稳燃调峰系统以及稳燃调峰方法技术方案

本发明专利技术提供一种利用储热介质的分解与化合反应进行储/放热，储热密度高，放热均匀且能量转换效率高的稳燃调峰系统和方法，包括锅炉、汽轮机、发电机、冷凝器、储热装置、储气罐、换热器和压缩机。储热装置包括储热介质及加热储热介质的电加热器、以及与储热介质进行热交换的热交换器；热交换器的入口与冷凝器的冷凝水出口相连；储热装置设有与储热介质连通的二氧化碳气体进口及二氧化碳气体出口；二氧化碳气体进口与储气罐的出口相连，换热器的一次侧出口与压缩机的进口相连，压缩机的出口与储气罐的进口相连；换热器的二次侧进口与大气相连，换热器的二次侧出口与锅炉的空气进口相连。连。连。

【技术实现步骤摘要】
稳燃调峰系统以及稳燃调峰方法


[0001]本专利技术涉及火电厂调峰
，具体涉及一种基于碳酸盐储能的稳燃调峰系统以及稳燃调峰方法。

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稳燃调峰系统，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热、电固体蓄热锅炉等稳燃调峰系统转化为显热进行储热，能有效降低火电机组的上网功率，实现深度调峰。
[0005]但这些稳燃调峰系统大多采用显热储热材料，显热储热的储热密度普遍较低，稳燃调峰系统占地较大，并且，显热储热的储/放热温度变化大，后续放热时无法提供稳定的热能，难以再利用，另外将能量单纯以热量的形式存储，大量热量在存储时逸散，造成稳燃调峰系统的整体能源浪费。

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碳酸盐储能的稳燃调峰系统以及稳燃调峰方法，利用储热介质的分解与化合反应进行储/放热，储热密度高，放热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碳酸盐储能的稳燃调峰系统，包括锅炉、汽轮机、发电机、冷凝器、储热装置、储气罐、换热器和压缩机。
[0008]其中，储热装置包括储热介质及加热储热介质的电加热器、以及与储热介质进行热交换的热交换器；热交换器的入口与冷凝器的冷凝水出口相连；储热装置设有与储热介质连通的二氧化碳气体进口及二氧化碳气体出口；二氧化碳气体进口与储气罐的出口相连，二氧化碳气体出口与换热器的一次侧进口相连；换热器的一次侧出口与压缩机的进口相连，压缩机的出口与储气罐的进口相连；换热器的二次侧进口与大气相连，换热器的二次侧出口与锅炉的空气进口相连。
[0009]根据该技术方案，当电网调度要求需要火力发电厂降低电力负荷时，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，利用电加热器将多余的电能转换为热能，并加热储热介质进行储热来减少上网功率，从而降低锅炉负荷过低而导致的安全风险。
[0010]并且，本专利技术提供的稳燃调峰系统是基于碳酸盐储能的，即储热介质的储热材料为碳酸盐，并通过碳酸盐的在高温下的分解与化合反应进行储热，具体地，本专利技术提供的储热介质的储热材料储/放热时的反应式如下：
[0011]分解反应(储热)：M
x
CO3+
△
H＝＝M
x
O+CO2[0012]化合反应(放热)：M
x
O+CO2＝＝M
x
CO3+
△
H
[0013]当储热介质进行储热时，储热材料在高温条件下发生分解反应，释放二氧化碳；当储热介质放热时，储热材料与二氧化碳在高温的条件下发生化合反应，生成碳酸盐，并放出大量热能。相较于显热储热材料，通过碳酸盐的分解与化合反应进行储热的储热密度更高，能够有效地精简调峰系统的占地面积；热化学循环反应的储/放热反应温度变化较小，具有较恒定的放热温度，能够在后续地热能再利用中提供稳定的高品位热能，并且，通过将热能转化为化学能进行存储，更加稳定，减少存储中逸散的热能造成的能量损失。
[0014]另外，本专利技术提供的稳燃调峰系统还对于碳酸盐在储/放热反应中产生的二氧化碳及热量进行了有针对性地再利用。
[0015]具体而言，在储热过程中，储热介质的储热材料碳酸盐在高温下发生分解反应，生成金属氧化物及二氧化碳气体，二氧化碳气体在储热装置的高温环境中吸收热量，高温的二氧化碳气体由储热装置的二氧化碳气体出口排出，进入换热器的一次侧后与换热器二次侧入口通入的空气进行换热，换热后的空气由换热器的二次侧出口进入锅炉的空气进口；换热后的二氧化碳气体进入压缩机，经过压缩后通入储气罐中进行回收，从而可以对进入锅炉的空气进行预热，实现对低负荷工况下的锅炉进行稳燃，还能够对二氧化碳进行循环利用，环境友好；
[0016]在放热过程中，储气罐中的二氧化碳通过储热装置的二氧化碳气体进口通入储热装置，储热后的储热材料(金属氧化物)在高温下与二氧化碳气体发生化合反应，释放热量；冷凝器向热交换器给水，在储热装置内与储热介质进行换热后，产生大量蒸汽，蒸汽由热交换器的蒸汽出口排出，通向其他装置进行做功，通过对储热装置储/放热时的能量和物质进行充分地利用，不造成能源或资源的浪费，提高了稳燃调峰系统整体的能源利用率。
[0017]作为优选的技术方案，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。
[0018]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，并利用储热介质进行储能来减少上网功率。
[0019]作为优选的技术方案，电加热器为布置在储热介质周围或储热介质中的电加热片或电加热丝。
[0020]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储热介质的表面或内部，与储热介质充分接触传热，降低热量传递过程中的能量损耗。
[0021]作为优选的技术方案，设置在储热装置的热交换器的出口，与汽轮机的蒸汽入口
相连。
[0022]根据该技术方案，在储热介质的放热过程中，储气罐的出口打开，二氧化碳气体进入储热装置并与储热介质发生化合反应，释放热能；冷凝器向储热装置的热交换器给水，将热能吸收并产生高参数蒸汽，从热交换器的蒸汽出口排出，进入汽轮机中进行发电，从而当电网调度需要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，可以通过将储热介质中存储的热量转换为电能来快速增加上网功率，从而避免频繁地升高/降低负荷影响锅炉的使用寿命。
[0023]本专利技术第二方面提供了一种基于碳酸盐储能的稳燃调峰方法，适用于上述任一技术方案中基于碳酸盐储能的稳燃调峰系统，该稳燃调峰方法包括，
[0024]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，电加热器上电加热储热介质；
[0025]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，电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳酸盐储能的稳燃调峰系统，包括锅炉、汽轮机、发电机、冷凝器、储热装置、储气罐、换热器和压缩机，其特征在于，所述储热装置包括储热材料为碳酸盐的储热介质及加热所述储热介质的电加热器、以及与所述储热介质进行热交换的热交换器；所述热交换器的入口与所述冷凝器的冷凝水出口相连；所述储热装置设有与所述储热介质连通的二氧化碳气体进口及二氧化碳气体出口；所述二氧化碳气体进口与所述储气罐的出口相连，所述二氧化碳气体出口与所述换热器的一次侧进口相连；所述换热器的一次侧出口与所述压缩机的进口相连，所述压缩机的出口与所述储气罐的进口相连；所述换热器的二次侧进口与大气相连，所述换热器的二次侧出口与所述锅炉的空气进口相连。2.根据权利要求1所述的基于碳酸盐储能的稳燃调峰系统，其特征在于，所述电加热器的供电来自所述发电机出口母线、或厂用电母线或出厂母线。3.根据权利要求1所述的基于碳酸盐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储热介质周围或所述储热介质中的电加热片或电加热丝。4.根据权利要求1所述的基于碳酸盐储能的稳燃调峰系统，其特征在于，设置在所述储热装置的所述热交换器的蒸汽出口，与所述汽轮机的蒸汽入口相连。5.一种基于碳酸盐储能的稳燃调峰方法，适用于权利要求1
‑
4任一项所述的...

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