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一种燃煤机组高压热水储能调峰系统
申请号	CN202311240768.1	申请日	2023-09-25	公开(公告)号	CN117318107B	公开(公告)日	2024-03-29
申请人	华北电力大学;			发明人	张永生; 谢沙灿; 庞力平; 汪涛; 王家伟; 苏利鹏; 刘佳宁;
摘要	本发明涉及储能调峰技术领域，特别涉及一种燃煤机组高压热水储能调峰系统。在该系统中，蒸汽发生部分包括炉膛、过热器以及设置在炉膛周围的炉水回路；发电部分，包括依次连接的汽轮机组和发电机；储能部分，包括高压热水蓄能单元和汽水分离器，高压热水蓄能单元与炉水回路连接；在降负荷时，通过高压热水蓄能单元储存炉水回路中的高压热水，以降低汽轮机组中蒸发量；在升负荷时，通过对高压热水蓄能单元中的高压热水进行降压闪蒸来产生蒸汽，并通过汽水分离器实现汽水分离后，使蒸汽通入汽轮机组中。本发明的技术方案可以实现快速响应负荷的变化。
权利要求	1.一种燃煤机组高压热水储能调峰系统，其特征在于，包括：蒸汽发生部分(1)，包括炉膛(11)、过热器(12)以及设置在所述炉膛(11)周围的炉水回路(13)，所述过热器(12)用于将所述炉水回路(13)中的饱和蒸汽进行加热变为过热蒸汽；发电部分(2)，包括依次连接的汽轮机组(21)和发电机(22)，所述汽轮机组(21)的入口端和所述过热器(12)连接；储能部分(3)，包括高压热水蓄能单元(32)和汽水分离器(33)，所述高压热水蓄能单元(32)与所述炉水回路(13)连接，所述汽水分离器(33)的入口端与所述高压热水蓄能单元(32)连接，出口端分别与分离气路和分离水路连接，所述分离气路与所述汽轮机组(21)连接，所述分离水路分别与所述炉水回路(13)和所述高压热水蓄能单元(32)连接；在燃煤机组进行降负荷时，通过所述高压热水蓄能单元(32)储存所述炉水回路(13)中的高压热水，以降低所述汽轮机组(21)中蒸发量；在燃煤机组进行升负荷时，通过对所述高压热水蓄能单元(32)中的高压热水进行降压闪蒸来产生蒸汽，并通过所述汽水分离器(33)实现汽水分离后，使蒸汽通入所述汽轮机组(21)中。 2.根据权利要求1所述的燃煤机组高压热水储能调峰系统，其特征在于，所述炉水回路(13)包括依次首尾连接的汽包(131)、下降管(132)、下联箱(133)、水冷壁(134)和上联箱(135)，所述下降管(132)设置有炉水循环泵(136)，所述汽包(131)的顶部与所述过热器(12)连接，所述高压热水蓄能单元(32)与所述汽包(131)或所述下降管(132)连接。 3.根据权利要求2所述的燃煤机组高压热水储能调峰系统，其特征在于，所述高压热水蓄能单元(32)包括至少一组的高压热水蓄能子单元，每组所述高压热水蓄能子单元均包括依次连接的高压热水蓄能器(321)和减压阀(322)，所述高压热水蓄能器(321)与所述汽包(131)或所述下降管(132)连接，所述汽水分离器(33)的入口端与所述减压阀(322)连接。 4.根据权利要求3所述的燃煤机组高压热水储能调峰系统，其特征在于，每组所述高压热水蓄能子单元均还包括加热器(323)，所述加热器(323)连接于所述减压阀(322)和所述汽水分离器(33)之间，所述加热器(323)用于对所述减压阀(322)排出的蒸汽进行加热；所述储能部分(3)还包括第一温度传感器和控制器，所述第一温度传感器设置于所述分离气路，所述控制器与所述第一温度传感器电连接，所述控制器用于根据所述第一温度传感器检测到的温度控制所述加热器(323)的加热量。 5.根据权利要求4所述的燃煤机组高压热水储能调峰系统，其特征在于，所述储能部分(3)还包括电储能器(31)，所述加热器(323)采用电加热的形式，所述电储能器(31)的输入端与所述发电机(22)电连接，输出端与所述加热器(323)电连接，所述加热器(323)的加热量是通过对所述电储能器(31)向所述加热器(323)输出的电能进行控制得到的。 6.根据权利要求3所述的燃煤机组高压热水储能调峰系统，其特征在于，所述储能部分(3)还包括冷却器(35)和旁路水泵(36)，所述汽包(131)、所述冷却器(35)、所述旁路水泵(36)和所述高压热水蓄能器(321)依次连接，或所述下降管(132)、所述冷却器(35)、所述旁路水泵(36)和所述高压热水蓄能器(321)依次连接，所述高压热水蓄能器(321)中的热水压力大于所述汽包(131)或所述下降管(132)中的热水压力。 7.根据权利要求3所述的燃煤机组高压热水储能调峰系统，其特征在于，所述过热器(12)的出口端通过蒸汽旁路与所述高压热水蓄能器(321)连接，所述蒸汽旁路设置有单向节流阀(30)和真空泵(37)，所述蒸汽旁路中的过热蒸汽用于加热所述高压热水蓄能器(321)中的高压热水。 8.根据权利要求7所述的燃煤机组高压热水储能调峰系统，其特征在于，所述蒸汽旁路设置有储汽罐，所述储汽罐的入口端和出口端均设置有单向节流阀(30)，所述高压热水蓄能器(321)内设置有第二温度传感器；当所述第二温度传感器检测到的温度低于预设温度时，利用所述储汽罐中的过热蒸汽来加热所述高压热水蓄能器(321)中的高压热水。 9.根据权利要求4所述的燃煤机组高压热水储能调峰系统，其特征在于，所述汽轮机组(21)包括依次连接的高压缸(211)、中压缸(212)和低压缸(213)，所述高压缸(211)与所述过热器(12)连接，所述低压缸(213)与所述发电机(22)连接；所述储能部分(3)还包括压力传感器(391)和三通阀(392)，所述压力传感器(391)和所述三通阀(392)依次设置于所述分离气路，所述三通阀(392)的两个出口端分别与所述中压缸(212)和所述低压缸(213)连接，所述控制器分别与所述压力传感器(391)和所述三通阀(392)电连接，所述控制器用于根据所述压力传感器(391)检测到的所述分离气路的压力来控制所述三通阀(392)的两个出口端的通断。 10.根据权利要求4所述的燃煤机组高压热水储能调峰系统，其特征在于，所述汽轮机组(21)包括依次连接的高压缸(211)、中压缸(212)和低压缸(213)，所述高压缸(211)与所述过热器(12)连接，所述低压缸(213)与所述发电机(22)连接；所述储能部分(3)还包括压缩机(38)，所述压缩机(38)分别与所述加热器(323)和所述汽水分离器(33)连接，所述压缩机(38)用于对所述加热器(323)出口的蒸汽进行加压，所述分离气路与所述高压缸(211)连接。
说明书全文	一种燃煤机组高压热水储能调峰系统技术领域 [0001] 本发明涉及储能调峰技术领域，特别涉及一种燃煤机组高压热水储能调峰系统。背景技术 [0002] 大规模风光可再生电力的接入对构建新型电力系统具有重要意义，然而风光发电的波动性、随机性对电力系统构成巨大挑战。燃煤机组快速调峰是保障电网稳定的关键技术。 [0003] 目前燃煤机组发电在参加调峰时，其主要的运行模式是通过调整机组的负荷来达到与电网用电相匹配的目的。机组负荷改变一般是通过变化炉膛的热负荷来调整蒸汽流量，进而调整汽轮机的做功。而炉膛热负荷变化主要是通过改变磨煤出力来对磨煤量和给煤量进行调整，但是通过改变供煤侧给煤量来调整负荷，存在很大的调整惰性，使得需要很长的时间，从而导致响应负荷速度缓慢，难以适应风光可再生电力供应的快速变化。 [0004] 因此，亟需一种燃煤机组高压热水储能调峰系统来解决上述技术问题。发明内容 [0005] 为了实现快速响应负荷的变化，本发明实施例提供了一种燃煤机组高压热水储能调峰系统。 [0006] 本发明实施例提供了一种燃煤机组高压热水储能调峰系统，包括： [0007] 蒸汽发生部分，包括炉膛、过热器以及设置在所述炉膛周围的炉水回路，所述过热器用于将所述炉水回路中的饱和蒸汽进行加热变为过热蒸汽； [0008] 发电部分，包括依次连接的汽轮机组和发电机，所述汽轮机组的入口端和所述过热器连接； [0009] 储能部分，包括高压热水蓄能单元和汽水分离器，所述高压热水蓄能单元与所述炉水回路连接，所述汽水分离器的入口端与所述高压热水蓄能单元连接，出口端分别与分离气路和分离水路连接，所述分离气路与所述汽轮机组连接，所述分离水路分别与所述炉水回路和所述高压热水蓄能单元连接； [0010] 在燃煤机组进行降负荷时，通过所述高压热水蓄能单元储存所述炉水回路中的高压热水，以降低所述汽轮机组中蒸发量； [0011] 在燃煤机组进行升负荷时，通过对所述高压热水蓄能单元中的高压热水进行降压闪蒸来产生蒸汽，并通过所述汽水分离器实现汽水分离后，使蒸汽通入所述汽轮机组中。 [0012] 本发明实施例提供了一种燃煤机组高压热水储能调峰系统，在燃煤机组进行降负荷时，通过利用高压热水蓄能单元储存炉水回路中的热水，可以实现改变炉水回路中的蒸发水量使得生成的蒸汽量变化；在燃煤机组进行升负荷时，通过对高压热水蓄能单元中的高压热水进行降压闪蒸来产生蒸汽，并通过汽水分离器实现汽水分离后，使蒸汽通入汽轮机组中。因此，上述技术方案可以实现快速响应负荷的变化。附图说明 [0013] 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，下面将对实施例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例，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。 [0014] 图1是本发明一实施例提供的一种燃煤机组高压热水储能调峰系统的结构示意图； [0015] 图2是本发明另一实施例提供的一种燃煤机组高压热水储能调峰系统的结构示意图。 [0016] 附图标记： [0017] 1‑蒸汽发生部分； [0018] 11‑炉膛； [0019] 12‑过热器； [0020] 13‑炉水回路； [0021] 131‑汽包； [0022] 132‑下降管； [0023] 133‑下联箱； [0024] 134‑水冷壁； [0025] 135‑上联箱； [0026] 136‑炉水循环泵； [0027] 2‑发电部分； [0028] 21‑汽轮机组； [0029] 211‑高压缸； [0030] 212‑中压缸； [0031] 213‑低压缸； [0032] 22‑发电机； [0033] 3‑储能部分； [0034] 30‑单向节流阀； [0035] 31‑电储能器； [0036] 32‑高压热水蓄能单元； [0037] 321‑高压热水蓄能器； [0038] 322‑减压阀； [0039] 323‑加热器； [0040] 33‑汽水分离器； [0041] 34‑分离水泵； [0042] 35‑冷却器； [0043] 36‑旁路水泵； [0044] 37‑真空泵； [0045] 38‑压缩机； [0046] 391‑压力传感器； [0047] 392‑三通阀。具体实施方式 [0048] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，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的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。 [0049] 如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种燃煤机组高压热水储能调峰系统，该系统包括蒸汽发生部分1、发电部分2和储能部分3，其中： [0050] 蒸汽发生部分1包括炉膛11、过热器12以及设置在炉膛11周围的炉水回路13，过热器12用于将炉水回路13中的饱和蒸汽进行加热变为过热蒸汽； [0051] 发电部分2包括依次连接的汽轮机组21和发电机22，汽轮机组21的入口端和过热器12连接； [0052] 储能部分3包括高压热水蓄能单元32和汽水分离器33，高压热水蓄能单元32与炉水回路13连接，汽水分离器33的入口端与高压热水蓄能单元32连接，出口端分别与分离气路和分离水路连接，分离气路与汽轮机组21连接，分离水路分别与炉水回路13和高压热水蓄能单元32连接； [0053] 在燃煤机组进行降负荷时，通过高压热水蓄能单元32储存炉水回路13中的高压热水，以降低汽轮机组21中蒸发量； [0054] 在燃煤机组进行升负荷时，通过对高压热水蓄能单元32中的高压热水进行降压闪蒸来产生蒸汽，并通过汽水分离器33实现汽水分离后，使蒸汽通入汽轮机组21中。 [0055] 在本实施例中，在燃煤机组进行降负荷时，通过高压热水蓄能单元32储存炉水回路13中的高压热水，以降低汽轮机组21中蒸发量；在燃煤机组进行升负荷时，通过对高压热水蓄能单元32中的高压热水进行降压闪蒸来产生蒸汽，并通过汽水分离器33实现汽水分离后，使蒸汽通入汽轮机组21中。因此，上述技术方案可以实现快速响应负荷的变化。 [0056] 在本发明一个实施例中，炉水回路13包括依次首尾连接的汽包131、下降管132、下联箱133、水冷壁134和上联箱135，下降管132设置有炉水循环泵136，汽包131的顶部与过热器12连接，高压热水蓄能单元32与汽包131(如图2所示)或下降管132(如图1所示)连接。 [0057] 在本实施例中，通过将高压热水蓄能单元32与汽包131或下降管132连接，可以减少炉水回路13中的蒸发水量。 [0058] 需要说明的是，由于在汽包131上开孔较为困难，因此优选考虑将高压热水蓄能单元32与下降管132连接(即在下降管132上开孔相比在汽包131上开孔更为容易)。 [0059] 在本发明一个实施例中，高压热水蓄能单元32包括至少一组高压热水蓄能子单元，每组高压热水蓄能子单元均包括依次连接的高压热水蓄能器321、减压阀322和加热器323，高压热水蓄能器321与汽包131或下降管132连接，汽水分离器33的入口端与加热器323连接，加热器323与电储能器31电连接。 [0060] 在本实施例中，通过设置高压热水蓄能器321，可以储存来自汽包131的高压热水；通过设置减压阀322，当燃煤机组需要升负荷时可以对来自高压热水蓄能器321的高压热水进行降压闪蒸，使得高压热水能够迅速蒸发为蒸汽，以被送至汽轮机组21中做功；此外，通过减压阀322还可以配合水泵(即下文的旁路水泵36)，提供流体流动所需的动力。 [0061] 如图1和图2所示，当高压热水蓄能单元32包括至少两组高压热水蓄能子单元(其中，图1和图2均示出了包括三组高压热水蓄能子单元)时，高压热水蓄能子单元之间采用相互并联的方式，这样可以增加储能调峰的容错性。 [0062] 在一些实施方式中，高压热水蓄能器321采用保温隔热材料(例如硅酸铝+岩棉板)制作而成，如此使得储存在其内部的高压热水的能量耗散更小，以始终保持高温高压状态。 [0063] 为了进一步保证储存在高压热水蓄能器321内部的高压热水的能量耗散更小，可以考虑对高压热水蓄能器321内部的高压热水进行主动保温或主动加热。 [0064] 在本发明一个实施例中，过热器12的出口端通过蒸汽旁路与高压热水蓄能器321连接，蒸汽旁路设置有单向节流阀30和真空泵37，蒸汽旁路中的过热蒸汽用于加热高压热水蓄能器321中的高压热水。 [0065] 在本实施例中，通过利用蒸汽旁路，可以将从过热器12取出的部分过热蒸汽用来对高压热水蓄能器321中的热水进行加热或保温，从而可以进一步保证储存在高压热水蓄能器321内部的高压热水的能量耗散更小，进而方便后续的燃煤机组升负荷。 [0066] 当然，对高压热水蓄能器321内部的高压热水进行主动保温或主动加热的方式也可以采用电加热的方式，例如通过电加热器加热中间介质(例如水或蒸汽)，再通过将加热后的中间介质对高压热水蓄能器321内部的高压热水进行传热。电加热器的电能来源可以是电网，也可以是下文中的电储能器，在此不进行具体限定。 [0067] 需要说明的是，从过热器12取出的部分过热蒸汽也可以起到降负荷的作用，但是如果将这部分过热蒸汽完全对高压热水蓄能器321中的热水进行加热或保温，可能造成从过热器12取出的部分过热蒸汽的热量浪费。 [0068] 为了解决该技术问题，在本发明一个实施例中，蒸汽旁路设置有储汽罐(图中未示出)，储汽罐的入口端和出口端均设置有单向节流阀30，高压热水蓄能器321内设置有第二温度传感器(图中未示出)； [0069] 当第二温度传感器检测到的温度低于预设温度时，利用储汽罐中的过热蒸汽来加热高压热水蓄能器321中的高压热水。 [0070] 在本实施例中，通过在蒸汽旁路设置有储汽罐，可以根据高压热水蓄能器321内的实时水温进行随用随取，以避免造成从过热器12取出的部分过热蒸汽的热量浪费；而多余的储汽罐中的过热蒸汽可以在燃煤机组升负荷时，优先输出到汽轮机组21中(即储汽罐还可以与汽轮机组21通过管路连接)。 [0071] 在本发明一个实施例中，储能部分3还包括冷却器35和旁路水泵36，汽包131、冷却器35、旁路水泵36和高压热水蓄能器321依次连接(如图2所示)，或下降管132、冷却器35、旁路水泵36和高压热水蓄能器321依次连接(如图1所示)，高压热水蓄能器321中的热水压力大于汽包131或下降管132中的热水压力。 [0072] 在本实施例中，通过设置冷却器35，可以避免饱和水蒸发变成蒸汽，以防止旁路水泵36发生气蚀；通过设置旁路水泵36，一方面可以对来自汽包131的高压热水进行加压防止气化变成蒸汽，另一方面可以起到提供动力的作用，即将汽包131中的高压热水送至高压热水蓄能器321中储存起来。 [0073] 需要指出的是，正是由于设置旁路水泵36，可以将高压热水蓄能器321中的热水压力提升(即大于汽包131或下降管132中的热水压力)，这样可以耦合减压阀322(即增大了前后压差)，从而可以更快地将高压热水闪蒸为蒸汽。 [0074] 在本发明一个实施例中，冷却器35采用对流换热的形式，冷却器35是利用外部的冷却水对来自汽包131或下降管132的热水进行冷却的。如此设置，可以保证对来自汽包131或下降管132的热水更有效地降温冷却。 [0075] 在本发明一个实施例中，分离水路设置有单向节流阀30和分离水泵34，高压热水蓄能器321的入口端和出口端均设置有单向节流阀30，加热器323和汽水分离器33的入口端之间设置有单向节流阀30。 [0076] 在本实施例中，通过在各个水路或气路设置单向节流阀30，可以防止流体(即包括高压热水或蒸汽)回流以及对流体的流量进行调节。 [0077] 考虑到闪蒸产生的蒸汽的参数(包括温度和压力)与汽轮机组21所需要的流体参数匹配，因此可以在减压阀322之后设置加热器323，以提高后续进入汽轮机组21的蒸汽温度。例如，进入高压缸的蒸汽温度需要高一些，则可以利用加热器323对闪蒸产生的蒸汽进行加热，而进入中压缸和低压缸的蒸汽温度可能不需要太高，则可以适时地开启加热器323，在此不进行赘述。 [0078] 为了实现对闪蒸产生的蒸汽进行加热，在本发明一个实施例中，每组高压热水蓄能子单元均还包括加热器323，加热器323连接于减压阀322和汽水分离器33之间，加热器323用于对减压阀322排出的蒸汽进行加热； [0079] 储能部分3还包括第一温度传感器(图中未示出)和控制器(图中未示出)，第一温度传感器设置于分离气路，控制器与第一温度传感器电连接，控制器用于根据第一温度传感器检测到的温度控制加热器323的加热量。 [0080] 在本发明一个实施例中，储能部分3还包括电储能器31，加热器323采用电加热的形式，电储能器31的输入端与发电机22电连接，输出端与加热器323电连接，加热器323的加热量是通过对电储能器31向加热器323输出的电能进行控制得到的。 [0081] 当然，加热器323还可以采用过热蒸汽换热的加热方式，即可以从过热器12中抽取部分过热蒸汽通入加热器323中，对加热器323中的中间介质(例如水)进行换热，再由该中间介质对减压阀322排出的蒸汽进行加热。 [0082] 请继续参阅图1，在本发明一个实施例中，汽轮机组21包括依次连接的高压缸211、中压缸212和低压缸213，高压缸211与过热器12连接，低压缸213与发电机22连接； [0083] 储能部分3还包括压力传感器391和三通阀392，压力传感器391和三通阀392依次设置于分离气路，三通阀392的两个出口端分别与中压缸212和低压缸213连接，控制器分别与压力传感器391和三通阀392电连接，控制器用于根据压力传感器391检测到的分离气路的压力来控制三通阀392的两个出口端的通断。 [0084] 在本实施例中，通过在储能部分3中设置压力传感器391和三通阀392，这样可以利用控制器根据压力传感器391检测到的分离气路的压力来控制三通阀392的两个出口端的通断，从而将汽水分离器33的分离气路排出的高温蒸汽送入压力匹配的中压缸212和低压缸213，从而完成燃煤机组升负荷。 [0085] 请继续参阅图2，在本发明一个实施例中，汽轮机组21包括依次连接的高压缸211、中压缸212和低压缸213，高压缸211与过热器12连接，低压缸213与发电机22连接； [0086] 储能部分3还包括压缩机38，压缩机38分别与加热器323和汽水分离器33连接，压缩机38用于对加热器323出口的高温蒸汽进行加压，分离气路与高压缸211连接。 [0087] 在本实施例中，通过在储能部分3中设置压缩机38，这样可以利用压缩机38对加热器323出口的高温蒸汽进行加压，最终得到的高压高温蒸汽经汽水分离器33的分离气路排出后送入高压缸211做功，从而完成燃煤机组升负荷。 [0088] 需要说明的是，通过设置汽水分离器33，不仅可以将分离出的蒸汽送至汽轮机组21做功，也可以起到防止汽轮机组21发生水蚀，以保证汽轮机组21的安全稳定运行，还可以将分离出的蒸汽通过分离水路经分离水泵34后循环回流至高压热水蓄能器321或下联箱 133中，从而节省用水量。 [0089] 综上所述，储热技术是储能技术中的重要发展方向之一，大容量储热参与电力系统调峰，可以提高能源系统跨时空优化配置能力，作为一种灵活可控负荷，能够改善电力系统的调节能力。通过供汽侧改变蒸汽量调节负荷时，对于蒸汽量的改变可以采用储热的形式，当降负荷时将炉膛中的高压热水或是过热器出口过热蒸汽储存起来，从而达到减少总的蒸汽量调节负荷的目的；当升负荷时，将已经储存的高压热水或是过热蒸汽送回蒸汽回路中，补充总的蒸汽量；同时通过采用储热形式能够使得变负荷过程中总能量达到较小耗散。 [0090] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。 [0091] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。