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首页 / 专利分类库 / 蒸汽的发生 / 绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统、供热发电方法

绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统、供热发电方法

申请号 CN202311458183.7 申请日 2023-11-02 公开(公告)号 CN117722671A 公开(公告)日 2024-03-19
申请人 中石化宁波工程有限公司; 中石化宁波技术研究院有限公司; 中石化炼化工程(集团)股份有限公司; 发明人 施俊林; 亢万忠; 庞睿; 汤广伟; 杨银仁; 韩磊;
摘要 本 发明 涉及一种绿电加热产 过热 蒸汽 耦合 锅炉 产汽的系统、供热发电方法,系统包括绿电电加热蒸汽转换子系统及锅炉蒸汽子系统,锅炉蒸汽子系统用于产生 过热蒸汽 ,绿电加热蒸汽转换子系统用于接入绿电,并将绿电的 电能 转为过热蒸汽的蒸汽 热能 ,绿电加热蒸汽转换子系统的过热蒸汽的流出通道汇入锅炉蒸汽子系统的过热蒸汽的流出通道中。如此,通过将冗余的绿电电 力 通过电加热蒸汽转换子系统转换为过热蒸汽,用于部分替换锅炉蒸汽子系统产生的过热蒸汽,能够提高冗余的绿电电力的利用,减少绿电资源的浪费,另外一方面,还能够基于现有的常规化石 能源 热电联产 机组采用的“以热定电”的电热耦模式,提高绿电组入 电网 的电力调峰作用。
权利要求

1.一种绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统,其特征在于,包括绿电电加热蒸汽转换子系统及锅炉蒸汽子系统,所述锅炉蒸汽子系统用于产生过热蒸汽,所述绿电加热蒸汽转换子系统用于接入绿电,并将绿电的电能转为过热蒸汽的蒸汽热能,所述绿电加热蒸汽转换子系统的过热蒸汽的流出通道汇入所述锅炉蒸汽子系统的过热蒸汽的流出通道中。
2.根据权利要求1所述的绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统,其特征在于,所述过热蒸汽的压为4.0MPa~13.5Mpa,温度为300℃~560℃。
3.根据权利要求1所述的绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统,其特征在于,所述绿电加热蒸汽转换子系统包括顺序连通的第一电加热器、汽液分离器及第二电加热器,所述第一电加热器用于连通进管,所述第一电加热器的气相通道连通所述汽液分离器,所述汽液分离器的气相通道连通所述第二电加热器,所述第二电加热器连通所述锅炉蒸汽子系统的过热蒸汽的流出通道。
4.根据权利要求3所述的绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统,其特征在于,所述第一电加热器和/或所述第二电加热器的加热器类型为电阻式、电磁式或者电极式。
5.根据权利要求3所述的绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统,其特征在于,所述第一电加热器和/或所述第二电加热器的工作电压等级包含36V~10kV中的多个电压等级。
6.根据权利要求5所述的绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统,其特征在于,所述第一电加热器的数量为多个,多个所述第一电加热器采用多组分级串联
和/或,所述第二电加热器的数量为多个,多个所述第二电加热器采用多组分级串联。
7.根据权利要求3所述的绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统,其特征在于,所述绿电加热蒸汽转换子系统共用所述锅炉蒸汽子系统的进水管;
和/或,所述锅炉蒸汽子系统包括依次顺序连通的进水管、第一控制单元、锅筒及蒸汽过热处理单元,其中,所述锅筒的气相通道连通所述蒸汽过热处理单元;所述蒸汽过热处理单元包括顺序连通的顶棚及包墙、低温过热器、大屏过热器、高温过热器及集汽集箱,其中,所述锅筒的汽相通道连通顶棚及包墙,;所述第一控制阀单元包括第一粗调阀子单元、第一细调阀子单元、第一升降止回阀、第一进水电动闸阀,所述进水管、所述第一粗调阀子单元、所述第一升降止回阀、第一进水电动闸阀及所述锅筒顺序连通,所述第一细调阀子单元与所述第一粗调阀子单元并连在所述进水管与所述第一升降止回阀之间;所述第一粗调阀子单元包括顺序连通的第一粗调前电动闸阀、第一粗调气动调节阀、第二粗调后电动闸阀,所述第一细调阀子单元包括顺序连通的第一细调前电动闸阀、第一细调气动调节阀、第二细调后电动闸阀;优选的,所述锅筒与所述第一进水电动闸阀之间还设置有省器;所述进水管与所述第一控制阀单元之间还连通有第一流量计;
和/或,所述绿电加热蒸汽转换子系统的第一电加热器和进水管之间还连通有第二控制阀单元;所述第二控制阀单元包括第二粗调阀子单元、第二细调阀子单元、第二升降止回阀、第二进水电动闸阀,所述进水管、所述第二粗调阀子单元、所述第二升降止回阀、第二进水电动闸阀及所述第一电加热器顺序连通,所述第二细调阀子单元与所述第二粗调阀子单元并连在所述进水管与所述第二升降止回阀之间;所述第二粗调阀子单元包括顺序连通的第二粗调前电动闸阀、第二粗调气动调节阀、第二粗调后电动闸阀,所述第二细调阀子单元包括顺序连通的第二细调前电动闸阀、第二细调气动调节阀、第二细调后电动闸阀;优选的,所述进水管与所述第二控制阀单元之间还连通有第二流量计。
8.基于如权利要求1至7任一项中所述的绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统产生过热蒸汽用于供热和/或发电的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
利用绿电接入绿电电加热蒸汽转换子系统并产生第一过热蒸汽;
根据所述第一过热蒸汽的流量,控制所述锅炉蒸汽子系统产生第二过热蒸汽;
将所述第一过热蒸气和所述第二过热蒸汽汇合并共同用于供热和/或发电。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述利用绿电接入绿电电加热蒸汽转换子系统并产生第一过热蒸汽的步骤中,依次包括第一电加热步骤、汽液分离步骤及第二电加热步骤。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述绿电电加热蒸汽转换子系统接入的进水管和所述锅炉蒸汽子系统的进水管共用。

说明书全文

绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统、供热发电方法

技术领域

[0001] 本申请涉及新能源及发电技术领域,特别是涉及一种绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统、供热发电方法。

背景技术

[0002] 近年我国大发展、光等新能源,短时间内将风、光新能源装机容量以及发电量提升至我国领先地位,但以新能源为主题的发电系统存在不稳定性,缺乏能够快速调峰的灵活调节措施,影响区域能源系统的安全稳定性。电网调峰能力和调峰需求间的不匹配问题愈发严重,对热电机组进行灵活性改造,以提升调峰能力是今后发展的必由之路,而我国大量的热电联产机组为“以热定电”方式运行,这种热电耦合的运行模式使得机组调节能力大大下降,不利于新能源电力的消纳。根据国家政策要求光伏和风电等绿电建设阶段配套一定比例的电化学储能,但普遍规模比例不高,储能时长较短(在2~4h),成本普遍偏高,不能满足高峰阶段绿电消纳要求。而用户用电呈现峰谷现象,可能存在绿电弃用问题,进而容易出现弃光弃风问题。
[0003] 常规化石能源热电联产机组采用“以热定电”的电热耦合模式下运行,目前电网峰谷调节主要措施是火电调峰达到电网供需平衡,随着新能源装机比例的不断提升,火电机组的产电量也会呈现锐减趋势,火电机组的调峰削谷的能力会逐渐降低,热电联产机组担负着工业和民用供热的需求,需要在能源调节中发挥重要作用。发明内容
[0004] 基于此,有必要针对提供一种能够提高绿电消纳能力、利用绿电产生过热蒸汽部分替代锅炉过热蒸汽、减少绿电弃用、能够利用现有的火电机组进行调峰削谷作用的绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统、供热发电方法。
[0005] 第一方面,本申请提供一种绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统,包括绿电电加热蒸汽转换子系统及锅炉蒸汽子系统,所述锅炉蒸汽子系统用于产生过热蒸汽,所述绿电加热蒸汽转换子系统用于接入绿电,并将绿电的电能转为过热蒸汽的蒸汽热能,所述绿电加热蒸汽转换子系统的过热蒸汽的流出通道汇入所述锅炉蒸汽子系统的过热蒸汽的流出通道中。
[0006] 在其中一个实施例中,所述过热蒸汽的压力为4.0MPa~13.5Mpa,温度为300℃~560℃。
[0007] 在其中一个实施例中,所述绿电加热蒸汽转换子系统包括顺序连通的第一电加热器、汽液分离器及第二电加热器,所述第一电加热器用于连通进管,所述第一电加热器的气相通道连通所述汽液分离器,所述汽液分离器的气相通道连通所述第二电加热器,所述第二电加热器连通所述锅炉蒸汽子系统的过热蒸汽的流出通道。
[0008] 在其中一个实施例中,所述锅炉子系统包括CFB锅炉、粉锅炉或燃油、燃气锅炉等。
[0009] 在其中一个实施例中,所述第一电加热器和/或所述第二电加热器的加热器类型为电阻式、电磁式或者电极式。
[0010] 在其中一个实施例中,所述第一电加热器和/或所述第二电加热器的工作电压等级包含36V~10kV中的多个电压等级。
[0011] 在其中一个实施例中,所述第一电加热器的数量为多个,多个所述第一电加热器采用多组分级串联
[0012] 在其中一个实施例中,所述第二电加热器的数量为多个,多个所述第二电加热器采用多组分级串联。
[0013] 在其中一个实施例中,所述绿电加热蒸汽转换子系统共用所述锅炉蒸汽子系统的进水管;
[0014] 和/或,所述锅炉蒸汽子系统包括依次顺序连通的进水管、第一控制单元、锅筒及蒸汽过热处理单元,其中,所述锅筒的气相通道连通所述蒸汽过热处理单元;所述蒸汽过热处理单元包括(不限于)顺序连通的顶棚及包墙、低温过热器、大屏过热器、高温过热器及集汽集箱,其中,所述锅筒的气相通道连通顶棚及包墙;所述第一控制阀单元包括第一粗调阀子单元、第一细调阀子单元、第一升降止回阀、第一进水电动闸阀,所述进水管、所述第一粗调阀子单元、所述第一升降止回阀、第一进水电动闸阀及所述锅筒顺序连通,所述第一细调阀子单元与所述第一粗调阀子单元并连在所述进水管与所述第一升降止回阀之间;所述第一粗调阀子单元包括顺序连通的第一粗调前电动闸阀、第一粗调气动调节阀、第二粗调后电动闸阀,所述第一细调阀子单元包括顺序连通的第一细调前电动闸阀、第一细调气动调节阀、第二细调后电动闸阀(建议简化描述,或直接写有这个单元就可以,不限制具体配置);优选的,所述锅筒与所述第一进水电动闸阀之间还设置有省煤器;所述进水管与所述第一控制阀单元之间还连通有第一流量计;
[0015] 和/或,所述绿电加热蒸汽转换子系统的第一电加热器和进水管之间还连通有第二控制阀单元;所述第二控制阀单元包括第二粗调阀子单元、第二细调阀子单元、第二升降止回阀、第二进水电动闸阀,所述进水管、所述第二粗调阀子单元、所述第二升降止回阀、第二进水电动闸阀及所述第一电加热器顺序连通,所述第二细调阀子单元与所述第二粗调阀子单元并连在所述进水管与所述第二升降止回阀之间;所述第二粗调阀子单元包括顺序连通的第二粗调前电动闸阀、第二粗调气动调节阀、第二粗调后电动闸阀,所述第二细调阀子单元包括顺序连通的第二细调前电动闸阀、第二细调气动调节阀、第二细调后电动闸阀;优选的,所述进水管与所述第二控制阀单元之间还连通有第二流量计。
[0016] 当然需要说明的是,第一控制阀单元及第二控制阀单元的具体结构设置不限于此,也可以采用其它实现类似功能的相关结构。
[0017] 第二方面,本申请提供一种基于如上任一实施例中所述的绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统产生过热蒸汽用于供热和/或发电的方法,所述方法包括如下步骤:
[0018] 利用绿电接入绿电电加热蒸汽转换子系统并产生第一过热蒸汽;
[0019] 根据所述第一过热蒸汽的流量,控制所述锅炉蒸汽子系统产生第二过热蒸汽;
[0020] 将所述第一过热蒸气和所述第二过热蒸汽汇合并共同用于供热和/或发电。
[0021] 在其中一个实施例中,所述利用绿电接入绿电电加热蒸汽转换子系统并产生第一过热蒸汽的步骤中,依次包括第一电加热步骤、汽液分离步骤及第二电加热步骤。
[0022] 在其中一个实施例中,所述绿电电加热蒸汽转换子系统接入的进水管和所述锅炉蒸汽子系统的进水管共用。
[0023] 上述绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统,通过将冗余的绿电电力通过电加热蒸汽转换子系统转换为过热蒸汽,用于部分替换锅炉蒸汽子系统产生的过热蒸汽,能够提高冗余的绿电电力的利用,减少绿电资源的浪费,另外一方面,还能够基于现有的常规化石能源热电联产机组采用的“以热定电”的电热耦模式,提高绿电组入电网的电力调峰削谷作用。附图说明
[0024] 图1为一实施例的绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统的结构连接示意图;
[0025] 图2为一实施例的绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统的结构连接示意图。

具体实施方式

[0026] 为了便于理解本申请,为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请,附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是,本申请可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进,因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。在本申请的描述中,“若干”的含义是至少一个,例如一个,两个等,除非另有明确具体的限定。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0027] 第一方面,本申请提供一种绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统,请参阅图1,绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统包括绿电电加热蒸汽转换子系统及锅炉蒸汽子系统,所述锅炉蒸汽子系统用于产生过热蒸汽,所述绿电加热蒸汽转换子系统用于接入绿电,并将绿电的电能转为过热蒸汽的蒸汽热能,所述绿电加热蒸汽转换子系统的过热蒸汽的流出通道汇入所述锅炉蒸汽子系统的过热蒸汽的流出通道中。本实施例中,锅炉蒸汽子系统可以基于现有的锅炉系统,或者说基于现有以热定电中的锅炉系统,锅炉蒸汽子系统用于在燃料作用下加热水产生饱和蒸汽,然后饱和蒸汽经过过热处理后产生符合锅炉产汽参数要求的过热蒸汽,过热蒸汽用于供热或者发电。本申请中,通过设置可以用于直接产生过热蒸汽的绿电电加热蒸汽转换子系统,基于冗余绿电提供的电力,并将绿电的电能转换为过热蒸汽的蒸汽热能,且所述绿电加热蒸汽转换子系统的过热蒸汽的流出通道汇入所述锅炉蒸汽子系统的过热蒸汽的流出通道中,如此,上述绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统,通过将冗余的绿电电力通过电加热蒸汽转换子系统转换为过热蒸汽,用于部分替换锅炉蒸汽子系统产生的过热蒸汽,能够提高冗余的绿电电力的利用,减少绿电资源的浪费,另外一方面,还能够基于现有的常规化石能源热电联产机组采用的“以热定电”的电热耦模式,提高绿电组入电网的电力调峰作用。
[0028] 具体实施例中,所述过热蒸汽的压力为4.0MPa~13.5Mpa,温度为300℃~560℃。也可以理解为,过热蒸汽为传统锅炉最终输出的蒸汽,用于供热或者发电。
[0029] 本申请中,绿电为在生产电力的过程中,二排放量为零或趋近于零,因相较于其他方式(如火力发电)所生产之电力,对于环境冲击影响较低。绿电的主要来源为太阳能风力、生质能、地热等。当然绿电不局限于此。具体的,绿电的电能来源包括风力发电、光伏发电、水力发电、生物能发电、地热能发电、潮汐发电等。优选的,所述绿电的电能出自风力发电或光伏发电。当然绿电不局限于此。具体实施例中,上述绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统,可以基于现有的锅炉系统进行改造,在常规化石能源热电联产机组采用的“以热定电”的电热耦模式上,接入绿电电加热蒸汽转换子系统即可以提高对现有的“以热定电”的调峰的利用,并提高绿电的电网消纳能力和调峰能力。具体实施例中,所述锅炉蒸汽子系统基于CFB锅炉、煤粉锅炉或燃气锅炉进行受热。需要说明的是,锅炉蒸汽子系统可以利用现有发电侧或者供热测的锅炉或者“以热定电”模式中的锅炉。或者说,锅炉子系统基于CFB锅炉、煤粉锅炉或燃气锅炉进行加热。CFB锅炉、煤粉锅炉或燃气锅炉具有相应的筒锅。
[0030] 在其中一个实施例中,请结合图2,所述绿电加热蒸汽转换子系统包括顺序连通的第一电加热器220、汽液分离器230及第二电加热器240,所述第一电加热器220用于连通进水管,所述第一电加热器220的气相通道连通所述汽液分离器230,所述汽液分离器230的气相通道连通所述第二电加热器240,所述第二电加热器240连通所述锅炉蒸汽子系统的过热蒸汽的流出通道。具体应用中,所述第一电加热器220用于连通进水管用于连通锅炉蒸汽子系统的进水管,或者说相应锅炉的进水管。接入方式包括但不限于三通电磁阀、启动调节阀、电磁闸阀或者手动阀等。例如,所述绿电加热蒸汽转换子系统共用所述锅炉蒸汽子系统的进水管。所述第一电加热器220用于将进水管110进入其中的水加热产生饱和蒸汽,以将绿电的电能通过对水电加热的方式转换为蒸汽能,且通过蒸汽的方式加以利用。本实施例中,通过设置汽液分离器230,其可以将第一电加热器220产生的饱和蒸汽中的杂质液相去除,进而得到纯度较高的饱和蒸汽,在通过第二加热器240对汽液分离器230分离的气相进行加热,进而产生过热蒸汽,温度为300℃~560℃。本实施例中,第二电加热器240也接入绿电,通过绿电提供电力。
[0031] 本实施例中,所述第一电加热器220和/或所述第二电加热器240的加热器类型为电阻式、电磁式或者电极式。且不限定于此。在其中一个实施例中,所述第一电加热器和/或所述第二电加热器的工作电压等级包含36V~10kV中的多个电压等级。如此,可以根据需要调整相应第一电加热器及第二电加热器的加热功率,进而确保最终输出的过热蒸汽的温度和产量。具体实施例中,所述第一电加热器220的数量为多个,多个所述第一电加热器220采用多组分级串联;例如,所述第二电加热器230的数量为多个,多个所述第二电加热器230采用多组分级串联。换句话说,可以根据最终所需要的过热蒸汽的产汽要求,设置多个第一电加热器或者第二电加热器,进而确保过热蒸汽的产出。
[0032] 一实施例中,请继续参阅图2,所述锅炉蒸汽子系统包括依次顺序连通的进水管110、第一控制阀单元120、锅筒130及蒸汽过热处理单元140,其中,所述锅筒130的气相通道连通所述蒸汽过热处理单元140;所述锅筒130用于通过第一控制阀单元120连通进水管
110,所述锅炉130用于受热产生饱和蒸汽,饱和蒸汽进入饱和蒸汽管道的压力为4.0MPa~
15Mpa。本实施例中,第一控制阀单元120用于控制进水管的水进入锅筒130。蒸汽过热处理单元140用于对饱和蒸汽进行进一步加热,进一步提高蒸汽的温度。需要说明的是,现有的锅炉中,如何基于锅炉的锅筒130加热饱和蒸汽以及如何通过蒸汽过热处理单元进行过热加热,可以参照现有技术。本申请的第一控制阀单元120可以采用现有锅炉中的控制阀单元,具体可以采用现有锅炉中的调节阀组。炉中的流量的压力控制,需要说明的是,如何基于压力及流量控制锅炉进水,请参照现有技术,本申请在此不再赘述。本实施例中,进水管的水可以是经过预热后的水,如此可以进一步提高锅的效率。进一步的,进水管的水的压力为5.0MPa~18.5MPa、温度为130℃~260℃,如此,能够进一步提高锅炉的蒸汽产生效率。
例如,饱和蒸汽的压力为4.0MPa~15MPa,如此,能够提高后续蒸汽过热处理单元对饱和蒸汽的过热加热能力,确保过热加热后得到满足锅炉产汽参数要求的过热蒸汽。
[0033] 请参阅图2,蒸汽过热处理单元140包括顺序连通的顶棚及包墙、低温过热器、大屏过热器、高温过热器及集汽集箱,其中,所述锅筒130的气相通道连通顶棚及包墙,所述锅筒130产生的饱和蒸汽以及所述第一电加热器220产生的饱和蒸汽汇合均连通所述顶棚及包墙,然后经过过热加热处理,以进一步提高蒸汽的温度。最终依次经过顶棚及包墙、低温过热器、大屏过热器、高温过热器及集汽集箱过热处理,最终产生过热蒸汽。具体的,顶棚及包墙为顶棚过热器和包墙过热器,或者说是顶棚和包墙过热器。需要说明的是,顶棚及包墙、低温过热器、大屏过热器、高温过热器及集汽集箱其具体请参考现有技术,本申请在此不再赘述。具体的,本申请中,经过蒸汽过热处理单元对饱和蒸汽处理后得到的过热蒸汽的压力
3.0MPa~13.5Mpa,温度为320℃~550℃。需要进一步的是,现有的锅炉中,蒸汽过热处理单元如何利用锅炉的烟气和烟温,请参考现有技术,本申请在此不再赘述。
[0034] 一具体实施例中,所述第一控制阀单元120包括第一粗调阀子单元、第一细调阀子单元、第一升降止回阀123、第一进水电动闸阀124,所述进水管110、所述第一粗调阀子单元、所述第一升降止回阀123、第一进水电动闸阀124及所述锅筒130顺序连通,所述第一细调阀子单元与所述第一粗调阀子单元并连在所述进水管110与所述第一升降止回阀123之间;所述第一粗调阀子单元包括顺序连通的第一粗调前电动闸阀1221、第一粗调气动调节阀1222、第二粗调后电动闸阀1223,所述第一细调阀子单元包括顺序连通的第一细调前电动闸阀1211、第一细调气动调节阀1212、第一细调后电动闸阀1213;本实施例中,第一粗调阀子单元用于进行粗调,所述第一细调阀子单元用于进行细调或者微调。本实施例中,第一粗调阀子单元及第一细调阀子单元均采用气动调节阀和电动闸阀联用的方式确保调节较为准确。而且锅炉的流量及压力控制可以沿用现有锅炉中的流量的压力控制,需要说明的是,如何基于压力及流量控制锅炉进水,请参照现有技术,本申请在此不再赘述。本实施例中,进水管的水可以是经过预热后的水,如此可以进一步提高铜锅产生饱和蒸汽的效率。进一步的,进水管的水的压力为5.0MPa~18.5MPa、温度为130℃~260℃,如此,能够进一步提高锅炉的蒸汽产生效率。例如,饱和蒸汽的压力为4.0MPa~15MPa,如此,能够提高后续蒸汽过热处理单元对饱和蒸汽的过热加热能力,确保过热加热后得到满足锅炉产汽参数要求的过热蒸汽。例如,所述进水管110与所述第一控制阀单元之间还连通有第一流量计125;如此,通过设置第一流量计125,便于较好地控制进水管进入水量。优选的,所述锅筒130与所述第一进水电动闸阀之间还设置有省煤器132;如此,通过设置省煤器132,可以进一步提高对锅炉燃烧热能的利用,更为环保。本申请中,经过省煤器加热后的水流经锅炉炉膛水冷壁133中,然后在锅筒中受热产生饱和蒸汽。
[0035] 一实施例中,请参阅图2,所述绿电加热蒸汽转换子系统的第一电加热器220和进水管110之间还连通有第二控制阀单元210;所述第二控制阀单元210用于控制进水管进入第一电加热器中的水。具体应用中,第二控制阀单元210基于现有的通过压力及流量控制锅炉进水,采用类似的控制方式,通过控制第二控制阀单元210,确保绿电加热蒸汽转换子系统产出的过热蒸汽满足要求。请参阅图2,所述第二控制阀单元包括第二粗调阀子单元、第二细调阀子单元、第二升降止回阀213、第二进水电动闸阀214,所述进水管110、所述第二粗调阀子单元、所述第二升降止回阀213、第二进水电动闸阀214及所述第一电加热器220顺序连通,所述第二细调阀子单元与所述第二粗调阀子单元并连在所述进水管110与所述第二升降止回阀213之间;所述第二粗调阀子单元包括顺序连通的第二粗调前电动闸阀2121、第二粗调气动调节阀2122、第二粗调后电动闸阀2123,所述第二细调阀子单元包括顺序连通的第二细调前电动闸阀2111、第二细调气动调节阀2112、第二细调后电动闸阀2113;本实施例中,所述第二控制阀单元与第一控制阀单元类似,也可以借鉴或者采用类似现有的锅炉的调节阀组,通过采用粗调和细调(微调)的方式,并同时结合气动调节阀和电动闸阀的调节方式,便于结合电加热器内部情况以及过热蒸汽的产出情况进行进水流量和压力的控制。例如,所述进水管110与所述第二控制阀单元之间还连通有第二流量计215,如此便于较好地控制进水管进入水量。当然需要说明的是,第一控制阀单元及第二控制阀单元的具体结构设置不限于此,也可以采用其它实现类似功能的相关结构。
[0036] 上述绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统,通过将冗余的绿电电力通过电加热蒸汽转换子系统转换为过热蒸汽,用于部分替换锅炉蒸汽子系统产生的过热蒸汽,能够提高冗余的绿电电力的利用,减少绿电资源的浪费,另外一方面,还能够基于现有的常规化石能源热电联产机组采用的“以热定电”的电热耦模式,提高绿电组入电网的电力调峰作用。
[0037] 第二方面,本申请提供一种基于如上任一实施例中所述的绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统产生过热蒸汽用于供热和/或发电的方法,所述方法包括如下S110至S130步骤:
[0038] S110:利用绿电接入绿电电加热蒸汽转换子系统并产生第一过热蒸汽;
[0039] 本申请中,通过利用冗余绿电,并将绿电接入本申请的绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽直接用于产生过热蒸汽,可以直接基于产出的过热蒸汽替代现有的锅炉产出的过热蒸汽,并入现有的以热定电模式的联产机组中,进而提高现有电网的冗余绿电的消纳能力和提高绿电电力在现有的电力系统中的调峰能力。具体的,在其中一个实施例中,所述绿电电加热蒸汽转换子系统接入的进水管和所述锅炉蒸汽子系统的进水管共用。优选的,进水管的水经过预热处理,预热后的进水管的压力为5.0MPa~18.5MPa,温度为130℃~260℃,如此,可以直接利用现有的进水管的水温,而且可以提高过热蒸汽的产出效率。例如,所述过热蒸汽的压力为4.0MPa~13.5Mpa,温度为300℃~560℃。
[0040] 在其中一个实施例中,所述利用绿电接入绿电电加热蒸汽转换子系统并产生第一过热蒸汽的步骤中,依次包括第一电加热步骤、汽液分离步骤及第二电加热步骤。其中第一电加热步骤基于绿电控制第一电加热器进行加热,汽液分离步骤基于汽液分离器进行汽液分离,第二电加热步骤基于绿电控制第二电加热器进行加热。
[0041] S120:根据所述第一过热蒸汽的流量,控制所述锅炉蒸汽子系统产生第二过热蒸汽;
[0042] 本实施例中,可以基于第一过热蒸汽的流量,控制所述锅炉蒸汽子系统产生第二过热蒸汽,进而适当减少锅炉蒸汽子系统产出的第二过热蒸汽,进而减少对现有的燃料的使用,提高环保性。本实施例中,锅炉蒸汽子系统的进水管的水经过预热处理,预热后的进水管的压力为5.0MPa~18.5MPa,温度为130℃~260℃,如此,可以直接利用现有的进水管的水温,而且可以提高过热蒸汽的产出效率。例如,所述过热蒸汽的压力为4.0MPa~13.5Mpa,温度为300℃~560℃。
[0043] S130:将所述第一过热蒸气和所述第二过热蒸汽汇合并共同用于供热和/或发电。
[0044] 本实施例中,将所述第一过热蒸气和所述第二过热蒸汽汇合并共同用于供热和/或发电。也可以理解为,将第一过热蒸气汇入锅炉蒸汽子系统的过热蒸汽的产出管道中。
[0045] 上述绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统产生过热蒸汽用于供热和/或发电的方法,通过将冗余的绿电电力通过电加热蒸汽转换子系统转换为过热蒸汽,用于部分替换锅炉蒸汽子系统产生的过热蒸汽,能够提高冗余的绿电电力的利用,减少绿电资源的浪费,另外一方面,还能够基于现有的常规化石能源热电联产机组采用的“以热定电”的电热耦模式,提高绿电组入电网的电力调峰作用。
[0046] 需要说明的是,近年我国大力发展风、光等新能源,短时间内将风、光新能源装机容量以及发电量提升至我国领先地位,但以新能源为主题的发电系统存在不稳定性,缺乏能够快速调峰的灵活调节措施,影响区域能源系统的安全稳定性。电网调峰能力和调峰需求间的不匹配问题愈发严重,对热电机组进行灵活性改造,以提升调峰能力是今后发展的必由之路,而我国大量的热电联产机组为“以热定电”方式运行,这种热电耦合的运行模式使得机组调节能力大大下降,不利于新能源电力的消纳。为了保证新能源的安全、高效入网,减少弃风、弃光,需要开发绿电与热电锅炉强耦合的应用系统,推进能源系统的绿色低碳发展。近年来风能、太阳能由于其清洁低碳、无污染,资源丰富等特性在各国大力发展,目前已成为最具发展潜力的清洁能源。我国随着经济的持续快速发展,为响应可持续发展和保护环境的需求,国内用电方式和能源结构都发生了显著的变化,根据我国能源发展2035、2050“两阶段”展望,在2035年,我国新能源装机容量占比将达到61%,在2050年,该比例将上升至79%。风、光等新能源的快速发展会使得高比例新能源并网对电力系统的冲击和要求逐渐增大,新能源的占比快速提升,绿电发电装机比例过高,存在能源结构不匹配和稳定性问题,容易造成弃风、弃光现象。常规化石能源热电联产机组采用“以热定电”的电热耦合模式下运行,降低了热电联产机组调峰能力,也压缩了新能源上网空间,需要研究绿电耦合化石能源热电联产机组系统,以增加新能源的消纳和能源系统的整体安全稳定,实现清洁、低碳、环保发展具有十分重要的理论与实际意义。而且,根据国家政策要求光伏和风电等绿电建设阶段配套一定比例的电化学储能,但普遍规模比例不高,储能时长较短(在2~4h),不能满足高峰阶段绿电消纳要求;目前电网峰谷调节主要措施是火电调峰达到电网供需平衡,但火电机组面临深度调峰困难和低效问题,且随着新能源装机比例的不断提升,火电机组调峰削谷的能力会逐渐降低,热电联产机组担负着工业和民用供热的需求,需要在能源调节中发挥重要作用。但热电联产机组基本采用以热定电的运行模式,电力调节受供热负荷的影响,需要将大规模绿电与供热系统深度耦合,起到绿电大比例消纳作用,在调节能源稳定性同时,促进能源系统绿色低碳发展。
[0047] 本申请公开了一种锅炉耦合绿电的产汽应用系统,光伏或风力发出绿电存在不稳定性,需要开发大功率电力的消纳方式。将锅炉给水分为两部分,一部分通过原锅炉的燃烧系统在水冷壁、锅筒、过热系统产出过热蒸汽,一部分以绿电做为加热热源通过电加热系统(一级或多级电加热器),将锅炉给水加热,经过锅筒产出饱和蒸汽后,进入蒸汽电加热器过热后产出满足系统要求的过热蒸汽,本发明提供的绿电耦合锅炉的应用系统,有效的开发了绿电在锅炉热电系统耦合消纳的方式,降低锅炉化石燃料用量,降低碳排放。
[0048] 本申请中,将锅炉(CFB锅炉、煤粉锅炉、燃油、燃气锅炉)给水(除氧预热后)在给水操作台前分为两部分,一部分锅炉给水由原给水管路经给水操作台进入省煤器、水冷壁及锅筒、过热蒸汽处理单元的过热器,在锅炉燃烧系统取热产出过热蒸汽;一部分锅炉给水(压力由5.0MPa~18.5MPa,温度由130℃~260℃)经调节阀组(第二控制阀组)进入多组电加热器,调节阀组采用压力和流量进行控制,保持两路汽水系统平衡,电加热器设置一级加热或多级加热,将水加热至饱和态,饱和蒸汽经过汽液分离器去除杂质后,经过第二电加热器(一级或多级加热),产出合格过热蒸汽并入蒸汽管网(压力由4.0MPa~13.5MPa,温度由300℃~560℃)。本申请的电加热器可采用多种电加热方式(电阻式、电磁式、电极式等),电压等级包含36V~10kV不同电压等级,电力来自绿电直供或通过电网送电,电加热器采用多组分级串联组成,每组根据供热负荷设置单台或多台并联,多组电加热器间设置温度控制调节流量达到加热平衡。换句话说,本申请的第一电加热器及第二电加热器均可以通过温度控制调节流量,通过控制器基于第一电加热器及第二电加热器产出的蒸汽及水温,同时来控制第二控制阀组来控制调节进水流量,并通过控制第一电加热器及第二电加热器的加热功率,最终确保过热蒸汽的产出。
[0049] 本申请中,与锅炉燃烧系统并联设置多组给水电加热器和蒸汽电加热器(一级或多级)产汽系统,将锅炉给水(压力由5.0MPa~18.5MPa,温度由130℃~260℃)分为两路分别进入两个系统加热,产出饱和蒸汽(压力由4.0MPa~15MPa);电加热器系统的给水压力和流量通过调节阀组(第二控制阀组)与给水操作台阀组(第一控制阀组)联控制,通过锅炉三冲量调节,原则上稳定电加热器系统的参数,通过给水操作台的流量和压力控制达到系统平衡。多组电加热器采用温度控制流量达到加热平衡。本申请中,加电加热器系统后,稳定电加热产汽负荷,通过锅炉燃烧系统和蒸汽过热系统调整后产出蒸汽参数要求(温度和流量)控制锅炉的供风和燃料量,进而控制锅炉过热蒸汽的产出。
[0050] 本申请中,将绿电与锅炉产汽系统深度耦合,增加绿电的消纳能力。本系统在采用锅炉产汽系统耦合绿电加热产汽,即解决了电加热产汽参数偏低问题,又通过电加热产汽增加了绿电的消纳能力。本申请减少锅炉化石燃料消耗,减低碳排放,通过锅炉耦合绿电电加热产汽,减少锅炉的化石燃料(煤、石油焦天然气等)消耗,降低锅炉燃烧系统的碳排放量,促进热电联产机组的绿色低碳发展。
[0051] 上述绿电加热产过热蒸汽耦合锅炉产汽的系统,通过将冗余的绿电电力通过电加热蒸汽转换子系统转换为过热蒸汽,用于部分替换锅炉蒸汽子系统产生的过热蒸汽,能够提高冗余的绿电电力的利用,减少绿电资源的浪费,另外一方面,还能够基于现有的常规化石能源热电联产机组采用的“以热定电”的电热耦模式,提高绿电组入电网的电力调峰作用。
[0052] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。需要说明的是,本申请的“一实施例中”、“例如”、“又如”等,旨在对本申请进行举例说明,而不是用于限制本申请。以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。