一种发电机组灵活调峰系统及其运行方法与流程

本发明涉及燃煤发电，具体涉及一种发电机组灵活调峰系统及其运行方法。

背景技术：

1、在全球能源绿色低碳转型背景下，新能源进入大规模快速发展阶段，高比例新能源接入成为我国未来电力系统的发展趋势和重要特征。风电、光伏发电等可再生能源的显著特点是间歇性和波动性，随着其在电力系统中所占比重逐渐增大并日益成为主体部分，电力系统灵活性被摆在了更加重要的位置。燃煤发电机组作为保障电力安全稳定供应的压舱石，提升其运行灵活性成为构建新型电力系统的关键所在。

2、但燃煤发电机组制粉系统大延迟、大惯性的特点，限制了机组调峰过程中变负荷速率的进一步提升。现有热力系统由多时间、多空间尺度的设备及子系统构成，不同设备之间，不同子系统之间动态响应特性差异明显，相互作用规律复杂，因此多设备间的强耦合特性进一步限制了变负荷过程中的功率响应速率。升负荷过程初期，炉侧从燃料量指令下达到制粉系统输粉进入炉膛燃烧加热工质，有较长的响应时间，当变负荷速率较快时机组输出功率难以匹配负荷指令变化；并且降负荷过程中存在多余能量未能被有效利用；此外，锅炉排烟温度较高也会造成大量能量损失。

3、因此亟需一种适用于燃煤发电机组的灵活调峰系统以及其运行方法。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服目前的燃煤发电机组变负荷过程中，由于制粉系统大迟延特性限制机组变负荷速率提升的问题，从而提供一种发电机组灵活调峰系统及其运行方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种发电机组灵活调峰系统，包括：

4、发电机组热力系统；

5、储热系统，与所述发电机组热力系统相耦合；所述储热系统适于在所述发电机组热力系统降负荷运行时对热能进行存储，并在所述发电机组热力系统升负荷运行时将热能进行释放；

6、还包括：

7、发电系统，与所述发电机组热力系统相耦合；所述发电系统适于在所述发电机组热力系统升负荷运行时，利用所述储热系统释放的热能直接发电，以提升所述发电机组热力系统变负荷速率。

8、进一步优化技术方案，所述发电机组热力系统包括：

9、锅炉，适于产生高温高压的蒸汽；

10、汽轮发电机组，适于利用所述锅炉产生的蒸汽做功并进行发电；

11、回热循环管路，连接设置在所述汽轮发电机组的排汽端与所述锅炉的蒸汽入口之间；

12、凝汽器，设置在所述循环管路上，所述凝汽器适于将所述汽轮发电机组排汽凝结成凝结水；

13、除氧器，设置在所述循环管路上；

14、加热器系统，设置在所述循环管路上，所述加热器系统适于对所述循环管路内的工质进行加热；

15、输送泵组件，适于对所述循环管路内的工质进行输送；

16、锅炉给水调节阀，设置在所述循环管路上。

17、进一步优化技术方案，所述发电系统包括：

18、旁路工质循环管路，并联设置在所述回热循环管路上并与部分所述回热循环管路构成循环；

19、给水旁路调节阀，设置在所述旁路工质循环管路上；

20、储热介质与旁路工质换热器，设置在所述旁路工质循环管路上；所述储热介质与旁路工质换热器适于与所述储热系统进行换热，以将所述旁路工质循环管路内的工质加热为热蒸汽；

21、小汽轮机发电机组，设置在所述旁路工质循环管路上并位于所述储热介质与旁路工质换热器的蒸汽出口端；所述小汽轮机发电机组适于利用经所述储热介质与旁路工质换热器加热后的热蒸汽进行发电。

22、进一步优化技术方案，所述旁路工质循环管路的工质进口与所述除氧器的工质出口相连通，所述旁路工质循环管路的工质出口与凝汽器的工质进口相连通。

23、进一步优化技术方案，所述储热系统包括：

24、储热介质烟气加热器，布置在所述锅炉内部；

25、热储热介质管路，所述热储热介质管路的一端与所述储热介质烟气加热器的介质出口相连通，所述热储热介质管路的另一端与所述储热介质与旁路工质换热器的储热介质入口相连通；

26、储热介质热罐，设置在所述热储热介质管路上；

27、热储热介质输送控制组件，设置在所述热储热介质管路上；

28、冷储热介质管路，所述冷储热介质管路的一端与所述储热介质与旁路工质换热器的储热介质出口相连通，所述冷储热介质管路的另一端与所述储热介质烟气加热器的介质入口相连通；

29、储热介质冷罐，设置在所述冷储热介质管路上；

30、冷储热介质输送控制组件，设置在所述冷储热介质管路上；

31、储热介质分支管路，所述储热介质分支管路的一端与所述冷储热介质输送控制组件的介质出口相连通，所述储热介质分支管路的另一端与所述储热介质热罐的介质入口相连通；

32、储热介质蒸汽加热器，设置在所述储热介质分支管路上并与所述发电机组热力系统相耦合，所述储热介质蒸汽加热器适于将所述锅炉产生的蒸汽与所述储热介质分支管路内的储热介质进行热交换。

33、进一步优化技术方案，所述储热介质蒸汽加热器通过蒸汽分流管路与所述锅炉的蒸汽出口相连接，所述储热介质蒸汽加热器通过蒸汽输出管路与所述除氧器的进口端相连接，所述蒸汽分流管路上设置有主蒸汽分流阀。

34、进一步优化技术方案，所述热储热介质输送控制组件包括设置在所述热储热介质管路上的储热介质热罐出口调节阀和储热介质热罐出口泵；

35、所述冷储热介质输送控制组件包括设置在所述冷储热介质管路上的储热介质冷罐出口调节阀和储热介质冷罐出口泵。

36、一种发电机组灵活调峰系统的运行方法，所述方法基于所述的一种发电机组灵活调峰系统进行，包括以下步骤：

37、s1.发电机组热力系统将化学能转化为电能；

38、s2.对发电机组热力系统进行调峰调频：

39、s21.当发电机组热力系统降负荷运行时，通过储热系统分流并存储发电机组热力系统产生的热能；

40、s22.当发电机组热力系统升负荷运行时，储热系统释放热能，通过发电系统利用储热系统释放的热能直接发电，以提升发电机组热力系统变负荷速率。

41、进一步优化技术方案，所述步骤s22具体包括以下步骤：

42、当燃煤发电机组升负荷运行时，通过热储热介质输送控制组件控制储热介质热罐的储热介质流出并对储热介质进行流量调节；同时打开并调节给水旁路调节阀，回热循环管路内的部分工质进入旁路工质循环管路；

43、储热介质流经储热介质与旁路工质换热器与旁路工质循环管路内的工质进行换热；

44、经换热后的储热介质流至储热介质冷罐进行存储；

45、旁路工质循环管路内经换热后的工质转化为水蒸气流至小汽轮机发电机组做功，做功后的工质回流至回热循环管路；通过调节进入小汽轮机发电机组做功的工质流量，在快速升负荷初期满足机组功率控制需求，提升机组变负荷速率。

46、进一步优化技术方案，在调节给水旁路调节阀时，使得进入汽轮机高压缸的工质流量不受到进入旁路工质循环管路工质的影响，具体调节方法为：

47、拟合得到不同负荷率与对应稳态工况下的给水流量设定值的变化曲线；

48、当机组接到升负荷指令时，通过给水旁路调节阀调节进入小汽轮机发电机组做功的工质流量，同时调节输送泵组件和锅炉给水调节阀，使得进入锅炉的给水流量按照拟合曲线变化，以满足变负荷过程后期的功率控制需求。

49、本发明技术方案，具有如下优点：

50、1.本发明提供的一种发电机组灵活调峰系统，在传统发电机组热力系统基础上，增设储热系统和发电系统，储热过程充分利用蒸汽与烟气侧余热，放热过程直接进行发电，可以在快速变负荷初期实现系统输出功率迅速变化，有效改善变负荷初期由于制粉系统迟延特性导致的功率不足，突破了机组大迟延特性对变负荷速率的限制，提高了机组的运行灵活性。

51、2.本发明提供的一种发电机组灵活调峰系统，单独布置小汽轮机，在升负荷过程中由给水旁路调节阀控制进入小汽轮机的工质流量，可以在快速变负荷初期实现系统输出功率迅速变化，有效改善变负荷初期由于制粉系统迟延特性导致的功率不足；同时不改变原有热力系统回热部分，回热抽汽流量没有受到影响，保证了机组朗肯循环的循环效率，也避免了由于抽汽回流及恢复过程引起的热力参数大幅度波动，协同提升了机组运行的灵活性和安全性。此外小汽轮机还可变速运行，向送、引风机及一次风机等辅机供电，未来也可以同步参与机组调频辅助服务，提升机组盈利能力。

52、3.本发明提供的一种发电机组灵活调峰系统，利用储热介质的储热过程吸收锅炉尾部烟道烟气余热，降低了机组的排烟温度，提升了锅炉的能量利用效率。

53、4.本发明提供的一种发电机组灵活调峰系统的运行方法，在储热过程充分利用蒸汽与烟气侧余热加热储热介质，提升了锅炉的能量利用效率；放热过程用于加热给水旁路工质并进入小汽轮机做功，实现了快速功率变化。耦合储热系统后利用储热介质的储热与放热过程协同提升机组变负荷速率以及机组能量利用效率，提高了机组的运行灵活性和经济性。