一种与风、煤联合的汽轮机储能发电及供热系统及方法与流程

发动机及配件附件的制造及其应用技术1.本发明属于汽轮机技术领域，涉及一种与风、煤联合的汽轮机储能发电及供热系统及方法。背景技术：2.随着新能源相关政策的落实，风力发电机组组装机容量逐年升高，但风电机组受自然环境制约电力输出不稳定，电网无法消纳时经常出现弃风现象，风电资源无法被充分利用，因此需要储能装置进行能量暂存才能更好的利用风电资源。同时随着产业政策的调整，300mw及以下的燃煤机组已经逐步开始关停。目前燃煤机组是承担对外供热任务的主力机组，但风电机组一般不具备对外供热能力，无法满足供热需求。如果通过技术措施，增加储热装置，对关停的机组进行设备利旧使用，并联合在运燃煤机组运行，可以辅助机组调峰，同时具备对外供汽的功能，则可以实现减少风电机组的弃电量、延长关停机组的设备使用时间以及满足对外供热需求的功能。技术实现要素：3.本发明的目的在于解决现有技术中电网无法消纳的电量转换成热量进行存储的问题，提供一种与风、煤联合的汽轮机储能发电及供热系统及方法，本发明通过增设储能设备，对关停燃煤机组汽轮机设备进行利旧使用并耦合在运燃煤机组，达到对无法上网的风电进行储能发电及供热利用的目的，能够充分利用风能，将，并利用旧机组设备进行发电及供热，同时耦合在运燃煤机组以实现快速调峰及提升供热稳定性的目标。4.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：5.第一方面，一种与风、煤联合的汽轮机储能发电及供热系统，包括：6.利旧汽轮机组，所述利旧汽轮机组的各级排汽及抽汽与换热装置相连，作为换热装置的热源；7.换热装置，所述换热装置与储热装置相连，用于与储热装置内的工质进行换热；8.储热装置，所述储热装置上连接有风力发电机组(6)和在运燃煤机组除氧器(15)，用于对储热装置内工质进行电加热。9.上述系统进一步的改进在于：10.所述利旧汽轮机组包括依次同轴连接的利旧汽轮机高压缸(32)、利旧汽轮机中压缸(33)、利旧汽轮机低压缸(34)以及利旧发电机(35)；利旧汽轮机高压缸(32)的排汽进入换热装置进行换热，换热后进入利旧汽轮机中压缸(33)做功，做功后排汽进入利旧汽轮机低压缸(34)进行做功，做工后排汽依次进入利旧凝汽器(31)、利旧凝结水泵(30)、利旧低压加热器(29)以及利旧除氧器(28)；利旧除氧器(28)的出口一路通过利旧给水泵(27)与利旧高压加热器(26)相连，另一路通过增压泵(24)进入换热装置进行换热，换热后通过供热调节阀(18)对外供热；利旧高压加热器(26)出口的水进入换热装置进行换热，换热后返回利旧汽轮机高压缸(32)进行做功。11.所述利旧低压加热器(29)的热源为利旧汽轮机低压缸(34)的抽汽，利旧除氧器(28)的热源为利旧汽轮机中压缸(33)的抽汽，利旧高压加热器(26)的热源为利旧汽轮机高压缸(32)的抽汽。12.所述储热装置包括高温储热罐(1)和低温储热罐(2)，所述高温储热罐(1)和低温储热罐(2)内的工质为熔融盐，所述低温储热罐(2)的入口连接换热装置的出口，高温储热罐(1)的出口连接换热装置的入口；13.所述低温储热罐(2)的出口分为三路，第一路连接第一低温熔盐泵(3)，第二路连接第二低温熔盐泵(7)，第三路连接第三低温熔盐泵(10)；第一低温熔盐泵(3)出口依次连接第一熔盐电加热器(4)和第一熔盐调节阀(5)；第二低温熔盐泵(7)出口依次连接第一熔盐蒸汽加热器(8)的冷侧入口和第二熔盐调节阀(9)；第三低温熔盐泵(10)出口依次连接第二熔盐蒸汽加热器(11)的冷侧入口和第三熔盐调节阀(12)；第一熔盐调节阀(5)、第二熔盐调节阀(9)和第三熔盐调节阀(12)均连接高温储盐罐(1)的入口。14.所述第一熔盐电加热器(4)与风力发电机组(6)相连，第一熔盐蒸汽加热器(8)的热侧入口通过过热蒸汽辅助调节阀(13)连接燃煤机组过热蒸汽，第二熔盐蒸汽加热器(11)的热侧入口通过再热蒸汽辅助调节阀(14)连接燃煤机组再热蒸汽；第一熔盐蒸汽加热器(8)的热侧出口和第二熔盐蒸汽加热器(11)的热侧出口均连接到在运燃煤机组除氧器(15)的入口。15.所述换热装置包括供热熔盐加热器、过热熔盐换热器(19)、蒸发熔盐换热器(20)、预热熔盐换热器(21)以及再热熔盐换热器(23)；16.所述供热熔盐加热器的热侧入口、过热熔盐换热器(19)的热侧入口和再热熔盐换热器(23)的热侧入口均与储热装置的出口相连；过热熔盐换热器(19)的热侧出口和再热熔盐换热器(23)的热侧出口均连接至蒸发熔盐换热器(20)的热侧入口；供热熔盐加热器的热侧出口和蒸发熔盐换热器(20)热侧出口均连接至预热熔盐换热器(21)的热侧入口，预热熔盐换热器(21)的热侧出口与储热装置的入口；17.所述利旧汽轮机高压缸(32)的排汽连接再热熔盐换热器(23)的冷侧入口，再热熔盐换热器(23)的冷侧出口连接利旧汽轮机中压缸(33)的进汽；所述增压泵(24)的出口连接供热熔盐加热器的冷侧入口，供热熔盐加热器的冷侧出口连接供热调节阀(18)；利旧高压加热器(26)的出口通过给水调节阀(25)连接至预热熔盐换热器(21)的冷侧入口，预热熔盐换热器(21)的冷侧出口连接蒸发熔盐换热器(20)的冷侧入口，蒸发熔盐换热器(20)的冷侧出口连接过热熔盐换热器(19)的冷侧入口，过热熔盐换热器(19)的冷侧出口连接利旧汽轮机高压缸(32)的进汽。18.所述储热装置的出口连接热熔岩泵，所述热熔岩泵出口分为三路，第一路连接供热熔盐加热器的热侧入口，第二路连接过热熔盐换热器(19)的热侧入口，第三路连接再热熔岩调节阀，所述再热熔岩调节阀的出口连接再热熔盐换热器(23)的热侧入口。19.第二方面，一种与风、煤联合的汽轮机储能发电及供热方法，包括以下步骤：20.情况1：需要参与低负荷调峰时，调节风电运行负荷至最大；21.通过降低利旧给水泵(27)的转速以及调小给水调节阀(25)的开度，并辅助调节高温熔盐泵(16)的流量，同时增大过热蒸汽辅助调节阀(13)、再热蒸汽辅助调节阀(14)，以降低利旧发电机(35)功率以及快速降低在运燃煤机组发电功率；22.增加熔盐电加热器(4)的功率以及增加第一低温熔盐泵(3)的流量来减少风力发电机组组(6)上网功率；储热装置的储热量增加，对外供热蒸汽能够借助储热装置提供蒸汽，能够满足电网的快速调峰要求，同时能够存储及利用风能；23.情况2：需要本发明维持出力时，调节风力发电机组组(6)运行负荷至最小或者暂时关闭；24.利用高温储热罐(1)中的热熔融盐来加热并生产发电所需蒸汽以及生产对外供热所需的蒸汽，通过调节增压泵(24)的转速以及供热调节阀(18)的开度，来调节供热蒸汽的流量，能够满足用户对供热蒸汽参数的要求；当高温储热罐(1)中的蓄热量不足时，通过调节过热蒸汽辅助调节阀(13)、再热蒸汽辅助调节阀(14)的开度，来增加在运燃煤机组的辅助热量输入，维持储能装置的运行。25.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：26.本发明通过新增耦合风电机组、在运燃煤机组的储能供热系统，并通流关停机组汽轮机系统的利旧使用，可将风力发电机组组的电能转化为热能存储在储热罐中并用以发电或供热，解决电网无法消纳的风电使用问题，并通过熔盐电加热器负荷的调节，使风电机组也能够参与电网的调峰任务，提升了机组运行灵活性，机组对外供热受运行负荷影响较小，提升了供热的安全性稳定性。27.本发明可解决电网弃风电的问题，并将风能转换为对外供热的热量，增加了风电机组的使用率、提升了机组运行灵活性及风电消纳能力，耦合了在运燃煤机组共同参与调节，可以稳定对外供热，满足了用户的供热需求，并充分利用了关停机组的汽轮机设备，减少了投资和资源浪费。28.本发明设置高温储热罐、低温储热罐、熔盐电加热器、供热熔盐加热器、过热熔盐换热器、蒸发熔盐换热器、预热熔盐换热器、再热熔盐换热器、熔盐蒸汽加热器以及供热调节阀等设备，对关停机组的汽轮机设备进行再利用，耦合在运燃煤机组进行调节，可以实现提升机组运行灵活性、稳定对外供热的目的，并可以解决电网弃风电所导致的无法最大程度发挥风电机组节能降碳效果的问题。附图说明29.为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。30.图1为本发明的结构示意图。31.其中，1-高温储热罐，2-低温储热罐，3-第一低温熔盐泵，4-熔盐电加热器，5-第一熔盐调节阀，6-风力发电机组组，7-第二低温熔盐泵，8-第一熔盐蒸汽加热器，9-第二熔盐调节阀，10-第三低温熔盐泵，11-第二熔盐蒸汽加热器，12-第三熔盐调节阀，13-过热蒸汽辅助调节阀，14-再热蒸汽辅助调节阀，15-在运燃煤机组除氧器，16-高温熔盐泵，17-熔盐供热换热器，18-供热调节阀，19-过热熔盐换热器，20-蒸发熔盐换热器，21-预热熔盐换热器，22-再热熔盐调节阀，23-再热熔盐换热器，24-增压泵，25-给水调节阀，26-利旧高压加热器，27-利旧给水泵，28-利旧除氧器，29-利旧低压加热器，30-利旧凝结水泵，31-利旧凝汽器，32-利旧汽轮机高压缸，33-利旧汽轮机中压缸，34-利旧汽轮机低压缸，35-利旧发电机。具体实施方式32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。33.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。35.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。36.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。37.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。38.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：39.参见图1，本发明实施例公开了一种与风、煤联合的汽轮机储能发电及供热系统，包括高温储热罐1、低温储热罐2、第一低温熔盐泵3、熔盐电加热器4、第一熔盐调节阀5、风力发电机组组6、第二低温熔盐泵7、第一熔盐蒸汽加热器8、第二熔盐调节阀9、第三低温熔盐泵10、第二熔盐蒸汽加热器11、第三熔盐调节阀12、过热蒸汽辅助调节阀13、再热蒸汽辅助调节阀14、在运燃煤机组除氧器15、高温熔盐泵16、熔盐供热换热器17、供热调节阀18、过热熔盐换热器19、蒸发熔盐换热器20、预热熔盐换热器21、再热熔盐调节阀22、再热熔盐换热器23、增压泵24、给水调节阀25、利旧高压加热器26、利旧给水泵27、利旧除氧器28、利旧低压加热器29、利旧凝结水泵30、利旧凝汽器31、利旧汽轮机高压缸32、利旧汽轮机中压缸33、利旧汽轮机低压缸34和利旧发电机35；40.低温储热罐2的出口分别与第一低温熔盐泵3、第二低温熔盐泵7以及第三低温熔盐泵10的入口相连，第一低温熔盐泵3将低温储热罐2中的低温熔融盐疏送至熔盐电加热器4中加热成为高温熔融盐，经由第一熔盐调节阀5后进入高温储热罐1中，熔盐电加热器4的电源来自风力发电机组组6；第二低温熔盐泵7将低温储热罐2中的低温熔融盐疏送至第一熔盐蒸汽加热器8中加热成为高温熔融盐，经由第二熔盐调节阀9后进入高温储热罐1中，第一熔盐蒸汽加热器8的热源来自在运燃煤机组的过热蒸汽，过热蒸汽经过热蒸汽辅助调节阀13调节后进入第一熔盐蒸汽加热器8，冷却后的疏水回到在运燃煤机组除氧器15中；第三低温熔盐泵10将低温储热罐2中的低温熔融盐疏送至第二熔盐蒸汽加热器11中加热成为高温熔融盐，经由第三熔盐调节阀12后进入高温储热罐1中，第二熔盐蒸汽加热器11的热源来自在运燃煤机组的再热蒸汽，再热蒸汽经过再热蒸汽辅助调节阀14调节后进入第二熔盐蒸汽加热器11中，冷却后的疏水回到在运燃煤机组除氧器15中。41.高温储热罐1的出口热熔融盐由高温熔盐泵16分别疏送至熔盐供热换热器17、过热熔盐换热器19以及经过再热熔盐调节阀22后进入再热熔盐换热器23中，再热熔盐换热器23的出口熔融盐与过热熔盐换热器19的出口熔融盐混合后进入蒸发熔盐换热器20，蒸发熔盐换热器20的出口与熔盐供热换热器17的出口熔融盐混合后进入预热熔盐换热器21中，换热后熔融盐由预热熔盐换热器21返回低温储热罐2中；42.利旧除氧器28中的水分别进入利旧给水泵27以及增压泵24中，增压泵24将水疏送至熔盐供热换热器17中与热熔融盐换热，被蒸发后的供热蒸汽经由供热调节阀18后对外供出，另一部分水由利旧给水泵27送至利旧高压加热器26回热后，经由给水调节阀25进入预热熔盐换热器21中进行预热，预热后的水进入蒸发熔盐换热器20中蒸发，蒸发后的饱和蒸汽再进入过热熔盐换热器19中加热，加热后的蒸汽进入利旧汽轮机高压缸32中作功，利旧汽轮机高压缸32的排汽进入再热熔盐换热器23中被热熔融盐加热，之后进入利旧汽轮机中压缸33中，利旧汽轮机中压缸33的排汽进入利旧汽轮机低压缸34，利旧汽轮机低压缸34的排汽进入利旧凝汽器31凝结，凝结后的水由利旧凝结水泵30送至利旧低压加热器29中进行回热，最后返回利旧除氧器28。43.本发明的原理及工作过程：44.本发明保留了利旧汽轮机的主辅设备，主要包括汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、汽轮机发电机、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器、给水调节阀25等。45.高温储热罐1以及低温储热罐2中分别存储高温熔融盐以及低温熔融盐，低温熔融盐被熔盐电加热器以及熔盐蒸汽加热器加热成为高温熔融盐，熔盐电加热器4的电源来自风电机组，第一熔盐蒸汽加热器8和第二熔盐蒸汽加热器11的热源分别来自在运燃煤机组的过热蒸汽和再热蒸汽。46.高温储热罐1中的热熔融盐被分别利用在对外供汽以及为利旧汽轮机的主再热蒸汽提供持续稳定的热量。当风电机组的出力出现较大幅度变化时，通过储热罐的蓄热仍可保证汽轮机的出力稳定以及对外供热蒸汽的稳定，同时在运燃煤机组的过热蒸汽以及再热蒸汽也可以加热熔融盐，起到补充的作用，使系统具有较强的稳定性，本发明可以利用风电对外供热，大幅提升供热的综合经济性。47.高温储热罐1与低温储热罐2中工质均为熔融盐；低温储热罐2出口的熔融盐分为三路，一路与第一低温熔盐泵3、熔盐电加热器4a、第一熔盐调节阀5串联连接后与高温储热罐1入口相连，熔盐电加热器4a的电源来自风力发电机组组6；一路与第二低温熔盐泵7、第一熔盐蒸汽加热器8、第二熔盐调节阀9串联连接后也与高温储热罐1入口相连，第一熔盐蒸汽加热器8的热源来自在运燃煤发电机组的过热蒸汽，最后一路与第三低温熔盐泵10、第二熔盐蒸汽加热器11、第三熔盐调节阀12串联连接后也与高温储热罐1入口相连，第二熔盐蒸汽加热器11的热源来自在运燃煤发电机组的再热蒸汽。48.高温储热罐1出口与高温熔盐泵16入口相连，高温熔盐泵16出口分别与供热熔盐加热器、过热熔盐换热器19、再热熔盐调节阀22相连，再热熔盐调节阀22与再热熔盐换热器23入口相连。过热熔盐换热器19、再热熔盐换热器23的出口均与蒸发熔盐换热器20入口相连，蒸发熔盐换热器20出口、供热熔盐加热器出口与预热熔盐换热器21入口相连，预热熔盐换热器21出口与低温储热罐2入口相连。49.利旧高压加热器26出口的水经过给水调节阀25后进入预热熔盐换热器21中进行预热，预热后的水进入蒸发熔盐换热器20中被加热蒸发，饱和汽进入过热熔盐换热器19中被加热成过热蒸汽，过热熔盐换热器19的汽侧出口与利旧汽轮机高压缸32相连；蒸汽在利旧汽轮机高压缸32中作功后，进入再热熔盐换热器23的汽侧，被熔融盐加热成为再热蒸汽后进入利旧汽轮机中压缸33作功，汽轮机中压缸排汽口与利旧汽轮机低压缸34相连，汽轮机低压缸排汽进入利旧凝汽器31中凝结，凝结后的水由利旧凝结水泵30经由利旧低压加热器29疏送至利旧除氧器28中；利旧除氧器28出水口分别与利旧给水泵27与增压泵24相连，增压泵24出口与供热熔盐加热器水侧入口相连，水被加热成供热蒸汽后经由供热调节阀18对外供出。50.当环境条件适宜时，风电运行负荷可调节至最大，此时如果电网需要本发明参与低负荷调峰时，一方面可通过降利旧给水泵27的转速以及关小给水调节阀25的开度，并辅助调节高温熔盐泵16的流量，同时增大过热蒸汽辅助调节阀13、再热蒸汽辅助调节阀14，以达到减少利旧发电机35功率以及快速降低在运燃煤机组发电功率的目的，另一方面也可以增加熔盐电加热器4的功率以及增加第一低温熔盐泵3的流量来达到减少风力发电机组组6上网功率的目的，储热系统的储热量增加，对外供热蒸汽可以借助储热系统稳定的提供蒸汽，这种方式既可以满足电网的快速调峰要求，又可以充分存储及利用风能，解决弃风的问题。51.当环境条件不适宜时，风力发电机组组6运行负荷可调节至最小或者暂时关闭，此时如果电网需要本发明维持出力时，可利用高温储热罐1中的热熔融盐来加热并生产发电所需蒸汽以及生产对外供热所需的蒸汽，供热蒸汽的流量由增压泵24的转速以及供热调节阀18的开度进行调节，供热量不受系统总出力的影响，这种方式可以满足用户对供热蒸汽参数持续稳定的要求。当高温储热罐1中的蓄热量不足时，可通过开大过热蒸汽辅助调节阀13、再热蒸汽辅助调节阀14的开度，来增加在运燃煤机组的辅助热量输入，维持储能系统的运行稳定性。52.本发明原理清晰、系统简单，能够耦合风电储能以及在运燃煤机组，可以对关停的旧机组的汽轮机设备进行再利用，是增加风电机组利用率、提升系统运行稳定性及灵活性、提高机组供汽质量和经济性的创新技术。53.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。









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