一种锅炉抽汽与储热耦合的调峰系统及方法

技术领域

本发明属于火力发电技术领域，尤其涉及一种锅炉抽汽与储热耦合的调峰系统及方法。

背景技术

新能源的不稳定性给电网安全运行带来巨大挑战，灵活性电源在电力系统中的地位将越来越重要，越来越多的高参数大容量火电机组肩负起电网调峰的责任。一般火电机组中锅炉设计最低负荷为30％BMCR(锅炉最大连续蒸发量)，汽轮机一般最低连续运行负荷为15％-20％TMCR (高中低压缸各输出约1/3)(汽轮机最大连续输出)，机组深度调峰的能力主要受锅炉的限制，所以火电机组参与调峰深度有限。

目前实现火电机组15％-20％深调的方案的方法有两种。其中，一种方法是降低锅炉最低运行负荷，降负荷有望达到20％BMCR，但长期运行的可靠性、安全性仍不清楚，有待验证；另一种方法是在保证锅炉30％最低负荷运行的情况下，将锅炉多余负荷引出消纳。

专利，一种基于锅炉侧储热的火电深度调峰系统及调峰方法，通过抽取锅炉主蒸汽出口和再热蒸汽出口的部分过热蒸汽，并将其热量通过储热系统储存，随后主蒸汽储热系统出口的蒸汽与汽轮机高压缸的排汽混合再次进入锅炉再热蒸汽系统中，再热蒸汽储热系统出口的水则进入给水系统。该专利通过切除高压缸，可实现火电机组最低输出负荷从常规的30％降至10％以下甚至是零输出。

但是，考虑到当前火电机组的普遍深调要求主要在20％左右，在该深调负荷下，综合考虑机组热平衡特性和实现措施的难易程度，需要进一步开发储能能量利用效率更高的深调方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种锅炉抽汽与储热耦合的调峰系统及方法，在保证机组调峰安全的前提下，实现火电机组的最低输出负荷从30％降至15-20％以下的深度调峰。。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种锅炉抽汽与储热耦合的调峰系统，包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、高压蒸汽储热系统和给水系统；

所述锅炉的主蒸汽系统的一出口与所述汽轮机高压缸的进汽口连接，另一出口与所述高压蒸汽储热系统的高温侧接口连接；所述锅炉的再热蒸汽出口与所述汽轮机中压缸的进汽口连接；所述锅炉的再热蒸汽入口与所述汽轮机高压缸的排汽口连接；所述锅炉的进水入口与所述给水系统的出水口连接；所述高压蒸汽储热系统的低温侧接口与所述给水系统连接；所述锅炉与所述高压蒸汽储热系统的高温侧之间设置抽汽阀门。

本发明可以在锅炉的主蒸汽系统的任一位点抽取蒸汽，蒸汽在锅炉的主蒸汽系统中会经过一、二、三级加热器，每个加热器出口的蒸汽的温度都不同，主蒸汽出口的蒸汽是经过一、二、三级加热器加热后的蒸汽，与任一位点抽取的蒸汽的温度不同，本发明通过在主蒸汽系统中另外开设一个出口用来抽取系统中任一位点的蒸汽，任一位点的蒸汽是指主蒸汽系统中任一加热器出口的蒸汽。该设计可以根据用户需求抽取符合要求的蒸汽，避免造成蒸汽品质的浪费。此外，对抽取蒸汽的管道材质的要求也没有那么高，可进一步降低成本。

进一步地，所述锅炉的再热蒸汽入口通过喷水减温装置与所述汽轮机高压缸的排汽口连接。

本发明中由于只有汽轮机出口的蒸汽进入锅炉，在蒸汽吸热量不变的情况下，再热蒸汽会发生超温，产生危险，因此设置喷水减温装置来降低再热蒸汽的入口温度，避免产生超温现象。

进一步地，所述高压蒸汽储热系统中采用熔盐、导热油、固体储热材料或相变储热材料作为热能存储介质。

利用上述的锅炉抽汽与储热耦合的调峰系统进行调峰的方法为，调峰期间，打开并调节所述抽汽阀门进行锅炉抽汽，一部分蒸汽进入所述高压蒸汽储热系统，另一部分蒸汽进入所述汽轮机高压缸，通过减少进入汽轮机的蒸汽量来减少发电量，降低机组输出负荷，实现机组的调峰功能；非调峰期间，关闭所述抽汽阀门，所述锅炉和汽轮机正常工作。

调峰期间，通过增大所述喷水减温装置的喷水量保证锅炉再热蒸汽管道不超温运行。

进一步地，调峰期间，所述高压蒸汽储热系统储存蒸汽的显热和潜热，提高了储能能量的利用效率，蒸汽最终凝结为水返回给水系统。

进一步地，调峰期间所述高压蒸汽储热系统储存的热量用于对外供暖、供汽或机组正常运行期间节煤运行。

有益效果：

(1)本发明提供一种锅炉抽汽与储热耦合的调峰系统，包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、高压蒸汽储热系统和给水系统；锅炉的主蒸汽系统的一出口与汽轮机高压缸的进汽口连接，另一出口与高压蒸汽储热系统的高温侧接口连接；锅炉的再热蒸汽出口与汽轮机中压缸的进汽口连接；锅炉的再热蒸汽入口与汽轮机高压缸的排汽口连接；锅炉的进水入口与给水系统的出水口连接；高压蒸汽储热系统的低温侧接口与给水系统连接；锅炉与高压蒸汽储热系统的高温侧之间设置抽汽阀门。通过锅炉高压蒸汽的抽汽调整汽轮机高压缸的运行负荷，可实现火电机组的深度调峰功能，机组最低输出负荷可从常规的30％降至15-20％以下。

(2)本发明提供一种锅炉抽汽与储热耦合的调峰系统，通过喷水减温装置控制再热蒸汽温度，能够保证锅炉-汽机负荷不匹配工况下锅炉再热蒸汽系统的安全稳定运行。

(3)本发明提供一种锅炉抽汽与储热耦合的调峰系统，通过高压蒸汽储热系统将蒸汽的显热和潜热储存起来，与常规的余电储热方案相比大幅提高了储能效率。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为一种锅炉抽汽与储热耦合的调峰系统的结构示意图。

附图标记：1、锅炉；2、高压蒸汽储热系统；3、汽轮机高压缸；4、喷水减温装置；5、汽轮机中压缸；6、给水系统；V1、抽汽阀门。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所述，本实施例以某660MW超超临界发电机组的各项设计参数为边界条件，提供一种锅炉抽汽与储热耦合的调峰系统，包括锅炉1、汽轮机高压缸3、汽轮机中压缸5、高压蒸汽储热系统2和给水系统6；

锅炉1的主蒸汽系统的一出口与汽轮机高压缸3的进汽口连接，另一出口与高压蒸汽储热系统2的高温侧接口连接；锅炉1的再热蒸汽出口与汽轮机中压缸5的进汽口连接；锅炉 1的再热蒸汽入口与喷水减温装置4的出口连接，喷水减温装置4的入口与汽轮机高压缸3 的排汽口连接；为了充分利用主蒸汽的显热与潜热，提高能量利用率，将高压蒸汽储热系统 2的低温侧接口与给水系统6的入水口连接，锅炉1的主蒸汽系统的进水入口与给水系统6 的出水口连接。

将喷水减温装置4与汽轮机连接，可以降低锅炉再热蒸汽系统中蒸汽入口的温度，从而保证深度调峰期间再热蒸汽系统在运行过程中始终不超温运行，进一步确保锅炉调峰系统的安全稳定运行。

锅炉1与高压蒸汽储热系统2的高温侧之间设置抽汽阀门V1，通过调节抽汽阀门V1的开度调节锅炉1在深度调峰期间进入汽轮机的蒸汽流量进而调节机组发电负荷，从而实现火电机组的深度调峰。

由于锅炉1的主蒸汽主要是进入汽轮机高压缸3，少量进入高压蒸汽储热系统2，所以用于流量调节的抽汽阀门V1设置在高压蒸汽储热系统2旁路中；若在锅炉主蒸汽系统管路中增加调节阀门，会导致阀门阻力较大，对高负荷时的机组性能有较大影响，因此在高压蒸汽储热系统2旁路中设置调节阀门。

高压蒸汽储热系统2采用熔盐作为热能存储介质，在运行过程中将蒸汽的显热和潜热储存下来，所储热能最终用于供暖、供汽或机组正常运行期间锅炉节煤运行。

高压蒸汽经过高压蒸汽储热系统2释热后，由蒸汽变为水，直接进入给水系统6，作为锅炉给水再进入锅炉1中，完成循环。

利用上述锅炉抽汽与储热耦合的调峰系统进行调峰的方法如下：

深度调峰期间：锅炉以最低的30％负荷运行，汽机以可行的最低负荷约15％运行，锅炉出口过热蒸汽的质量流量、温度和压力分别为565t/h、605℃、10.29Mpa，打开并调节抽汽阀门V1抽取锅炉中的高压蒸汽566℃、10.29Mpa，控制282.5t/h的高压蒸汽进入高压蒸汽储热系统2，将260℃低温熔盐加热为500℃高温熔盐，实现能量的储存；高压蒸汽由566℃、10.29Mpa变为300℃、10Mpa的水经泄压后流入给水系统6中。另一部分过热蒸汽则进入汽轮机高压缸3，保证汽轮机高压缸3的最低负荷运行；汽轮机高压缸3的排汽通过喷水减温装置4降低温度后返回进入锅炉的再热蒸汽入口，保证锅炉再热蒸汽系统的安全运行。

这里需要说明的是，本发明中的过热蒸汽指的是锅炉主蒸汽出口的过热蒸汽，此时处于高温高压状态，高压蒸汽指的是锅炉分离器到锅炉出口过热蒸汽之间的中温高压蒸汽，锅炉分离器出口的高压蒸汽经过三级加热过程才成为锅炉主蒸汽出口的过热蒸汽。

非深度调峰期间：关闭阀门一，锅炉和汽轮机以常规负荷运行。高压蒸汽储热系统2所储热能最终用于供热、供汽或机组正常运行期间锅炉节煤运行。