一种蒸汽加热氢氧化钙储热调峰的系统及方法与流程

本发明属于火电储热调峰，具体属于一种蒸汽加热氢氧化钙储热调峰的系统及方法。

背景技术：

1、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，氢氧化钙/氧化钙体系具有储能密度大、安全无毒、价格低廉和操作简单等特点，其原理是通过可逆反应cao+h2o→ca(oh)2实现高品位热能与化学能之间的相互转换进行储热，是目前中高温热化学储能体系中非常具有发展前景的储能方式。

2、双碳目标下，随着电力系统的低碳化转型，新能源发电大量并网，为消纳新能源时空不连续引起的电网负荷波动，传统火电行业需要开展深度调峰和灵活性改造。火电机组耦合储热技术是实现火电机组灵活改造的主要途径，常见的技术路线是在传统的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”的供热火电机组，增加储热单元可以更好的实现“热电解耦”，实现灵活供热。

3、利用氢氧化钙/氧化钙的热化学储热与火电机组调峰的耦合目前正处于研究阶段，尚未有规模化应用，主要存在着反应器构造复杂、传质和传热效果差、反应难控制、材料的循环稳定性差等问题亟待解决。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种蒸汽加热氢氧化钙储热调峰的系统及方法，利用小规模氢氧化钙/氧化钙储热系统协助火电机组调峰，储热系统通过抽取、产生蒸汽实现机组快速升降负荷，具有系统简单、控制灵活、效率高、能够显著提高机组变负荷速率的优点。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种蒸汽加热氢氧化钙储热调峰的系统，包括反应器，反应器的壳侧用于填充氧化钙和氢氧化钙的混合物，壳侧的反应器入口与除盐水箱的出口连通用于向壳侧中通入除盐水；反应器的管侧第一进口分别与锅炉主蒸汽管道和汽轮机高压缸连通，管侧的第二进口与锅炉给水管道连通。氢氧化钙储热时，部分锅炉主蒸汽从锅炉主蒸汽管道经管侧的第一进口通入反应器管侧，放热后经管侧的第二进口通入锅炉给水管道中；氧化钙放热时，锅炉给水管道的除盐水经管侧的第二进口通入反应器，吸热后经管侧的第一进口通入汽轮机高压缸中。

3、进一步的，反应器壳侧的反应器出口与分离器的进口连通，用于分离蒸汽中携带的氧化钙或氢氧化钙，分离器的第一出口与汽轮机低压缸的入口连通，分离器的第二出口与床料储罐的入口连通。

4、进一步的，反应器壳侧中沿高度方向布置有喷淋层和固定床层，喷淋层和固定床层一一对应水平相向设置，喷淋层的入口与壳侧的反应器入口连通，固定床层中填充床料，固定床层的进口与床料储罐的出口连通，管侧管路从固定床层内穿过，床料分布在管侧管路外部。

5、进一步的，所述床料为氧化钙和氢氧化钙的混合物。

6、进一步的，喷淋层包含多个喷口用于将来自除盐水箱的除盐水喷入固定床层中，喷淋层和固定床层均至少设置一层。

7、进一步的，所述管侧采用多重管束式结构的盘管簇，管侧第一进口处设置第一联箱，管侧的第二进口处设置第二联箱，盘管簇的第一进口与第一联箱连通，盘管簇的第二进口与第二联箱连通，第一联箱、第二联箱用于将通入盘管簇的物料进行分配后通入盘管簇的各个盘管中或者将盘管簇的各个盘管中的物料进行汇总并将汇总的物料排出盘管簇。

8、进一步的，除盐水箱的入口与凝结水泵的出口相连。

9、进一步的，反应器壳侧的物料为低压流动，压力与汽轮机低压缸的入口蒸汽压力保持一致；管侧内物料为高压流动，压力与汽轮机高压缸的入口蒸汽压力保持一致。

10、本发明还提供上述系统的储热调峰方法，机组降负荷运行时，将一部分锅炉主蒸汽通入汽轮机高压缸，另一部分经第一进口进入反应器的管侧，管侧中的锅炉主蒸汽的热量传递给反应器壳侧中的氢氧化钙，氢氧化钙吸热分解生成氧化钙和水蒸气，将电能转化为化学能储存，管侧中的锅炉主蒸汽降温冷凝得到除盐水，除盐水经管侧的第二进口通入锅炉给水管道。

11、进一步的，机组升负荷运行时，将除盐水箱中的除盐水通过反应器入口送入反应器壳侧，除盐水与反应器壳侧中的氧化钙发生反应生成氢氧化钙并放热，从锅炉给水管道抽取除盐水经第二进口送入反应器的管侧，管侧的除盐水吸收氧化钙反应放出的热量产生水蒸气，水蒸气经反应器管侧的第一进口通入汽轮机高压缸，汽轮机带动发电机发电，将氧化钙中储存的化学能转化为电能。

12、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

13、本发明提供一种蒸汽加热氢氧化钙储热调峰的系统，将氢氧化钙/氧化钙储热系统与火电机组耦合，氢氧化钙的分解温度是550～600℃，火电机组锅炉主蒸汽温度一般在540～560℃，两个温度能够很好的匹配，特别适用于火电机组的储热调峰，因此在火电机组降负荷时，本发明利用部分锅炉主蒸汽加热反应器壳侧的氢氧化钙，减少通入汽轮机的蒸汽量，氢氧化钙吸热分解生成氧化钙和水蒸气，将电能转化为化学能，降低火电机组出力；在火电机组升负荷时，氧化钙和水发生反应生成氢氧化钙并放热对反应器的管侧的除盐水进行加热产生蒸汽，将蒸汽通入汽轮机耦合做功，将化学能转化为电能，提高火电机组出力，能够解决火电机组深度调峰和快速变负荷过程中的安全性和经济性问题。

14、进一步的，与传统的电加热方式相比，本发明采用蒸汽加热能够减少换热过程引起的损，降低频繁调峰时机组煤耗和效率损失。

15、进一步的，与水储热、熔盐储热等方式相比，ca(oh)2/cao体系储能密度高，长期储存无热损，价格低廉，将氧化钙化学反应释热产生的蒸汽用来辅助火电机组调峰，能够显著降低储热系统的规模和投资。

16、进一步的，现有技术中，氢氧化钙脱水和氧化钙水合过程需要在两个反应器中分开进行，并且需要设置氢氧化钙床料储罐和氧化钙床料储罐两个床料储罐。本发明中将氢氧化钙和氧化钙的混合物作为床料填充在固定床层中，并分多层布置在反应器内部，实现了将氢氧化钙脱水反应器和氧化钙水合反应器合二为一的功能，并且在反应器中同时实现了化学反应和物料储存，储热系统仅需一个反应器，不再另设氢氧化钙床料储罐和氧化钙床料储罐，整体流程更加简单易控制。

17、进一步的，氧化钙和氢氧化钙在反应过程中存在烧结和腐蚀等问题，该体系的循环稳定性较差，本发明中盘管簇均布于固定床层中，与床料均匀接触并稳态传热，能够提高传热的均匀性，防止局部超温和氢氧化钙、氧化钙烧结。

18、进一步的，氢氧化钙分解产生的水蒸气温度高、体积大，难以利用和储存，直接冷凝会造成大量热量损失。本发明中反应器壳程侧采用低压运行，氢氧化钙分解产生的水蒸气直接进入汽轮机低压缸做功，然后进入除盐水箱，不需要额外的压缩存储设备，水蒸气的热焓被直接利用，能够提高系统效率。反应器管程侧采用高压运行，产生的高压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。

19、进一步的，本发明中氢氧化钙/氧化钙储热系统中所需物料氢氧化钙、氧化钙和水均可以循环利用，减小了物料消耗，提高了运行经济性。