一种带储热储压的燃煤发电系统及运行方法

1.本发明涉及燃煤发电技术领域，具体涉及一种带储热储压的燃煤发电系统及运行方法。


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。在当前的电力系统中，燃煤发电机组是重要的电能供应来源，所以要进行频繁的调峰调频来保证电网的安全稳定运行。目前燃煤机组调峰调频能力还尚不能满足电网的需求，其调峰能力的制约因素主要为锅炉系统的最低稳燃负荷，而调频能力的制约因素主要为锅炉内部大热惯性，外部储能系统可打破燃煤机组调峰调频制约，进一步提高机组的调峰调频能力。


技术实现要素：

3.因此，本发明提供一种带储热储压的燃煤发电系统及运行方法。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种带储热储压的燃煤发电系统，包括：
5.燃煤系统、蒸汽储压系统和储热系统；
6.所述燃煤系统包括燃煤锅炉、高压汽轮机、中压汽轮机、低压汽轮机、除氧器、凝汽器、低压加热器及高压加热器；
7.所述燃煤锅炉的出气端与所述高压汽轮机和中压汽轮机连通，所述高压汽轮机的出口分别与燃煤锅炉和高压加热器连通，所述中压汽轮机的出口分别与低压汽轮机、高压加热器和除氧器连通，所述低压汽轮机的出口分别与凝汽器和低压加热器连通，所述凝汽器、低压加热器、除氧器、高压加热器依次连通，并且所述高压加热器与所述燃煤锅炉连通；
8.所述蒸汽储压系统包括蒸汽换热器、储汽罐给水泵；
9.所述燃煤锅炉的出气端与蒸汽换热器连通，蒸汽换热器与储汽罐连通，所述储汽罐的出口分别与低压加热器、除氧器和高压加热器连通，所述给水泵与所述除氧器的出口连通，且所述给水泵与所述储汽罐的入口连通；
10.所述储热系统包括储冷罐、第一出口泵、储热罐、第二出口泵、给水换热器；
11.所述储冷罐的出口与所述第一出口泵连通，所述出口泵的出口与所述蒸汽换热器低温侧连通，所述蒸汽换热器低温侧出口与所述储热罐连通，所述储热罐的出口与第二出口泵连通，所述第二出口泵的出口与给水换热器高温侧连通，所述给水换热器高温侧出口与储冷罐连通，所述给水换热器低温侧进口与所述除氧器连通，所述给水换热器低温侧出口与所述燃煤锅炉连通。
12.可选的，还包括有蒸汽分流阀，设置在所述燃煤锅炉与所述蒸汽换热器之间的管路上。
13.可选的，还包括有第一给水分流阀，设置在所述除氧器与给水换热器之间的管路上。
14.可选的，还包括有第二给水分流阀，设置在所述除氧器与给水换热器之间的管路上，且所述第二给水分流阀位于所述第一给水分流阀的下游；
15.所述给水泵与除氧器连通的位置位于所述第一给水分流阀与第二给水分流阀之间。
16.可选的，还包括有第一调节阀和第二调节阀；
17.所述第一调节阀位于所述储冷罐与第一出口泵之间的管路上；
18.所述第二调节阀位于所述储热罐与第二出口泵之间的管路上。
19.可选的，还包括有第三调节阀，所述第三调节阀位于所述储汽罐的出口位置处。
20.可选的，还包括有第一蒸汽出口分流阀、第二蒸汽出口分流阀和第三蒸汽出口分流阀；
21.所述第一蒸汽出口分流阀位于所述储汽罐与高压加热器之间的管路上；
22.所述第二蒸汽出口分流阀位于所述储汽罐与除氧器之间的管路上；
23.所述第三蒸汽出口分流阀位于所述储汽罐与低压加热器之间的管路上；
24.所述第一蒸汽出口分流阀、第二蒸汽出口分流阀和第三蒸汽出口分流阀均位于所述第三调节阀的下游。
25.可选的，还包括有第一抽汽节流阀、第二抽汽节流阀和第三抽汽节流阀；
26.所述第一抽汽节流阀位于所述低压汽轮机与低压加热器之间的管路上；
27.所述第二抽汽节流阀位于所述中压汽轮机与除氧器之间的管路上；
28.所述第三抽汽节流阀位于所述中压汽轮机与高压加热器之间的管路上。
29.还提供了运行方法，包括上述的带储热储压的燃煤发电系统，还包括以下步骤：
30.燃煤机组需要降低负荷时，打开蒸汽分流阀、第一调节阀，启动第一出口泵，储热介质经过蒸汽换热器与燃煤锅炉流出的再热蒸汽进行换热，吸收热量后的储热介质流入储热罐内，再热蒸汽进入储汽罐；
31.打开第一给水分流阀，启动给水泵，使部分给水由给水泵升压后进入储汽罐与再热蒸汽混合成为饱和水，当储汽罐内压力大于50bar时关闭蒸汽分流阀、第一出口泵、第一调节阀和第一给水分流阀，通过调节蒸汽分流阀的开度控制再热蒸汽流入储汽罐的流速；
32.燃煤机组需要提高负荷运行时，打开第三调节阀，将高压蒸汽从储汽罐中释放，打开第三抽汽节流阀和第一蒸汽出口分流阀，高压蒸汽代替汽轮机抽汽加热高压加热器的给水，随着储汽罐内压力的降低，按顺序打开蒸汽出口分流阀组、第二抽汽节流阀、第一抽汽节流阀；当储汽罐内的蒸汽释放完毕后，关闭储汽罐出口第三调节阀、蒸汽出口分流阀组、第二抽汽节流阀、第一抽汽节流阀、第三抽汽节流阀，打开储热罐出口第二调节阀，启动储热罐出口第二出口泵，使储热介质流入给水换热器内，打开第一给水分流阀和第二给水分流阀，分流部分给水进入给水换热器吸收储热介质的热量，加热后的给水进入燃煤锅炉中，冷却后的储热介质回到储冷罐内。
33.可选的，所述蒸汽出口分流阀组在开启时可以同时开启，也可按顺序开启；
34.顺序开启时，按第一蒸汽出口分流阀、第二蒸汽出口分流阀和第三蒸汽出口分流阀的顺序进行开启，且开启一个阀门时，其他两个阀门为关闭状态。
35.本发明技术方案，具有如下优点：
36.1.本发明提供的带储热储压的燃煤发电系统，通过增加蒸汽储压系统和储热系
统，将燃煤系统中蒸汽存储起来，待到燃煤系统需要增加负荷时进行释放，扩大了燃煤机组的负荷变化区间，提高了燃煤机组的调峰调频能力。
37.2.本发明提供的带储热储压的燃煤发电系统，利用给水泵对进入储汽罐给水升压，使给水与再热蒸汽混合为饱和水，大大增加了储热密度，降低了储汽罐的占地面积。
38.3.本发明提供的带储热储压的燃煤发电系统，利用储热介质吸收再热蒸汽过热段高品位热量，储压储存再热蒸汽的凝结段和疏水段能量，在放热过程中，储压向中压汽轮机释放热量，储热代替汽轮机抽汽，实现热能的梯级利用，提高储能的循环效率。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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。
40.图1为本发明实施例1提供的带储热储压的燃煤发电系统的结构示意图；
41.图2为本发明实施例2提供的运行方法实行后燃煤机组负荷区间变化图；
42.图3为本发明实施例2提供的运行方法实行后燃煤机组输出速率变化图。
43.附图标记说明：
44.1、燃煤锅炉；2、高压汽轮机；3、中压汽轮机；4、低压汽轮机；5、凝汽器；6、第一抽汽节流阀；7、低压加热器；8、第二抽汽节流阀；9、除氧器；10、第三抽汽节流阀；11、高压加热器；12、蒸汽分流阀；13、蒸汽换热器；14、储汽罐；15、第一给水分流阀；16、给水泵；17、储冷罐；18、第一调节阀；19、第一出口泵；20、储热罐；21、第二调节阀；22、第二出口泵；23、第三调节阀；241、第一蒸汽出口分流阀；242、第二蒸汽出口分流阀；243、第三蒸汽出口分流阀；28、第二给水分流阀；29、给水换热器。
具体实施方式
45.下面将结合附图对本发明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，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
47.在本发明的描述中，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，可以是两个元件内部的连通。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发明中的具体含义。
48.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构
成冲突就可以相互结合。
49.实施例1
50.本实施例提供了带储热储压的燃煤发电系统的一种具体的实施方式，如图1所示，包括：燃煤系统、蒸汽储压系统和储热系统。
51.具体的，燃煤系统包括燃煤锅炉1、高压汽轮机2、中压汽轮机3、低压汽轮机4、除氧器9、凝汽器5、低压加热器7及高压加热器11；燃煤锅炉1的出气端与高压汽轮机2和中压汽轮机3连通，高压汽轮机2的出口分别与燃煤锅炉1和高压加热器11连通，中压汽轮机3的出口分别与低压汽轮机4、高压加热器11和除氧器9连通，低压汽轮机4的出口分别与凝汽器5和低压加热器7连通，凝汽器5、低压加热器7、除氧器9、高压加热器11依次连通，并且高压加热器11与燃煤锅炉1连通；
52.具体的，蒸汽储压系统包括蒸汽换热器13、储汽罐14给水泵16；燃煤锅炉1的出气端与蒸汽换热器13连通，蒸汽换热器13与储汽罐14连通，储汽罐14的出口分别与低压加热器7、除氧器9和高压加热器11连通，给水泵16与除氧器9的出口连通，且给水泵16与储汽罐14的入口连通；
53.具体的，储热系统包括储冷罐17、第一出口泵19、储热罐20、第二出口泵22、给水换热器29；储冷罐17的出口与第一出口泵19连通，出口泵的出口与蒸汽换热器13低温侧连通，蒸汽换热器13低温侧出口与储热罐20连通，储热罐20的出口与第二出口泵22连通，第二出口泵22的出口与给水换热器29高温侧连通，给水换热器29高温侧出口与储冷罐17连通，给水换热器29低温侧进口与除氧器9连通，给水换热器29低温侧出口与燃煤锅炉1连通。
54.本实施例中，还包括有蒸汽分流阀12，设置在燃煤锅炉1与蒸汽换热器13之间的管路上，用于控制燃煤锅炉1流入蒸汽换热器13的再热蒸汽的流速及开闭。
55.本实施例中，还包括有第一给水分流阀15，设置在除氧器9与给水换热器29之间的管路上，并且第一给水分流阀15靠近除氧器9设置，且第一给水分流阀15不影响除氧器9与高压加热器11的连通。
56.具体的，还包括有第二给水分流阀28，设置在除氧器9与给水换热器29之间的管路上，且第二给水分流阀28位于第一给水分流阀15的下游；给水泵16与除氧器9连通的位置位于第一给水分流阀15与第二给水分流阀28之间。
57.本实施例中，还包括有第一调节阀18和第二调节阀21；第一调节阀18位于储冷罐17与第一出口泵19之间的管路上，用于调节储冷罐17流出储热介质的流速及开闭；第二调节阀21位于储热罐20与第二出口泵22之间的管路上，用于调节储热罐20流出储热介质的流速及开闭。
58.具体的，储热介质为熔融盐、导热油等单相流动的介质，储热介质进入储热罐20时温度不低于400摄氏度。
59.具体的，还包括有第三调节阀23，第三调节阀23位于储汽罐14的出口位置处，用于调节储汽罐14流出蒸汽的流速及开闭。
60.本实施例中，还包括有第一蒸汽出口分流阀241、第二蒸汽出口分流阀242和第三蒸汽出口分流阀243；其中，第一蒸汽出口分流阀241位于储汽罐14与高压加热器11之间的管路上；第二蒸汽出口分流阀242位于储汽罐14与除氧器9之间的管路上；第三蒸汽出口分流阀243位于储汽罐14与低压加热器7之间的管路上；第一蒸汽出口分流阀241、第二蒸汽出
口分流阀242和第三蒸汽出口分流阀243均位于第三调节阀23的下游。
61.本实施例中，还包括有第一抽汽节流阀6、第二抽汽节流阀8和第三抽汽节流阀10；其中，第一抽汽节流阀6位于低压汽轮机4与低压加热器7之间的管路上；第二抽汽节流阀8位于中压汽轮机3与除氧器9之间的管路上；第三抽汽节流阀10位于中压汽轮机3与高压加热器11之间的管路上。
62.本实施例中，燃煤锅炉1排出的再热蒸汽温度高于520摄氏度、压力大于30bar。储汽罐14为承压储汽罐14，其包含至少一个储汽罐14，并且其压缩蒸汽的压力为50bar。通过第一给水分流阀15与给水泵16进入储汽罐14的给水压力为50bar。
63.本实施例提供的带储热储压的燃煤发电系统通过增加蒸汽储压系统和储热系统，将燃煤系统中蒸汽存储起来，待到燃煤系统需要增加负荷时进行释放，扩大了燃煤机组的负荷变化区间，提高了燃煤机组的调峰调频能力。
64.利用给水泵16对进入储汽罐14给水升压，使给水与再热蒸汽混合为饱和水，大大增加了储热密度，降低了储汽罐14的占地面积。
65.利用储热介质吸收再热蒸汽过热段高品位热量，储压储存再热蒸汽的凝结段和疏水段能量，在放热过程中，储压向中压汽轮机3释放热量，储热代替汽轮机抽汽，实现热能的梯级利用，提高储能的循环效率。
66.实施例2
67.本实施例提供了运行方法的一种具体的实施方式，采用实施例1中的带储热储压的燃煤发电系统完成，还包括以下步骤：
68.燃煤机组需要降低负荷时，打开蒸汽分流阀12、第一调节阀18，启动第一出口泵19，储热介质经过蒸汽换热器13与燃煤锅炉1流出的再热蒸汽进行换热，吸收热量后的储热介质流入储热罐20内，再热蒸汽进入储汽罐14；打开第一给水分流阀15，启动给水泵16，使部分给水由给水泵16升压后进入储汽罐14与再热蒸汽混合成为饱和水，当储汽罐14内压力大于50bar时关闭蒸汽分流阀12、第一出口泵19、第一调节阀18和第一给水分流阀15，通过调节蒸汽分流阀12的开度控制再热蒸汽流入储汽罐14的流速；
69.燃煤机组需要提高负荷运行时，打开第三调节阀23，将高压蒸汽从储汽罐14中释放，打开第三抽汽节流阀10和第一蒸汽出口分流阀241，高压蒸汽代替汽轮机抽汽加热高压加热器11的给水，随着储汽罐14内压力的降低，按顺序打开蒸汽出口分流阀组、第二抽汽节流阀8、第一抽汽节流阀6；当储汽罐14内的蒸汽释放完毕后，关闭储汽罐14出口第三调节阀23、蒸汽出口分流阀组、第二抽汽节流阀8、第一抽汽节流阀6、第三抽汽节流阀10，打开储热罐20出口第二调节阀21，启动储热罐20出口第二出口泵22，使储热介质流入给水换热器29内，打开第一给水分流阀15和第二给水分流阀28，分流部分给水进入给水换热器29吸收储热介质的热量，加热后的给水进入燃煤锅炉1中，冷却后的储热介质回到储冷罐17内。
70.本实施例中，蒸汽出口分流阀组在开启时可以同时开启，也可按顺序开启；其中，顺序开启时，按第一蒸汽出口分流阀241、第二蒸汽出口分流阀242和第三蒸汽出口分流阀243的顺序进行开启，且开启一个阀门时，其他两个阀门为关闭状态。
71.如图2所示，以660mw超临界燃煤机组为例，最低负荷从198mw降低到99mw，最高负荷从660mw增加到732mw；如图3所示，燃煤机组的输出速率从原始的1.5％额定负荷每分钟提高到3.65％额定负荷每分钟。扩大了燃煤机组的负荷变化区间，最小负荷可从30％tha降
低至15％tha，最大负荷从100％tha提高到111％tha；燃煤机组的变负荷速率可从传统的1－1.5pe0/min提高到3.65pe0/min，大大提高了燃煤机组的调峰调频能力。
72.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。