CN115506888A - 火电机组耦合燃气轮机响应电网调节需求的方法与*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种火电机组耦合燃气轮机响应电网调节需求的***和方法，可以在需要火电机组承担调峰任务、具备一定转动惯量，同时能够快速升负荷响应电网调度需求时，燃烧***与燃气***进行耦合；当电网需要火电机组快速提供电量时，将燃烧***与燃气***隔离，炉膛温度在短时间内升高，带动整个燃烧***快速带到高负荷，支撑电网调度需求。

Description

火电机组耦合燃气轮机响应电网调节需求的方法与***
技术领域
本发明属于煤电机组与电网灵活互动技术领域，具体涉及一种火电机组耦合燃气轮机响应电网调节需求的方法与***。
背景技术
预计到2030年，风电、光伏装机规模超16亿千瓦，装机占比从2020年的24%增长至47%左右，新能源发电量约3.5万亿千瓦时，占比从2020年的13%提高至30%。2030年后，水电、核电等传统非化石能源受资源和站址约束，建设逐步放缓，新能源发展将进一步提速。预计到2060年，风电、光伏装机规模超50亿千瓦，装机占比超80%，新能源发电量超9.6万亿千瓦时，占比超60%，成为电力***的重要支撑。
新能源具有典型的间歇性特征，出力随机波动性强。发电侧随机性和负荷侧峰谷差加大将对传统电力***造成较大的冲击。此外，新能源并网后，一定程度上造成了***转动惯量不足。光伏发电利用半导体的光电效应将光能转变为电能，无转动惯量，风力发电转动惯量也严重不足，因此，当电力***中大量的新能源机组替代常规电源时，***频率调节能力将显著下降。
火电机组作为电网调峰主力资源，对电力***的安全稳定运行具有重要意义。同时，也能够为电力***提供必要的转动惯量。火电机组低负荷运行参与调峰时，其负荷调整速度、空间都会受到影响，也无法通过灵活调整技术消除因新能源并网所带来的随机扰动及惯量降低等不利因素，同时，机组运行经济性、稳定性较差。
发明内容
基于上述问题，本发明提出了一种火电机组耦合燃气轮机响应电网调节需求的方法与***。
本发明通过以下技术方案实现：
火电机组耦合燃气轮机响应电网调节需求的***，包括耦合的燃烧***和燃气***，燃烧***包括依次连接的燃烧炉（1）、蒸汽轮机（2）、蒸汽循环发电机（3），所述燃气***包括依次连接的气化炉（4）、燃气轮机（5）、燃气循环发电机（7）；燃气轮机（5）与燃烧炉（1）炉膛存在连接，用于将燃气轮机（5）的排气输送至燃烧炉（1），燃烧炉（1）与气化炉（4）炉膛存在连接，用于将燃烧炉（1）的排气输送至气化炉（4）炉膛。
优选的，上述***还包括与燃气轮机（5）连接的余热锅炉（6），用于存放部分燃气轮机（5）的排气。
本发明还公开了一种基于上述***的方法，包括步骤：
S01.当需要火电机组承担调峰任务、具备一定转动惯量，同时能够快速升负荷响应电网调度需求时，燃烧***与燃气***进行耦合；
S02. 当电网需要火电机组快速提供电量时，将燃烧***与燃气***隔离，此时，炉膛内温度较高，炉内气氛置换为空气后给煤，炉膛温度在短时间内升高，带动整个燃烧***快速带到高负荷，支撑电网调度需求；
步骤S01具体包括步骤：
S011.燃烧炉（1）炉膛停止给煤；
S012.气化炉（4）中煤气化产生的可燃气进入燃气轮机（5），经压缩、燃烧后排出，进入燃烧炉（1）炉膛；
S013.燃气轮机（5）***负荷调整至低负荷，带动燃气循环发电机（7）发电，提供厂用电；
S014. 燃气轮机（5）排气进入燃烧炉（1）炉膛后，在炉膛和尾部烟道内换热后进入气化炉（4）炉膛作为气化辅助气；
S015.燃烧炉（1）炉膛依靠燃气轮机（5）的排气维持炉膛温度，排气在燃烧炉（1）中换热、净化后重新进入气化炉（4）炉膛参与气化反应；
S016.燃烧炉（1）产生的蒸汽进入蒸汽轮机（2）推动汽轮机叶片转动，为***提供转动惯量，蒸汽循环发电机（3）发电量也用于提供厂用电。
优选的，气化炉（4）产生的可燃气进入燃气轮机（5）中经压缩、燃烧后，一部分进入余热锅炉（6）中，一部分进入燃烧炉（1）炉膛。
优选的，气化炉（4）产生的可燃气进入燃气轮机（5）中经压缩、燃烧后，进入燃烧炉（1）炉膛的部分保证维持燃烧炉炉膛温度在600~700℃。
本发明的优点在于：通过设置于火电机组耦合的燃气轮机，在不需要为电网承担调峰任务及提供转动惯量时，燃烧***和燃气***可独立运行，互不干涉；当需要火电机组承担调峰任务、具备一定转动惯量，同时能够快速升负荷响应电网调度需求时，燃烧***与燃气***进行耦合；当电网需要火电机组快速提供电量时，将燃烧***与燃气***迅速隔离，燃烧炉内迅速给煤，炉膛温度能够在短时间内升高至1000℃左右，带动整个燃烧***快速带到高负荷，支撑电网调度需求。本发明使整个***能够灵活响应电网需求，不仅节省成本，还能提高***的调节能力，稳定性强。
附图说明
图1为本发明实施例1的***结构示意图。
具体实施方式
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。
请参照附图1，本发明公开了一种火电机组耦合燃气轮机响应电网调节需求的***，包括余热锅炉6和相互耦合的燃烧***和燃气***，燃烧***包括依次连接的燃烧炉1、蒸汽轮机2、蒸汽循环发电机3，燃气***包括依次连接的气化炉4、燃气轮机5、燃气循环发电机7。燃气轮机5与燃烧炉1炉膛存在连接，用于将燃气轮机5的排气输送至燃烧炉1，所述燃烧炉1与气化炉4炉膛存在连接，用于将燃烧炉1的排气输送至气化炉4炉膛。余热锅炉与燃气轮机5连接。
当需要火电机组承担调峰任务、具备一定转动惯量，同时能够快速升负荷响应电网调度需求时，燃烧***与燃气***进行耦合：
步骤一、燃烧炉1炉膛停止给煤；
步骤二、气化炉4中煤气化产生的可燃气（CO、CH4、H2等）进入燃气轮机5中经压缩、燃烧做功后排出，一部分进入余热锅炉6中，另一部分进入燃烧炉1炉膛，维持燃烧炉1炉膛温度在600~700℃；
步骤三、燃气轮机***负荷调整至低负荷，带动发电机7发电，电量主要用于厂用电；
步骤四、进入燃烧炉炉膛1中的燃气轮机排气在炉膛和尾部烟道内换热后，进入气化炉炉膛4中作为气化辅助气；
步骤五、此时，整个***属于低碳排放，燃烧***中燃烧炉炉膛1中停止给煤，依靠燃气轮机5排气维持炉膛温度，燃气***中排气大部分在换热、净化后重新进入气化炉炉膛4中参与气化反应；
步骤六、燃烧***中，燃烧炉1产生的蒸汽进入蒸汽轮机2中推动汽轮机叶片转动，为电网***提供一定的转动惯量，蒸汽循环发电机3所发电量较小，也主要用于厂用电。
当电网需要火电机组快速提供电量时，将燃烧***与燃气***迅速隔离。此时，炉膛内温度较高，炉内气氛置换为空气后，迅速给煤，炉膛温度在短时间内升高至1000℃左右，带动整个燃烧***快速带到高负荷，支撑电网调度需求。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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 (5)

1.火电机组耦合燃气轮机响应电网调节需求的***，其特征在于，包括耦合的燃烧***和燃气***，所述燃烧***包括依次连接的燃烧炉（1）、蒸汽轮机（2）、蒸汽循环发电机（3），所述燃气***包括依次连接的气化炉（4）、燃气轮机（5）、燃气循环发电机（7）；所述燃气轮机（5）与燃烧炉（1）炉膛存在连接，用于将燃气轮机（5）的排气输送至燃烧炉（1），所述燃烧炉（1）与气化炉（4）炉膛存在连接，用于将燃烧炉（1）的排气输送至气化炉（4）炉膛。
2.根据权利要求1所述火电机组耦合燃气轮机响应电网调节需求的***，其特征在于，还包括与燃气轮机（5）连接的余热锅炉（6），用于存放部分燃气轮机（5）的排气。
3.基于权利要求1或2的火电机组耦合燃气轮机响应电网调节需求的方法，其特征在于，包括步骤：
S01.当需要火电机组承担调峰任务、具备一定转动惯量，同时能够快速升负荷响应电网调度需求时，燃烧***与燃气***进行耦合；
S02. 当电网需要火电机组快速提供电量时，将燃烧***与燃气***隔离，此时，炉膛内温度较高，炉内气氛置换为空气后给煤，炉膛温度在短时间内升高，带动整个燃烧***快速带到高负荷，支撑电网调度需求；
所述步骤S01具体包括步骤：
S011.燃烧炉（1）炉膛停止给煤；
S012.气化炉（4）中煤气化产生的可燃气进入燃气轮机（5），经压缩、燃烧后排出，进入燃烧炉（1）炉膛；
S013.燃气轮机（5）***负荷调整至低负荷，带动燃气循环发电机（7）发电，提供厂用电；
S014. 燃气轮机（5）排气进入燃烧炉（1）炉膛后，在炉膛和尾部烟道内换热后进入气化炉（4）炉膛作为气化辅助气；
S015.燃烧炉（1）炉膛依靠燃气轮机（5）的排气维持炉膛温度，排气在燃烧炉（1）中换热、净化后重新进入气化炉（4）炉膛参与气化反应；
S016.燃烧炉（1）产生的蒸汽进入蒸汽轮机（2）推动汽轮机叶片转动，为***提供转动惯量，蒸汽循环发电机（3）发电量也用于提供厂用电。
4.根据权利要求3所述火电机组耦合燃气轮机响应电网调节需求的方法，其特征在于，所述气化炉（4）产生的可燃气进入燃气轮机（5）中经压缩、燃烧后，一部分进入余热锅炉（6）中，一部分进入燃烧炉（1）炉膛。
5.根据权利要求4所述火电机组耦合燃气轮机响应电网调节需求的方法，其特征在于，所述气化炉（4）产生的可燃气进入燃气轮机（5）中经压缩、燃烧后，进入燃烧炉（1）炉膛的部分保证维持燃烧炉炉膛温度在600~700℃。
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