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文档序号:36391538发布日期:2023-12-15 10:05阅读:10来源:国知局
基于烟气调节的煤气发电调峰系统及其操作方法与流程

1.本发明涉及储能技术领域,尤其涉及一种基于烟气调节的煤气发电调峰系统及其操作方法



背景技术:

2.储能是能源革命的关键支撑技术,也是解决可再生能源大规模接入

提高区域能源系统效率的迫切需要,储能技术和产业得到飞速发展

3.如果能结合峰谷工业用电计价特点,通过削峰填谷改造对现有煤气资源进行“按需储放”利用,多购谷价电,少购峰价电,必然能带来可观的经济收益

同时,降低限电特殊时期对钢厂生产的影响,做好钢厂持续生产用电保供,大幅度提高企业经济效益

4.现有的煤气发电调峰系统通过电加热的方式对低温换热工质进行加热,将用电低谷时的电量转化为换热工质中的热量,能量转换效率低



技术实现要素:

5.本发明的目的是提供一种基于烟气调节的煤气发电调峰系统及其操作方法,采用基于烟气调节的方式,不需要额外设置换热工质加热炉,也省去了换热工质加热炉的后续烟气处理装置,减少了排烟热损失,提升了储热过程中能源的利用率

6.本发明的上述实施目的主要由以下技术方案来实现:
7.一方面,本发明提供一种基于烟气调节的煤气发电调峰系统,其包括:
8.煤气锅炉,具有锅炉烟道;
9.换热烟道,与所述锅炉烟道并联设置,所述换热烟道的两端与所述锅炉烟道相连通;
10.吸热换热器,设置在所述换热烟道内,所述吸热换热器的入口通过管道与低温罐相连,所述吸热换热器的出口通过管道与高温罐相连;
11.放热换热器,所述高温罐与所述放热换热器通过管道相连,所述低温罐与所述放热换热器通过管道相连

12.在本发明的一个较佳的实施方式中,所述吸热换热器具有多个密排管,所述密排管内通有换热工质,所述换热烟道内的烟气流经所述密排管的外部;多个所述密排管的入口连接在一起形成换热入口,多个所述密排管的出口连接在一起形成换热出口

13.在本发明的一个较佳的实施方式中,所述密排管为螺旋管,多个所述螺旋管沿径向方向间隔设置,各所述螺旋管沿所述换热烟道的长度方向延伸

14.在本发明的一个较佳的实施方式中,所述密排管为蛇形管,多个所述蛇形管并排设置,各所述蛇形管沿所述换热烟道的长度方向延伸

15.在本发明的一个较佳的实施方式中,所述放热换热器的液体入口外接有与水源相连的液体管路,所述放热换热器的蒸汽出口通过蒸汽管路与发电机组相连

16.在本发明的一个较佳的实施方式中,所述高温罐的出口处和所述低温罐的出口处
均设置有加压泵以驱动所述换热工质流动

17.在本发明的一个较佳的实施方式中,所述高温罐和所述低温罐内的换热工质为导热油或换热工质

18.在本发明的一个较佳的实施方式中,沿所述锅炉烟道内烟气的流动方向,所述锅炉烟道内依次设有中温过热器

低温过热器

低温省煤器

以及空气预热器

19.在本发明的一个较佳的实施方式中,所述换热烟道的入口位于所述中温过热器和所述低温过热器之间

20.在本发明的一个较佳的实施方式中,所述换热烟道的出口位于所述低温过热器与所述低温省煤器之间

21.另一方面,本发明还提供一种基于烟气调节的煤气发电调峰系统的操作方法,所述操作方法采用如上所述的基于烟气调节的煤气发电调峰系统实施,所述操作方法包括:
22.在用电低谷时间段内,抽取锅炉烟道内的部分烟气至所述换热烟道,以使所述部分烟气与所述吸热换热器接触;
23.开启所述低温罐,所述低温罐内的低温换热工质进入所述吸热换热器后,经由所述部分烟气换热后产生高温换热工质,所述高温换热工质进入所述高温罐内

24.在本发明的一个较佳的实施方式中,所述操作方法还包括:
25.在用电高峰时间段内,开启所述高温罐,所述高温罐内的高温换热工质进入所述放热换热器后,与通入所述放热换热器内的水进行换热后产生低温换热工质,所述低温换热工质进入所述低温罐内,所述高温换热工质换热后产生的水蒸气用于蒸汽发电

26.与现有技术相比,本发明所述的技术方案具有以下特点和优点:
27.在用电低谷时间段内,利用烟气热能加热换热工质,以热能的形式储存在高温罐内,在用电高峰时间段内将换热工质中的能量释放,增加电力或蒸汽的供应量,有益于区域电网负荷调节,提高能源利用率,具有良好的社会效益

28.采用基于烟气调节的方式,本技术中的换热工质通过煤气锅炉内的烟气进行加热,不需要额外设置换热工质的加热炉,也省去了加热炉的后续烟气处理装置,节约了占地和系统的复杂性,同时减少了排烟热损失,提升了储热过程能源的利用率

附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例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,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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它的附图

在附图中:
30.图1为本发明所述基于烟气调节的煤气发电调峰系统的结构示意图;
31.图2为本发明所述吸热换热器的结构示意图;
32.图3为本发明所述吸热换热器的另一实施例的结构示意图

33.附图标号说明:
34.10、
煤气锅炉;
11、
锅炉烟道;
111、
中温过热器;
112、
低温过热器;
113、
低温省煤器;
114、
空气预热器;
12、
换热烟道;
13、
引风机;
35.20、
吸热换热器;
21、
蛇形管;
22、
螺旋管;
23、
换热入口;
24、
换热出口;
36.30、
低温罐;
31、
高温罐;
32、
第一加压泵;
33、
第二加压泵

37.40、
放热换热器

具体实施方式
38.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚

完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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的前提下所获得的所有其它实施例,都应当属于本发明保护的范围

39.需要说明的是,当元件被称为“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件

当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件

本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施例

40.除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同

本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明

本文所使用的术语“和
/
或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合

41.实施方式一
42.如图1至图3所示,本发明提供一种基于烟气调节的煤气发电调峰系统,其包括:煤气锅炉
10
,具有锅炉烟道
11
;换热烟道
12
,与锅炉烟道
11
并联设置,换热烟道
12
的两端与锅炉烟道
11
相连通;吸热换热器
20
,设置在换热烟道
12
内,吸热换热器
20
的入口与低温罐
30
相连,吸热换热器
20
的出口与高温罐
31
相连;放热换热器
40
,高温罐
31
与放热换热器
40
的换热工质入口相连,低温罐
30
与放热换热器
40
的换热工质出口;其中,吸热换热器
20
具有并排设置的多个蛇形管
21
,蛇形管
21
沿换热烟道
12
的长度方向延伸设置;或者,吸热换热器
20
具有沿径向方向间隔设置的多个螺旋管
22
,各螺旋管
22
沿换热烟道
12
的长度方向延伸设置;多个蛇形管
21
的入口或多个螺旋管
22
的入口连接在一起形成换热入口
23
,多个蛇形管
21
的出口或多个螺旋管
22
的出口连接在一起形成换热出口
24。
43.本发明所述的煤气发电调峰系统,在用电低谷时间段内,利用煤气锅炉
10
产生的烟气中的热能加热换热工质,将热能储存在高温罐
31
内,在用电高峰时间段内将换热工质中的能量释放,增加电力或水蒸汽的供应量,有益于区域电网负荷调节,提高能源利用率,具有良好的社会效益

44.相对于常规的煤气发电调峰系统,本发明所述的技术方案不需要额外设置换热工质加热炉对换热工质进行加热,也省去了加热炉的后续烟气处理装置,节约了占地和系统的复杂性,同时减少了排烟热损失,提升了储热过程能源的利用率

45.煤气锅炉
10
为发电系统中常用的燃烧发热设备,通过煤气燃烧产生的热能将水加热成水蒸气,然后将水蒸气用于蒸汽发电机组中发电

随着社会生产力的逐渐提升,工业用电的需求也逐渐增大;在煤气锅炉
10
功率有限的情形下,用电高峰时间段内,单靠煤气锅炉
10
产生的水蒸气并不能有效满足用电需求

因此,在整个发电系统中通常设置有储能设备,用于在用电高峰时间段内,储能设备释放热能,能够产生足够多的水蒸气,进而满足用电需


46.在本发明所述的基于烟气调节的煤气发电调峰系统,将储能设备的充能过程设置在用电低谷时间段内,利用用电低谷时间段内的煤气锅炉
10
产生的烟气对储能设备进行充能,提高能源的利用率

47.具体的,如图1所示,煤气锅炉
10
具有锅炉烟道
11
,煤气燃烧产生的高温烟气在锅炉烟道
11
内进行换热,从而产生用于发电的水蒸气

沿所述锅炉烟道
11
内烟气的流动方向,所述锅炉烟道
11
内依次设有中温过热器
111、
低温过热器
112、
低温省煤器
113、
以及空气预热器
114
,上述结构为煤气锅炉
10
中的常规结构,此处不在进行详细说明

48.在锅炉烟道
11
的一侧设置与锅炉烟道
11
相连通的换热烟道
12
,换热烟道
12
与锅炉烟道
11
并行设置,换热烟道
12
的两端均与锅炉烟道
11
相连通,锅炉烟道
11
内的部分烟气能够进入换热烟道
12
内,该部分烟气在通过换热烟道
12
后回流入锅炉烟道
11


49.换热烟道
12
内设置有能够与烟气进行换热处理的吸热换热器
20
,吸热换热器
20
的两端分别与高温罐
31
和低温罐
30
相连,低温罐
30
内的低温换热工质能够进入吸热换热器
20
中与烟气进行换热升温,产生的高温换热工质进入并存储在高温罐
31


50.根据本发明的一个实施方式,低温罐
30
的出口处设有第一加压泵
32
,第一加压泵
32
为低温换热工质进入吸热换热器
20
进行换热升温提供动力

51.高温罐
31
的出口通过放热换热器
40
与低温罐
30
的入口相连,高温罐
31
内的高温换热工质能够进入放热换热器
40
内进行换热降温,在放热换热器
40
中,水与高温换热工质进行换热产生水蒸气,生产出的水蒸气可以用于蒸汽发电,经过换热降温产生的低温换热工质进入并存储在低温罐
30


52.根据本发明的一个实施方式,高温罐
31
的出口处设有第二加压泵
33
,第二加压泵
33
为高温换热工质进入放热换热器
40
进行换热降温提供动力

53.进一步的,放热换热器
40
的液体入口外接有与水源相连的液体管路,放热换热器
40
的蒸汽出口通过蒸汽管路与发电机组相连

液体管路为放热换热器
40
提供换热用水,水在放热换热器
40
中吸热形成水蒸气并通过蒸汽管路进入发电机组中进行发电,进而实现将高温换热工质中存储的热能转换为电能

54.根据本发明的一个实施方式,低温罐
30
和高温罐
31
中的存储的换热工质为换热油或者熔盐

55.根据本发明的一个实施方式,如图2所示,吸热换热器
20
包括平行设置的多个蛇形管
21
,蛇形管
21
沿换热烟道
12
的长度方向延伸设置;多个蛇形管
21
的入口连接在一起形成换热入口
23
,多个蛇形管
21
的出口连接在一起形成换热出口
24
,吸热换热器
20
整体呈一个矩形体结构,该结构设计的吸热换热器
20
适用于截面为矩形的换热烟道
12


56.该结构设计的吸热换热器
20
在进行工作时,烟气在多个蛇形管
21
的外侧由上部向下部流动,低温换热工质通过下部的换热入口
23
进入多个蛇形管
21
内部,在第一加压泵
32
的驱动下逐级向上方流动,流动过程中通过蛇形管
21
的管壁与烟气进行换热升温,换热后产生的高温换热工质通过上部的换热出口
24
流出并进入高温罐
31。
采用该结构设置,换热工质在蛇形管
21
内逐级上升,当设备发生故障停机时,蛇形管
21
内的换热工质会向下回流并从换热入口
23
返回低温罐
30
,避免了换热工质冻堵在蛇形管
21
内,进而导致吸热换热器
20
不能够正常工作

57.进一步的,吸热换热器
20
中的蛇形管
21
的上升坡度优选为
1/100

5/100。
58.根据本发明的一个实施方式,如图3所示,吸热换热器
20
具有沿径向方向间隔设置的多个螺旋管
22
,各螺旋管
22
沿换热烟道
12
的长度方向延伸设置;多个螺旋管
22
的入口连接在一起形成换热入口
23
,多个螺旋管
22
的出口连接在一起形成换热出口
24。
吸热换热器
20
整体呈一个圆柱体结构,该结构设计的吸热换热器
20
适用于截面为圆形的换热烟道
12


59.该结构设计的吸热换热器
20
在进行工作时,烟气在多个螺旋管
22
的外侧由上部向下部流动,低温换热工质通过下部的换热入口
23
进入多个螺旋管
22
内部,在第一加压泵
32
的驱动下螺旋上升,流动上升过程中通过螺旋管
22
的管壁与烟气进行换热升温,换热后产生的高温换热工质通过上部的换热出口
24
流出并进入高温罐
31。
采用该结构设置,换热工质在螺旋管
22
内螺旋上升,当设备发生故障停机时,螺旋管
22
内的换热工质会向下回流并从换热入口
23
返回低温罐
30
,避免了换热工质冻堵在螺旋管
22
内,进而导致吸热换热器
20
不能够正常工作

60.进一步的,吸热换热器
20
中径向间隔设置的螺旋管
22
的个数优选为2个~5个,如图3所示,在本实施例中,螺旋管
22
的数量为4个

61.根据本发明的一个实施方式,如图1所示,换热烟道
12
内设有引风机
13。
引风机
13
用于将锅炉烟道
11
内的部分烟气引导进入换热烟道
12
内,并可以根据实际用电情况实时调整引风机
13
的工作状态进而控制进入换热烟道
12
内的烟气流量

62.根据本发明的一个实施方式,如图1所示,换热烟道
12
的入口位于中温过热器
111
和低温过热器
112
之间,换热烟道
12
的出口位于低温过热器
112
与低温省煤器
113
之间

煤气锅炉
10
在实际工作过程中,由于锅炉烟道
11
上设有大量的水冷受热面,且各水冷受热面上的热力负荷相互耦合,因此,在锅炉烟道
11
上连接换热烟道
12
需要考虑水冷受热面的热量匹配,烟气污染物处理系统温度匹配,水力计算的匹配等

在本实施例中,综合上述设计因素,将换热烟道
12
的入口设置在中温过热器
111
和低温过热器
112
之间,将换热烟道
12
的出口设置在低温过热器
112
与低温省煤器
113
之间,可以满足对煤气锅炉
10
的换热要求

63.当然,在本发明的其他实施例中,在满足煤气锅炉
10
换热要求的基础上,可以将换热烟道
12
的入口和出口设置在锅炉烟道
11
上的其他位置处

64.实施方式二
65.本发明还提供一种基于烟气调节的煤气发电调峰系统的操作方法,操作方法采用如实施方式一中所述的基于烟气调节的煤气发电调峰系统实施,该操作方法包括:
66.在用电低谷时间段内,抽取锅炉烟道
11
内的部分烟气至换热烟道
12
,以使部分烟气与吸热换热器
20
接触;开启低温罐
30
,低温罐
30
内的低温换热工质进入吸热换热器
20
后,经由部分烟气换热后产生高温换热工质,高温换热工质进入高温罐
31


67.在用电低谷时间段内,如在夜间,此时煤气锅炉
10
中的产生的烟气能够满足用电需求,且由于用电需求低,煤气锅炉
10
中的烟气余热利用效率较低;此时换热烟道
12
内的引风机
13
高负荷开启,从锅炉烟道
11
中抽取部分烟气进入换热烟道
12
内,同时开启低温罐
30
,通过第一加压泵
32
将低温换热工质送入吸热换热器
20
中,低温换热工质与烟气换热产生高温换热工质并存储在高温罐
31
中,从而实现将锅炉烟道
11
中多余热量存储在换热工质中

68.进一步的,基于烟气调节的煤气发电调峰系统的操作方法还包括:
69.在用电高峰时间段内,开启高温罐
31
,高温罐
31
内的高温换热工质进入放热换热器
40
后,与通入放热换热器
40
内的水进行换热后产生低温换热工质,低温换热工质进入低温罐
30
内,高温换热工质换热后产生的水蒸气用于蒸汽发电

70.在用电高峰时间段内,如在白天,用电需求较大,煤气锅炉
10
中的产生的烟气不能够满足用电需求;此时换热烟道
12
内的引风机
13
低负荷开启,仅有极少量的烟气进入换热烟道
12
内,吸热换热器
20
不工作,开启高温罐
31
,通过第二加压泵
33
将高温换热工质送入放热换热器
40
中,放热换热器
40
中的水与高温换热工质换热产生水蒸气,高温换热工质中存储的热能释放出来,产生的水蒸气作为煤气锅炉
10
中产生的水蒸气的补充,同时通入发电机组中用于发电,进而满足白天的用电需求

71.以上所述的具体实施例,对本发明的目的

技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改

等同替换

改进等,均应包含在本发明的保护范围之内

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