一种锅炉负荷调整结合外部调峰调频设备的系统的制作方法

本发明涉及火力发电技术领域，特别涉及一种锅炉负荷调整结合外部调峰调频设备的系统及其方法。

背景技术：

众所周知电能是不能被储存的，因此用户需要多少电量，电厂就需要同步发出多少电量，这样才不会造成能源的浪费。但是通常在电力系统中各个电厂的需求电负荷是在不断发生变化的，为了维持有功功率平衡，保持系统频率稳定，就需要发电部门相应改变发电机的发电量以适应用电负荷的变化，这就叫做调峰调频。

在中国三北地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰调频电源稀缺，电网调峰调频与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电、水电及核电等新能源的能力不足，弃风、弃光、弃水和弃核现象严重。

现有技术中热电联产机组“以热定电”方式运行，冬季由于热电耦合造成供热机组调峰调频能力仅为10％左右。随着能源局在2016年开展的22个火电灵活性示范项目的实施，未来冬季调峰调频可以得到一定程度的缓解。但是在夏季除了机组降负荷或停机之外如何调峰调频，特别是增加夏季调峰调频的同时保证火电厂的经济性，是摆在众多火电厂面前的一个难题。

技术实现要素：

本发明通过设置电厂集控调峰调频控制模块获取当前电网对电厂的需求电负荷数据、，并基于电厂的需求电负荷数据对锅炉负荷调整模块下达增加负荷指令，在锅炉负荷减小到一定值时，投入外部调峰调频设备，达到机组最大的深度调峰调频幅度。利用本发明的系统，可以最低成本地实现机组深度调峰调频，而且可以达到任意时间进行电力调峰调频的效果。

根据本发明实施例的一个方面是

一种锅炉负荷调整结合外部调峰调频设备的系统，所述系统包括：

电厂集控调峰调频控制模块，根据电网的调峰调频指令，对厂内的设备下达调峰调频指令；

锅炉负荷调整模块，根据电厂集控调峰调频控制模块下达锅炉增减负荷操作指令调节机组增减负荷；

外部调峰调频设备，根据电厂集控调峰调频控制模块下达外部调峰调频设备增减负荷操作指令调节机组增减负荷。

进一步，在电厂集控调峰调频控制模块下达减负荷指令时，通过锅炉减负荷或外部调峰调频设备增加其耗电负荷，来达到机组减负荷的目的。

进一步，在电厂集控调峰调频控制模块下达减负荷指令时，首先由锅炉减负荷，当锅炉减负荷到预设值x时，投入外部调峰调频设备，将剩余的机组发电量供给外部调峰调频设备，来达到机组减负荷的目的。

进一步，在电厂集控调峰调频控制模块下达减负荷指令时，首先由锅炉减负荷，当锅炉减负荷到预设值x时，投入锅炉低负荷稳燃技术设备，进一步使机组负荷降低到低负荷稳燃的下限值y，再投入外部调峰调频设备，将剩余的机组发电量供给外部调峰调频设备，从而实现对外上网电量最小。

进一步，在电厂集控调峰调频控制模块下达增加负荷指令时，通过锅炉增加燃料、汽机蒸汽调门增大开度、减少抽汽或部分切除高低加、凝结水节流或者减少外部调峰调频设备的耗电量中的任意一种或几种组合来增加机组发电负荷。

进一步，所述的锅炉低负荷稳燃技术设备，包括低负荷富氧燃烧技术设备、低负荷磨煤机动态油压控制技术设备、低负荷投油稳燃技术设备、低负荷投燃气助燃技术设备、低负荷等离子微油稳燃技术设备、低负荷气化小油枪技术设备中的任意一种或其组合。

进一步，所述的低负荷富氧燃烧技术设备包括氧气和燃料输送装置、富氧燃烧器、自动控制系统，所述氧气和燃料输送装置中的燃料为燃油、燃气、煤粉中的任意一种。

进一步，所述的低负荷磨煤机动态油压控制技术设备包括动态油压执行机构、油压控制模块、磨煤机控制模块，通过电厂集控调峰调频模块对机组的燃料供给系统下达减负荷指令，机组燃料供给系统对磨煤机控制模块下达磨煤机能量输出减少指令，磨煤机控制模块通过油压控制模块操作动态油压执行机构，通过改变磨煤机球形磨的控制油压，从而实现磨煤机煤粉能量输出的减小。

根据本发明的一些实施例，电厂集控调峰调频控制模块控制所述的外部调峰调频设备始终投运在一个中间耗电负荷值，当电网要求电厂减小上网发电负荷时，电厂集控调峰调频控制模块控制所述的外部调峰调频设施增加耗电负荷值；当电网要求电厂增加上网发电负荷时，电厂集控调峰调频控制模块控制所述外部调峰调频设施减小耗电负荷值，以满足增减负荷的双向调峰调频需求。

进一步，所述的外部调峰调频设备是指机组设备本身之外的，布置在电厂内的蓄电池、电锅炉、电解制氢槽、电压缩热泵、电压缩制冷机组中的任意一种或组合。

进一步，所述电锅炉为固体蓄热电锅炉、电极锅炉、电加热管锅炉、高温导热油电锅炉、相变材料电蓄热锅炉、电磁锅炉中的任意一种或多种组合。

进一步，所述电解制氢槽为碱性水溶液电解槽、固体聚合物电解制氢槽或高温固体氧化物电解槽中的任意一种。

进一步，所述电压缩热泵是电厂循环水余热利用的电压缩热泵，或是空气源的电压缩热泵，或者是河水源电压缩热泵或江水源电压缩热泵中的任意一种。

进一步，所述的电锅炉或电压缩热泵生产的热水或蒸汽，用于供热管网进行供热，或是用于电厂热力系统进行热量回收，或者供工业蒸汽使用。

本发明还提供了一种锅炉负荷调整与外部调峰调频设备结合的调峰调频方法，所述方法包括：

步骤s101：电厂集控调峰调频模块获取当前电网对电厂的需求电负荷数据；

步骤s102：电厂集控调峰调频模块将当前电网对电厂的需求电负荷数据与电厂的实时发电量进行比对；

步骤s103：电厂集控调峰调频模块根据比对结果判断电厂需要增加发电负荷还是减少发电负荷；若需要减少发电负荷，则执行步骤s104；若需要增加发电负荷，则执行步骤s109；

步骤s104：电厂集控调峰调频模块向锅炉负荷调整模块发送锅炉减负荷指令，锅炉进行减负荷操作；

步骤s105：判断锅炉负荷是否低于预设值x，如果是，则执行步骤s106，如果否，则执行步骤s110；

步骤s106：投入锅炉低负荷稳燃技术设备，使锅炉负荷进一步降低；

步骤s107：判断锅炉负荷是否到达锅炉低负荷稳燃的下限值y，如果是，则执行步骤s108，如果否，则执行步骤s111；

步骤s108:投入电厂外部调峰调频设备；

步骤s109：机组通过锅炉增加燃料、汽机蒸汽调门增大开度、减少抽汽或部分切除高低加、凝结水节流或者减少外部调峰调频设备的耗电量中的任意一种或几种组合，增加机组发电负荷；

步骤s110：通过减少磨煤机台数或动态油压控制模块减少磨煤机能量输出减少来达到锅炉减负荷；

步骤s111：通过锅炉低负荷稳燃技术调节锅炉负荷，使其达到低负荷稳燃的下限值y。

本发明的调峰调频系统及其方法，通过设置电厂集控调峰调频控制模块、锅炉负荷调整模块和外部调峰调频装置，从而达到调峰调频的效果。可以根据本发明根据电网需要的调峰调频深度，选择锅炉或者外部调峰调频设备，需要较大深度调峰调频时，可以选择两者结合；重要的是，将锅炉低负荷稳燃技术与外部调峰调频设备相结合，使得整个机组在满足厂用电和外部调峰调频设备供电的前提下，对外上网电量为零，做到最大深度调峰调频幅度。此系统不但可增强锅炉本身的减负荷能力，而且利用外部调峰调频设备，可以使得机组一年四季可以随时进行深度调峰调频操作，从而极大地增加火电机组的灵活性，广泛适用于热电联产机组或纯凝机组。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的一种锅炉负荷调整与外部调峰调频设备结合的系统的结构示意图；

图2是本发明第一实施例提供的一种锅炉负荷调整与外部调峰调频设备结合的调峰调频方法的流程图；

图3是本发明第二实施例提供的一种锅炉负荷调整与外部调峰调频设备结合的调峰调频方法的流程图；

图4是本发明第三实施例提供的一种锅炉负荷调整与外部调峰调频设备结合的系统的结构示意图；

图5是本发明第四实施例提供的一种锅炉负荷调整与外部调峰调频设备结合的系统的结构示意图；

附图标记：

1为锅炉、2为汽轮机、3为发电机、4为电网、5为凝汽器、6为除氧器、7为外部调峰调频设备、8为电厂热力系统、9为蓄热罐或供热管网、10为氢能输出储存、11为冷量输出与储存、12为电厂集控调峰调频控制模块、13锅炉负荷调整模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例一：

如图1、图2所示，一种锅炉负荷调整与外部调峰调频设备结合的系统包括：电厂集控调峰调频控制模块12、锅炉负荷调整模块13和外部调峰调频设备7。

电厂集控调峰调频控制模块12，根据电网的调峰调频指令，对厂内的设备下达调峰调频指令；

锅炉负荷调整模块13，根据电厂集控调峰调频控制模块下达锅炉增减负荷操作指令调节机组增减负荷；

外部调峰调频设备7，根据电厂集控调峰调频控制模块下达外部调峰调频设备增减负荷操作指令调节机组增减负荷。

具体的，在电网用电量较低时，需要机组进行减负荷调整。在电厂集控调峰调频控制模块12下达减负荷指令时，可以通过锅炉负荷调整模块13减少锅炉负荷或外部调峰调频设备7增加其耗电负荷，来达到机组减负荷的目的。具体的，可以通过锅炉减少燃料，或者增加外部调峰调频设备的耗电量，使得机组负荷减少，对电网供电量减少。

在电网用电量较低时，需要机组进行减负荷调整，如果单一通过锅炉或者外部调峰调频设备7不能满足要求时，需要两者结合使用。

进一步，由于电厂锅炉的负荷调整能力有限，可以进一步进入低负荷稳燃技术进行机组减负荷调整。如图2所示，具体的，在电厂集控调峰调频控制模块12下达减负荷指令时，首先由锅炉减负荷，当锅炉减负荷到预设值x时，投入锅炉低负荷稳燃技术设备，进一步使机组负荷降低到低负荷稳燃的下限值y，再投入外部调峰调频设备7，将剩余的机组发电量供给外部调峰调频设备7，从而实现对外上网电量最小。

进一步，在电网用电量较高时，需要机组进行增加负荷调整，在电厂集控调峰调频控制模块12下达增加负荷指令时，通过锅炉增加燃料、汽机蒸汽调门增大开度、减少抽汽或部分切除高低加、凝结水节流或者减少外部调峰调频设备7的耗电量中的任意一种或几种组合来增加机组发电负荷。

优选的，所述的低负荷稳燃技术设备，包括锅炉低负荷富氧燃烧技术设备、低负荷磨煤机动态油压控制技术设备、低负荷投油稳燃技术设备、低负荷投燃气助燃技术设备、低负荷等离子微油稳燃技术设备、低负荷气化小油枪技术设备中的任意一种或其组合。

优选的，所述的低负荷富氧燃烧系统包括氧气和燃料输送装置、富氧燃烧器、自动控制系统，所述氧气和燃料输送装置中的燃料为燃油、燃气、煤粉中的任意一种。具体的，根据电厂集控调峰调频模块12下达减负荷指令，氧气和燃料输送装置在自动控制系统的控制下调节氧气和燃料输送，进而控制富氧燃烧器，实现能量输出减少。

优选的，所述的低负荷磨煤机动态油压控制系统包括动态油压执行机构、油压控制模块、磨煤机控制模块。通过电厂集控调峰调频模块12对机组的燃料供给系统下达减负荷指令，机组燃料供给系统对磨煤机控制模块下达磨煤机能量输出减少指令，磨煤机控制模块通过油压控制模块操作动态油压执行机构，通过改变磨煤机球形磨的控制油压，从而实现磨煤机煤粉能量输出的减小。

具体的，电厂集控调峰调频控制模块12控制所述的外部调峰调频设备投运在一个中间耗电负荷值，当电网要求电厂减小上网发电负荷时，电厂集控调峰调频控制模块控制所述的外部调峰调频设施增加耗电负荷值；当电网要求电厂增加上网发电负荷时，电厂集控调峰调频控制模块控制所述外部调峰调频设施减小耗电负荷值；以满足增减负荷的双向调峰调频需求。

优选的，所述的外部调峰调频设备是指机组设备本身之外的，布置在电厂内的电锅炉、电解制氢槽、电压缩热泵、电压缩制冷机组中的任意一种或组合，这些设备可以将富余的电能转化成热能、氢能或冷能进行储存和对外输出。或者在需要电能的时候将存储的能量转化为电能输送给机组，实现电网的调峰调频。

优选的，所述电锅炉为固体蓄热电锅炉、电极锅炉和蓄热设施、电加热管锅炉和蓄热设施、高温导热油蓄热电锅炉、相变材料电蓄热锅炉中的任意一种或多种组合。

优选的，所述电解制氢槽可以是碱性水溶液电解槽、固体聚合物电解制氢槽或高温固体氧化物电解槽中的任意一种，进而进行氢能输出储存10。

优选的，所述电压缩热泵可以是电厂循环水余热利用的电压缩热泵，也可以是空气源的电压缩热泵，还可以是河水源或江水源电压缩热泵，可以用于冷水输出储存11。

优选的，所述的电蓄热锅炉或电压缩热泵生产的热水或蒸汽，既可以用于蓄热罐或供热管网9进行供热，也可以用于电厂热力系统8进行热量回收，如果蒸汽参数负荷工业蒸汽要求，也可以用于对外供工业蒸汽。

根据本发明实施例的另一个方面一种锅炉负荷调整与外部调峰调频设备结合的调峰调频方法，请参阅图2，图2是本发明第一实施例提供的一种锅炉负荷调整与外部调峰调频设备结合的调峰调频方法的流程图。

所述方法包括：

步骤s101：电厂集控调峰调频模块获取当前电网对电厂的需求电负荷数据；

步骤s102：电厂集控调峰调频模块将当前电网对电厂的需求电负荷数据与电厂的实时发电量进行比对；

步骤s103：电厂集控调峰调频模块根据比对结果判断电厂需要增加发电负荷还是减少发电负荷；若需要减少发电负荷，则执行步骤s104；若需要增加发电负荷，则执行步骤s109；

步骤s104：电厂集控调峰调频模块向锅炉负荷调整模块发送锅炉减负荷指令，锅炉进行减负荷操作；

步骤s105：判断锅炉负荷是否低于预设值x，如果是，则执行步骤s106，如果否，则执行步骤s110；

步骤s106：投入锅炉低负荷稳燃技术设备，使锅炉负荷进一步降低；

步骤s107：判断锅炉负荷是否到达锅炉低负荷稳燃的下限值y，如果是，则执行步骤s108，如果否，则执行步骤s111；

步骤s108:投入电厂外部调峰调频设备；

步骤s109：机组通过锅炉增加燃料、汽机蒸汽调门增大开度、减少抽汽或部分切除高低加、凝结水节流或者减少外部调峰调频设备的耗电量中的任意一种或几种组合，增加机组发电负荷；

步骤s110：通过减少磨煤机台数或动态油压控制模块减少磨煤机能量输出减少来达到锅炉减负荷；

步骤s111：通过锅炉低负荷稳燃技术调节锅炉负荷，使其达到低负荷稳燃的下限值。

在锅炉减负荷操作时，锅炉减负荷操作至预设值x，其中预设值x根据实际需要进行设定，例如可以取锅炉总负荷的50％-60％,上述数值仅列举一定的范围，但本发明不限于上述范围。

在投入低负荷稳燃技术设备后，其中锅炉低负荷稳燃的下限值y可以根据实际需要进行设定，例如可以取锅炉总负荷的15％-45％，优选为15％-30％。上述数值仅列举一定的范围，但本发明不限于上述范围。

其中x、y的大小关系满足：x＞y。

本发明的电力调峰调频系统及其方法，通过设置电厂集控调峰调频控制模块、锅炉负荷调整模块和外部调峰调频装置，从而达到最低成本的深度调峰调频效果。根据电厂集控调峰调频控制模块下达锅炉增减负荷操作指令调节机组的负荷；在锅炉减负荷操作时，当锅炉减负荷到预设值x时，投入锅炉低负荷稳燃技术设备，进一步使电厂负荷降低到低负荷稳燃的下限值y；然后再投入外部调峰调频设备，使得整个机组在满足厂用电和外部调峰调频设备供电的前提下，对外上网电量为零，做到最大深度调峰调频幅度。此系统不但可增强锅炉本身的减负荷能力，而且利用外部调峰调频设备，可以使得机组一年四季可以随时进行深度调峰调频操作，从而极大地增加火电机组的灵活性，广泛适用于热电联产机组或纯凝机组。

实施例二：

与实施例1不同的是，在电网用电量较低时，需要机组进行减负荷调整，通过锅炉和外部调峰调频设备相结合使用，不引入低负荷稳燃技术。如3所示，当电厂集控调峰调频控制模块下达减负荷指令时，首先由锅炉减负荷，当锅炉减负荷到预设值x时，投入外部调峰调频设备，将剩余的机组发电量供给外部调峰调频设备，来达到机组减负荷的目的。

具体的，所述方法包括：

步骤s101：电厂集控调峰调频模块获取当前电网对电厂的需求电负荷数据；

步骤s102：电厂集控调峰调频模块将当前电网对电厂的需求电负荷数据与电厂的实时发电量进行比对；

步骤s103：电厂集控调峰调频模块根据比对结果判断电厂需要增加发电负荷还是减少发电负荷；若需要减少发电负荷，则执行步骤s104；若需要增加发电负荷，则执行步骤s109；

步骤s104：电厂集控调峰调频模块向锅炉负荷调整模块发送锅炉减负荷指令，锅炉进行减负荷操作；

步骤s105：判断锅炉负荷是否低于预设值x，如果是，则执行步骤s108，如果否，则执行步骤s110；

步骤s108:投入电厂外部调峰调频设备；

步骤s109：机组通过汽机蒸汽调门增大开度、减少抽汽或部分切除高低加、凝结水节流、锅炉增加燃料中的任意一种或几种组合，增加机组发电负荷；

步骤s110：通过减少磨煤机台数或动态油压控制模块减少磨煤机能量输出减少来达到锅炉减负荷。

具体的，在锅炉减负荷操作时，锅炉减负荷操作至预设值x，其中预设值x根据实际需要进行设定，例如可以取锅炉总负荷的50％-60％,上述数值仅列举一定的范围，但本发明不限于上述范围。

实施例三

请参阅图4，图4是本发明第三实施例提供的一种锅炉负荷调整与外部调峰调频设备结合的系统的结构示意图。本实施例与实施例一基本架构类似，不同点在于电厂深度调峰调频完全依靠锅炉负荷调整模块，特别是在低负荷运行阶段，采用前述的各种低负荷稳燃措施进行，而完全没有机组以外的其他外部调峰调频设备参与电厂的深度调峰调频；

实施例四：

请参阅图5，图5是本发明第四实施例提供的一种锅炉负荷调整与外部调峰调频设备结合的系统的结构示意图。本实施例与实施例一基本架构类似，不同点在于仅适用于机组减负荷的情景，锅炉最低负荷限值之前的降负荷通过锅炉减少燃料量和富氧燃烧技术进行低负荷稳燃，当锅炉到达最低稳燃负荷限值，则投入电锅炉来进行进一步的深度调峰调频，最终实现在保证厂用电和电锅炉供电的条件下的，整个电厂的对外上网电量为零，其中电锅炉可以是固体蓄热电锅炉、电极锅炉、电加热管锅炉、高温导热油电锅炉、相变材料电蓄热锅炉、电磁锅炉中的任意一种或多种组合。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。