一种耦合蒸汽储能的燃煤发电机组及其运行方法

本发明涉及燃煤发电，具体涉及一种耦合蒸汽储能的燃煤发电机组及其运行方法，以实现深度调峰。

背景技术：

1、目前，由于电网用电量的增长速度变缓、电网装机容量迅速增加以及可再生能源发电在电网中所占比例在快速增加，导致电网日常运行中负荷的峰谷差不断增大。而火电厂作为发电主力，需要承担巨大的调峰压力，以维持电网的稳定。在日常的负荷调度过程中负荷低于50％额定负荷的调峰的频次和时间不断增加，个别时段运行负荷甚至需要降至30％额定负荷。但是如果按照正常调峰方式转“湿态”降负荷方式的话，会加大电厂的操作量且需要投油以稳定燃烧，风险很大而且经济性很差。

2、因此，针对燃煤机组的灵活性已有学者提出了蒸汽储压储热的外部储能系统，《一种带储热储压的燃煤发电系统及运行方法》(申请专利号202211068265.6)和《一种耦合蒸汽储能的燃煤发电系统及运行方法》(申请专利号202210980571.0)两项专利均为利用蒸汽作为火电机组储热的方式，但是上述两项技术的系统中均需要加入大量可以承受高温高压蒸汽的储蓄设备，但是由于高温高压蒸汽对储蓄设备的要求较高，安全性较低，而且需要较大的占地面积。而且《一种能量梯级利用的热电厂储能供热系统及方法》(申请专利号202111267192.9)提出将汽轮机的高参数抽汽与汽轮机的低参数抽汽输入同一个储能装置进行储能，不利于实现能量的分级利用，其系统的能源利用率较低。如何进一步改进外部储能系统是我国能源行业的巨大挑战。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种耦合蒸汽储能的燃煤发电机组及其运行方法，实现能量的梯级利用，提高系统的能源利用率，而且可以得到更快的升负荷速率，使机组更快地达到目标负荷。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种耦合蒸汽储能的燃煤发电机组，包括燃煤系统和蒸汽储热系统；

4、所述燃煤系统包括燃煤锅炉1、高压缸2、中压缸3、低压缸4、发电机5、除氧器6、高压加热器7、高温给水换热器8、凝汽器9、低压加热器10、低温给水换热器11、过热蒸汽高温换热器12、再热蒸汽高温换热器15、第一阀门v1、第二阀门v2、第三阀门v3、第四阀门v4、第十二阀门v12、第十三阀门v13和第十四阀门v14；燃煤锅炉1的过热蒸汽出气端通过第三阀门v3与过热蒸汽高温换热器12的热端入口相连通；燃煤锅炉1的再热蒸汽出气端通过第四阀门v4与再热蒸汽高温换热器15的热端入口相连通；燃煤锅炉1的过热蒸汽出气端和高压缸2相连通；燃煤锅炉1的再热蒸汽出气端和中压缸3相连通；高压缸2的出口分别与燃煤锅炉1和高压加热器7的热端入口相连通；中压缸3的出口通过第十三阀门v13与高压加热器7的热端入口相连通；中压缸3的出口与除氧器6和低压缸4相连通；低压缸4的出口通过第十二阀门v12与低压加热器10的热端入口相连通；低压缸4的出口与凝汽器9相连通；除氧器6的出口经第一阀门v1与高压加热器7的冷端入口相连通；除氧器6的出口通过第二阀门v2与高温给水换热器8的冷端入口相连通；高压加热器7的冷端出口和高温给水换热器8的冷端出口与燃煤锅炉1相连通；凝汽器9通过第十四阀门v14与低压加热器10的冷端入口相连；凝汽器9通过第九阀门v9与低温给水换热器11的冷端入口相连；低压加热器10的冷端出口和低温给水换热器11的冷端出口与除氧器6的入口相连通；

5、蒸汽储热系统包括第一储冷罐13、过热蒸汽热能储热罐14、再热蒸汽低温换热器16、过热蒸汽低温换热器17、第二储冷罐18、饱和蒸汽热能储热罐19、冷凝水水箱20、第一出口泵p1、第二出口泵p2、第五阀门v5、第六阀门v6、第七阀门v7、第八阀门v8、第十阀门v10、第十一阀门v11和冷凝水压力调节阀v15；过热蒸汽高温换热器12的冷端出口与过热蒸汽热能储热罐14相连通；再热蒸汽高温换热器15的冷端出口与过热蒸汽热能储热罐14相连通；过热蒸汽高温换热器12的冷端入口通过第五阀门v5与第一储冷罐13相连通；再热蒸汽高温换热器15的冷端入口通过第六阀门v6与第一储冷罐13相连通；过热蒸汽热能储热罐14通过第十阀门v10以及第一出口泵p1与高温给水换热器8的热端入口相连通；过热蒸汽高温换热器12的热端出口与过热蒸汽低温换热器17的热端入口相连通；过热蒸汽高温换热器15的热端出口与再热蒸汽低温换热器16的热端入口相连通；过热蒸汽低温换热器17的冷端出口与饱和蒸汽热能储热罐19的入口相连通；再热蒸汽高温换热器16的冷端出口与饱和蒸汽热能储热罐19的入口相连通；过热蒸汽低温换热器17的冷端入口通过第七阀门v7与第二储冷罐18相连通；再热蒸汽高温换热器16的冷端入口通过第八阀门v8与第二储冷罐18相连通；饱和蒸汽热能储热罐19的出口通过第十一阀门v11以及第二出口泵p2与低温给水换热器11的热端入口相连通；过热蒸汽低温换热器17的热端出口和再热蒸汽低温换热器16的热端出口与冷凝水水箱20的入口相连通；冷凝水水箱20的出口经冷凝水压力调节阀v15与除氧器6相连通。

6、所述燃煤系统中，燃煤锅炉1的过热蒸汽出气端与过热蒸汽高温换热器12的热端入口和高压缸2之间设置过热蒸汽分流器f5；燃煤锅炉1的再热蒸汽出气端与再热蒸汽高温换热器15的热端入口和中压缸3之间设置再热蒸汽分流器f6；除氧器6与高压加热器7的冷端入口和高温给水换热器8的冷端入口之间设置第一分流器f1；凝汽器9与低压加热器10的冷端入口和低温给水换热器11的冷端入口之间设置第二分流器f2；在燃煤锅炉1与高压加热器7的冷端出口和高温给水换热器8的冷端出口之间设置第一给水合流器m1，在除氧器6与低压加热器10的冷端出口和低温给水换热器11的冷端出口之间设置第二给水合流器m2。

7、所述蒸汽储热系统中，第一储冷罐13与过热蒸汽高温换热器12的冷端入口和再热蒸汽高温换热器15的冷端入口之间设置第三分流器f3；第二储冷罐18与过热蒸汽低温换热器17的冷端入口和再热蒸汽低温换热器16的冷端入口之间设置第四分流器f4。

8、所述燃煤锅炉1的再热蒸汽出口的蒸汽温度为580～650℃，压力大于20bar；所述燃煤锅炉1的蒸汽出口的蒸汽温度为580～650℃，压力大于100bar。

9、所述的耦合蒸汽储能的燃煤发电机组，能够根据燃煤发电机组的负荷需要，依次选择由燃煤锅炉1中抽取再热蒸汽和过热蒸汽以提高机组的调峰能力。

10、所述的耦合蒸汽储能的燃煤发电机组，在机组升负荷时，冷凝水水箱20向除氧器6中注水时，可以利用冷凝水压力调节阀v15来调节调节冷凝水的压力使之与除氧器6中的压力一致。

11、所述蒸汽储热系统中，由于过热蒸汽热能储热罐14内温度高，因此过热蒸汽热能储热罐14内的换热介质为能够在管道内流动的熔盐，其允许的使用温度达560℃；而饱和蒸汽热能储热罐19内温度低，饱和蒸汽热能储热罐19内的换热介质为能够在管道内流动的陶氏化学高温导热油dowtherm，该导热油的最高工作温度在400℃，以节约设备成本。

12、所述的耦合蒸汽储能的燃煤发电机组的运行方法，燃煤发电机组需要开始降负荷时，首先打开第四阀门v4、第六阀门v6和第八阀门v8，关闭第二阀门v2、第九阀门v9、第十阀门v10、第十一阀门v11和冷凝水压力调节阀v15，由燃煤锅炉1中的再热蒸汽经再热蒸汽高温换热器15与从第一储冷罐13流出的熔盐进行换热，熔盐在吸收热量以后流入过热蒸汽热能储热罐14，再热蒸汽经放热后成为饱和蒸汽，随后饱和蒸汽继续进入再热蒸汽低温换热器16与从第二储冷罐18流出的导热油进行换热，导热油在吸收热量以后流入饱和蒸汽热能储热罐19，而饱和蒸汽经放热后成为冷凝水继续流入冷凝水水箱20；如果燃煤发电机组需要继续降负荷，则打开第三阀门v3、第五阀门v5和第七阀门v7，由燃煤锅炉1中的过热蒸汽经过热蒸汽高温换热器12与从第一储冷罐13流出的熔盐进行换热，熔盐在吸收热量以后流入过热蒸汽热能储热罐14，过热蒸汽经放热后成为饱和蒸汽，随后饱和蒸汽继续进入过热蒸汽低温换热器17与从第二储冷罐18流出的导热油进行换热，导热油在吸收热量以后流入饱和蒸汽热能储热罐19，而饱和蒸汽经放热后成为冷凝水继续流入冷凝水水箱20；

13、燃煤发电机组需要开始升负荷时，打开第十阀门v10、第十一阀门v11、第二阀门v2、第九阀门v9和第十五阀门v15，关闭第三阀门v3、第四阀门v4、第五阀门v5、第六阀门v6、第七阀门v7和第八阀门v8，由过热蒸汽热能储热罐14流出的熔盐通过第一出口泵p1流入高温给水换热器8加热由除氧器6流出的给水，在保证给水温度稳定的过程中，通过调节第十三阀门v13以减少中压缸3的抽气，随后经加热后的给水与经高压加热器7加热的给水于第一给水合流器m1混合，随后进入燃煤锅炉1；由饱和蒸汽热能储热罐19流出的导热油通过第二出口泵p2流入低温给水换热器11加热由凝汽器9流出的给水，在保证给水温度稳定的过程中，通过调节第十二阀门v12以减少低压缸4的抽气，随后经加热后的给水与经低压加热器10加热的给水于第二给水合流器m2混合，随后流入除氧器6；由冷凝水水箱20流出的冷凝水直接注入除氧器6中。

14、本发明的优势在于火电机组可以在降负荷时分别利用熔盐和导热油储存高温热能和低温热能，并且在升负荷时可以利用熔岩中的高温热能以减少高压缸抽汽，可以利用导热油中的低温热能以减少低压缸抽汽，从而实现能量的梯级利用，提高系统的能源利用率，而且可以得到更快的升负荷速率，使机组更快地达到目标负荷。另外，相较于直接将高温高压蒸汽储存在储蓄设备中，而高温高压蒸汽对储蓄设备的要求较高，安全性较低，且需要较大的占地面积，利用熔岩和导热油分别实现不同温度段的储热，可以提高系统的安全性和经济性。