CN114198159A - 一种火电机组蒸汽储热与lng冷能联合调峰***及使用方法 - Google Patents

一种火电机组蒸汽储热与lng冷能联合调峰***及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***及使用方法，锅炉过热器、高压缸、中压缸、低压缸、第一发电机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器、蒸汽储热换热器、高温储罐、高温泵。本发明在火电机组与LNG储罐之间增加储热装置和二氧化碳发电装置，在用电低谷期将汽轮机部分蒸汽抽出加热熔盐储存热量，火电机组实现降负荷运行，在用电高峰期，利用蒸汽抽汽加热的熔盐作为二氧化碳发电装置的二氧化碳热源，利用LNG储罐内LNG由液态变为气态过程中的冷能作为做功后的二氧化碳冷源，实现发电循环，增加机组出力。该***即能实现火电机组灵活性调峰运行，又能完成LNG冷能的回收，增加了能源利用效率。

Description

一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***及使用方法
技术领域
本发明涉及一种火电机组调峰***，具体是一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***及使用方法。
背景技术
为了减少弃风弃光现象的发生，需要提升火电机组运行的灵活性。利用蒸汽抽汽加热熔盐储热是实现火电机组灵活性调节的有效方法之一。储热过程通过加热熔盐实现机组降负荷运行；释热时，若将储存的热量释放至原热力***，会影响机组的爬坡速率及运行的安全性，如何使储存的热量安全释放是亟需解决的问题。据文献报道，LNG储罐内的LNG温度为-162℃左右，在使用储罐内的LNG时，需要将液态的LNG转换为气态，其温度接近于常温，单位质量的LNG由-162℃至常温蕴含冷能巨大。若此部分能量与火电机组储热结合，将大大提高能源利用的综合效率。
本发明提出了一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***。在火电机组与LNG储罐之间增加储热装置和二氧化碳发电装置，使蒸汽储热和LNG冷能同时被利用。火电机组运行时，将部分蒸汽抽出加热熔盐进行储热，抽汽过程中进入汽轮机蒸汽量减少，火电机组负荷降低，为可再生能源进网提供了空间；释热过程中，利用高温熔盐加热二氧化碳发电***的二氧化碳推动膨胀机和发电机做功，增加机组出力，实现了火电机组调峰的功能。同时，LNG作为做功后的二氧化碳冷却介质，实现了LNG冷能的回收。因此，本发明公布了一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***，实现了多种能量的双重利用，提升了火电机组运行的灵活性。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***，在火电机组与LNG储罐之间增加储热装置和二氧化碳发电装置，利用机组降负荷时的蒸汽储热，作为二氧化碳发电装置的热源，LNG供气过程中的冷能作为二氧化碳发电装置的冷源，实现了火电机组降负荷运行和释热过程增加机组出力，机组调峰能力增加。在此过程中，完成了LNG冷能的回收。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***，其特征在于，包括：锅炉过热器、高压缸、中压缸、低压缸、第一发电机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器、蒸汽储热换热器、高温储罐、高温泵、低温储罐、低温泵、二氧化碳蒸发器、二氧化碳过热器、膨胀机、第二发电机、冷凝器、LNG储罐、二氧化碳增压泵和锅炉再热器。
作为本发明进一步的方案：所述锅炉过热器出口分为两路，一路连接所述高压缸入口，所述高压缸出口连接所述锅炉再热器入口，所述锅炉再热器出口依次连接所述中压缸、所述低压缸和所述凝汽器，所述凝汽器出口依次连接所述凝结水泵、所述低压加热器、所述除氧器、所述给水泵、所述高压加热器和所述锅炉过热器；
所述锅炉过热器出口另一路连接所述蒸汽储热换热器汽侧入口，所述蒸汽储热换热器汽侧出口连接所述所述凝汽器；
所述高压缸、所述中压缸、所述低压缸和所述第一发电机同轴连接；
所述高压缸级间抽汽与所述高压加热器汽侧入口连接，所述高压加热器汽侧出口与所述除氧器连接；
所述中压缸级间抽汽与所述除氧器连接；
所述低压缸级间抽汽与所述低压加热器汽侧入口连接，所述低压加热器汽侧出口与所述凝汽器连接。
作为本发明再进一步的方案：所述低温泵安装于所述低温储罐内，所述低温泵出口连接所述蒸汽储热换热器盐侧入口，所述蒸汽储热换热器盐侧出口连接所述高温储罐。
作为本发明再进一步的方案：所述高温泵安装于所述高温储罐内、所述高温泵出口连接所述二氧化碳过热器盐侧入口、所述二氧化碳过热器盐侧出口连接所述二氧化碳蒸发器盐侧入口，所述二氧化碳蒸发器盐侧出口连接所述低温储罐入口。
作为本发明再进一步的方案：所述二氧化碳增压泵出口连接所述二氧化碳蒸发器二氧化碳侧入口，所述二氧化碳蒸发器二氧化碳侧出口连接所述二氧化碳过热器二氧化碳侧入口，所述二氧化碳过热器二氧化碳侧出口连接所述膨胀机入口，所述膨胀机出口连接所述冷凝器二氧化碳侧入口，所述冷凝器二氧化碳侧出口连接所述二氧化碳增压泵入口；
所述LNG储罐出口连接所述冷凝器LNG侧入口，所述冷凝器LNG侧出口连接供气管道；
所述膨胀机与所述第二发电机轴连接。
作为本发明再进一步的方案：所述膨胀机内使用工质为二氧化碳。
一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***，其中，包括火电机组降负荷储热使用方法和释热二氧化碳发电使用方法：
S：所述锅炉过热器产生的过热蒸汽一路依次经过所述高压缸、所述锅炉再热器、所述中压缸、所述低压缸、所述凝汽器、所述凝结水泵、所述低压加热器、所述除氧器、所述给水泵和所述高压加热器，进入所述锅炉过热器；所述锅炉过热器产生的过热蒸汽另一路经过所述蒸汽储热换热器，进入所述凝汽器；
S：所述低温泵启动，将所述低温储罐内的熔盐输送至所述蒸汽储热换热器内，由蒸汽加热至高温，熔盐进入所述高温储罐内储存；
上述过程为一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***的火电机组降负荷储热使用方法；
S：所述高温泵将所述高温储罐内的熔盐依次输送至所述二氧化碳过热器和所述二氧化碳蒸发器；
S：所述二氧化碳增压泵将所述冷凝器中的液态二氧化碳加压，并依次输送至所述二氧化碳蒸发器和所述二氧化碳过热器；
S：液态二氧化碳在所述二氧化碳蒸发器内被熔盐加热，蒸发成饱和二氧化碳气体，进入所述二氧化碳过热器，在所述二氧化碳过热器内被熔盐加热成超临界的二氧化碳气体；
S：被冷却的熔盐进入所述低温储罐，超临界的二氧化碳气体进入所述膨胀机，并推动所述膨胀机转动做功，所述膨胀机带动所述第二发电机转动发电；
S：所述膨胀机出口低温低压的二氧化碳气体进入所述冷凝器被所述LNG储罐内的LNG吸热冷却，被冷的二氧化碳气体凝结为液态二氧化碳进入所述二氧化碳增压泵，液态LNG在所述冷凝器内吸收二氧化碳气体的热量，液态LNG变为气态，出口温度满足供气温度需要，进入供气管道。
上述过程为一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***的释热二氧化碳发电使用方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)火电机组在不改变锅炉负荷或保持锅炉最佳热效率时，利用熔盐储热技术，使机组负荷进一步降低，实现了火电机组低负荷运行；
(2)在火电机组与LNG储罐之间增加储热装置和二氧化碳发电装置，二氧化碳作为工质，具有传热效果好、做功能力强等优点，大大提高了发电***效率；
(3)该***利用LNG冷能作为二氧化碳工质的冷却介质，有效回收了LNG冷能，避免了能量的浪费；
(4)用电高峰期，二氧化碳发电装置发电可直接接入电网，增加电厂出力，提高了电厂负荷响应能力。
附图说明
图1为本发明所提供的一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***的流程图；
图2为本发明的火电机组降负荷储热使用方法流程图；
图3为本发明的释热二氧化碳发电使用方法流程图。
附图说明：1、锅炉过热器；2、高压缸；3、中压缸；4、低压缸；5、第一发电机；6、凝汽器；7、凝结水泵；8、低压加热器；9、除氧器；10、给水泵；11、高压加热器；12、蒸汽储热换热器；13、高温储罐；14、高温泵；15、低温储罐；16、低温泵；17、二氧化碳蒸发器；18、二氧化碳过热器；19、膨胀机；20、第二发电机；21、冷凝器；22、LNG储罐；23、二氧化碳增压泵；24、锅炉再热器。
具体实施方式
请参阅图1、图2和图3，本发明的一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***及使用方法的较佳的实施方式，具体部件连接，见图1，火电机组降负荷储热使用方法工作示意图，见图2，释热二氧化碳发电使用方法工作示意图，见图3。
一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***，包括：锅炉过热器1、高压缸2、中压缸3、低压缸4、第一发电机5、凝汽器6、凝结水泵7、低压加热器8、除氧器9、给水泵10、高压加热器11、蒸汽储热换热器12、高温储罐13、高温泵14、低温储罐15、低温泵16、二氧化碳蒸发器17、二氧化碳过热器18、膨胀机19、第二发电机20、冷凝器21、LNG储罐22、二氧化碳增压泵23和锅炉再热器24。
锅炉过热器1出口分为两路，一路连接高压缸2入口，高压缸2出口连接锅炉再热器24入口，锅炉再热器24出口依次连接中压缸3、低压缸4和凝汽器6，凝汽器6出口依次连接凝结水泵7、低压加热器8、除氧器9、给水泵10、高压加热器11和锅炉过热器1，锅炉过热器1出口另一路连接蒸汽储热换热器12汽侧入口，蒸汽储热换热器12汽侧出口连接凝汽器6，高压缸2、中压缸3、低压缸4和第一发电机5同轴连接，高压缸2级间抽汽与高压加热器11汽侧入口连接，高压加热器11汽侧出口与除氧器9连接，中压缸3级间抽汽与除氧器9连接，低压缸4级间抽汽与低压加热器8汽侧入口连接，低压加热器8汽侧出口与凝汽器6连接，低温泵16安装于低温储罐15内，低温泵16出口连接蒸汽储热换热器12盐侧入口，蒸汽储热换热器12盐侧出口连接高温储罐13。
高温泵14安装于高温储罐13内、高温泵14出口连接二氧化碳过热器18盐侧入口、二氧化碳过热器18盐侧出口连接二氧化碳蒸发器17盐侧入口，二氧化碳蒸发器17盐侧出口连接低温储罐15入口，二氧化碳增压泵23出口连接二氧化碳蒸发器17二氧化碳侧入口，二氧化碳蒸发器17二氧化碳侧出口连接二氧化碳过热器18二氧化碳侧入口，二氧化碳过热器18二氧化碳侧出口连接膨胀机19入口，膨胀机19出口连接冷凝器21二氧化碳侧入口，冷凝器21二氧化碳侧出口连接二氧化碳增压泵23入口，LNG储罐22出口连接冷凝器21LNG侧入口，冷凝器21LNG侧出口连接供气管道，膨胀机19与第二发电机20轴连接，膨胀机19内使用工质为二氧化碳。
如上的一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***，其较佳的实施例中，火电机组降负荷储热使用过程：
如图2所示，当电网电量剩余或可再生能源发电量增加时，锅炉过热器1产生的过热蒸汽一路依次经过高压缸2、锅炉再热器24、中压缸3、低压缸4、凝汽器6、凝结水泵7、低压加热器8、除氧器9、给水泵10和高压加热器11，进入锅炉过热器1；锅炉过热器1产生的过热蒸汽另一路经过蒸汽储热换热器12，进入凝汽器6；低温泵16启动，将低温储罐15内的熔盐输送至蒸汽储热换热器12内，由蒸汽加热至高温，熔盐进入高温储罐13内储存；燃煤发电机组保留原运行方式，实现了降负荷运行。
如上的一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***，其较佳的实施例中，释热二氧化碳发电使用过程：
如图3所示，在电网用电高峰期，二氧化碳发电装置启动，高温泵14将高温储罐13内的熔盐依次输送至二氧化碳过热器18和二氧化碳蒸发器17；二氧化碳增压泵23将冷凝器21中的液态二氧化碳加压，并依次输送至二氧化碳蒸发器17和二氧化碳过热器18；液态二氧化碳在二氧化碳蒸发器17内被熔盐加热，蒸发成饱和二氧化碳气体，进入二氧化碳过热器18，在二氧化碳过热器18内被熔盐加热成超临界的二氧化碳气体；被冷却的熔盐进入低温储罐15，超临界的二氧化碳气体进入膨胀机19，并推动膨胀机19转动做功，膨胀机19带动第二发电机20转动发电；膨胀机19出口低温低压的二氧化碳气体进入冷凝器21被LNG储罐22内的LNG吸热冷却，被冷的二氧化碳气体凝结为液态二氧化碳进入二氧化碳增压泵23，液态LNG在冷凝器21内吸收二氧化碳气体的热量，液态LNG变为气态，出口温度满足供气温度需要，进入供气管道。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***，其特征在于，包括：锅炉过热器(1)、高压缸(2)、中压缸(3)、低压缸(4)、第一发电机(5)、凝汽器(6)、凝结水泵(7)、低压加热器(8)、除氧器(9)、给水泵(10)、高压加热器(11)、蒸汽储热换热器(12)、高温储罐(13)、高温泵(14))、低温储罐(15)、低温泵(16)、二氧化碳蒸发器(17)、二氧化碳过热器(18)、膨胀机(19)、第二发电机(20)、冷凝器(21)、LNG储罐(22)、二氧化碳增压泵(23)和锅炉再热器(24)。
2.根据权利要求1所述的火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***，其特征在于：所述锅炉过热器(1)出口分为两路，一路连接所述高压缸(2)入口，所述高压缸(2)出口连接所述锅炉再热器(24)入口，所述锅炉再热器(24)出口依次连接所述中压缸(3)、所述低压缸(4)和所述凝汽器(6)，所述凝汽器(6)出口依次连接所述凝结水泵(7)、所述低压加热器(8)、所述除氧器(9)、所述给水泵(10)、所述高压加热器(11)和所述锅炉过热器(1)；
所述锅炉过热器(1)出口另一路连接所述蒸汽储热换热器(12)汽侧入口，所述蒸汽储热换热器(12)汽侧出口连接所述所述凝汽器(6)；
所述高压缸(2)、所述中压缸(3)、所述低压缸(4)和所述第一发电机(5)同轴连接；
所述高压缸(2)级间抽汽与所述高压加热器(11)汽侧入口连接，所述高压加热器(11)汽侧出口与所述除氧器(9)连接；
所述中压缸(3)级间抽汽与所述除氧器(9)连接；
所述低压缸(4)级间抽汽与所述低压加热器(8)汽侧入口连接，所述低压加热器(8)汽侧出口与所述凝汽器(6)连接。
3.根据权利要求1所述的火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***，其特征在于：所述低温泵(16)安装于所述低温储罐(15)内，所述低温泵(16)出口连接所述蒸汽储热换热器(12)盐侧入口，所述蒸汽储热换热器(12)盐侧出口连接所述高温储罐(13)。
4.根据权利要求1所述的火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***，其特征在于：所述高温泵(14))安装于所述高温储罐(13)内、所述高温泵(14)出口连接所述二氧化碳过热器(18)盐侧入口、所述二氧化碳过热器(18)盐侧出口连接所述二氧化碳蒸发器(17)盐侧入口，所述二氧化碳蒸发器(17)盐侧出口连接所述低温储罐(15)入口。
5.根据权利要求1所述的火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***，其特征在于：所述二氧化碳增压泵(23)出口连接所述二氧化碳蒸发器(17)二氧化碳侧入口，所述二氧化碳蒸发器(17)二氧化碳侧出口连接所述二氧化碳过热器(18)二氧化碳侧入口，所述二氧化碳过热器(18)二氧化碳侧出口连接所述膨胀机(19)入口，所述膨胀机(19)出口连接所述冷凝器(21)二氧化碳侧入口，所述冷凝器(21)二氧化碳侧出口连接所述二氧化碳增压泵(23)入口；
所述LNG储罐(22)出口连接所述冷凝器(21)LNG侧入口，所述冷凝器(21)LNG侧出口连接供气管道；
所述膨胀机(19)与所述第二发电机(20)轴连接。
6.根据权利要求1所述的火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***，其特征在于：所述膨胀机(19)内使用工质为二氧化碳。
7.如权利要求1-6所述的一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***，其特征在于，包括火电机组降负荷储热使用方法和释热二氧化碳发电使用方法：
S1：所述锅炉过热器(1)产生的过热蒸汽一路依次经过所述高压缸(2)、所述锅炉再热器(24)、所述中压缸(3)、所述低压缸(4)、所述凝汽器(6)、所述凝结水泵(7)、所述低压加热器(8)、所述除氧器(9)、所述给水泵(10)和所述高压加热器(11)，进入所述锅炉过热器(1)；所述锅炉过热器(1)产生的过热蒸汽另一路经过所述蒸汽储热换热器(12)，进入所述凝汽器(6)；
S2：所述低温泵(16)启动，将所述低温储罐(15)内的熔盐输送至所述蒸汽储热换热器(12)内，由蒸汽加热至高温，熔盐进入所述高温储罐(13)内储存；
上述过程为一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***的火电机组降负荷储热使用方法；
S1：所述高温泵(14)将所述高温储罐(13)内的熔盐依次输送至所述二氧化碳过热器(18)和所述二氧化碳蒸发器(17)；
S2：所述二氧化碳增压泵(23)将所述冷凝器(21)中的液态二氧化碳加压，并依次输送至所述二氧化碳蒸发器(17)和所述二氧化碳过热器(18)；
S3：液态二氧化碳在所述二氧化碳蒸发器(17)内被熔盐加热，蒸发成饱和二氧化碳气体，进入所述二氧化碳过热器(18)，在所述二氧化碳过热器(18)内被熔盐加热成超临界的二氧化碳气体；
S4：被冷却的熔盐进入所述低温储罐(15)，超临界的二氧化碳气体进入所述膨胀机(19)，并推动所述膨胀机(19)转动做功，所述膨胀机(19)带动所述第二发电机(20)转动发电；
S5：所述膨胀机(19)出口低温低压的二氧化碳气体进入所述冷凝器(21)被所述LNG储罐(22)内的LNG吸热冷却，被冷的二氧化碳气体凝结为液态二氧化碳进入所述二氧化碳增压泵(23)，液态LNG在所述冷凝器(21)内吸收二氧化碳气体的热量，液态LNG变为气态，出口温度满足供气温度需要，进入供气管道。
上述过程为一种火电机组蒸汽储热与LNG冷能联合调峰***的释热二氧化碳发电使用方法。
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