一种耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统及运行方法

1.本发明涉及燃煤发电技术领域，具体涉及一种耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统及运行方法。

背景技术：

2.随着全球对太阳能、风能等可再生能源的利用急剧增加，其波动性、间歇性和不可预测性等特点给电网的稳定安全运行带来了巨大的挑战。
3.在现有技术中，最低稳燃负荷制约着锅炉系统的调峰能力，锅炉内部大热惯性制约的锅炉系统的调频能力，因此导致燃煤机组的调峰、调频能力尚不能满足电网的需求。

技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的燃煤机组的调峰、调频能力尚不能满足电网的需求缺陷，从而提供一种耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统。
5.本发明还提供一种耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统的运行方法。
6.为解决上述技术问题，本发明提供的一种耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统，包括：
7.燃煤发电组件，所述燃煤发电组件包括：燃煤锅炉、高压汽轮机、中压汽轮机、低压汽轮机、凝汽器、低压加热器、除氧器和高压加热器；
8.高压汽轮机的蒸汽入口与燃煤锅炉的主蒸汽出口连通；高压汽轮机的蒸汽出口与燃煤锅炉的再热蒸汽入口连通，燃煤锅炉的再热蒸汽出口与中压汽轮机通过管路相连通；中压汽轮机的第一级抽汽出口与高压加热器的蒸汽入口相连通；中压汽轮机的第二级蒸汽出口与除氧器的蒸汽入口相连通；
9.中压汽轮机的蒸汽出口与低压汽轮机的蒸汽出口通过管道相连通；低压汽轮机的抽汽出口与低压加热器相连通；低压汽轮机的蒸汽出口与凝汽器的蒸汽入口通过管道相连通；凝气器的凝结水出口与低压加热器的凝结水入口通过管道相连通；低压加热器的凝结水出口与除氧器的凝结水入口通过管道相连接；除氧器的给水出口与高压加热器的给水入口通过管道相连通；高压加热器的给水出口与燃煤锅炉的给水入口进口通过管道相连通；
10.蒸汽储能组件，所述蒸汽储能组件包括：高压储汽罐和中压储汽罐；
11.高压储汽罐的蒸汽入口与燃煤锅炉的主蒸汽出口通过管路相连通；高压储汽罐的水工质入口与除氧器的水工质出口通过管路相连通；高压储汽罐的蒸汽出口与高压加热器的蒸汽入口通过管路相连通；高压储汽罐的蒸汽出口与中压储汽罐的蒸汽出口通过管路相连通；中压储汽罐的蒸汽入口与锅炉的再热蒸汽出口通过管路相连通；中压储汽罐的水工质入口与除氧器的水工质出口通过管路相连通；中压储汽罐的蒸汽出口与除氧器的蒸汽入口通过管路相连通；中压储汽罐的蒸汽出口与低压加热器的蒸汽入口通过管路相连通。
12.作为优选方案，所述燃煤锅炉和所述高压储汽罐之间连通的管路上设置有主蒸汽分流阀。
13.作为优选方案，所述燃煤锅炉和所述中压储汽罐之间连通的管路上设置有再热蒸汽分流阀。
14.作为优选方案，所述高压储汽罐和所述中压储汽罐均为承压储汽罐；所述高压储汽罐的承压压力大于等于70帕；所述中压储汽罐的承压压力大于等于40帕。
15.作为优选方案，主蒸汽温度大于520℃，压力大于100帕；再热蒸汽温度大于520℃，压力大于20帕。
16.作为优选方案，在除氧器和高压储汽罐之间的连通管路上设置有第一给水分流阀、第二给水分流阀和高压给水泵；在中压储汽罐和除氧器之间连通的管路上设置有第一给水分流阀和中压给水泵。
17.本发明提供的一种耦合多级蒸汽储能燃煤发电系统的运行方法，包括以下步骤：
18.当燃煤机组需降低负荷运行时，分流部分主蒸汽进入到高压储汽罐，除氧器中的部分给水进入到高压储汽罐；当高压储汽罐内的压力大于70帕时，分流部分再热蒸汽进入到中压储汽罐，除氧器中的部分给水进入到中压储汽罐；
19.当燃煤机组需提高负荷运行时，将高压蒸汽从高压储汽罐中释放，高压蒸汽代替汽轮机抽汽加热高压加热器的给水，当高压储汽罐压力降低到40帕时，将中压蒸汽从中压储汽罐中释放，中压蒸汽代替汽轮机抽汽加热除氧器和低压加热器的给水。
20.本发明技术方案，具有如下优点：
21.1.本发明提供的一种耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统，包括燃煤发电组件和蒸汽储能组件；所述蒸汽储能组件包括：高压储汽罐和中压储汽罐；将蒸汽储能与燃煤机组耦合扩大了燃煤机组的负荷变化区间。其最小负荷可从30％tha最大降低至16％tha，最大负荷从100％tha最大提高到117％tha,燃煤机组的变负荷速率可从传统的1-1.5pe0/min提高到4.1pe0/min,大大提高了燃煤机组的调峰调频能力；
22.进一步的，将蒸汽储能与燃煤机组耦合，对燃煤锅炉影响小，不需对锅炉进行改造，而且利用汽轮机系统的多股汽源同时进行储能，提高储能效率。
23.2.本发明提供的一种耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统，通过设置中压给水泵和高压给水泵对进入高压储汽罐和低压储汽罐的给水升压，使给水与过热蒸汽混合为饱和水，大大增加了储热密度，降低了高压储汽罐和中压储汽罐的占地面积。
24.3.本发明提供的一种耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统，在机组升负荷时，储汽罐的蒸汽根据压力梯级释放到加热器的抽汽进口，替代汽轮机抽汽对给水加热，在提高汽轮机输出功率的同时降低了回热系统的换热不可逆性，进一步提高了热能的利用效率。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明的一种耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统的结构示意图。
27.图2为本发明使用多级蒸汽储能耦合燃煤发电机组与原始机组的最低负荷对比图。
28.图3为本发明使用多级蒸汽储能耦合燃煤发电机组与原始机组的变负荷速率对比图。
29.附图标记说明：
30.1、燃煤锅炉；2、高压汽轮机；3、中压汽轮机；4、低压汽轮机；5、凝汽器；6、低压汽轮机抽汽节流阀；7、低压加热器；8、第一中压汽轮机抽汽节流阀；9、除氧器；10、第二中压汽轮机抽汽节流阀；11、高压汽轮机抽汽节流阀；12、高压加热器；13、主蒸汽分流阀；14、高压储汽罐；15、第一给水分流阀；16、第二给水分流阀；17、高压给水泵；18、高压储汽罐出口调节阀；19、第一高压蒸汽出口分流阀；20、再热蒸汽分流阀；21、中压储汽罐；22、中压给水泵；23、中压储汽罐出口调节阀；24、蒸汽混合阀；25、第一中压蒸汽出口分流阀；26、第二中压蒸汽出口分流阀；27、第二高压蒸汽出口分流阀；28、第三高压蒸汽出口分流阀。
具体实施方式
31.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
35.实施例1
36.本实施例提供一种耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统，如图1所示，包括：燃煤发电组件和蒸汽储能组件；
37.所述燃煤发电组件包括：燃煤锅炉1、高压汽轮机2、中压汽轮机3、低压汽轮机4、凝汽器5、低压加热器7、除氧器9和高压加热器12；
38.高压汽轮机的蒸汽入口与燃煤锅炉1的主蒸汽出口通过管道相连通；高压汽轮机的蒸汽出口与燃煤锅炉1的再热蒸汽入口连通，燃煤锅炉1的再热蒸汽出口与中压汽轮机通过管路相连通；
39.高压汽轮机的抽汽出口与高压加热器12的蒸汽入口通过管道相连通；中压汽轮机的第一级抽汽出口与高压加热器12的蒸汽入口通过管路连通；在中压汽轮机和高压加热器12的连通的管路上设置有第二中压汽轮机抽汽节流阀10；中压汽轮机的第二级抽汽出口与除氧器9的蒸汽入口通过管路相连通；在中压汽轮机和除氧器9的连通的管路上设置有第一中压汽轮机抽汽节流阀8；中压汽轮机的蒸汽出口与低压汽轮机的蒸汽出口通过管道相连
通；低压汽轮机的抽汽出口与低压加热器7通过管路相连通；在低压汽轮机和低压加热器7之间的管路上设置有低压汽轮机抽汽节流阀6；低压汽轮机的蒸汽出口与凝气器的蒸汽入口通过管道相连通；凝气器的凝结水出口与低压加热器7的凝结水入口通过管道相连通；低压加热器7的凝结水出口与除氧器9的凝结水入口通过管道相连接；除氧器9的给水出口与高压加热器12的给水入口通过管道相连通；高压加热器12的给水出口与锅炉的给水入口进口通过管道相连通。
40.高压储汽罐14的蒸汽入口与燃煤锅炉1的主蒸汽出口通过管路相连通；在高压储汽罐和燃煤锅炉1之间连通的管路上设置有主蒸汽分流阀13；高压储汽罐的水工质入口与除氧器9的水工质出口通过管路相连通；在除氧器9和高压储汽罐之间的连通管路上设置有第一给水分流阀15、第二给水分流阀16和高压给水泵17；高压储汽罐的蒸汽出口与高压加热器12的蒸汽入口通过两路管路相连通；在高压储汽罐14和高压加热器12连通的其中一路管路上设置有高压储汽罐出口调节阀18和第一高压蒸汽出口分流阀19；在高压储汽罐和高压加热器12连通的另一路管路上设置有高压储汽罐出口调节阀18和第二高压蒸汽出口分流阀27；高压储汽罐的蒸汽出口与中压储汽罐的蒸汽出口通过管路相连通；在高压储汽罐14和中压储汽罐21之间连通的管路上设置有高压储汽罐出口调节阀18、第三高压蒸汽出口分流阀28、蒸汽混合阀24以及中压储汽罐出口调节阀23。中压储汽罐的蒸汽入口与燃煤锅炉1的再热蒸汽出口通过管路相连通；在中压储汽罐和燃煤锅炉1之间连通的管路上设置有再热蒸汽分流阀20；中压储汽罐的水工质入口与除氧器9的水工质出口通过管路相连通；在中压储汽罐和除氧器9之间连通的管路上设置有第一给水分流阀15和中压给水泵22；中压储汽罐的蒸汽出口与除氧器9的蒸汽入口通过两路管路相连通；在中压储汽罐和除氧器9之间连通的其中一个管路上设置有中压储汽罐出口调节阀23、蒸汽混合阀24和第一中压蒸汽出口分流阀25。在中压储汽罐和除氧器9之间连通的另一个管路上设置有中压储汽罐出口调节阀23、蒸汽混合阀24和第二中压蒸汽出口分流阀26。
41.进一步，高压储汽罐和中压储汽罐均为承压储汽罐，高压储汽罐的承压压力大于等于70帕，中压储汽罐的承压压力大于等于40帕。
42.进一步，主蒸汽温度大于520℃，压力大于100帕；再热蒸汽温度大于520℃，压力大于20帕。
43.实施例2
44.本实施例提供一种耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统的运行方法，包括以下步骤：
45.当燃煤机组需降低负荷运行时，分流部分主蒸汽进入到高压储汽罐，除氧器9中的部分给水进入到高压储汽罐；当高压储汽罐内的压力大于75帕时，分流部分再热蒸汽进入到中压储汽罐，除氧器9中的部分给水进入到中压储汽罐；
46.当燃煤机组需提高负荷运行时，将高压蒸汽从高压储汽罐中释放，高压蒸汽代替汽轮机抽汽加热高压加热器12的给水，当高压储汽罐压力降低到40bar时，将中压蒸汽从中压储汽罐中释放，中压蒸汽代替汽轮机抽汽加热除氧器9和低压加热器7的给水。
47.进一步的，当燃煤机组需降低运行负荷时，打开主蒸汽分流阀13，分流部分主蒸汽进入储汽罐，打开第一给水分流阀15和第二给水分流阀16，启动高压给水泵17，使部分给水由高压给水泵17升压后进入高压储汽罐，当高压储汽罐内压力大于75帕时，关闭主蒸汽分
流阀13，打开再热蒸汽分流阀20，分流部分再热蒸汽进入中压储汽罐，启动中压给水泵22，使部分给水由中压给水泵22升压后进入中压储汽罐，当中压储汽罐内压力大于40帕时，关闭再热蒸汽分流阀20。
48.通过调节主蒸汽分流阀13与再热蒸汽分流阀20的开度可调节蒸汽流入高压储汽罐和中压储汽罐的流速，调节目的为：控制机组降负荷速率；通过调节第一给水分流阀15和第二给水分流阀16的开度控制进入高压储汽罐和低压储汽罐的给水流量，调节目的为：使给水流量与蒸汽流量匹配，保证过热蒸汽与给水混合后为饱和水，提高储热密度；
49.当机组提高负荷运行时，打开高压储汽罐出口调节阀18，将高压蒸汽从高压储汽罐中释放，打开高压汽轮机抽汽节流阀11和第二中压汽轮机抽汽节流阀10，第一高压蒸汽出口分流阀19，第二高压蒸汽出口分流阀27，高压蒸汽代替汽轮机抽汽加热高压加热器12的给水；当高压储汽罐压力降低到40bar时，打开第三高压蒸汽出口分流阀28，打开中压储汽罐出口调节阀23，将中压蒸汽从中压储汽罐中释放，打开第一中压汽轮机抽汽节流阀8和低压汽轮机抽汽节流阀6，第一中压蒸汽出口分流阀25，第二中压蒸汽出口分流阀26，中压蒸汽代替汽轮机抽汽加热除氧器9和低压加热器7的给水。
50.如图2所示，为机组的负荷区间变化图，以660mw超超临界燃煤机组为例，最低负荷从198mw降低到111mw。最高负荷从660mw增加到721mw。如图3所示，机组的输出速率变化对比图，从原始的1.5％额定负荷每分钟提高到4.1％额定负荷每分钟。
51.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：

1.一种耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统，其特征在于，包括：燃煤发电组件，所述燃煤发电组件包括：燃煤锅炉、高压汽轮机、中压汽轮机、低压汽轮机、凝汽器、低压加热器、除氧器和高压加热器；高压汽轮机的蒸汽入口与燃煤锅炉的主蒸汽出口连通；高压汽轮机的蒸汽出口与燃煤锅炉的再热蒸汽入口连通，燃煤锅炉的再热蒸汽出口与中压汽轮机通过管路相连通；中压汽轮机的第一级抽汽出口与高压加热器的蒸汽入口相连通；中压汽轮机的第二级蒸汽出口与除氧器的蒸汽入口相连通；中压汽轮机的蒸汽出口与低压汽轮机的蒸汽出口通过管道相连通；低压汽轮机的抽汽出口与低压加热器相连通；低压汽轮机的蒸汽出口与凝汽器的蒸汽入口通过管道相连通；凝气器的凝结水出口与低压加热器的凝结水入口通过管道相连通；低压加热器的凝结水出口与除氧器的凝结水入口通过管道相连接；除氧器的给水出口与高压加热器的给水入口通过管道相连通；高压加热器的给水出口与燃煤锅炉的给水入口进口通过管道相连通；蒸汽储能组件，所述蒸汽储能组件包括：高压储汽罐和中压储汽罐；高压储汽罐的蒸汽入口与燃煤锅炉的主蒸汽出口通过管路相连通；高压储汽罐的水工质入口与除氧器的水工质出口通过管路相连通；高压储汽罐的蒸汽出口与高压加热器的蒸汽入口通过管路相连通；高压储汽罐的蒸汽出口与中压储汽罐的蒸汽出口通过管路相连通；中压储汽罐的蒸汽入口与锅炉的再热蒸汽出口通过管路相连通；中压储汽罐的水工质入口与除氧器的水工质出口通过管路相连通；中压储汽罐的蒸汽出口与除氧器的蒸汽入口通过管路相连通；中压储汽罐的蒸汽出口与低压加热器的蒸汽入口通过管路相连通。2.根据权利要求1所述的耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统，其特征在于，所述燃煤锅炉和所述高压储汽罐之间连通的管路上设置有主蒸汽分流阀。3.根据权利要求1所述的耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统，其特征在于，所述燃煤锅炉和所述中压储汽罐之间连通的管路上设置有再热蒸汽分流阀。4.根据权利要求1所述的耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统，其特征在于，所述高压储汽罐和所述中压储汽罐均为承压储汽罐；所述高压储汽罐的承压压力大于等于70帕；所述中压储汽罐的承压压力大于等于40帕。5.根据权利要求1所述的耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统，其特征在于，主蒸汽温度大于520℃，压力大于100帕；再热蒸汽温度大于520℃，压力大于20帕。6.根据权利要求1所述的耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统，其特征在于，在除氧器和高压储汽罐之间的连通管路上设置有第一给水分流阀、第二给水分流阀和高压给水泵；在中压储汽罐和除氧器之间连通的管路上设置有第一给水分流阀和中压给水泵。7.一种耦合多级蒸汽储能燃煤发电系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：当燃煤机组需降低负荷运行时，分流部分主蒸汽进入到高压储汽罐，除氧器中的部分给水进入到高压储汽罐；当高压储汽罐内的压力大于70帕时，分流部分再热蒸汽进入到中压储汽罐，除氧器中的部分给水进入到中压储汽罐；当燃煤机组需提高负荷运行时，将高压蒸汽从高压储汽罐中释放，高压蒸汽代替汽轮机抽汽加热高压加热器的给水，当高压储汽罐压力降低到40帕时，将中压蒸汽从中压储汽罐中释放，中压蒸汽代替汽轮机抽汽加热除氧器和低压加热器的给水。

技术总结

本发明提供的一种耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统及运行方法，属于燃煤发电技术领域，耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统包括：燃煤发电组件和蒸汽储能组件；本发明的耦合多级蒸汽储能的燃煤发电系统，大大提高了燃煤机组的调峰调频能力，同时，对燃煤锅炉影响小，不需对锅炉进行改造，而且利用汽轮机系统的多股汽源同时进行储能，提高储能效率。提高储能效率。提高储能效率。