一种火电调峰储热系统的制作方法

1.本实用新型属于火力发电技术领域，具体地说，涉及一种火电调峰储热系统。


背景技术：

2.现有技术中，近年来，风电、光伏等可再生能源装机总量持续增长。然而，可再生能源与火电能源之间相互冲击的问题也同时暴露，可再生能源大规模发展下，火电机组低负荷运行及深度调峰逐步成为常态。但在低负荷运行下，锅炉稳定运行及汽机、辅机等设备运行安全均会受到影响。因此，通过燃煤发电和储热技术耦合，在不影响供热的前提下实现一定程度上的“热电解耦”，利用低储高发原理，可实现电能的时空转移，大幅提升常规火电机组灵活调节能力，从而增加可再生能源的消纳空间，是解决火电同可再生能源发展间矛盾的有效途径。
3.因此，如何提供一种以简单有效的系统实现储热技术与火电机组耦合进行热能高效储存及利用，并提升火电机组的调峰能力，是当前存在的难题。
4.有鉴于此特提出本实用新型。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种火电调峰储热系统，该系统实现了将锅炉烟气热量可控地储存为更高储能密度、储能温度的形式，还避免了多级能量传递导致的能量损耗，可灵活地用于发电或供热，并可远距离运输为其它场所供热，可以在很大程度上提升火电机组的调峰能力和灵活调度能力。
6.为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：
7.一种火电调峰储热系统，包括：通过管道顺次连通的冷罐、管束、热罐、颗粒换热器、颗粒提升机形成循环回路；
8.氧气存储罐，通过管道与所述管束连通；
9.其中，所述冷罐设置在锅炉上方，所述管束设置在锅炉内，所述热罐设置在所述锅炉下方。
10.在一些可选的实施方式中，所述管束可以设置在所述锅炉的炉膛，或者是所述锅炉的水平烟道，或者是所述锅炉的尾部烟道。
11.在一些可选的实施方式中，所述管束外壁设置有翅片。
12.在一些可选的实施方式中，所述管束竖直设置在所述锅炉内，或者是倾斜设置在所述锅炉内，或者是呈螺旋向下设置所述锅炉内。
13.在一些可选的实施方式中，还包括：供气单元，所述供气单元与所述热罐和所述颗粒换热器之间的管道连通。
14.进一步的，所述供气单元包括依次连通的储气罐、抽气泵、出气阀门。
15.在一些可选的实施方式中，还包括：
16.第一流量控制装置，所述冷罐通过所述第一流量控制装置与所述管束连通；
17.第二流量控制装置，所述管束通过所述第二流量控制装置与所述热罐连通；
18.第三流量控制装置，所述热罐通过所述第三流量控制装置与所述颗粒换热器连通；
19.第四流量控制装置，所述颗粒换热器通过所述第四流量控制装置与所述颗粒提升机连通。
20.在一些可选的实施方式中，还包括旁路，所述颗粒换热器通过所述旁路与所述锅炉连通。
21.在一些可选的实施方式中，所述颗粒提升机设置有颗粒入料口，所述颗粒入料口与颗粒储存仓连通。
22.在一些可选的实施方式中，所述冷罐外壁设置有保温层，所述热罐外壁设置有保温层。
23.采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。
24.本实用新型提供的一种火电调峰储热系统，实现了将锅炉烟气热量可控地储存为更高储能密度、储能温度的形式，还避免了多级能量传递导致的能量损耗，可灵活地用于发电或供热，并可远距离运输为其它场所供热，可以在很大程度上提升火电机组的调峰能力和灵活调度能力。
25.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
26.附图作为本实用新型的一部分，用来提供对本实用新型的进一步的理解，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，但不构成对本实用新型的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：
27.图1是本实用新型提供的一种火电调峰储热系统示意图；
28.图2是本实用新型提供的外壁设置有翅片的管束结构示意图；
29.图3是本实用新型提供的第一流量控制装置示意图。
30.图中：1、冷罐；2、管束；3、热罐；4、颗粒换热器；5、颗粒提升机；6、锅炉；7、炉膛；8、水平烟道；9、尾部烟道；10、第一流量控制装置；11、第二流量控制装置；12、第三流量控制装置；13、第四流量控制装置；14、外运出口闸阀；15、旁路；16、氧气存储罐；17、第一过热器；18、第二过热器；19、第三过热器；20、再热器；21、省煤器；22、储气罐；23、抽气泵；24、出气阀门；25、蒸汽入口阀门；26、蒸汽出口阀门；27、汽轮机；
31.201、翅片；
32.101、第一温度传感器；102、第一操作系统；103、第一步进驱动器；104、第一电动推杆；105、第一颗粒出口阀门。
33.需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本实用新型的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本实用新型的概念。
具体实施方式
34.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新
型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语
ꢀ“
上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
36.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.如图1至图3所示，本实用新型提供一种火电调峰储热系统，该系统包括：通过管道顺次连通的冷罐1、管束2、热罐3、颗粒换热器4、颗粒提升机5形成循环回路；
38.氧气存储罐16，通过管道与管束2连通；
39.其中，冷罐1设置在锅炉6上方，管束2设置在锅炉6内，热罐3设置在锅炉6下方。
40.具体的，冷罐1设置在锅炉6上方，冷罐1用于存储较低温度的颗粒，布置有冷罐1进口，用以补充颗粒。
41.冷罐1的出口通过管道与管束2的进口连通，管束2设置在锅炉6内，管束2的出口通过管道与热罐3的进口连通，热罐3设置在锅炉6下方。热罐3用于存储吸热后温度较高的高温颗粒。
42.热罐3的出口通过管道与颗粒换热器4的进口连通，颗粒换热器4用于高温颗粒与后续做功介质进行热交换。
43.颗粒换热器4的出口通过管道与颗粒提升机5的进口连通，颗粒提升机5的出口通过管道与冷罐1的进口连通，在颗粒换热器4中做功后的低温颗粒经颗粒提升机5输送至冷罐1。
44.低温颗粒从冷罐1中流出，沿管束2向下流动，通过管壁完成与锅炉6内部烟气的间接换热后，温度升高，变为高温颗粒后进入热罐3暂时储存。
45.热罐3还设置有外运出口闸阀14。当需要用热时通过外运出口闸阀14可从热罐3直接外运，也可在后续颗粒换热器4中完成换热，换热后的低温颗粒经颗粒提升机5重新送回冷罐1中。
46.氧气存储罐16通过管道与管束2连通。当使用热化学颗粒时，热化学颗粒经还原反应后产生的氧气可通过管道进入氧气存储罐16收集起来。
47.氧气存储罐16存储的氧气可用于锅炉6富氧燃烧，实现锅炉6低负荷稳燃和降低污染物排放，也可用作其它用途。例如运输至外部提供工业用氧气。
48.至此完成一个循环。在系统连续运行过程中，颗粒不断重复这一循环，并在这一过程中进行吸热、储热以及放热。
49.本实用新型提供的一种火电调峰储热系统， 使用颗粒作为储热介质，具有储能密度更高、储热温度高、可远距离运输等优点。省去了多级能量传递过程，储热颗粒与锅炉6烟气换热，提高了能量储存效率，提升火电机组的调峰能力和灵活调度能力。
50.在一些可选的实施方式中，如图1所示，本实用新型提供一种火电调峰储热系统，该系统的管束2可以设置在锅炉6的炉膛7，或者是锅炉6的水平烟道8，或者是锅炉6的尾部烟道9。
51.管束2可以设置在锅炉6的炉膛7，也可以设置锅炉6的水平烟道8，也可以设置锅炉6的尾部烟道9。还可以任意选择两个位置设置两个管束2，还可以在锅炉6的炉膛7、锅炉6的水平烟道8、锅炉6的尾部烟道9三个位置均设置管束2以取得最佳的颗粒吸热效果。
52.如图1所示，管束2设置三个，在锅炉6的炉膛7、锅炉6的水平烟道8、锅炉6的尾部烟道9三个位置均设置管束2。
53.具体的，在锅炉6的炉膛7可以设置一个管束2。沿着锅炉6的水平烟道8排烟流向依次设置第一过热器17、第二过热器18、第三过热器19，在第二过热器18和第三过热器19之间可以设置一个管束2。沿着锅炉6的尾部烟道9排烟流向依次设置再热器20、省煤器21。在再热器20前方可以设置一个管束2。
54.在一些可选的实施方式中，如图2所示，本实用新型提供一种火电调峰储热系统，该系统的管束2外壁设置有翅片201。翅片201可增加传热面积，并加强扰动，以获得更好地传热效果，便于低温颗粒升温。
55.在一些可选的实施方式中，如图1所示，本实用新型提供一种火电调峰储热系统，该系统的管束2竖直设置在锅炉6内，或者是倾斜设置在锅炉6内，或者是呈螺旋向下设置锅炉6内。
56.管束2可以为如1所示的上述三种结构形式的任一一种。也可以选择任意两种结构组合，或者三种结构组合。以尽可能地取得最佳吸热效果。
57.在一些可选的实施方式中，如图2所示，本实用新型提供一种火电调峰储热系统，该系统还包括：供气单元，供气单元与热罐3和颗粒换热器4之间的管道连通。
58.当选择热化学颗粒为储热颗粒时，需要供气单元为高温颗粒提供空气或者氧气，以此高温颗粒进行氧化反应放热。
59.供气单元与热罐3和颗粒换热器4之间的管道连通。供气单元提供的空气或者氧气与高温颗粒一起进入颗粒换热器4，在颗粒换热器4中高温颗粒进行氧化反应放热。
60.进一步的，供气单元包括依次连通的储气罐22、抽气泵23、出气阀门24。储气罐22、抽气泵23、出气阀门24之间通过管道连通。
61.储气罐22用于存储空气或者氧气，抽气泵23用于将储气罐22存储的气体抽出为热罐3和颗粒换热器4之间的管道供气，出气阀门24用于控制供气流量或者是开闭。
62.在一些可选的实施方式中，如图2所示，本实用新型提供一种火电调峰储热系统，该系统还包括：
63.第一流量控制装置10，冷罐1通过第一流量控制装置10与管束2连通；
64.第二流量控制装置11，管束2通过第二流量控制装置11与热罐3连通；
65.第三流量控制装置12，热罐3通过第三流量控制装置12与颗粒换热器4连通；
66.第四流量控制装置13，颗粒换热器4通过第四流量控制装置13与颗粒提升机5连通。
67.第一流量控制装置10可以控制从冷罐1到管束2的颗粒流量。
68.第二流量控制装置11可以控制从管束2到热罐3的颗粒流量。
69.第三流量控制装置12可以控制从热罐3到颗粒换热器4的颗粒流量。
70.第四流量控制装置13可以控制从颗粒换热器4到颗粒提升机5的颗粒流量。
71.具体的，第一流量控制装置10包括依次连接的第一温度传感器101、第一操作系统102、第一步进驱动器103、第一电动推杆104、第一颗粒出口阀门105。
72.第二流量控制装置11包括依次连接的第二温度传感器、第二操作系统、第二步进驱动器、第二电动推杆、第二颗粒出口阀门。
73.第三流量控制装置12包括依次连接的第三温度传感器、第三操作系统、第三步进驱动器、第三电动推杆、第三颗粒出口阀门。
74.第四流量控制装置13包括依次连接的第四温度传感器、第四操作系统、第四步进驱动器、第四电动推杆、第四颗粒出口阀门。
75.详细的，如图3所示，以第一流量控制装置10为例进行说明，沿着颗粒流动方向，第一温度传感器101测量第一流量控制装置10连接的上游的冷罐1中的颗粒温度，反馈给第一操作系统102、经过人工经验判断或程序自动判断来控制第一步进驱动器103工作，第一步进驱动器103工作驱动第一电动推杆104拉动第一颗粒出口阀门105。调整阀门开度，以此达到控制颗粒流量的目的。
76.第二流量控制装置11、第三流量控制装置12、第四流量控制装置13工作原理与第一流量控制装置10相同，在此不再重复阐述。
77.在一些可选的实施方式中，如图1所示，本实用新型提供一种火电调峰储热系统，该系统还包括：旁路15，颗粒换热器4通过旁路15与锅炉6连通。
78.高温颗粒在颗粒换热器4中做工，用于加热火电机组内部做工的蒸汽，加热旁路15中的给水/凝水来减少回热抽汽，从而增加凝气流做功来增加机组电功率输出。
79.在一些可选的实施方式中，如图1所示，本实用新型提供一种火电调峰储热系统，该系统的颗粒提升机5设置有颗粒入料口，颗粒入料口与颗粒储存仓连通。
80.颗粒入料口用以补充新颗粒并提升至冷罐1中，颗粒储存仓还用于存储从颗粒换热器4中出来的颗粒。
81.在一些可选的实施方式中，如图1所示，本实用新型提供一种火电调峰储热系统，该系统的冷罐1外壁设置有保温层，热罐3外壁设置有保温层。
82.冷罐1与热罐3的结构与材质均满足储热颗粒保温需求，且冷罐1与热罐3外壁设置有保温层，均被保温材料包覆，保温层可以为保温棉等。
83.在一些可选的实施方式中，如图1所示，本实用新型提供一种火电调峰储热系统，该系统的冷罐1内设置有温度传感器，热罐3内设置有温度传感器。
84.温度传感器可以为热电偶，便于监控冷罐1内和热罐3内整体颗粒温度状况。
85.在一些可选的实施方式中，如图1所示，本实用新型提供一种火电调峰储热系统，该系统还包括：汽轮机27、蒸汽入口阀门25、蒸汽出口阀门26，颗粒换热器4的蒸汽出口通过蒸汽入口阀门25与汽轮机27的蒸汽入口连通，汽轮机27的蒸汽出口通过蒸汽出口阀门26与颗粒换热器4的蒸汽入口连通。
86.在用电高峰时，释放储存的热量来增加系统电功率输出。对于这种情况，高温颗粒从热罐3的出口排出进入颗粒换热器4，在颗粒换热器4中直接加热水成为蒸汽，蒸汽从颗粒换热器4的蒸汽出口通过蒸汽入口阀门25进入汽轮机27的蒸汽入口送至汽轮机27发电，放
热后的低温颗粒可经颗粒提升机5提升重新送回冷罐1中。
87.此外，在用热高峰时，高温颗粒从热罐3的出口处排出，在颗粒换热器4中对从汽轮机27抽出的抽汽或排汽经汽轮机27蒸汽出口通过蒸汽出口阀门26进入颗粒换热器4的蒸汽入口。颗粒换热器4进行加热为用户供热。放热后的低温颗粒可经颗粒提升机5提升重新送回冷罐1中。
88.蒸汽入口阀门25用于控制进入汽轮机27的蒸汽流量和开闭，蒸汽出口阀门26用于控制进入颗粒换热器4的蒸汽流量和开闭。
89.在一些可选的实施方式中，如图1至图3所示，本实用新型提供的一种火电调峰储热系统，本实用新型提供的颗粒类型包括惰性颗粒和热化学颗粒。
90.将热能只以显热形式储存的颗粒称为惰性颗粒，烟气热能转化为惰性颗粒热能进行储存。惰性颗粒可以为陶瓷颗粒、氧化铝颗粒、碳化硅颗粒、石英砂、沙漠砂、河流砂、陶粒砂和黑铜渣等。
91.将热能以显热形式和化学热形式储存的颗粒称为热化学颗粒。烟气热能转化为热化学颗粒的热能和化学能进行储存。热化学颗粒可在可在一定温度区间内发生可逆反应从而吸收或释放热能，具有储能密度高和循环稳定性好等优势，有利于维持受热区域温度相对恒定，以保护系统设备。
92.热化学颗粒可以是金属氧化物颗粒，主体反应物为金属氧化物材料，或者是金属碳酸盐颗粒，主体反应物为金属碳酸盐材料，或者是金属硫酸盐颗粒，主体反应物为金属硫酸盐材料，或者是金属氢氧化物颗粒，主体反应物为金属氢氧化物材料，或者是钙钛矿颗粒，主体反应物为钙钛矿材料。
93.可选的，金属氧化物颗粒在吸收锅炉6内热能的同时，发生氧化还原反应释放氧气，有利于形成富氧气氛，促进炉膛7内燃料燃烧。
94.具体的，金属氧化物颗粒可以为纯金属氧化物颗粒，或者是复合金属氧化物颗粒。
95.其中纯金属氧化物颗粒可以为氧化钴颗粒、氧化铜颗粒和氧化锰颗粒等。
96.复合金属氧化物颗粒可以为铁锰复合氧化物颗粒、铜铝复合氧化物颗粒和铜锰复合氧化物颗粒等。
97.需要说明的是，上述惰性颗粒和热化学颗粒可单独采用一种，或者任意至少两种组合使用，以取得最佳的吸热效果。
98.在一些可选的实施方式中，如图1至图3所示，本实用新型提供一种火电调峰储热系统，本实用新型提供的颗粒换热器4可以为移动床换热器，或者是流化床换热器。
99.下面以一个具体实施例进行解释说明，如图1至图3所示，本实用新型提供一种火电调峰储热系统。下面以管束2设置在锅炉6的炉膛7为例进行说明，管束2可以为上述三种结构形式的任一一种，或者是任意两种结构形式以上的组合，组合方式、空间布置位置、以及数量、排布方式可以根据实际需要自行选择。
100.在用电低谷时，不改变火电锅炉6系统运行工况，将锅炉6烟气热能储存在颗粒中，以此来降低系统发电功率。对于这种情况，第一流量控制装置10打开，控制冷罐1中低温颗粒进入管束2，低温颗粒沿着管束2流动，通过管束2外壁与锅炉6内烟气进行间接换热，低温颗粒吸收热量后，温度升高，变为高温颗粒后经过第二流量控制装置11进入热罐3。
101.优选的，管束2外壁设置有翅片201。翅片201可增加传热面积，并加强扰动，以获得
更好地传热效果，便于低温颗粒升温。
102.通过第一流量控制装置10和第二流量控制装置11，可以控制管束2中流动的颗粒的流量及流速，以便根据不同情况控制储热颗粒的吸热量。
103.进一步地，当所选储能颗粒为热化学颗粒时，热化学颗粒在管束2内吸收热量发生还原反应后，产生大量氧气，可经由管道输送至氧气存储罐16，氧气存储罐16用于存储氧气，以供后续利用。
104.氧气存储罐16存储的氧气可用于锅炉6富氧燃烧，实现锅炉6低负荷稳燃和降低污染物排放，也可用作其他用途。例如运输至外部提供工业用氧气。
105.在用电高峰时，释放储存的热量来增加系统电功率输出。对于这种情况，高温颗粒从热罐3出口处排出，经过第三流量控制装置12进入颗粒换热器4，第三流量控制装置12可以控制从热罐3到颗粒换热器4的颗粒流量。在颗粒换热器4中直接加热水成为蒸汽，蒸汽从颗粒换热器4的蒸汽出口通过蒸汽入口阀门25进入汽轮机27的蒸汽入口送至汽轮机27发电，或者是用于加热火电机组内部做工的蒸汽，加热旁路15中的给水/凝水来减少回热抽汽，从而增加凝气流做功来增加机组电功率输出。放热后的低温颗粒可经颗粒提升机5提升重新送回冷罐1中。
106.可选的，在用热高峰时，高温颗粒从热罐3的出口处排出，在颗粒换热器4中对从汽轮机27抽出的抽汽或排汽经汽轮机27蒸汽出口通过蒸汽出口阀门26进入颗粒换热器4的蒸汽入口。颗粒换热器4进行加热为用户供热。放热后的低温颗粒可经颗粒提升机5提升重新送回冷罐1中。
107.可选的，热罐3还设置有外运出口闸阀14。当需要用热时通过外运出口闸阀14可从热罐3直接外运。运输至其它场所进行供热。
108.可选的,当选择热化学颗粒为储热颗粒时，需要供气单元为高温颗粒提供空气或者氧气，以此高温颗粒进行氧化反应放热。
109.供气单元包括依次连通的储气罐22、抽气泵23、出气阀门24。储气罐22、抽气泵23、出气阀门24之间通过管道连通。
110.储气罐22用于存储空气或者氧气，抽气泵23用于将储气罐22存储的气体抽出为热罐3和颗粒换热器4之间的管道供气，出气阀门24用于控制供气流量或者是开闭。
111.需要说明的是，设置在锅炉6的水平烟道8和锅炉6的尾部烟道9的两个管束2除了与设置在锅炉6的炉膛7中的管束2位置不同以外，运行流程与设置在锅炉6的炉膛7中的管束2一样，所以不再重复阐述。
112.可选的，冷罐1可以同时为上述三个位置的三个管束2输送冷罐1中储存的低温颗，三个管束22出口均与热罐3的进口连通。
113.可选的，上述实施方式中仅有一个颗粒换热器4，但实际情况中也可布置多个颗粒换热器4，只要满足储热颗粒换热供能的需求即可。
114.通过上述介绍可知，本实用新型至少具有以下技术效果：使用储热颗粒作为储热介质，具有储能密度更高、储热温度高、可远距离运输等优点。
115.省去了多级能量传递过程，储热颗粒与锅炉6烟气换热，提高了能量储存效率。
116.通过在管束2外壁设置有翅片201，可增加传热面积，并加强扰动，以获得更好地传热效果，便于低温颗粒升温。
117.因此，本实用新型提供的一种火电调峰储热系统，实现了将锅炉6烟气热量可控地储存为更高储能密度、储能温度的形式，还避免了多级能量传递导致的能量损耗，可灵活地用于发电或供热，并可远距离运输为其它场所供热，可以在很大程度上提升火电机组的调峰能力和灵活调度能力。
118.以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。