超临界或超超临界锅炉快速强化工质侧供能系统

技术领域

本发明涉及能源技术领域，具体来说，是超临界或超超临界锅炉快速强化工质侧供能系统。

背景技术

“双碳”目标下电力系统电源结构和用电结构将发生显著变化，大比例风、光等间歇式电源的介入对现役火力发电机组的调峰性能与快速响应能力提出了更高的要求。

现有传统火力发电机组变负荷速率一般为1.0％～1.5％额定负荷/分钟，最高变负荷速率可达2.0％额定负荷/分钟。而未来以可再生能源为主体的新型电力系统对火力发电机组的调峰速率提出了更高的要求(5.0％～8.0％额定负荷/分钟)，而目前传统火力发电机组在变负荷速率上仍无法满足上述要求，而解决这一问题的关键是实现火力发电机组锅炉的快速供能，为此，如何实现火电机组锅炉的快速变负荷能力与响应速率，实现火力发电机组锅炉的快速、灵活调峰是目前所需亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供超临界或超超临界锅炉快速强化工质侧供能系统，能够从工质侧强化超(超)临界锅炉快速调峰与变负荷响应能力。

本发明的目的是这样实现的：超临界或超超临界锅炉快速强化工质侧供能系统，包括：

与锅炉相配套的循环水路，其接通有输入管路和输出管路；

汽水分离器，所述汽水分离器接通于循环水路的输出管路中；

储水箱，所述储水箱与汽水分离器接通；

具有储存腔的高温炉水储能装置；

可启闭的储能管路，所述汽水分离器的蒸汽腔、储水箱的液体腔通过储能管路与高温炉水储能装置的输入侧连接；

可启闭的释能管路，所述高温炉水储能装置的释放侧通过释能管路与循环水路的输入管路连接。

进一步地，所述储能管路设有两个，所述汽水分离器的蒸汽腔、储水箱的液体腔分别通过两个储能管路与高温炉水储能装置连接。

进一步地，连接汽水分离器的蒸汽腔和高温炉水储能装置的储能管路中设有阀门七，连接储水箱的液体腔和高温炉水储能装置的储能管路中设有阀门一，所述阀门一和阀门七在储能阶段处于开启状态，以使所述汽水分离器的蒸汽腔、储水箱的液体腔通过储能管路与高温炉水储能装置的储存腔连通。

进一步地，所述释能管路设有依次分布的阀门二、混合器，所述阀门二在需要快速升负荷调峰期间处于开启状态，所述混合器的输入侧还连接一输入管道并通过该输入管道与循环水路的输入管路连接，所述输入管道中设有阀门四，在阀门四处于开启状态时所述循环水路的输入管路连通混合器的输入侧。

进一步地，所述释能管路还设有在需要快速升负荷调峰期间处于开启状态的炉水循环水泵，所述炉水循环水泵的吸入端与混合器的输出侧接通。

进一步地，所述释能管路还设有在需要快速升负荷调峰期间处于开启状态的阀门五，所述阀门五处于炉水循环水泵的泵出侧。

进一步地，所述循环水路的输入管路设有省煤器，所述炉水循环水泵的泵出端分设一支路以接通循环水路的输入管路，所述省煤器的进水端与炉水循环水泵的泵出端接通。

进一步地，所述循环水路的输入管路包括依次布置的给水泵、阀门六、止回阀，所述混合器的输入侧与循环水路的输入管路的接入点处于阀门六和止回阀之间。

进一步地，所述汽水分离器、储水箱、高温炉水储能装置、混合器由高到低依次分布。

进一步地，所述储水箱下部接通有一管道通往混合器的输入侧，且在该管道上设有在需要快速升负荷调峰期间处于开启状态的阀门三。

本发明的有益效果在于：

适用于火力发电机组超临界锅炉(或超超临界锅炉)快速变负荷工况与机组冷/热态启动工况，其中机组升负荷工况时可通过高温炉水储能装置及其系统向锅炉快速提供高品质热水(高温、高压饱和水)以提高入炉工质的热焓，同时配合炉侧燃料量的快速给入，实现了锅炉蒸发量的快速提升，提高机组快速、灵活调峰能力；另外，由于高温炉水储能装置的存在，还可大幅缩短锅炉冷启动或温态启动的启炉时间，进一步提升机组锅炉的快速、灵活调峰能力。

附图说明

图1是本发明的系统布置图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本实施案例提出了一种超临界或超超临界锅炉快速强化工质侧供能系统，包括：

与锅炉相配套的循环水路6，其接通有输入管路和输出管路，其输出管路上设有过热器5；

汽水分离器13，汽水分离器13接通于循环水路6的输出管路中；

储水箱14，储水箱14与汽水分离器13接通；

具有储存腔的高温炉水储能装置15，其主体为具有保温功能的耐高温、承压结构；

可启闭的储能管路，汽水分离器13的蒸汽腔、储水箱14的液体腔通过储能管路与高温炉水储能装置15的输入侧连接；

可启闭的释能管路，所述高温炉水储能装置15的释能侧通过释能管路与循环水路6的输入管路连接。

其中，储能管路设有两个，汽水分离器13的蒸汽腔、储水箱14的液体腔分别通过两个储能管路与高温炉水储能装置15连接；连接汽水分离器13的蒸汽腔和高温炉水储能装置15的储能管路中设有阀门七12，连接储水箱14的液体腔和高温炉水储能装置15的储能管路中设有阀门一7，通过阀门一7的开/关实现向高温炉水储能装置15储能以及供能新系统与原锅炉汽水系统间的隔离，阀门一7和阀门七12在储能阶段处于开启状态，以使汽水分离器13的蒸汽腔、储水箱14的液体腔通过储能管路与高温炉水储能装置15的储存腔连通。高温炉水储能装置15通过管道与阀门七12将储能或释能过程产生的蒸汽通入汽水分离器13进行分离，并平衡高温炉水储能装置15与汽水分离器13、储水箱14之间的压力，保持压力平衡。

上述释能管路设有依次分布的阀门二8、混合器16，阀门二8在需要快速升负荷调峰期间处于开启状态，混合器16的输入侧还连接一输入管道并通过该输入管道与循环水路6的输入管路连接，输入管道中设有阀门四10，在阀门四10处于开启状态时循环水路6的输入管路连通混合器16的输入侧。

上述释能管路还设有在需要机组锅炉启动、低负荷运行期间和快速升负荷调峰期间处于开启状态的炉水循环水泵17，炉水循环水泵17的吸入端与混合器16的输出侧接通。

上述释能管路还设有在需要快速升负荷调峰期间处于开启状态的阀门五11，阀门五11处于炉水循环水泵17的泵出侧，通过调节阀门五11的开度调节高温炉水进入省煤器4的比例，从而调整进入锅炉水冷壁系统的入口水温，确保机组锅炉壁温不超温，安全运行。

上述循环水路6的输入管路设有省煤器4，炉水循环水泵17的泵出端分设一支路以接通循环水路6的输入管路，省煤器4的进水端与炉水循环水泵17的泵出端接通。阀门五11和省煤器4相当于并联设置于炉水循环水泵17的泵出端。

上述循环水路6的输入管路包括依次布置的给水泵1、阀门六2、止回阀3，混合器16的输入侧与循环水路6的输入管路的接入点处于阀门六2和止回阀3之间。

上述汽水分离器13、储水箱14、高温炉水储能装置15、混合器16由高到低依次分布，储水箱14下部接通有一管道通往混合器16的输入侧，且在该管道上设有在启动、低负荷以及需要快速升负荷调峰期间处于开启状态的阀门三9。

高温炉水储能装置15底部出口通过管道及阀门二8与给水泵1的低温给水支路和储水箱14的高温水支路汇聚于混合器16，通过调节阀门二8、阀门三9和阀门四10的开度调整炉水循环水泵17的入口温度(控制炉水循环水泵17的入口水温低于400℃，防止局部汽化现象的发生，确保炉水循环水泵17安全、可靠运行)；通过调节阀门五11的开度，实现炉水循环水泵17的出口高温炉水进入省煤器4和锅炉水冷壁入口集箱的流量分配，实现省煤器4出口温度与锅炉炉膛水冷壁入口工质温度在一定范围内的可调，在保障机组锅炉具备快速升负荷速率能力的同时，确保炉膛水冷壁及高温受热面的壁温安全。通过阀门一7、阀门二8、阀门三9、阀门四10、阀门五11以及控制炉水循环水泵17的开/启实现高温炉水储能装置15的释能、快速变负荷过程以及供能新系统与原锅炉循环水系统间的接入与隔离。

在机组正常负荷运行期间，关闭阀门一7、阀门二8、阀门三9、阀门四10、阀门五11、阀门七12及启动炉水循环水泵17，此时工质侧储能-供能系统与原锅炉工质循环系统(循环水路6)相隔离，给水由给水泵1泵入，经省煤器4、炉膛水冷壁、过热器5等受热面实现工质的升温、蒸发与过热过程。

在机组较高负荷运行储能期间，除了锅炉正常向外提供高品质蒸汽外，通过调节燃水比，使得进入启动汽水分离器13的蒸汽为一定压力温度下的欠饱和蒸汽，在启动汽水分离器13的作用下，具有较高热焓的高温炉水在储水箱14聚集，当达到一定液位后，通过打开阀门一7和与高温炉水储能装置15顶部的阀门七12向高温炉水储能装置进行储能(此时，阀门二8、阀门三9、阀门五11处于关闭状态，阀门四10处于开启状态，启动炉水循环水泵17处于开启备用状态)，另外，可通过阀门一7的开度调用于控制储水箱14水位及高温炉水储能装置15的温度变化速率(400℃以下)，确保锅炉安全、稳定运行，当储能过程结束后，关闭阀门一7、阀门四10、阀门七12以及启动炉水循环水泵17，实现高温炉水储能系统与原锅炉水循环系统间的隔离。

在机组需要快速升负荷调峰期间，需要工质侧储能-供能系统的快速释能，打开阀门二8、阀门三9、阀门四10、阀门五11、阀门七12和启动炉水循环水泵17(阀门一7处于关闭状态)，高温炉水与低温给水在混合器16内充分混合后通过启动炉水循环水泵17泵入锅炉炉膛的循环水路6，以快速提高入炉工质的热焓，并通过与提高入炉燃料量相配合，快速提升锅炉蒸发量与变负荷响应速率；另外，在高温炉水储能装置15释能过程中，通过控制阀门四10的开度，实现炉水循环水泵入口的水温处于可控状态，保持炉水循环水泵17的入口水温低于400℃，防止局部汽化现象的发生，确保水循环系统安全；高温储炉水储能装置15的释能过程结束后，关闭阀门二8、阀门三9、阀门四10、阀门五11、阀门七12和启动炉水循环水泵17，实现高温炉水储能系统与原锅炉水循环系统间的隔离，待机组锅炉在非调峰工况下进行下一次的储能过程。

另外，由于高温炉水储能装置15储存的是高品质热水，需根据机组负荷运行情况，定期执行高温炉水储能装置15的储能—释能过程，确保高温炉水储能装置15一直处于可用状态及较高的温度水平，以备机组锅炉随时具备快速变负荷响应能力。

由于工质侧储能-供能新系统直接存储高负荷或多余负荷条件下的高温炉水，不存在储能、释能过程中高温工质与其他储能介质间的换热过程，因此具有热效率高、响应速度快、系统简单/可靠、投资运行成本低等特点，具有较好的工程实施可行性。

以上是本发明的优选实施案例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。