一种燃煤烟气加热氢氧化钙储热调峰的系统及方法与流程

本发明属于燃煤机组调峰发电，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：

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，ca(oh)2/cao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、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。

3、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)2/cao，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。又如专利cn201610290808.7公开了一种流态化钙基热化学高温储能/释能系统及其工作方法，该系统利用钙基热化学高温可逆的反应，通过太阳能、热能、化学能之间的相互转化进行能量的存储与释放。该系统主要包括能量输入单元、能量存储单元和能量输出单元。储能时，氢氧化钙在流态化条件下发生吸热分解反应，将吸收的热量以化学能的形式存储在反应产物氧化钙中；释能时，氧化钙和水蒸气在流态化条件下发生放热反应,放出的热量加热水产生高温高压的蒸汽，从而推动蒸汽轮机发电。但在上述专利公开的储热系统中，均存在着反应器构造复杂、传质和传热效果差、材料的循环稳定性差、系统效率低等问题亟待解决。

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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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。

8、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。

9、本发明还提供一种上述系统的运行方法，

10、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。

11、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；

12、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。

13、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；

14、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；

15、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。

16、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

17、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)2/cao体系储能密度高，长期储存无热损，能够显著降低储热系统的规模和投资。将氢氧化钙加热器布置在锅炉烟道中，采用烟气直接加热氢氧化钙，与传统的蒸汽加热或电加热方式相比，省去了烟气加热蒸汽或烟气加热蒸汽发电等中间传热环节，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；同时设置调温结构，通过调节烟气温度灵活调整氢氧化钙加热器的加热温度，实现控制氢氧化钙分解时机的目的；氧化钙与水反应放热量大，较小的反应器体积就能够产生调峰所需的蒸汽量。本发明通过上述氢氧化钙/氧化钙储热系统将燃煤烟气中的热量储存并在机组升负荷运行时增加蒸汽量，机组降负荷运行时减小蒸汽量，协助燃煤机组提高负荷变化率，并实现燃煤机组深度调峰运行。

18、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。

19、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。

20、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。

21、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。