一种燃煤发电机组热力储能调频系统及方法
阅读说明：本技术 一种燃煤发电机组热力储能调频系统及方法 (Thermal energy storage frequency modulation system and method for coal-fired power generating unit ) 是由 赵国钦 于 2020-07-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种燃煤发电机组热力储能调频系统及方法,包括锅炉过热器、锅炉再热器、高压缸、中压缸、低压缸、凝结水泵、凝结水调节阀、第三低压加热器抽汽调节阀、第四低压加热器抽汽调节阀、凝汽器、第一级低压换热器、第二级低压换热器、第三级低压换热器、第四级低压换热器、除氧器、第一级高压换热器、第二级高压换热器、第三级高压换热器、给水泵；本发明能够提高发电机的发电功率,不仅满足燃煤汽轮机组调频的需求,而且整个系统的投资成本低,结构简单,控制简便,使用寿命长,不需要定期更换设备。(The invention discloses a thermal energy storage frequency modulation system and method for a coal-fired generator set, and the system comprises a boiler superheater, a boiler reheater, a high-pressure cylinder, a medium-pressure cylinder, a low-pressure cylinder, a condensate pump, a condensate water regulating valve, a third low-pressure heater steam extraction regulating valve, a fourth low-pressure heater steam extraction regulating valve, a condenser, a first-stage low-pressure heat exchanger, a second-stage low-pressure heat exchanger, a third-stage low-pressure heat exchanger, a fourth-stage low-pressure heat exchanger, a deaerator, a first-stage high-pressure heat exchanger, a second-stage high-pressure heat exchanger, a third-; the invention can improve the generating power of the generator, not only meets the requirement of frequency modulation of the coal-fired steam turbine set, but also has the advantages of low investment cost of the whole system, simple structure, simple and convenient control, long service life and no need of regularly replacing equipment.)
技术领域
本发明涉及一种燃煤发电机组热力储能调频系统。本发明还涉及一种对应用于所述系统的燃煤发电机组热力储能调频方法。
背景技术
燃煤蒸汽联合系统就是将蒸汽轮机的排气引入锅炉，锅炉产生的高温、高压蒸汽驱动汽轮机组，汽轮机组带动发电机发电。
当前，随着新能源发电比例的快速提高，电网调频容量不足的问题日益显现，对燃煤发电机组的灵活性和储能调频技术要求越来越高。现有燃煤发电机组调频主要应用联合储能调频系统，即采用储能锂电池组和功率双向变换装置为核心，数据采集与监控系统、直流配电柜、防雷接地设施等为辅助设备，并安装在单独的封闭厂房内。联合储能调频系统是目前主要的储能调频系统，调频灵活性好、性能稳定，但该种储能调频系统存在以下问题：
(1)电池寿命问题，锂电池的理论充放电次数为2000次，但机组正常运行时，每天至少需要顶峰调频2～4次，也即电池需要每天充放电2～4次。发电机组每年运行约为300天，这样电池的实际使用寿命仅为1.7～3.3年，寿命到期就需要更换大量的电池组。
(2)废旧锂电池处理的环保问题，当前废旧锂电池的处理还没有实现无害化处理，处理过程中仍然对环境排放大量的有害重金属和有毒物质。
(3)投资费用问题，联合储能调频系统的投资当前费用高昂。以一台600MW 机组为例，储能系统需要18MWh容量，整套设备投资费用约为10000万元。
(4)占用场地问题，联合储能调频系统需要专门的场地建设全封闭厂房，以一台600MW机组为例，厂房的占地面积大。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种燃煤发电机组热力储能调频系统。
本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种对应于所述系统的燃煤发电机组热力储能调频方法。
应用本发明的调频系统及方法，能够快速提高发电机的发电功率，不仅满足燃煤汽轮机组顶峰调频的需求，而且整个系统占地少、投资成本低。
解决上述第一个技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种燃煤发电机组热力储能调频系统，其特征在于包括：
做功蒸汽回路：依次流经锅炉过热器、高压缸、锅炉再热器、中压缸和低压缸；
凝结水回路：依次流经的凝汽器、凝结水泵、凝结水调节阀、第一级低压换热器、第二级低压换热器、第三级低压换热器、第四级低压换热器和除氧器；
给水回路：从除氧器依次流经给水泵、第一级高压换热器、第二级高压换热器、第三级高压换热器至锅炉过热器；
九条蒸汽抽气支路：分别为高压缸至第三级高压换热器、高压缸至第二级高压换热器、中压缸至除氧器、中压缸至第一级高压换热器、低压缸分两路至凝汽器、低压缸至第一级低压换热器、低压缸至第二级低压换热器、低压缸经第三低压加热器抽汽调节阀至第三级低压换热器、低压缸经第四低压加热器抽汽调节阀至第三级低压换热器。
本发明所述的第三低压加热器抽汽调节阀和第四低压加热器抽汽调节阀均受控制系统控制。
本发明低压缸的轴向两端对称设置有两个排汽口，两个排汽口均与凝汽器相连。
一种对应于上述系统的燃煤发电机组热力储能调频方法，其特征在于，所包括以下步骤：
A当汽轮发电机组响应电网负荷快速上调时：
关闭第三低压加热器抽汽调节阀，减少第四低压加热器抽汽调节阀和凝结水调节阀的开度，凝结水调节阀出口的给水量和所抽取的蒸汽量减少，使原本流向第一级低压换热器、第二级低压换热器、第三级低压换热器、第四级低压换热器的蒸汽回流至低压缸内继续做功，从而提高低压缸的做功量，提高发电机的发电功率；
第一级高压换热器、第二级高压换热器、第三级高压换热器的抽汽量不变，增大锅炉过热器和锅炉再热器的燃煤供给量，增大给水泵的压力以增大输送给锅炉过热器和锅炉再热器的给水量，从而提升高压缸和中压缸的做功量，进一步提高发电机的发电功率；
B当汽轮发电机组响应电网负荷保持稳定时：
逐渐打开第三低压加热器抽汽调节阀、增大第四低压加热器抽汽调节阀和凝结水调节阀的开度，凝结水调节阀出口的给水量稳定，低压缸的抽汽量稳定，使抽取的蒸汽分别进入第一级低压换热器、第二级低压换热器、第三级低压换热器、第四级低压换热器内作为热源与凝结水调节阀流出的凝结水进行换热，换热后的凝结水依次经过除氧器、给水泵、第一级高压换热器、第二级高压换热器、第三级高压换热器后进入锅炉内形成蒸汽进入汽轮机组内再次做功，从而使发电机保持稳定的发电功率。
本发明所述除氧器内存储的水量大于锅炉在五分钟内的最大用水量。
本发明所述步骤A中，关闭第三低压加热器抽汽调节阀、减少第四低压加热器抽汽调节阀和凝结水调节阀的开度均需要在2～3秒内完成。
与现有技术相比，本发明技术具有以下优点：
(1)在燃煤汽轮机组需要顶峰提供更高电能的瞬间，将用于加热凝结水的过热蒸汽流量快速减少，该部分减少的过热蒸汽回流汽轮机组的低压缸内继续做功，提高汽轮机组的机械能，汽轮机组驱动发电机发电，机械能转换为电能，从而快速提高发电机的发电功率，不仅满足燃煤汽轮机组调频的需求，而且整个系统结构简单，投资成本低，控制简便，使用寿命长，不需要定期更换设备；
(2)能够降低凝结水流量，从而减少汽轮机组供给除氧器的蒸汽流量，该部分减少的过热蒸汽回流汽轮机组的低压缸内继续做功，提高汽轮机的机械能，带动发电机发电输出电能；
(3)能够持续为汽轮机提供更高且稳定的能量，维持汽轮发电机组升高后的发电功率；
(4)在燃煤机组的锅炉燃烧部分供给的燃烧热负荷稳定升高后，汽轮机热力系统抽汽系统、凝结水系统快速稳定至全流量状态，锅炉燃烧系统持续增加燃煤供给量，燃煤机组输出的发电功率会持续稳定的升高。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明
图1为本发明燃煤发电机组热力储能调频系统的结构示意图；
1-凝结水泵、2-凝结水调节阀、3-第三低压加热器抽汽调节阀、4-第四低压加热器抽汽调节阀、5-凝汽器、6-第一级低压换热器、7-第二级低压换热器、8- 第三级低压换热器、9-第四级低压换热器、10-除氧器、11-第一级高压换热器、 12-第二级高压换热器、13-第三级高压换热器、14a-锅炉过热器、14b锅炉再热器、15-给水泵、16-高压缸、17-中压缸、18低压缸。
具体实施方式
参见图1，本实施例的一种燃煤发电机组热力储能调频系统，包括锅炉过热器14a、锅炉再热器14b、高压缸16、中压缸17、低压缸18、凝结水泵1、凝结水调节阀2、第三低压加热器抽汽调节阀3、第四低压加热器抽汽调节阀4、凝汽器5、第一级低压换热器6、第二级低压换热器7、第三级低压换热器8、第四级低压换热器9、除氧器10、第一级高压换热器11、第二级高压换热器12、第三级高压换热器13和给水泵15；
图1中：细实线为凝结水，粗实线为给水，点划线为做功蒸汽；细虚线为抽汽蒸汽。
做功蒸汽流程：高压缸16的入口与锅炉过热器14a的出口相连，高压缸16 的第一出口与锅炉再热器14b的入口相连，中压缸17的入口与锅炉再热器14b 的出口相连，低压缸18的入口与中压缸17的第三出口相连。
蒸汽抽气流程：高压缸16的第二出口与第三级高压换热器13的第二入口相连，高压缸16的第三出口与第二级高压换热器12的第二入口相连；中压缸17的第一出口与除氧器10的第一入口相连，中压缸17的第二出口与第一级高压换热器11的第二入口相连；低压缸18的第一出口与第四低压加热器抽汽调节阀4的入口相连，第四低压加热器抽汽调节阀4的出口与第四级低压换热器9 的第二入口相连，低压缸18的第二出口与第三低压加热器抽汽调节阀3的入口相连，第三低压加热器抽汽调节阀3的出口与第三级低压换热器8的第二入口相连，低压缸18的第三出口与第二级低压换热器7的第二入口相连，低压缸18 的第四出口与第一级低压换热器6的第二入口相连，低压缸18的排汽口依次与凝汽器5、凝结水泵1和凝结水调节阀2相连。
给水流程：除氧器10的出口与给水泵15的入口相连，给水泵15的出口与第一级高压换热器11的第一入口相连，第一级高压换热器11的出口与第二级高压换热器12的第一入口相连，第二级高压换热器12的出口与第三级高压换热器13的第一入口相连，第三级高压换热器13的出口与锅炉过热器14a的入口相连；
凝结水流程：凝汽器5经凝结水泵1、凝结水调节阀2至第一级低压换热器 6的水侧入口，第一级低压换热器6的水侧出口与第二级低压换热器7的水侧入口相连，第二级低压换热器7的水侧出口与第三级低压换热器8的水侧入口相连，第三级低压换热器8的水侧出口与第四级低压换热器9的水侧入口相连，第四级低压换热器9的水侧出口与除氧器10的水侧入口相连。
本实施例的低压缸18的轴向两端对称设置有排汽口，排汽口与凝汽器5相连。
本实施例的燃煤发电机组热力储能调频方法，包括以下步骤：
A.当电网需要燃煤机组快速顶峰提高发电功率时，关闭第三低压加热器抽汽调节阀3，减少第四低压加热器抽汽调节阀4和凝结水调节阀2的开度；凝结水调节阀2出口的给水量和所抽取的蒸汽量减少，使流向第一级低压换热器6、第二级低压换热器7、第三级低压换热器8、第四级低压换热器9的蒸汽回流至低压缸18内继续做功，从而提高低压缸18的做功量，提高发电机的发电功率；
第一级高压换热器11、第二级高压换热器12、第三级高压换热器13的抽汽量不变，增大锅炉过热器14a和锅炉再热器14b的燃煤供给量，增大给水泵 15的压力以增大输送给锅炉过热器14a和锅炉再热器14b的给水量，从而提升高压缸16和中压缸17的做功量，进一步提高发电机的发电功率；
B.当汽轮发电机组响应电网负荷保持稳定时，逐渐打开第三低压加热器抽汽调节阀3、增大第四低压加热器抽汽调节阀4和凝结水调节阀2的开度，凝结水调节阀2出口的给水量恢复，低压缸18的抽汽量恢复，使抽取的蒸汽分别进入第一级低压换热器6、第二级低压换热器7、第三级低压换热器8、第四级低压换热器9内作为热源与凝结水调节阀2流出的凝结水进行换热，换热后的凝结水依次经过除氧器10、给水泵15、第一级高压换热器11、第二级高压换热器 12、第三级高压换热器13后进入锅炉过热器14a内形成蒸汽进入汽轮机组内再次做功，从而使发电机保持稳定的发电功率。
因此，本实施例中的燃煤发电机组热力储能调频系统及其方法，能够将用于加热凝结水的过热蒸汽流量快速减少，减少的该部分过热蒸汽回流汽轮机组的低压缸内继续做功，提高汽轮机组的机械能，汽轮机组驱动发电机发电，机械能转换为电能，从而快速提高发电机的发电功率，不仅满足燃煤汽轮机组调频的需求，而且整个系统的投资成本低，结构简单，控制简便，使用寿命长，不需要定期更换设备。
本实施例的除氧器内存储的水量大于锅炉过热器14a在五分钟内的最大用水量。
本实施例的步骤A中，关闭第三低压加热器抽汽调节阀3、减少第四低压加热器抽汽调节阀4和凝结水调节阀2的开度均需要在2～3秒内完成，从而使燃煤发电机组在2～3秒以内就可以将机组的负荷率提高1.3％以上。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。