一种基于氢氧燃烧闭式循环的火电调峰系统及方法

本发明涉及火电调峰，尤其涉及一种基于氢氧燃烧闭式循环的火电调峰系统及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、目前，以风电、水电、光伏等新能源为代表的装机容量持续增加。然而新能源电力间歇性、波动性的特征给电网带来了消纳难题，提高燃煤发电机组的灵活运行能力成为保障电网安全运行的重要举措。

3、为了提高燃煤发电机组的灵活运行能力，大容量规模化的储能、储热系统被广泛应用于发电机组锅炉与汽轮机的解耦过程。比如：现有技术公开了一种利用中压缸排汽蓄热的组合熔盐储能调峰系统，采用电加热器及中压缸排气加热熔盐进行储热，在用电高峰期再将这部分高温熔盐放热加热给水生成过热蒸汽，从而实现机组的快速调频。现有技术公开了一种适用于再热机组蒸汽加热熔盐的储能调峰系统，采用汽轮机高压缸排气作为熔盐加热的热源，从而将热量转移储存至高温熔盐中，同样在用电高峰期采用高温熔盐作为热源产生蒸汽。现有技术公开了利用电锅炉供热提高热电联产机组深度调峰系统及方法，利用电锅炉吸收发电企业自身一部分厂用电，补充供热负荷，使热电联产企业参与调峰。上述方案均是采用高温熔盐作为调峰储能介质，换热效率较低，且无法实现能量的长时间存储。

4、现有技术还公开了通过氢氧燃烧产生高温蒸汽全部用于发电机组锅炉的启停调峰，目的是用于为处于热备用停机过程中的锅炉进行保温，从而减少燃油使用以及缩短锅炉启动时间；但是，该过程中氢氧燃烧产生的不同温度的蒸汽热量无法实现梯次利用，也不能根据用电需求调节火力发电运行过程中的发电量，即无法实现火力发电运行过程中的储能调峰。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种基于氢氧燃烧闭式循环的火电调峰系统及方法，在用电低谷时期，将再热蒸汽或过热蒸汽加热电解为氢气和氧气存储，在用电高峰时期，采用氢氧燃烧产生的高温高压蒸汽提升原火电热力系统蒸汽参数，能够实现火电机组运行过程中的储能调峰，并能够提高火电机组的深度调峰能力。

2、在一些实施方式中，采用如下技术方案：

3、一种基于氢氧燃烧闭式循环的火电调峰系统，包括：火力发电模块和氢氧燃烧模块；

4、所述火力发电模块包括依次连接的燃煤锅炉、高压缸、中压缸、低压缸和凝汽器；

5、所述氢氧燃烧模块包括：soec组件，soec组件的氢氧两端出口分别与换热器连接；换热器的氢气出口依次连接氢气一级压缩器、氢气燃烧储罐、氢气二级压缩器和氢气高压储罐；换热器的氧气出口依次连接氧气一级压缩器、氧气燃烧储罐、氧气二级压缩器和氧气高压储罐；氢气燃烧储罐和氧气燃烧储罐的输出连接至氢氧低压燃烧器，氢气高压储罐和氧气高压储罐的输出连接至氢氧高压燃烧器；

6、所述燃煤锅炉出口的再热蒸汽与所述中压缸出口的过热蒸汽分别通过压力控制阀门与所述氢氧低压燃烧器连通；所述凝汽器的凝结水出口与所述氢氧高压燃烧器连通。

7、所述燃煤锅炉出口的再热蒸汽与中压缸出口的过热蒸汽能够分别进入氢氧低压燃烧器，氢氧低压燃烧器内的氢气和氧气进行燃烧，能够将蒸汽加热到适用于soec组件电解制氢所需的温度，加热后的蒸汽进入soec组件进行电解生成氢气和氧气，能够将用电低谷时期的多余电能进行存储。

8、作为进一步地方案，通过氢气一级压缩器和氧气一级压缩器分别将氢气和氧气压缩至设定的第一压力，使得进入氢气和氧气进入氢氧低压燃烧器内燃烧后的蒸汽压力能够适配再热蒸汽或过热蒸汽的压力；

9、通过氢气二级压缩器和氧气二级压缩器分别将氢气和氧气压缩至设定的第二压力，使得氢气和氧气进入氢氧高压燃烧器内燃烧后的蒸汽压力能够适配燃煤锅炉出口的主蒸汽压力。

10、作为进一步地方案，soec组件输出的氢气和氧气通过换热器进行降温，火力发电模块的凝结水或者低温蒸汽，作为所述换热器的冷源。

11、作为进一步地方案，经过两级压缩后的氢气和氧气在氢氧高压燃烧器中燃烧产生水蒸气，所述水蒸气引入高压缸入口，以提高进入高压缸的蒸汽参数，提高用电高峰期的发电量。

12、作为进一步地方案，凝汽器输出的凝结水进入氢氧高压燃烧器中，用于给氢氧燃烧器内壁降温。

13、在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

14、一种基于氢氧燃烧闭式循环的火电调峰系统的工作方法，包括：

15、在用电的低谷时期，将燃煤锅炉出口的再热蒸汽与中压缸出口的过热蒸汽分别通过压力控制阀门调整压力后，输入至氢氧低压燃烧器；

16、通过氢气一级压缩器和氧气一级压缩器分别将氢气和氧气压缩至设定的第一压力后，送入氢氧低压燃烧器进行燃烧，将再热蒸汽和过热蒸汽的混合气加热到适用于soec组件电解制氢所需的温度范围，加热后的水蒸气经过soec组件分解得到氢气和氧气；所述氢气和氧气分别经过一级压缩和存储、二级压缩和存储，以将部分水蒸气转化为氢气和氧气分别进行两级存储。

17、在用电的高峰时期，氢气高压储罐和氧气高压储罐中的气体分别经过压力调整后，进入氢氧高压燃烧器中进行燃烧，产生高温高压水蒸气，所述水蒸气引入高压缸入口，提高进入高压缸的蒸汽参数，进而提高用电高峰期的发电量。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、(1)本发明采用高热值清洁燃料氢气作为火电深度调峰的储、释能介质，在用电低谷期，将产生的再热和过热水蒸气采用soec技术进行电解，分解为氧气和氢气分别进行存储，实现了多余能量的高效存储，同时提高机组调峰深度；在用电的高峰时期，利用存储的氢气和氧气燃烧产生高温高压水蒸气，这些水蒸气送入高压缸做功，能够提高原火电机组蒸汽参数，从而提高火电机组发电量。

20、本发明通过电解水蒸气进行储能，通过氢气和氧气燃烧产生高温高压水蒸气进行释能，根据用电需求调节火力发电的发电量，实现火力发电运行过程中的储能调峰。

21、(2)本发明利用存储的氢气和氧气燃烧产生的热量对燃煤锅炉出口的再热蒸汽与中压缸出口的过热蒸汽进行加热，使其温度达到适用于soec组件电解制氢所需的温度；

22、本发明利用凝汽器出口的部分凝结水，对氢气和氧气的燃烧过程进行降温，避免燃烧过程温度过高而对燃烧器产生损坏。

23、本发明整个发电过程所需要的能量均是由系统自身提供，实现能量的就地存储与释放，没有引入外部介质和能量，提高火电深度调峰能力，并且燃烧产物为高品质蒸汽、无任何污染物，符合火电行业节能减排的需求。

24、(3)本发明对氧气和氢气进行两级压缩，第一次压缩的目的是将氢气与氧气分别压缩至一个适配再热蒸汽或过热蒸汽的压力，这样氢气和氧气在氢氧低压燃烧器中燃烧产生的蒸汽压力与再热蒸汽或过热蒸汽匹配，从而能够混合在一起。第二次氢氧压缩是将氢气与氧气压缩至一个更高的压力，以方便其反应产生的蒸汽能够与产生的主蒸汽压力匹配，从而可以混合，提高主蒸汽参数，最终提高发电功率，实现调峰目的。

25、本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。