基于沙子储热的火电机组系统的制作方法

1.本实用新型属于火力发电技术领域，涉及一种基于沙子储热的火电机组系统。


背景技术：

2.构建以新能源为主体的新型电力系统是实现碳中和碳达峰的重要手段。随着大量的可再生能源接入电网，可再生能源间歇性、波动性和反调峰性的特点使得火电机组在未来需要承担新的角色，一方面需要在新能源大发时段压低负荷让出容量通道，一方面还需要在新能源小发时段提高负荷保供电力供应，这就需要提高现有火电机组的运行负荷范围。为火电机组配置储能是一条行之有效的手段，这其中主要包括电化学储能、熔盐储能等，对于电化学储能主要存在储能成本高、运行寿命短的缺点；对于熔盐储能主要存在防凝成本高、运行功耗大的缺点。因此寻找一种低成本、高适应性的储热介质与火电机组耦合，以经济的提高机组运行负荷范围是亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于沙子储热的火电机组系统。
4.为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：基于沙子储热的火电机组系统，包括火力发电子系统和沙子储放热子系统；其中：
5.火力发电子系统包括按工至流向依次串联设置的锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中低压缸、低压加热器、除氧器以及高压加热器；
6.沙子储放热子系统包括按工质流向依次串联设置的低温沙子储罐、蒸汽-沙子换热器、高温沙子储罐以及蒸汽发生器；
7.锅炉的过热器出口与蒸汽-沙子换热器的蒸汽入口连接，蒸汽-沙子换热器的蒸汽出口与锅炉的再热器进口连接；高压加热器的给水出口还与蒸汽发生器的给水入口连接，蒸汽发生器的蒸汽出口与汽轮机高压缸的蒸汽入口连接。
8.所述锅炉的主蒸汽出口与汽轮机高压缸的进汽口连接，汽轮机高压缸的排汽口与锅炉的再热器进口连接，锅炉的再热器出口与汽轮机中/低压缸的进汽口连接，汽轮机高压缸和汽轮机中/低压缸均与发电机连接，用于共同驱动发电机发电；汽轮机中/低压缸的排汽口依次连接低压加热器、除氧器和高压加热器，高压加热器与锅炉的预热器入口连接。
9.低温沙子储罐、蒸汽-沙子换热器和高温沙子储罐的高度依次降低，低温沙子基于重力作用由低温沙子储罐进入蒸汽-沙子换热器的沙子入口；换热后的高温沙子基于重力作用进入蒸汽发生器的沙子入口；蒸汽发生器的出口设置吸沙泵，将换热后的低温沙子输送至低温沙子储罐。
10.锅炉过热器出口至蒸汽-沙子换热器蒸汽入口、高压加热器给水出口至蒸汽发生器给水入口、低温沙子储罐至蒸汽-沙子换热器、高温沙子储罐至蒸汽发生器之间的管路上均设置调节阀门。
11.蒸汽发生器的蒸汽出口设置温度和压力传感器。
12.所述沙子储放热系统中沙子粒径小于5mm，沙子介质的工作温度为200-800℃。
13.所述蒸汽-沙子换热器和蒸汽发生器为多级串联并联设置。
14.所述低温沙子储罐的设计温度为300℃；高温沙子储罐的设计温度为800℃。
15.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
16.本实用新型的基于沙子储热的火电机组系统，围绕火电机组配置一套沙子储放热子系统与火电机组耦合，在火电机组需要降低负荷调峰时，可以将部分火电机组的蒸汽引出与沙子换热，将部分热量储存于沙子中，使火电机组的负荷变化不受锅炉最低稳燃负荷影响，增加火电机组调峰范围，大幅提高火电机组运行灵活性；在火电机组不需要降低负荷调峰时，可以利用沙子的热量加热给水产生蒸汽，将存储于沙子的热量返回火电机组，减少机组燃料消耗，提高机组的能量利用效率，增加火电机组经济性，本系统采用沙子作为储热介质，沙子储换热系统结构简单，技术要求低；沙子介质廉价易得，安全稳定，尤其适用于易获取大量储热用沙子的区域。
附图说明
17.图1为本实用新型的基于沙子储热的火电机组系统的结构示意图；
18.其中：1-火力发电子系统；2-沙子储放热子系统；11-锅炉；12-汽轮机高压缸；13-汽轮机中/低压缸；14-发电机；15-低压加热器；16-除氧器；17-高压加热器；21-低温沙子储罐；22-蒸汽-沙子换热器；23-高温沙子储罐；24-蒸汽发生器；31-第一阀门；32-第二阀门；33-第三阀门；34-第四阀门。
具体实施方式
19.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
20.需要说明的是，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
21.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
22.参见图1，本实用新型系统包括火力发电子系统1和沙子储放热子系统2；其中：火力发电子系统包括按工至流向依次串联设置的锅炉11、汽轮机高压缸12、汽轮机中低压缸13、低压加热器15、除氧器16、高压加热器17；沙子储放热子系统包括按工质流向依次串联设置的低温沙子储罐21、蒸汽-沙子换热器22、高温沙子储罐23、蒸汽发生器24。
23.锅炉11的主蒸汽出口与汽轮机高压缸12的进汽口连接，汽轮机高压缸12的排汽口与锅炉11的再热器进口连接，锅炉11的再热器出口与汽轮机中/低压缸13的进汽口连接，汽
轮机高压缸12和汽轮机中/低压缸13均与发电机连接，用于共同驱动发电机发电；汽轮机中/低压缸13的排汽口依次连接低压加热器15、除氧器16、高压加热器17，与锅炉11的预热器入口连接。
24.锅炉11的过热器出口还与蒸汽-沙子换热器22的蒸汽入口连接，蒸汽-沙子换热器22的蒸汽出口与锅炉11的再热器进口连接；高压加热器17的给水出口还与蒸汽发生器24的给水入口连接，蒸汽发生器24的蒸汽出口与汽轮机高压缸12的蒸汽入口连接。
25.低温沙子储罐21位于空间的最高处，蒸汽-沙子换热器22位于低温沙子储罐的下部，低温沙子可根据重力作用由低温沙子储罐21进入蒸汽-沙子换热器22的沙子入口；高温沙子储罐23位于蒸汽-沙子换热器22的下部，换热后的高温沙子可根据重力作用进入蒸汽发生器24的沙子入口；蒸汽发生器24位于空间的最下部，蒸汽发生器的出口设置吸沙泵，可将换热后的低温沙子输送至低温沙子储罐21。
26.锅炉11过热器出口至蒸汽-沙子换热器22蒸汽入口、高压加热器17给水出口至蒸汽发生器24给水入口、低温沙子储罐21至蒸汽-沙子换热器22、高温沙子储罐23至蒸汽发生器24之间的管路上均设置调节阀门；蒸汽发生器24的蒸汽出口设置温度和压力传感器。
27.作为可选的实施例所述沙子储放热系统中沙子粒径小于5mm，沙子介质的工作温度为200-800℃；所述蒸汽-沙子换热器22和蒸汽发生器24为多级串联并联设置；所述低温沙子储罐21的设计温度为300℃；高温沙子储罐23的设计温度为800℃。
28.本实用新型的工作过程及原理如下：
29.当火电机组需要降负荷调峰时，锅炉11的主蒸汽出口至蒸汽-沙子换热器22蒸汽的管道上设有调节阀门，从锅炉1的主蒸汽出口引出部分蒸汽进入换热器与低温沙子换热，通过控制调节阀门的开度控制引出的蒸汽流量，实现机组负荷的调控；低温沙子储罐21至蒸汽-沙子换热器22的管道上设有调节阀门，利用重力作用使低温沙子进入换热器与蒸汽换热，通过控制调节阀门的开度控制进入换热器的沙子的流量，实现换热器出口沙子温度的控制。通过换热器中蒸汽与沙子的换热，实现蒸汽热量向沙子的转移，使低温沙子被加热为高温沙子，存储于高温沙子储罐中。
30.当火电机组需要降升荷调峰时，高压加热器17给水出口至蒸汽发生器24的管道上设有调节阀门，从高压加热器出口引出部分高压给水进入蒸汽发生器与高温沙子换热，通过控制调节阀门的开度控制引出的高压给水流量；高温沙子储罐23至蒸汽发生器24的管道上设有调节阀门，利用重力作用使高温沙子进入蒸汽发生器与给水换热，通过控制调节阀门的开度控制进入换热器的沙子的流量，实现蒸汽发生器出口蒸汽温度的控制。通过蒸汽发生器中沙子与给水的换热，实现沙子热量向给水的转移，产生蒸汽，使高压给水被加热为高温蒸汽，高温沙子放热后返回低温沙子储罐。
31.以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。