稳燃调峰系统以及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于固态储能的稳燃调峰系统以及方法，采用金属氧化物作为储能材料，利用氧化还原反应进行储/放热，储热密度高，放热均匀且能量转换效率高。本发明专利技术提供的一种基于固态储能的稳燃调峰系统包括：锅炉、汽轮机、冷凝器、蒸汽发生器及储热装置，其中，所述储热装置内置有储能材料为金属氧化物的固态储热模块，并具有与大气相连通的空气进口；与所述蒸汽发生器的空气进口相连的空气出口，以及与所述锅炉的空气进口相连的氧气出口；所述蒸汽发生器具有与所述冷凝器冷凝水出口相连的给水入口，与外部连通的二次侧出口，与外部连通的尾气出口。的尾气出口。的尾气出口。

【技术实现步骤摘要】
稳燃调峰系统以及方法


[0001]本专利技术涉及火电厂调峰领域，具体涉及一种基于固态储能的稳燃调峰系统以及方法。

技术介绍

[0002]根据中国电力企业联合会预测，2030年火电装机容量占总装机容量的51％，2050年进一步下降到38％。与此相对应的是，新能源装机占比将达到33％。而随着电力需求增速放缓，可再生能源装机容量迅速增长，使得电网高峰与低谷负荷的峰谷差最多超过一倍，给电网的调度带来了极大的困难。与新能源等电源相比，火电具有较好的调峰性能，让其参与深度调峰是当前电源供给侧改革的有效途径，也是提高企业生命周期的必要选择。
[0003]目前，火力发电厂一般情况下稳定运行的最低负荷为50％。当负荷逐步下降时，首先，会造成脱硝装置入口烟气温度过低，导致脱硝装置无法工作，出现污染物排放不达标的问题；在此基础上继续降低负荷时，由于燃烧物(煤粉、油等)的流量的进一步减小，会导致在锅炉中混合不均，锅炉无法稳定燃烧的问题；如果还要降低负荷，最终会使得锅炉内局部温度过低而导致熄火和黑炉的严重安全问题。
[0004]在保证锅炉的低负荷稳定燃烧的情况下，为了响应电网的调度，火力发电厂常用电加热的深度调峰系统，将超出电网需求的部分电能转化为热能进行储存。具体而言，将部分电能通过电加热水储能、电固体蓄热锅炉等调峰系统转化为显热进行储能，能有效降低火电机组的上网功率，实现深度调峰。
[0005]但这些调峰系统大多采用显热储能材料，显热储能的储热密度普遍较低，调峰系统占地较大，并且，显热储能的储/放热温度变化大，导致在放热时无法提供稳定的热能，难以再利用。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于固态储能的稳燃调峰系统以及方法，采用金属氧化物作为储能材料，利用氧化还原反应进行储/放热，储热密度高，放热温度均匀且能量转换效率高。
[0007]本专利技术第一方面提供了一种基于固态储能的稳燃调峰系统，该稳燃调峰系统包括：锅炉、汽轮机、冷凝器、蒸汽发生器及储热装置，
[0008]其中，储热装置内置有储能材料为金属氧化物的固态储热模块，并具有与大气相连通的空气进口；与蒸汽发生器一次侧的空气进口相连的空气出口，以及与锅炉的空气进口相连的氧气出口；蒸汽发生器二次侧具有与冷凝器冷凝水出口相连的给水入口，与外部连通的二次侧出口，蒸汽发生器的一次侧具有与储热装置相连的空气进口，与外部连通的尾气出口。
[0009]根据该技术方案，当电网调度需要火力发电厂降低负荷时，为了保证锅炉的低负荷稳定燃烧，火力发电厂的发电循环中产生的电能大于电网所需要的电能，可以将多余的
电能转换为热能并利用固态储热模块进行储能来减少上网功率，从而避免锅炉负荷过低而导致的安全风险；
[0010]并且，金属氧化物主要通过氧化还原反应进行储/放热，具体地，金属氧化物储/放热时的反应式如下：
[0011]M
x
O
y+z
+
△
H＝＝M
x
O
y
+z/2*O2[0012]金属氧化物储热时，价态较高的金属氧化物发生还原反应，生成价态较低的金属氧化物和氧气；金属氧化物放热时，价态较低的金属氧化物与空气中的氧气结合发生氧化反应，生产价态较高的金属氧化物。在储/放热过程中，金属氧化物的温度变化较小，特别地，金属氧化物放热时，温度波动小，基本保持恒定，便于后续对储存的热能进行再次利用，并且相较于显热储热，金属氧化物的储热密度更高，能够有效地精简调峰系统的占地面积；
[0013]另外，在本专利技术中还对于金属氧化物的储/放热反应中产生的高浓度氧气和热空气进行了有针对性地利用，具体而言，在储热过程中，金属氧化物发生还原反应，放出氧气，氧气通过氧气出口流入锅炉中参与燃烧，从而能够让锅炉中的燃料在富氧的状态下稳定燃烧；在放热过程中，空气通过储热装置上的空气进口进入储热装置中与金属氧化物发生氧化反应，空气中的氧气参与反应，剩余的贫氧空气吸收热量，由空气出口排出储热装置，蒸汽发生器的一次侧的空气入口与储热装置的空气出口相连，二次侧的给水入口与冷凝器相连，热空气进入蒸汽发生器的一次侧，与冷凝水换热后作为低温尾气由尾气出口排出；冷凝水进入蒸汽发生器的二次侧，与热空气换热后变为高温蒸汽由二次侧出口排出，排出后的蒸汽可以通向其他装置进行做功，从而能够对金属氧化物放出的热能进行再次利用。
[0014]作为优选的技术方案，储热装置还包括电加热器，电加热器的供电来自发电机出口母线或厂用电母线或出厂母线。
[0015]根据该技术方案，电加热器能够将发电机产生的富余的电能转换为热能，并利用固态储热模块进行储能来减少上网功率。
[0016]作为优选的技术方案，电加热器为布置在固态储热模块周围的电加热片或电加热丝。
[0017]根据该技术方案，电加热片和电加热丝的体积较小，可以很方便地以穿插或埋入的方式布置于金属氧化物的表面或内部，与金属氧化物充分接触传热，降低热量传递过程中的能量损耗。
[0018]作为优选的技术方案，锅炉还包括富氧燃烧器，富氧燃烧器与储热装置的氧气出口连通。
[0019]根据该技术方案，在金属氧化物的储热过程中，金属氧化物发生还原反应，放出氧气，氧气通过氧气出口进入锅炉，在锅炉入口与空气混合后，送入可维持锅炉低负荷工况下运行的富氧燃烧器内，进一步提高锅炉内的燃烧效率。
[0020]作为优选的技术方案，该稳燃调峰系统所述蒸汽发生器的二次侧出口与汽轮机蒸汽入口相连。
[0021]根据该技术方案，在金属氧化物的放热过程中，热空气由储热装置的空气出口排出储热装置并进入蒸汽发生器的一次侧，加热蒸汽发生器二次侧的冷凝水，产生的蒸汽通过二次侧出口进入汽轮机中进行发电，从而当电网调度要求火力发电厂恢复或升高负荷时，即汽轮机产生的电能小于电网所需要的电能时，可以通过将金属氧化物中存储的热量
转换为电能来快速增加上网功率，从而进一步避免频繁地升高/降低负荷影响锅炉的使用寿命。
[0022]本专利技术第二方面提供了一种基于固态储能的稳燃调峰方法，适用于上述任一技术方案中的基于固态储能的稳燃调峰系统，该稳燃调峰方法包括：
[0023]储热步骤，当需要发电机输出至外部电网的电力负荷降低到第一规定值以下时，电加热器上电加热固态储热模块；
[0024]放热步骤，当需要发电机输出至外部电网的电力负荷升高到第二规定值以上时，电加热器停止上电，储热装置的空气进口及空气出口打开，从外部向储热装置通入空气。
[0025]作为优选的技术方案，基于固态储能的稳燃调峰方法还包括：富氧供应步骤，固态储热模块达到规定还原反应温度后，储热装置的氧气出口打开，固态储热模块释放的氧气被供应给锅炉空气进口。
[0026]作为优选的技术方案，基于固态储能的稳燃调峰方法还包括放热步骤之后的蒸汽发生及供应步骤，蒸汽发生及供应步骤中，储热装置的空气出口与蒸汽发生器一次侧的空气入口连通，储热装置中的热空气被输送至蒸汽发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于固态储能的稳燃调峰系统，其特征在于，包括锅炉、汽轮机、冷凝器、蒸汽发生器及储热装置；其中，所述储热装置内置有固态储热模块，所述固态储热模块的储能材料为金属氧化物，并具有与大气相连通的空气进口；与所述蒸汽发生器一次侧的空气进口相连的空气出口，以及与所述锅炉的空气进口相连的氧气出口；所述蒸汽发生器二次侧具有与所述冷凝器冷凝水出口相连的给水入口、与外部连通的二次侧出口，所述蒸汽发生器的一次侧具有与所述储热装置相连的空气进口，与外部连通的尾气出口。2.根据权利要求1所述的基于固态储能的稳燃调峰系统，其特征在于，所述储热装置还包括电加热器，所述电加热器的供电来自发电机出口母线或厂用电母线或出厂母线。3.根据权利要求2所述的基于固态储能的稳燃调峰系统，其特征在于，所述电加热器为布置在所述固态储热模块周围的电加热片或电加热丝。4.根据权利要求2或3所述的基于固态储能的稳燃调峰系统，其特征在于，所述锅炉还包括富氧燃烧器，所述富氧燃烧器与所述储热装置的氧气出口连通。5.根据权利要求4所述的基于固态储能的稳燃调峰系统，其特征在于，所述蒸汽发生器的二次侧出口与所述汽轮机的蒸汽入口相连。6.一种基于固态储能的稳燃调峰方法，适用于权...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖刚，祝培旺，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：