一种集成多能级储热罐的燃煤热电联产系统及其运行方法

本发明公布一种集成多能级储热罐的燃煤热电联产系统及其运行方法，属于燃煤发电。包括汽轮机发电系统、热网水加热系统、储罐蓄热系统和放热系统。

背景技术：

1、随着能源需求的增加和化石能源资源的枯竭，能源与环境问题已引起我国的关注。为减少二氧化碳排放，实现可持续发展，新能源在能源领域的地位日益重要。近些年，我国新能源发电装机容量和发电量大幅增长，但发电占比仍相对较低。这主要是因为风、光等可再生能源具有随机性和波动性，以及热电联产的热电耦合性，使得新能源发电难以大规模上网。

2、在热电联产机组中配置储热罐是实现热电解耦的方法之一,其作为一项重要的新能源消纳技术，发展迅速。储热罐可根据热电联产系统的能级特点，灵活设置数量和能级。储热罐不仅可以在机组供热能力富余时储存多余的热量用于供热，也可以储存电锅炉等电制热装置产生的高温热量，用于加热锅炉给水。

3、根据现有文献的分析，不难发现传统的储罐系统在加热锅炉给水时，由于受到给水温度的限制，使得循环工质的热量不能完全利用。因此，如何将循环工质的热量全部利用，提升储罐系统的储能密度是其技术发展的重要方向。

技术实现思路

1、针对现有方法的不足，本发明提供了一种集成多能级储热罐的燃煤热电联产系统及其运行方法。根据热电联产系统的能级特点，设置高、中、低温储罐，使储罐系统既可以用于供热，也可以加热锅炉给水，从而达到减小煤耗量，增加热电联产机组运行灵活性的目的。

2、为实现上述目的。本发明采用如下技术方案：

3、一种集成多能级储热罐的燃煤热电联产系统，其特征在于，包括汽轮机发电系统、热网水加热系统、储罐蓄热系统和放热系统；

4、所述汽轮机系统包括高压缸（20），所述混合阀（17）的入口分别与锅炉（15）的过热器出口和辅过热器（12）的冷源出口连接，混合阀（17）的出口与高压缸（20）的入口连接，高压缸（20）的出口与分流阀（18）的入口连接，分流阀（18）的出口分别与锅炉（15）的再热器入口和辅再热器（14）的冷源入口连接，混合阀（19）的入口分别与锅炉（15）的再热器出口和辅再热器（20）的冷源出口连接，混合阀（19）的出口分别与中压缸（21）的入口连接，中压缸（21）的出口分别与除氧器（32）的蒸汽入口和分流阀（22）的入口连接，分流阀（22）的出口分别与分流阀（31）的入口和低压缸（23）的入口连接，低压缸（23）的出口与凝汽器（25）的入口连接，凝汽器（25）的出口与泵（26）的入口连接，泵（26）的出口与除氧器（32）的给水入口连接，除氧器（32）的出口与泵（27）的入口连接，泵（27）的出口与分流阀（29）的入口连接，分流阀（29）的出口分别与预热器（9）的冷源入口和锅炉（15）的给水入口连接；高压缸（20）、中压缸（21）、低压缸（23）和发电机（24）同轴连接；

5、所述热网水加热系统包括换热器（16），所述的换热器（16）的冷源入口与热网回水连接，换热器（16）的冷源出口与尖峰加热器（28）的冷源入口连接，尖峰加热器（28）的冷源出口与热网连接作为热网供水；分流阀（31）的出口分别与尖峰加热器（28）的热源入口和换热器（6）的热源入口连接，混合阀（30）的入口分别与尖峰加热器（28）的热源出口和换热器（6）的热源出口连接，混合阀（30）的出口与除氧器（32）连接；中温储罐（3）中的低温储罐介质出口与泵（34）连接，泵（34）的出口与同步阀（35）的一个接口连接，同步阀（35）的另外两个接口分别与泵（36）的入口和同步阀（8）的一个接口连接，同步阀（8）的另外两个接口分别与换热器（6）的冷源出口和换热器（16）的热源入口连接，换热器（16）的热源出口与同步阀（7）的一个接口连接，同步阀（7）的另外两个接口分别与换热器（6）的冷源入口和低温储罐（5）连接；

6、所述放热系统包括高温储罐（1），所述的高温储罐（1）的出口与泵（33）的入口连接，泵（33）的出口与分流阀（13）的入口连接，分流阀（13）的出口分别与辅过热器（12）和辅再热器（14）的热源入口连接，混合阀（11）的入口分别与辅过热器（12）和辅再热器（14）的热源出口连接，混合阀（11）的出口与蒸发器（10）的热源入口连接，蒸发器（10）的热源出口与预热器（9）的热源入口连接，预热器（9）的热源出口与中温储罐（3）的入口连接。

7、所述的机组储罐处于蓄热状态时，蓄热系统包括低温储罐（5），所述低温储罐（5）与同步阀（7）的一个接口连接，同步阀（7）的另外两个接口分别与换热器（6）的冷源入口和换热器（16）的热源出口连接，换热器（6）的冷源出口与同步阀（8）的一个接口连接，同步阀（8）的另外两个接口分别与换热器（16）的热源入口和同步阀（35）的一个入口连接，同步阀（35）的另外两个接口分别与泵（34）的出口和泵（36）的入口连接，泵（36）的出口与电制热装置（4）的入口连接，电制热装置（4）的出口与中温储罐（3）的入口连接；中温储罐（3）的出口与电制热装置（2）的入口连接，电制热装置（2）的出口与高温储罐（1）的入口连接。

8、所述的中温储罐（3）内装有高温储热介质和中温储热介质，并且两种储热介质在中温储罐（3）内进行换热。

9、所述的热网水加热系统，热网回水的质量流量由中温储热介质的质量流量、中压缸（21）抽汽量和分流阀（31）的分流比和决定。

10、所述的机组储罐处于放热状态时，同步阀（35）、同步阀（8）和同步阀（7）均为单向流动，不涉及分流与混合。

11、所述的机组储罐处于蓄热状态时，同步阀（7）、同步阀（8）、同步阀（35）均为单向流动，不涉及分流与混合。

12、所述的电制热装置（2）和电制热装置（4）所用的电量可以是新能源场站的弃电，也可以是发电厂多发的电量。

13、所述的高温储热单元的循环介质包括二元太阳盐，中温储热单元的循环介质包括合成有机导热油。

14、所述的蓄热系统在对高温储热单元的循环介质进行加热时，循环介质的质量流量由总弃电量来确定。

15、所述的中温储热单元的循坏介质可由中压缸（21）抽汽、电制热装置（4）和中温储罐（3）中的高温储热单元的循环介质三种方式进行加热，且加热方式可使用其中的一种或多种。

16、所述的高温储罐（1）内循环介质温度可为600℃，中温储罐（3）内的高温储热单元的循环介质温度可为300℃，低温储罐（5）中的中温储热单元的循环介质温度可为120℃。

17、一种集成多能级储热罐的燃煤热电联产系统运行方法，其特征在于：包括高温储热单元蓄热＋低温储热单元蓄热、高温储热单元蓄热＋低温储热单元放热、高温储热单元放热＋低温储热单元蓄热和高温储热单元放热＋低温储热单元放热四种模式；

18、所述高温储热单元蓄热＋低温储热单元蓄热模式包括：当无弃电量且中压缸（21）抽汽全部用于加热热网水时，所述的低温储罐（5）的出口循环介质依次进入同步阀（7）、换热器（6）、同步阀（8）和同步阀（35），经泵（36）加压后进入电制热装置（4），最后进入中温储罐（3），利用中温储罐（3）中的高温储热单元的循环介质加热，此时中温储热单元的循环介质在电制热装置（4）和换热器（6）中只进行流动；当有弃电量但中压缸（21）抽汽全部用于加热热网水时，弃电量优先用于电制热装置（2），当中温储罐（3）内的高温储热单元的循环介质的温度即将到达凝固点时，将部分弃电量用于电制热装置（4）加热低温储罐（5）中的中温储热单元的循环介质，来使中温储罐（3）内的高温储热单元的循环介质的温度远离凝固点；当有弃电量且中压缸（21）抽汽部分用于加热热网水时，弃电量优先用于电制热装置（2），当中温储罐（3）内的高温储热单元的循环介质的温度即将到达凝固点时，将部分中压缸（21）抽汽用于加热中温储热单元的循环介质，来使中温储罐（3）内的高温储热单元的循环介质的温度远离凝固点；

19、所述高温储热单元蓄热＋低温储热单元放热包括：当有弃电量且低温储罐（5）内循环工质含量较低时，弃电量用于电制热装置（2），中温储罐（3）中的中温储热单元的循环介质经泵（34）加压后，依次流经同步阀（35）和同步阀（8）后进入换热器（16）加热热网水，随后经同步阀（7）后回到低温储罐（5），热网水从换热器（16）流出后，进入尖峰加热器（28）加热至指定温度后作为热网供水。

20、所述高温储热单元放热＋低温储热单元蓄热包括：当汽轮机发电系统不处于最小发电负荷工况且中压缸抽汽部分加热热网水时，所述高温储罐（1）中的高温储热单元的循环介质经泵（33）加压和分流阀（13）分流后，流入辅过热器（12）和辅再热器（14），经混合阀（11）混合后，依次流经蒸发器（10）和预热器（9）加热给水，随后回到中温储罐（3）；低温储罐（5）的出口循环介质依次进入同步阀（7）、换热器（6）、同步阀（8）和同步阀（35），经泵（36）加压后进入电制热装置（4），最后进入中温储罐（3）；

21、所述高温储热单元放热＋低温储热单元放热包括：当汽轮机发电系统不处于最小发电负荷工况且热电联产系统供热不足时，所述的高温储罐（1）中的高温储热单元的循环介质经泵（33）加压和分流阀（13）分流后，流入辅过热器（12）和辅再热器（14），经混合阀（11）混合后，依次流经蒸发器（10）和预热器（9）加热给水，随后回到中温储罐（3）；中温储罐（3）中的中温储热单元的循环介质经泵（34）加压后，依次流经同步阀（35）和同步阀（8）后进入换热器（16）加热热网水，随后经同步阀（7）后回到低温储罐（5），热网水从换热器（16）流出后，进入尖峰加热器（28），加热至指定温度后作为热网供水。

22、本发明的积极有益效果：

23、本发明公开了一种集成多能级储热罐的燃煤热电联产系统及其运行方法。本发明根据热电联产系统的能级特点，设置高、中、低温储罐，将中温储罐进行分层，将加热完锅炉给水的高温储热介质回到中温储罐后加热中温储罐中的低温储热介质，使高温储热介质的能量利用更加充分，增加储罐系统的储能密度。同时，高温储罐中的高温介质可用于加热锅炉给水产生主蒸汽，从而减少煤耗量。中温储罐中的低温储热介质和中压缸抽汽构成热网水梯级加热系统，不仅减小了热网水加热系统的换热损失，还提升了热电联产系统的供热能力和运行灵活性，增加新能源发电上网率。