一种可调峰储能的汽轮发电机组与燃氨燃气轮机联合系统

1.本发明属于储能技术领域，具体涉及一种可调峰储能的汽轮发电机组与燃氨燃气轮机联合系统。


背景技术：

2.用户用电谷值时，火力发电站输出电量需求减小，为了与电量需求匹配，汽轮机组进气端温度压力下降。当锅炉出口温度过低时，锅炉循环变慢，导致管壁出现局部过热以及温度不均匀的安全隐患。锅炉出口蒸汽温度过低也会导致锅炉效率降低，整体机组运行偏离设计工况致使系统运行效率下降。为保证锅炉部件以及汽轮机的安全高效运行，对于用电量谷值时维持锅炉出口温度压力十分必要。当处于用电量谷值时，若汽轮发电机组按照设计工况运行，则较用户需求用电量有富余，该部分电量可以转化为其他形式实现储能及调峰功能。目前使用的一种储物储能方式为储氢储能，然而其需要厚重的耐压容器，并且存在易泄漏及容器爆破等不安全因素，故其推行受限。当处于用电量峰值时，用电量往往超过汽轮发电机组能够提供电量，单一的汽轮发电机组发电量无法与用电量匹配，需要配合调峰发电机组以满足需求。
3.因此现有的汽轮机及储能系统仍存在以下设计不足：
4.电量存在波动会造成汽轮机存在偏离设计点的情况，当用电量低时要求汽轮机以低功率运行，此时锅炉出口温度降低，导致机组效率降低且存在安全隐患；当功率高时，单一汽轮发电机组难以达到用户供电需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种可调峰储能的汽轮发电机组与燃氨燃气轮机联合系统，以解决上述存在的技术问题。本发明设计的储能系统能够更安全地实现调峰储能，保证锅炉管路部件以及汽轮机系统的高效安全运行，结合燃氨燃气轮机系统能够实现调峰，进一步扩展系统的适用范围，提高能量利用率以及系统安全性。
6.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种可调峰储能的汽轮发电机组与燃氨燃气轮机联合系统，包括锅炉、蒸汽透平高压缸、蒸汽透平低压缸、第一发电机、冷凝器、水泵、第一换热器、电解池、反应室、氨冷凝器、储氨罐、液氨泵、燃烧室、燃气透平、压缩机、第二发电机、变速器、第二换热器和脱硝塔；
8.锅炉的第一出口连接至反应室的第一入口，锅炉的第二出口连接至反应室的第二入口，反应室的第二出口连接至蒸汽透平高压缸，蒸汽透平高压缸的出口与第一换热器的第一入口相连，第一换热器的第一出口连接至冷凝器，蒸汽透平高压缸的出口同时连接至蒸汽透平低压缸，蒸汽透平高压缸与蒸汽透平低压缸连接至第一发电机，蒸汽透平低压缸的出口与冷凝器相连，冷凝器与水泵相连，水泵出口连接至第一换热器的第二入口，第一换热器的第二出口连接至锅炉；
9.第一发电机产生电能传输至电解池，电解池从第三入口连接至反应室，反应室第
一出口与氨冷凝器相连，氨冷凝器连接至储氨罐；
10.储氨罐液氨泵由第一入口连接至燃烧室，其他燃料经第三入口连接至燃烧室，燃烧室出口连接至燃气透平，空气通连接至压缩机，燃气透平与压缩机通过变速器连接至第二发电机实现发电；燃气透平出口连接至第二换热器第一入口，第二换热器的第一出口连接至脱硝塔，压缩机出口连接至第二换热器的第二入口，第二换热器的第二出口与燃烧室的第二入口相连。
11.本发明进一步的改进在于，还包括第一控制阀，锅炉的第一出口经第一控制阀连接至反应室的第一入口。
12.本发明进一步的改进在于，还包括第二控制阀，储氨罐通过第二控制阀及液氨泵由第一入口连接至燃烧室。
13.本发明进一步的改进在于，还包括第三控制阀，空气通过第三控制阀连接至压缩机。
14.本发明进一步的改进在于，工作时，初始状态下，所有控制阀均处于关闭状态；
15.当用户处于用电低谷时，第一控制阀打开，第二控制阀及第三控制阀保持关闭，将第一发电机输出电能部分接通至电解池；锅炉中高温蒸汽经过反应室后进入蒸汽透平高压缸，推动蒸汽透平高压缸膨胀做功，部分蒸汽流过蒸汽透平高压缸后直接进入蒸汽透平低压缸膨胀做功，部分蒸汽连接至第一换热器的第二入口；蒸汽透平高压缸与蒸汽透平低压缸通过主轴连接至第一发电机，通过带动主轴旋转将机械能转化为电能，从蒸汽透平低压缸流出的蒸汽进入冷凝器后被冷凝为水，水由水泵泵入第一换热器第一入口，与蒸汽透平高压缸中抽取的蒸汽换热，预热后的水由第一换热器的第一出口流入锅炉，冷却后的蒸汽由第一换热器的第二出口流入冷凝器；此时汽轮发电机组发电功率输出稳定，高于用户用电量，富余发电量通过第一发电机将部分电量接通至电解池，利用富余电量电解制得氢气；电解池电解制得氢气经第三入口进入反应室，锅炉内空气充分燃烧后的氮气经过第一控制阀由第一入口进入反应室，经过锅炉由第二入口进入反应室的蒸汽提供的高温高压条件后，混合的氮气、氢气反应制得氨气，氨气经过氨冷凝器后冷凝为液氨流入储氨罐，在储氨罐中实现储氨储能。
16.本发明进一步的改进在于，当发电机组处于用电峰值时，燃氨燃气轮机系统参与调峰，关闭第一控制阀，打开第二控制阀及第三控制阀，切断第一发电机向电解池的电能输送；由高温蒸汽推动蒸汽透平高压缸及蒸汽透平低压缸膨胀做功，带动第一发电机输出电能，此时所有电能输出至用户；储氨罐中的液氨经过第二控制阀由液氨泵泵入燃烧室的第一入口，经过压缩预热后的空气经过第二入口进入燃烧室，其他燃料经第三入口进入燃烧室，将液氨、其他燃料与高压空气在燃烧室中充分混合燃烧后获得高温高压燃气，燃气由燃烧室流入燃气透平带动主轴旋转，经变速器连接至压缩机与第二发电机，压缩机对由第三控制阀进入的空气进行压缩，第二发电机发电用于对汽轮发电机组进行调峰；流出燃气透平的燃气进入第二换热器的第一入口，流出压缩机的压缩空气进入第二换热器的第二入口，冷却后的燃气经过第二换热器的第一出口进入脱硝塔进行尾气处理，加热后的高压空气则由第二换热器的第二出口流入燃烧室的第二入口与燃料充分燃烧。
17.本发明进一步的改进在于，其他燃料为天然气、液化气、生物质气和氢气。
18.本发明进一步的改进在于，在用电量高峰期时，燃氨燃气轮机运行对汽轮发电机
组调峰，存储的液氨燃烧后通过燃氨燃气轮机运行输出电能，该过程产生的电量能够满足汽轮发电机组输出电量与用电峰值之间的差值，完成调峰功能实现。
19.本发明至少具有以下有益的技术效果：
20.本发明设置合成氨过程，用电量谷值时，合成氨过程能够使汽轮机系统维持设计工况，保证锅炉部件及蒸汽透平部件能够以高效、安全的状态运行，提升系统安全性，保证了系统在用户用电量谷值时的稳定可靠运行。
21.进一步的，本发明利用合成氨技术进行储能，能够有效地将用电量谷值时的能量进行存储，氨在常温下仅需要加压至0.7mpa-0.8mpa即可液化，而现有的储氢罐压力常在30mpa-70mpa，储氨储能相较于传统的储氢储能过程所需压力更低、设备更简单易实现，能够更好地保证储氨储能过程的安全运行。
22.进一步的，本发明联合了燃氨燃气轮机系统，在用电量峰值时，燃氨燃气轮机系统参与调峰，利用存储的液氨进行能量释放，补足用电量与汽轮发电机组发电量之间的差值，实现灵活的能量利用及调峰功能。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。
24.图1是本发明实施例的一种可调峰储能的汽轮发电机组与燃氨燃气轮机联合系统的示意图；
25.附图标记说明：
26.1、锅炉；2、蒸汽透平高压缸；3、蒸汽透平低压缸；4、第一发电机；5、冷凝器；6、水泵；7、第一换热器；8、电解池；9、反应室；10、氨冷凝器；11、储氨罐；12、液氨泵；13、燃烧室；14、燃气透平；15、压缩机；16、第二发电机；17、变速器；18、第二换热器；19、脱硝塔。
27.101、第一控制阀；102、第二控制阀；103、第三控制阀。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。
29.请参阅图1，本发明实施例的一种可调峰储能的汽轮发电机组与燃氨燃气轮机联合系统，包括锅炉1、蒸汽透平高压缸2、蒸汽透平低压缸3、第一发电机4、冷凝器5、水泵6、第一换热器7、电解池8、反应室9、氨冷凝器10、储氨罐11、液氨泵12、燃烧室13、燃气透平14、压缩机15、第二发电机16、变速器17、第二换热器18、脱硝塔19、第一控制阀101、第二控制阀102、第三控制阀103。
30.锅炉1的第一出口经第一控制阀101连接至反应室9的第一入口，锅炉1的第二出口连接至反应室9的第二入口，反应室9的第二出口连接至蒸汽透平高压缸2，蒸汽透平高压缸
2的出口与第一换热器7的第一入口相连，第一换热器7的第一出口连接至冷凝器5，蒸汽透平高压缸2的出口同时连接至蒸汽透平低压缸3，蒸汽透平高压缸2与蒸汽透平低压缸3连接至第一发电机4，蒸汽透平低压缸3的出口与冷凝器5相连，冷凝器5与水泵6相连，水泵6出口连接至第一换热器7的第二入口，第一换热器7的第二出口连接至锅炉1。
31.第一发电机4产生电能传输至电解池8，电解池8从第三入口连接至反应室9，反应室9第一出口与氨冷凝器10相连，氨冷凝器10连接至储氨罐11；
32.储氨罐11通过第二控制阀102及液氨泵12由第一入口连接至燃烧室13，其他燃料经第三入口连接至燃烧室13，燃烧室13出口连接至燃气透平14，空气通过第三控制阀103连接至压缩机15，燃气透平14与压缩机15通过变速器17连接至第二发电机16实现发电。燃气透平14出口连接至第二换热器18第一入口，第二换热器18的第一出口连接至脱硝塔19，压缩机15出口连接至第二换热器18的第二入口，第二换热器18的第二出口与燃烧室13的第二入口相连。
33.本发明实施例提供的一种可调峰储能的汽轮发电机组与燃氨燃气轮机联合系统，可以提高锅炉的运行安全性及保障汽轮机组整体效率，实现能量的综合利用及调峰储能的功能。具体的本发明通过引入制氨过程使汽轮发电机组输出功率及效率得到保证，同时高功率输出也使锅炉出口温度保持稳定，进而保证锅炉部件的安全运行；本发明通过制氨储氨实现储能，相较传统的储氢储能方式，该方式需要设备压力更低、结构更简单，储能安全性更高；本发明通过燃氨燃气轮机系统运行实现调峰功能，在用户用电量峰值时，利用储氨储能的释能对汽轮发电机组进行调峰，满足超出汽轮发电机组提供电量的需求。
34.本发明实施例的一种可调峰储能的汽轮发电机组与燃氨燃气轮机联合系统，工作时，包括以下步骤：
35.初始状态下，所有控制阀均处于关闭状态。
36.当用户处于用电低谷时，第一控制阀101打开，第二控制阀102及第三控制阀103保持关闭，将第一发电机4输出电能部分接通至电解池8。其中锅炉1中高温蒸汽经过反应室9后进入蒸汽透平高压缸2，推动蒸汽透平高压缸2膨胀做功，部分蒸汽流过蒸汽透平高压缸2后直接进入蒸汽透平低压缸3膨胀做功，部分蒸汽连接至第一换热器7的第二入口。蒸汽透平高压缸2与蒸汽透平低压缸3通过主轴连接至第一发电机4，通过带动主轴旋转将机械能转化为电能，从蒸汽透平低压缸3流出的蒸汽进入冷凝器5后被冷凝为水，水由水泵6泵入第一换热器7第一入口，与蒸汽透平高压缸2中抽取的蒸汽换热，预热后的水由第一换热器7的第一出口流入锅炉1，冷却后的蒸汽由第一换热器7的第二出口流入冷凝器5。此时汽轮发电机组发电功率输出稳定，显著高于用户用电量，富余发电量则可以通过第一发电机4将部分电量接通至电解池8，利用富余电量电解制得氢气。电解池8电解制得氢气经第三入口进入反应室9，锅炉1内空气充分燃烧后的氮气经过第一控制阀101由第一入口进入反应室9，经过锅炉1由第二入口进入反应室9的蒸汽提供的高温高压条件后，混合的氮气、氢气反应制得氨气，氨气经过氨冷凝器10后冷凝为液氨流入储氨罐11，在储氨罐11中实现储氨储能。
37.当发电机组处于用电峰值时，燃氨燃气轮机系统参与调峰，关闭第一控制阀101，打开第二控制阀102及第三控制阀103，切断第一发电机4向电解池8的电能输送。汽轮发电机组运行方式与用电量谷值时保持类似，依旧由高温蒸汽推动蒸汽透平高压缸2及蒸汽透平低压缸3膨胀做功，带动第一发电机4输出电能，此时所有电能输出至用户，不再将部分电
能接通至电解池8。储氨罐11中的液氨经过第二控制阀102由液氨泵12泵入燃烧室13的第一入口，经过压缩预热后的空气经过第二入口进入燃烧室13，其他燃料如甲烷等经第三入口进入燃烧室13，将液氨、其他燃料与高压空气在燃烧室14中充分混合燃烧后获得高温高压燃气。燃气由燃烧室13流入燃气透平14带动主轴旋转，经变速器17连接至压缩机15与第二发电机16，压缩机15对由第三控制阀103进入的空气进行压缩，第二发电机16发电用于对汽轮发电机组进行调峰。流出燃气透平14的燃气进入第二换热器18的第一入口，流出压缩机15的压缩空气进入第二换热器18的第二入口，冷却后的燃气经过第二换热器18的第一出口进入脱硝塔19进行尾气处理，加热后的高压空气则由第二换热器18的第二出口流入燃烧室13的第二入口与燃料充分燃烧。在用电量高峰期时，燃氨燃气轮机运行对汽轮发电机组调峰，存储的液氨燃烧后通过燃氨燃气轮机运行输出电能，该过程产生的电量能够满足汽轮发电机组输出电量与用电峰值之间的差值，完成调峰功能实现。
38.本发明能够实现：在用电低谷时利用低谷电力储氨储能，保证锅炉及透平机组的高效安全运行；在用电高峰时，燃氨燃气轮机系统参与调峰，将液氨储能通过燃氨燃气轮机系统释放输出电能，进而灵活地实现调峰功能，使系统工作稳定可靠。
39.综上所述，本发明提供了一种可调峰储能的汽轮发电机组与燃氨燃气轮机联合系统，能够保障锅炉及透平机组部件的安全高效运行，以更安全的方式储能、释能，进而实现灵活的调峰储能，提高系统可适用范围，保障系统安全稳定性。具体优点包括：(1)本发明设置制氨过程，能够有效地将用电量谷值时的电量进行存储，并以此保证透平机组及锅炉部件以设计工况运行，保持其运行的高效可靠性。(2)本发明利用储氨储能代替传统的储氢储能系统，显著降低储能装置所需压力及设备复杂性，提高储能部件的安全性能。(3)本发明利用储氨储能装置联合燃氨燃气轮机系统可以进行储能释放，实现灵活的调峰功能以匹配用电峰值用电量，进一步扩展本系统的适用范围，提升系统能量利用率，保证系统稳定性。
40.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。