一种燃煤烟气加热氢氧化钙储热调峰的系统及方法

技术领域

本发明属于燃煤机组调峰发电技术领域，具体属于一种燃煤烟气加热氢氧化钙储热调峰的系统及方法。

背景技术

储热技术能够有效提高能源综合利用水平，对电网调峰、工业节能和余热回收等领域都具有重要的应用价值。储热技术主要分为显热储热、潜热储热与热化学储热三大类，其中热化学储热具有储能密度高、能量品质高、且长期保存无热损的明显优势。主要的热化学储热体系中，Ca(OH)

火电机组耦合储热技术是实现机组灵活改造的主要途径，常见的技术路线是在传统的燃煤锅炉和汽轮机之间嵌入一定规模的储热单元，削弱原本刚性联系的“机炉耦合”，特别地对于“以热定电”的供热机组，增加储热单元可以更好的实现“热电解耦”，实现灵活供热。

热化学储热与火电机组的耦合目前正处于研究阶段，尚未有规模化应用。如专利CN202210246995.4公开了一种耦合热化学储能的燃煤机组调峰发电系统及方法，在电网处于用电低谷期时，使用燃煤机组所发部分功率将金属氧化物发生还原反应后完成储热过程，进而快速降低燃煤机组调峰发电系统上网功率；在电网处于用电高峰期时，金属氧化物发生氧化反应完成放热过程以加热空气透平入口压缩空气，进而快速提高燃煤机组调峰发电系统上网功率。又如专利CN202111015718.4公开了一种直接式氢氧化钙热化学储能系统及储能方法，包括太阳能集热装置、热化学储能装置、蒸汽朗肯发电装置和辅助装置，采用的热化学储能体系为Ca(OH)

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种燃煤烟气加热氢氧化钙储热调峰的系统及方法，利用氢氧化钙/氧化钙储热系统和燃煤机组一起构建化学反应储热系统，将燃煤烟气中的热量储存并产生蒸汽，协助燃煤机组提高变负荷速率，并实现燃煤机组深度调峰运行。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种燃煤烟气加热氢氧化钙储热调峰的系统，包括设置在燃煤锅炉烟道中的氢氧化钙加热器和调温结构，调温结构用于通过调节烟气温度来控制氢氧化钙加热器的温度，氢氧化钙加热器的进口与氢氧化钙储罐的出口连通，氢氧化钙加热器的出口与分离器的进口连通，分离器的第一出口与氢氧化钙储罐的第一进口连通，分离器的第二出口与氧化钙储罐的进口连通，氧化钙储罐的出口与流化反应器的第一进口连通，凝结水箱的出口与流化反应器的第二进口连通，流化反应器的反应物出口与氢氧化钙储罐的第二进口连通，流化反应器的水冷壁管进口与燃煤锅炉高加出口连通，水冷壁管出口与汽轮机的进气口连通，汽轮机驱动发电机做功发电。

进一步的，调温结构包括设置在燃煤锅炉水平烟道中的燃煤锅炉烟道和氢氧化钙加热器安装通道，氢氧化钙加热器安装通道一侧与低温烟气旁路和燃煤锅炉烟道连通，低温烟气旁路中设置第二烟气挡板，氢氧化钙加热器安装通道另一侧与燃煤锅炉烟道连通，连通处设置第一烟气挡板；低温烟气旁路的入口与燃煤锅炉的尾部烟道相连；氢氧化钙加热器设置在氢氧化钙加热器安装通道中。

进一步的，所述分离器的蒸汽出口与汽轮机的进气口连通，汽轮机的凝结水出口与凝结水箱进口连通。

进一步的，还包括增压泵，氢氧化钙储罐的出口通过增压泵与氢氧化钙加热器的进口连通。

进一步的，还包括换热器，凝结水箱的出口与换热器进口连通用于对流化反应器中生成的氢氧化钙进行冷却，换热器的第一出口与氢氧化钙储罐进口连通用于将降温的氢氧化钙输送至氢氧化钙储罐中，第二出口与流化反应器的第二进口连通用于将换热后的除盐水送入流化反应器中。

进一步的，所述氢氧化钙加热器为管束式结构，烟气在管外流动，氢氧化钙在管内流动，管内采用高压流动。

进一步的，所述流化反应器为管壳式结构，除盐水在水冷壁管内流动，采用高压运行；氧化钙和水蒸气在壳内流动，采用常压运行。

本发明还提供一种上述系统的运行方法，

机组稳定负荷运行时，氢氧化钙储罐中的氢氧化钙进入氢氧化钙加热器中，调温结构调节流过氢氧化钙加热器的烟气温度，该烟气温度低于氢氧化钙的分解温度，氢氧化钙加热器中的氢氧化钙不发生分解反应，仅吸收烟气热量后经分离器返回氢氧化钙储罐中。

进一步的，机组升负荷运行时，氢氧化钙储罐中的氢氧化钙进入氢氧化钙加热器中，调温结构调节流过氢氧化钙加热器的烟气温度，该烟气温度低于氢氧化钙的分解温度，氢氧化钙加热器中的氢氧化钙不发生分解反应，仅吸收烟气热量后经分离器返回氢氧化钙储罐中；

将氧化钙储罐中的氧化钙和凝结水箱中的除盐水通入流化反应器中，氧化钙和除盐水反应生成氢氧化钙并释放热量，加热水冷壁管中的水产生水蒸汽，水蒸汽通入汽轮机，汽轮机的进汽量增加，提高机组发电负荷。

进一步的，机组降负荷运行时，氢氧化钙储罐中的氢氧化钙进入氢氧化钙加热器中，调温结构调节流过氢氧化钙加热器的烟气温度，该烟气温度高于氢氧化钙的分解温度，氢氧化钙加热器中的氢氧化钙吸收热量并发生分解反应，燃煤锅炉产生蒸汽量减小，汽轮机进汽量减少；

氢氧化钙分解生成的氧化钙和水蒸汽通入分离器中进行气固分离，分离后的氧化钙进入氧化钙储罐，水蒸汽通入汽轮机中；

停止将氧化钙储罐中的氧化钙和凝结水箱中的除盐水通入流化反应器中，流化反应器停止运行不再产生水蒸汽，进一步减小汽轮机进汽量，降低机组发电负荷。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供一种燃煤烟气加热氢氧化钙储热调峰的系统，利用氢氧化钙/氧化钙储热系统和燃煤机组一起构建化学反应储热系统，与水储热、熔盐储热等方式相比，Ca(OH)

进一步的，本发明在燃煤锅炉水平烟道中设置调温结构，该调温结构采用烟气旁路循环和烟气挡板两级调控方法，通过调整旁路烟气量以及烟气挡板开度，灵活调整氢氧化钙加热器的温度，并保证燃煤锅炉各受热面安全。

进一步的，氢氧化钙加热器内氢氧化钙保持高压流动，分解后产生的水蒸汽压力与汽轮机中压缸入口压力保持一致，氢氧化钙分解产生的水蒸汽直接进入汽轮机中压缸做功，然后进入燃煤锅炉凝结水系统，不需要额外的压缩存储设备，水蒸汽的热焓被直接利用，能够提高系统效率。

进一步的，采用流化反应器，氧化钙与水在流化反应器中以流化状态进行反应，物料接触充分，能够提高反应速率，传热效果好，并防止氧化钙烧结和腐蚀。流化反应器壳侧采用常压运行，能够降低设备制造成本和运行费用。流化反应器管侧采用高压运行，产生的蒸汽可直接汇入汽轮机高压缸做功，能够提高系统发电效率。

进一步的，本发明将氢氧化钙分解过程和氧化钙反应过程相分离，能够减小氢氧化钙加热器和流化反应器压力和体积，氢氧化钙加热器和流化反应器内物料和工质单向运动，控制方式简单。

附图说明

图1燃煤烟气加热氢氧化钙储热调峰的系统示意图。

图2机组稳定负荷时储热系统工作流程。

图3机组升负荷时储热系统工作流程。

图4机组降负荷时储热系统工作流程。

图5机组稳定负荷和升负荷时氢氧化钙加热器工作流程。

图6机组降负荷时氢氧化钙加热器工作流程。

附图中：1燃煤锅炉、2汽轮机、3凝结水箱、4流化反应器、5氢氧化钙加热器、6氧化钙储罐、7氢氧化钙储罐、8分离器、9换热器、10增压泵、11第一烟气挡板、12第二烟气挡板、13低温烟气旁路、14燃煤锅炉烟道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明提供一种燃煤烟气加热氢氧化钙储热调峰的系统，包含燃煤锅炉1、汽轮机2、凝结水箱3、流化反应器4、氢氧化钙加热器5、氧化钙储罐6、氢氧化钙储罐7、分离器8、换热器9、增压泵10、第一烟气挡板11、第二烟气挡板12、低温烟气旁路13、燃煤锅炉烟道14等，其中，燃煤锅水平烟道中包括燃煤锅炉烟道14和氢氧化钙加热器安装通道，氢氧化钙加热器5设置在氢氧化钙加热器安装通道中，低温烟气旁路13的入口与燃煤锅炉1的尾部烟道相连，氢氧化钙加热器安装通道一侧与低温烟气旁路13和燃煤锅炉烟道14连通，低温烟气旁路13通过设置在其中的第二烟气挡板12实现烟气的通断，氢氧化钙加热器安装通道另一侧与燃煤锅炉烟道14连通，连通处设置第一烟气挡板11，第一烟气挡板11用于阻挡燃煤锅炉烟道14中的高温烟气通过氢氧化钙加热器5，第二烟气挡板12用于阻挡低温烟气通过氢氧化钙加热器5，通过调节两个挡板的开度使氢氧化钙加热器5保持一定温度；氢氧化钙储罐7的出口通过增压泵10与氢氧化钙加热器5的进口连通，氢氧化钙加热器5的出口与分离器8的进口连通，分离器8的第一出口与氢氧化钙储罐7的第一进口连通，分离器8的第二出口与氧化钙储罐6的进口连通，分离器8的蒸汽出口与汽轮机2的进气口连通；

氧化钙储罐6的出口与流化反应器4的第一进口连通，凝结水箱3的出口与流化反应器4的第二进口连通，流化反应器4的反应物出口与氢氧化钙储罐7的进口连通，流化反应器4的水冷壁管进口与燃煤锅炉1高加出口连通，水冷壁管出口与汽轮机2的进气口连通，汽轮机2驱动发电机做工发电；

汽轮机2的凝结水出口与凝结水箱3进口连通，凝结水箱3的出口与换热器9进口连通用于对流化反应器4中生成的氢氧化钙进行冷却，换热器9的第一出口与氢氧化钙储罐7进口连通用于将降温的氢氧化钙输送至氢氧化钙储罐7中，第二出口与流化反应器4的第二进口连通用于将换热后的除盐水送入流化反应器4中。

流化反应器4中布置水冷壁管，管内工质为除盐水，除盐水来自燃煤锅炉1高加出口，燃煤锅炉1高加出口与水冷壁管进口连通，水冷壁管出口与汽轮机2的进气口连通用于为汽轮机2提供蒸汽。

燃煤锅炉侧，氢氧化钙加热器5布置在燃煤锅炉1水平烟道中，利用烟气直接加热氢氧化钙使其分解为氧化钙和水蒸汽，氧化钙和水蒸汽在分离器8中进行气固分离，水蒸汽汇入汽轮机2的中压缸做功，氧化钙进入氧化钙储罐6中，实现将烟气的热量储存在氧化钙中。

储能装置侧，氧化钙储罐6中的氧化钙粉末和电厂凝结水箱3来的除盐水一起进入流化反应器4中，反应生成氢氧化钙并放热，反应放出的热量通过水冷壁管传递给管内工质除盐水并产生水蒸汽，水蒸汽汇入汽轮机2高压缸做功，氢氧化钙在换热器中经凝结水箱3来的除盐水冷却后进入氢氧化钙储罐7中，实现将氧化钙中储存的热量释放给机组发电。

优选的，凝结水箱3保持常温常压，与大气连通；氧化钙储罐6保持常温常压，密封储存；氢氧化钙储罐7保持常温常压，与大气连通；分离器8采用旋风气固分离器，固相由底部排出，气相由顶部排出。

优选的，氢氧化钙加热器5为管束式结构，采用烟气加热方式升高反应器温度，烟气在管外流动，氢氧化钙在管内流动。管内氢氧化钙为高压状态，压力与汽轮机2中中压缸入口蒸汽压力保持一致。

优选的，流化反应器4为管壳式结构，除盐水在水冷壁管内流动，氧化钙粉末和水蒸气在壳内流动。流化反应器4壳侧采用常压运行，流化反应器4管侧采用高压运行，压力与汽轮机高压缸的入口蒸汽压力保持一致。

优选的，流化反应器4底部布置有布料板，采用水蒸气作为流化剂，氧化钙粉末进入布料板上部，水蒸气由布料板下部向上喷入，携带氧化钙粉末进入炉膛中成为流化状态，促进氧化钙与水蒸气完全反应。

机组稳定负荷运行时，根据图2所示，氢氧化钙储罐7中的氢氧化钙经过增压泵10升压后进入氢氧化钙加热器5中，根据图5所示，低温烟气旁路13中的第二烟气挡板12保持最大开度，第一烟气挡板11保持最小开度，来自低温烟气旁路13的低温烟气与来自燃煤锅炉烟道14的高温烟气混合后，流过氢氧化钙加热器5，混合烟气温度低于氢氧化钙的分解温度，氢氧化钙加热器5中的氢氧化钙不发生分解反应，吸收烟气热量后通过分离器8返回氢氧化钙储罐7中，对氢氧化钙加热器5进行降温。

优选的，低温烟气旁路13的入口与燃煤锅炉1的尾部烟道相连，燃煤锅炉烟道14位于燃煤锅炉1的水平烟道中。

机组升负荷运行时，根据图3所示，氢氧化钙储罐7中的氢氧化钙经过增压泵10升压后进入氢氧化钙加热器5中，根据图5所示，第二烟气挡板12保持最大开度，第一烟气挡板11保持最小开度，来自低温烟气旁路13的低温烟气与来自燃煤锅炉烟道14的高温烟气混合后，流过氢氧化钙加热器5，混合烟气温度低于氢氧化钙的分解温度，氢氧化钙加热器5中的氢氧化钙不发生分解反应，吸收烟气热量后通过分离器8返回氢氧化钙储罐7中。

增加进入流化反应器4中的氧化钙和除盐水流量，生成的氢氧化钙和放热量均增加，通过水冷壁管传热后，增加流化反应器4产生的水蒸汽量，从而增加汽轮机2进汽量实现升负荷运行，将储存的化学能转化为电能。流化反应器4出口的氢氧化钙经过换热器9与来自凝结水箱3的除盐水换热后进入氢氧化钙储罐7，氧化钙储罐6中的物料体积减小，氢氧化钙储罐7中的物料体积增加。

机组降负荷运行时，根据图4所示，氢氧化钙储罐7中的氢氧化钙经过增压泵10升压后进入氢氧化钙加热器5中，根据图6所示，第二烟气挡板12保持关闭，第一烟气挡板11保持最大开度，来自低温烟气旁路13的低温烟气流量为零，来自燃煤锅炉烟道14的高温烟气流过氢氧化钙加热器5，烟气温度高于氢氧化钙的分解温度，氢氧化钙加热器5中的氢氧化钙发生分解反应，生成氧化钙和水蒸汽，在分离器8中发生气固分离，氧化钙进入氧化钙储罐6，水蒸汽汇入汽轮机2中压缸做功。停止将氧化钙和除盐水通入流化反应器4中，流化反应器4停止运行不再产生水蒸汽，从而减小汽轮机2进汽量实现低负荷运行。氢氧化钙储罐7中的物料体积减小，氧化钙储罐6中的物料体积增加，将电能转化为化学能储存。