气流量减小，输入大于输出，其他热解气储罐12中的其他热解气储量增加，为升负荷调峰调频做储备；
47.当电网要求火力发电厂升负荷调峰调频，通过调峰调频控制模块减小等离子体热解装置9的功率使其分走的电力减小，同时增大送往括燃烧装置13的其他热解气的流量，以提高燃气发电机和蒸汽发电及的输出电量，从而使火力发电厂的总输出功率上升，此时进入其他热解气储罐12的其他热解气流量减少，从其他热解气储罐12流向括燃烧装置13的其他热解气流量增大，输入小于输出，其他热解气储罐12中的其他热解气储量减少。
48.实施例1
49.请参阅图2所示，本实用新型提供一种火力发电厂耦合等离子体热解装置的调峰调频系统，包括火力发电厂系统和等离子体热解系统；
50.火力发电厂系统包括依次连接的煤炭预处理设备1、气化炉2、废热锅炉3、除尘脱硫净化设备4、燃气轮机5和余热锅炉6；燃气轮机5和余热锅炉6分别连接燃气发电机7和蒸汽发电机8；等离子体热解系统包括等离子体热解装置9、热解气净化分离装置10、乙炔储罐11和其他热解气储罐12。
51.煤炭预处理设备1的出口通过气化炉2连接废热锅炉3的第一入口，废热锅炉3的第二入口连接等离子体热解装置9的第二出口；废热锅炉3的第一出口依次连接除尘脱硫净化设备4、燃气轮机5和余热锅炉6；废热锅炉3的第二出口为蒸汽出口，连接余热锅炉6的蒸汽入口。等离子体热解装置9的入口连接碳氢原料；等离子体热解装置9的第一出口连接热解气净化分离装置10的入口，热解气净化分离装置10的乙炔出口连接乙炔储罐11；热解气净化分离装置10的其他热解气出口连接其他热解气储罐12。其他热解气储罐12的出口连接燃气轮机5的燃气入口。
52.煤炭通过煤炭预处理设备1预处理后，进入气化炉2反应生成煤气；等离子体热解装置9利用等离子体提供的高温、高焓环境使碳氢原料在其中发生热解生成热解气；等离子体的温度范围为1000k～4000k，激发形成等离子体的气体是氩气、氢气、二氧化碳、水蒸气等气体中的任意一种及其组合；废热锅炉3通过吸收气化炉2中煤气和等离子体热解装置9的热解气余热并制取水蒸气输送至余热锅炉6；吸收余热后的热解气进入热解气净化分离装置10进行净化分离，分离出的乙炔进入乙炔储罐11储存；其余热解气进入其他热解气储罐12；吸收余热后的煤气经过除尘脱硫净化设备4脱硫除尘后进入燃气轮机5燃烧做功，其他热解气储罐12中的热解气也进入燃气轮机5燃烧做功；燃气轮机5中燃气燃烧获得的高温烟气驱动燃气发电机7旋转发电，燃气轮机5燃烧做功后排放的高温废气进入余热锅炉6将余热锅炉中的介质水加热成过热蒸汽，过热蒸汽驱动蒸汽发电机8旋转发电；燃气发电机7
和蒸汽发电机8的出线连接至电网，向电网供电。
53.其中，其他热解气经热解气储罐12送往燃气轮机5，通过调节这部分热解气的流量来调节系统的出力。
54.其中，所述系统还包括调峰调频控制模块，该控制模块控制发电厂输送给等离子体热解装置的电负荷功率的增加或减少以及产品气储罐向火力发电厂系统输送流量的大小，从而响应电网对于火力发电厂的调峰调频负荷需求。
55.在本实施例中一种火力发电厂耦合等离子体热解装置的调峰调频系统的调峰调频方法，包括：
56.当电网要求火力发电厂降负荷调峰调频，通过调峰调频控制模块增大等离子体热解装置9的功率使其分走更多的电力，同时降低送往燃气轮机5的其他热解气的流量，以降低燃气发电机和蒸汽发电及的输出电量，从而使火力发电厂的总输出功率降低，此时进入其他热解气储罐12的其他热解气流量增加，从其他热解气储罐12流向燃气轮机5的其他热解气流量减小，输入大于输出，其他热解气储罐12中的其他热解气储量增加，为升负荷调峰调频做储备；
57.当电网要求火力发电厂升负荷调峰调频，通过调峰调频控制模块减小等离子体热解装置9的功率使其分走的电力减小，同时增大送往燃气轮机5的其他热解气的流量，以提高燃气发电机和蒸汽发电及的输出电量，从而使火力发电厂的总输出功率上升，此时进入其他热解气储罐12的其他热解气流量减少，从其他热解气储罐12流向燃气轮机5的其他热解气流量增大，输入小于输出，其他热解气储罐12中的其他热解气储量减少；
58.具体的，所述调峰调频方法按照下列步骤进行：
59.当电网要求火力发电厂降负荷调峰调频，即上网电量p
上
需要降低δp
上
时，通过所述调峰调频控制模块增大等离子体热解装置的功率使其增加δp
等
；同时，降低送往发电厂燃烧装置的其他热解气的流量，以降低燃烧装置的出力，从而使火力发电厂的总输出功率降低δp
火
。最终以上几个电量的变化量满足下面的等式：
60.δp
上
＝δp
等
δp
火
61.式中各电量变化量的值均为绝对值，即为正数。
62.该情况下，进入热解气储罐的热解气流量增加，从热解气储罐流向发电厂燃烧装置的除乙炔外的其他热解气流量减小，前者大于后者，热解气储罐中的其他热解气储量增加。
63.当电网要求火力发电厂升负荷调峰调频，即上网电量p
上
需要增加δp
上
时，通过所述调峰调频控制模块增加等离子体热解炉的功率使其降低δp
等
；同时，增加送往发电厂燃烧装置的其他热解气的流量，以增加燃烧装置的出力，使火力发电厂的总输出功率增加δp
火
。最终以上几个电量的变化量满足下面的等式：
64.δp
上
＝δp
等
δp
火
65.式中各电量变化量的值均为绝对值，即为正数。
66.该情况下，进入热解气储罐的热解气流量减小，从热解气储罐流向发电厂燃烧装置的除乙炔外的其他热解气流量增加，前者小于后者，热解气储罐中的其他热解气储量减少。
67.实施例2
68.请参阅图3所示，本实用新型提供一种火力发电厂耦合等离子体热解装置的调峰调频系统，包括火力发电厂系统和等离子体热解系统；与实施例1不同之处在于，火力发电厂系统仅包括燃气轮机5、余热锅炉6、燃气发电机7和蒸汽发电机8；其中，燃气轮机5和余热锅炉6分别连接燃气发电机7和蒸汽发电机8。燃气轮机5的燃气入口输入的是其他热解气储罐12中储存的其他热解气和甲烷/氢气。
69.将甲烷/氢气输送进燃气轮机5，燃气轮机5工作过程中产生的废热进入余热锅炉6，燃气轮机5与燃气发电机7相连，余热锅炉6与蒸汽发电机8相连，两个发电机与母线相连，母线与电网和等离子体热解装置9相连，将碳氢原料放入等离子体热解装置9分解为热解气，热解气通过热解气净化分离装置10净化分离后，乙炔进入乙炔储罐11外售，其他热解气经其他热解气储罐12送往燃气轮机5作为补充燃料，起到调节燃机出力的作用。
70.在本实施例中一种火力发电厂耦合等离子体热解装置的调峰调频系统的调峰调频方法，包括：
71.当电网要求火力发电厂降负荷调峰调频，通过调峰调频控制模块增大等离子体热解装置9的功率使其分走更多的电力，同时降低送往燃气轮机5的其他热解气的流量，以降低燃气发电机和蒸汽发电及的输出电量，从而使火力发电厂的总输出功率降低，此时进入其他热解气储罐12的其他热解气流量增加，从其他热解气储罐12流向燃气轮机5的其他热解气流量减小，输入大于输出，其他热解气储罐12中的其他热解气储量增加，为升负荷调峰调频做储备；
72.当电网要求火力发电厂升负荷调峰调频，通过调峰调频控制模块减小等离子体热解装置9的功率使其分走的电力减小，同时增大送往燃气轮机5的其他热解气的流量，以提高燃气发电机和蒸汽发电及的输出电量，从而使火力发电厂的总输出功率上升，此时进入其他热解气储罐12的其他热解气流量减少，从其他热解气储罐12流向燃气轮机5的其他热解气流量增大，输入小于输出，其他热解气储罐12中的其他热解气储量减少。
73.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
74.由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。
75.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。