高温储热式冷热电调峰系统的制作方法

1.本发明涉及电力系统调峰技术领域，具体涉及一种高温储热式冷热电调峰系统。


背景技术：

2.随着社会经济的快速发展，我国电力系统中的电力负荷峰谷差不断增大，而且持续时间也变长，电网调峰难度增加；热电机组装机容量在我国特别是北方地区占据相当大比例，而这些热电机组目前仍采用以热定电的运行模式，不仅调峰范围窄，还加剧了电网电力负荷低谷期发电量过剩，不利于解决电网电力负荷的峰谷差问题。
3.cn201820379152.0提供一种利用主蒸汽加热的火电厂熔盐储热调峰系统，该系统在用电负荷降低时充分发挥锅炉的利用率，增加熔盐储热系统，将锅炉多余蒸汽的热量通过高压蒸汽—熔盐换热器储存在高温熔盐中，在用电高峰阶段将高温熔盐从熔盐罐中抽出重新送入高压蒸汽—熔盐换热器加热锅炉给水并产生高温高压蒸汽，送入汽轮机中增加汽轮机的发电量并起到对机组的调峰作用。可回收用电负荷较低时锅炉产生的多余蒸汽，
4.但是该系统仍然无法解决机组快速启停、高效的机组爬坡速率和超强热电解耦的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服现有技术存在的热电机组电网电力负荷低时、谷期发电量过剩，不利于解决电网电力负荷的峰谷差问题，提供一种高温储热式冷热电调峰系统，该调峰系统提高热电机组启停灵活性，实现锅炉与汽轮机均在高效经济工况运行；可以完全采用储放热装置对外供工业用高温蒸汽或以热定冷，实现热电机组的超强解耦。
6.为了实现上述目的，本发明一方面提供一种高温储热式冷热电调峰系统，
7.该系统包括依次串联的锅炉、汽轮机、煤基高温储放热装置、溴化锂制冷系统，所述煤基高温储放热装置包括储水单元；
8.所述煤基高温储放热装置设置有至少三个出料口，所述至少三个出料口用于流出不同温度的蒸汽；
9.煤基高温储放热装置高温出料口用于提供高温蒸汽用于汽轮机做功发电；
10.煤基高温储放热装置中温出料口用于将中温蒸汽作为供工业蒸汽流出；
11.煤基高温储放热装置低温出料口用于向溴化制冷系统提供低温蒸汽，用于驱动溴化制冷系统制冷；
12.所述储水单元用于给所述煤基高温储放热装置供水和/或存储循环流水。
13.本发明提供的高温储热式冷热电调峰系统，所述煤基高温储放热装置，分别与由锅炉和汽轮机构成的火电发电系统、溴化锂制冷系统和工业蒸汽管路相连接，且系统内增加了储水箱，充分利用发电机组夜间低负荷时段多余高温蒸汽加热储热介质并保温保存，供白天用热高峰时段使用，对于充分利用汽轮发电机组低谷时段高温蒸汽，以及煤基高温储放热装置向工业蒸汽供应管路放热功能，向溴化锂制冷系统提工蒸汽作为动力源；所述
高温储热式冷热电调峰系统具有热电超强解耦，储热温度高，系统效率高等优点，可广泛用于各容量的热电机组。
14.本发明具有如下优势：
15.1、能够实现锅炉与汽轮机单独运行；
16.2、热电机组启机时间更短，能耗更低；
17.3、能够实现直接对外供应工业用高温蒸汽；
18.4、能够实现以热定冷；
19.5、能够将热电机组调峰范围由目前的40％～100％，扩大到0％～100％。
附图说明
20.图1是本发明一种优选实施方式提供的高温储热式冷热电调峰系统示意图；
21.图2是本发明一种优选实施方式提供的煤基高温储放热装置结构示意图；
22.图3是本发明采用高温储热式冷热电调峰系统后和原发电机组的机组负荷率对比图。
23.附图标记说明
24.1—第一阀门；2—第二阀门；3—第三阀门；4—第四阀门；5—第五阀门；6—第六阀门；7—第七阀门；8—第八阀门；9—第九阀门
具体实施方式
25.在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
26.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
27.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
28.根据本发明的本发明一方面，本发明提供一种高温储热式冷热电调峰系统，
29.该系统包括依次串联的锅炉、汽轮机、煤基高温储放热装置、溴化锂制冷系统，所述煤基高温储放热装置包括储水单元；
30.所述煤基高温储放热装置设置有至少三个出料口，所述至少三个出料口用于流出不同温度的蒸汽；
31.所述储热模块，用于将储存锅炉和/或汽轮机放出的蒸汽热量储存至煤基高温储放热装置；
32.煤基高温储放热装置高温出料口用于提供高温蒸汽用于汽轮机做功发电；
33.煤基高温储放热装置中温出料口用于将中温蒸汽作为供工业蒸汽流出；
34.煤基高温储放热装置低温出料口用于向溴化制冷系统提供低温蒸汽，用于驱动溴化制冷系统制冷；
35.所述储水单元用于给所述煤基高温储放热装置供水和/或存储循环流水。
36.根据本发明的一种优选实施方式，本发明提供一种高温储热式冷热电调峰系统，该系统包括锅炉，汽轮机，溴化锂制冷系统，煤基高温储放热装置，储水箱；
37.所述煤基高温储放热装置设置有高温、中温及低温段接口；
38.锅炉出气口与煤基高温储放热装置高温出料口、汽轮机抽汽口管路相连，所述煤基高温储放热装置储热时，高温出料口可以作为高温蒸汽入口，高温蒸汽通过高温出料口进入所述煤基高温储放热装置，将热量储存于储热介质中；
39.煤基高温储放热装置高温出料口与汽轮机抽汽口管路相连，提供高温蒸汽用于使汽轮机做功发电；
40.煤基高温储放热装置中温出料口与工业蒸汽管路相连接，提供中温蒸汽，供应工业蒸汽；
41.煤基高温储放热装置低温出料口与溴化制冷系统蒸汽入口管路相连，提供低温蒸汽，用于驱动溴化制冷系统制冷；
42.储水箱进出口管路与储放热装置进水、排水管路相连，储热过程中，高温蒸汽向煤基高温储放热装置放热后，经排水管路回到储水箱当中；放热过程中，进水管路作为煤基高温储放热装置向外产生蒸汽的水源。
43.所述煤基高温储放热装置，分别与由锅炉和汽轮机构成的火电发电系统、溴化锂制冷系统和工业蒸汽管路相连接，且系统内增加了储水箱，充分利用发电机组夜间低负荷时段多余高温蒸汽加热储热介质并保温保存，供白天用热高峰时段使用，充分利用汽轮发电机组低谷时段高温蒸汽，以及煤基高温储放热装置向工业蒸汽供应管路放热功能，向溴化锂制冷系统提工蒸汽作为动力源；所述高温储热式冷热电调峰系统具有热电超强解耦，储热温度高，系统效率高等优点，可广泛用于各容量的热电机组。
44.根据本发明的一种优选实施方式，高温出料口、中温出料口、低温出料口对应的蒸汽温度范围为500-700℃、200-500℃、100-200℃。该温度内的高温蒸汽特别适用于驱动汽轮机做功发电；该温度内的中温蒸汽，特别适用于供应工业蒸汽；该温度内的低温蒸汽，特别适用于驱动溴化制冷系统制冷。
45.根据本发明的一种优选实施方式，所述煤基高温储放热装置中的储热材料的耐高温温度不低于900℃，优选不低于1800℃。
46.根据本发明的一种优选实施方式，所述煤基高温储放热装置中的储热材料的导热系数为50-200w/(m
·
℃)。
47.根据本发明的一种优选实施方式，所述煤基高温储放热装置中的储热材料与传热介质换热温差不大于50℃。
48.根据本发明的一种优选实施方式，所述煤基高温储放热装置中的储热材料包括鳞片石墨与液化沥青；优选地，鳞片石墨与液化沥青的重量比为 60-80:20-40；采用本发明提供的储热材料能够使得煤基高温储放热装置储热温度高，使得可以完全采用煤基高温储放热装置对外供工业用高温蒸汽或以热定冷，实现热电机组的超强解耦。
49.根据本发明的一种优选实施方式，所述高温储热式冷热电调峰系统还包括凝汽器，汽轮机排汽口与凝汽器入口管道相连。
50.根据本发明的一种优选实施方式，本发明提供一种高温储热式冷热电调峰系统示意图，如图1所示；
51.所述高温储热式冷热电调峰系统包括锅炉，汽轮机，溴化锂制冷系统，煤基高温储放热装置，储水箱；
52.锅炉出气口与煤基高温储放热装置高温出料口管道相连，且管道上设置有第一阀门1、第二阀门2；
53.锅炉出气口与汽轮机抽汽口管路相连，且管路上还设置有第三阀门3；
54.如图2所示，所述煤基高温储放热装置设置有高温出料口、中温出料口及低温出料口；
55.煤基高温储放热装置高温出料口与汽轮机抽汽口管路相连，提供高温蒸汽用于使汽轮机做功发电；
56.煤基高温储放热装置中温出料口与工业蒸汽管路相连接，且管路上设置有第五阀门5，煤基高温储放热装置提供中温蒸汽，供应工业蒸汽；
57.煤基高温储放热装置低温出料口与溴化制冷系统蒸汽入口管路相连，管路上设置有第六阀门6，煤基高温储放热装置提供低温蒸汽，用于驱动溴化制冷系统制冷；溴化制冷系统排汽口与储水箱进口管路相连，且管道上设置有第七阀门7；
58.储水箱出口、进口管路与煤基高温储放热装置进水、排水管路相连，且进水、排水管路上设置有第八阀门8、第九阀门9，储热过程中，高温蒸汽向煤基高温储放热装置放热后，经排水管路回到储水箱当中；放热过程中，进水管路作为煤基高温储放热装置向外产生蒸汽的水源；
59.汽轮机排汽口还通过管道与煤基高温储放热装置高温出料口管道相连，且管道上设置有第四阀门4，汽轮机排汽口排出的蒸汽可以通入煤基高温储放热装置，从而储热。
60.图2是本发明一种优选实施方式提供的煤基高温储放热装置结构示意图，煤基高温储放热装置包括位于隔离块内的块状储热材料和设置在块状储热材料外的粉体储热材料，且隔离块中设置有换热介质通道，通过换热介质通道内的换热介质将储热材料中的热量输送蒸汽管道，将热量传递到水中，在蒸汽管道中形成高温蒸汽，在蒸汽管道内设置3个汽包，分别收集高温蒸汽、中温蒸汽、低温蒸汽，通过与分别3个汽包相连的高温出料口、中温出料口、低温出料口将高温蒸汽、中温蒸汽、低温蒸汽输送至外部；在蒸汽管道外部设置有外层保温层。在蒸汽管道设置有进水入口和排水出口；煤基高温储放热装置放热时，通过进水入口为蒸汽管道补充蒸汽用水，煤基高温储放热装置储热热时，通过高温蒸汽通过高温入口进入蒸汽管道，将热量传递至换热介质管道中的换热介质，换热介质携带热量储存至储热材料中，储热时形成的水经过排水出口流出。
61.本发明提供一种所述高温储热式冷热电调峰系统的运行方式，该运行方式包括以下16种，如表1所示。
62.表1
[0063][0064]
运行工况1，运行方式为：停运锅炉，根据热负荷情况投运煤基高温储放热装置，打开阀门2，打开阀门9，关闭阀门1，打开阀门5，所述煤基高温储放热装置产生的中温蒸汽由连接管路为热用户提供热量。至此运行方式 1的系统循环完成。
[0065]
工况1运行方式可以使锅炉和汽轮机停运，但可以保证供热负荷，解除“以电定热”的限制。一方面达到了热电解耦的目的，从而发挥出深度削峰填谷的功能，另一方面由于煤基高温储放热装置通过管路与汽轮机连接，因此在电网高峰负荷到来前，可以通过调节阀门开度，使得汽轮机处于热备用状态，大幅缩短启机时间。
[0066]
工况2运行方式可以使停运锅炉，根据热负荷情况投运煤基高温储放热装置，打开阀门2，打开阀门9，关闭阀门1，打开阀门5，打开阀门6，所述煤基高温储放热装置产生的中温蒸汽由连接管路为热用户提供热量，产生的低温蒸汽由连接管路为溴化锂制冷系统提供
蒸汽动力，驱动溴化锂制冷系统运行。至此运行方式2的系统循环完成，充分利用汽轮发电机组低谷时段高温蒸汽。
[0067]
本发明所述的煤基储热材料与熔盐储热材料相比，煤基储热材料导热率至少是熔盐的125倍，由于高导热率不仅降低换热系统体积，减少工程造价，而且直接影响高温蒸汽产生速率；煤基高温储放热装置储热温度可高达 1200℃，可产蒸汽的最高温度可达800℃，相同储热量下，蒸汽产生量25～ 50/th；以上参数直接影响系统理论效率，配置煤基高温储热装置的冷热电调峰系统最高系统理论效率可达到55％。
[0068]
煤基高温储放热装置与熔盐储放热装置的对比结果如表2所示。
[0069]
表2
[0070][0071]
根据本发明，以150mw机组，增加30mw(机组额定功率20％)，容量180mw.h的煤基高温固体储热装置为例，对比增加储热装置前后机组负荷率。结果如图3所示，采用本技术高温储热式冷热电调峰系统，峰负荷时段，机组可以增加10％出力，达到机组额定出力，机组平均负荷率由64％提高到75％。
[0072]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种高温储热式冷热电调峰系统，其特征在于：该系统包括依次串联的锅炉、汽轮机、煤基高温储放热装置、溴化锂制冷系统，所述煤基高温储放热装置包括储水单元；所述煤基高温储放热装置设置有至少三个出料口，所述至少三个出料口用于流出不同温度的蒸汽；煤基高温储放热装置高温出料口用于提供高温蒸汽用于汽轮机做功发电；煤基高温储放热装置中温出料口用于将中温蒸汽作为供工业蒸汽流出；煤基高温储放热装置低温出料口用于向溴化制冷系统提供低温蒸汽，用于驱动溴化制冷系统制冷；所述储水单元用于给所述煤基高温储放热装置供水和/或存储循环流水。2.根据权利要求1所述的高温储热式冷热电调峰系统，所述储水单元包括储水箱；锅炉出气口与煤基高温储放热装置高温出料口、汽轮机抽汽口管路相连；煤基高温储放热装置高温出料口与汽轮机抽汽口管路相连，提供高温蒸汽用于使汽轮机做功发电；煤基高温储放热装置中温出料口与工业蒸汽管路相连接，提供中温蒸汽，供应工业蒸汽；煤基高温储放热装置低温出料口与溴化制冷系统蒸汽入口管路相连，提供低温蒸汽，用于驱动溴化制冷系统制冷；储水箱进出口管路与煤基高温储放热装置进水、排水管路相连，用于为所述煤基高温储放热装置供水和/或存储循环流水。3.根据权利要求1或2所述的高温储热式冷热电调峰系统，其中，高温出料口、中温出料口、低温出料口对应的蒸汽温度范围为500-700℃、200-500℃、100-200℃。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的多工质热电调峰系统，其中，所述煤基高温储放热装置中的储热材料的耐高温温度不低于900℃。5.根据权利要求4所述的多工质热电调峰系统，其中，所述煤基高温储放热装置中的储热材料的耐高温温度不低于1800℃。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的多工质热电调峰系统，其中所述煤基高温储放热装置中的储热材料的导热系数为50-200w/(m
·
℃)。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的多工质热电调峰系统，其中，所述煤基高温储放热装置中的储热材料与传热介质换热温差不大于50℃。8.根据权利要求1-7中任意一项所述的高温储热式冷热电调峰系统，其中，所述煤基高温储放热装置中的储热材料包括鳞片石墨与液化沥青优选地，鳞片石墨与液化沥青的重量比为60-80:20-40。。9.根据权利要求8所述的高温储热式冷热电调峰系统，其中，所述高温储热式冷热电调峰系统包括：锅炉，汽轮机，溴化锂制冷系统，煤基高温储放热装置，储水箱；锅炉出气口与煤基高温储放热装置高温出料口管道相连，且管道上设置有第一阀门(1)、第二阀门(2)；锅炉出气口与汽轮机抽汽口管路相连，且管路上还设置有第三阀门(3)；所述煤基高温储放热装置设置有高温出料口、中温出料口及低温出料口；煤基高温储放热装置高温出料口与汽轮机抽汽口管路相连，提供高温蒸汽用于使汽轮
机做功发电；煤基高温储放热装置中温出料口与工业蒸汽管路相连接，且管路上设置有第五阀门(5)，煤基高温储放热装置提供中温蒸汽，供应工业蒸汽；煤基高温储放热装置低温出料口与溴化制冷系统蒸汽入口管路相连，管路上设置有第六阀门(6)，煤基高温储放热装置提供低温蒸汽，用于驱动溴化制冷系统制冷；溴化制冷系统排汽口与储水箱进口管路相连，且管道上设置有第七阀门(7)；储水箱出口、进口管路与储放热装置进水、排水管路相连，且进水、排水管路上设置有第八阀门(8)、第九阀门(9)，储热过程中，高温蒸汽向煤基高温储放热装置放热后，经排水管路回到储水箱当中；放热过程中，进水管路作为煤基高温储放热装置向外产生蒸汽的水源；汽轮机排汽口还通过管道与煤基高温储放热装置高温出料口管道相连，且管道上设置有第四阀门(4)，汽轮机排汽口排出的蒸汽可以通入煤基高温储放热装置，从而储热。10.根据权利要求1-7中任意一项所述的高温储热式冷热电调峰系统，其中，所述高温储热式冷热电调峰系统还包括凝汽器，汽轮机排汽口与凝汽器入口管道相连。

技术总结
本发明涉及电力系统调峰技术领域，具体涉及一种高温储热式冷热电调峰系统，该系统包括依次串联的锅炉、汽轮机、煤基高温储放热装置、溴化锂制冷系统，所述煤基高温储放热装置包括储水单元；所述煤基高温储放热装置设置有至少三个用于流出不同温度的蒸汽的出料口；煤基高温储放热装置高温出料口用于提供高温蒸汽用于汽轮机做功发电；煤基高温储放热装置中温出料口用于将中温蒸汽作为供工业蒸汽流出；煤基高温储放热装置低温出料口用于向溴化制冷系统提供低温蒸汽，用于驱动溴化制冷系统制冷；所述储水单元用于给所述煤基高温储放热装置供水和/或存储循环流水。供水和/或存储循环流水。供水和/或存储循环流水。


技术研发人员：张宏伟 梁文斌 卫昶 苏志江 刘均庆 高光辉 袁帅
受保护的技术使用者：北京低碳清洁能源研究院
技术研发日：2021.11.18
技术公布日：2023/5/18