电极锅炉与凝结水加热结合的深度调峰系统的制作方法

本实用新型涉及电力调峰领域，尤其涉及火力发电机组利用电极锅炉与凝结水加热结合参与全年深度调峰。

背景技术：

近年来，在我国三北地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电及核电等新能源的能力不足，弃风现象严重。热电联产机组“以热定电”方式运行，调峰能力仅为10%左右。调峰困难已经成为电网运行中最为突出的问题。目前国内火电灵活性调峰改造均针对冬季供热机组，夏季如何调峰是摆在众多火电厂面前的一个难题。为了满足电网调峰需求，以及电厂在激烈竞争中的生存需要，深度调峰势在必行。

火力发电机组的凝结水加热一般均通过几个低压加热器进行加热，热源来自低压缸的各级抽汽，电厂内称为凝结水的回热抽汽加热系统。凝结水的回热加热系统的目的是提高凝结水进入除氧器的温度，进而提高最终进入锅炉的给水温度，从而降低锅炉煤耗，提升电厂循环效率。

申请号为CN201620467058.1的中国专利，公开了一种用于火电厂调峰蓄热的蓄热系统，包括：锅炉、汽轮机、供热管道、蓄热装置和热用户，蓄热装置与供热管道连接，蓄热装置为直接蓄热装置或间接蓄热装置，所述蓄热装置的蓄热介质为水、蒸汽、导热油或相变蓄热材料，所述热用户为工业用户或居民采暖用户。该专利可以实现热电联产机组热电解耦和冬季电网调峰需求，但在夏季因为没有供热，无法实现调峰服务。

技术实现要素：

本实用新型集成火电供热机组运行灵活性技术及电锅炉加热技术，实现非供热季的电锅炉调峰功能，显著提升热电机组的非供热季的上网调峰能力，既可有效缓解可再生能源消纳困境，又有广阔的市场发展空间。

本实用新型解决前述技术问题所采用的技术方案是：一种电极锅炉与凝结水加热结合的深度调峰系统，包括主接线系统、电极锅炉系统、凝结水加热系统、热网循环水系统，电极锅炉系统在电厂出线母线上新增一个间隔，与降压变压器连接，降压变压器另一端与电极锅炉供电母线连接，一个或多个电极锅炉连接到电蓄热母线上；在热网供水管路上设置分支管道与电极锅炉相连；凝结水加热系统设置凝结水电加热换热器，与电极锅炉锅炉二次循环水管路相连，对凝结水进行加热。将凝结水加热系统与电极锅炉连接，通过电极锅炉和凝结水加热系统结合起来，采用风电、光电弃用或峰谷电量，利用电极锅炉加热凝结水，可以实现非供热季特别是春季和秋季强风季节参与电网调峰，不但可以通过加热凝结水减少锅炉煤耗，同时还可以全年为电网提供宝贵的调峰资源。

优选的是，所述电极锅炉通过三相高压电极在电解质水溶液内放电，将电解质水溶液作为大电阻发热，达到一定温度的水溶液将热量通过板式换热器换热给电极锅炉二次水循环系统，进行凝结水加热和供能，这一优点同时解决了全年调峰和风电低谷消纳的问题。

上述任一方案优选的是，所述电极锅炉依实际工程需要配套设置GIS开关设备或母线开关设备。

上述任一方案优选的是，所述电极锅炉系统包括高压电极接线、电极锅炉本体及一次循环系统、板式换热器、二次循环系统、循环水泵、温控系统及其连接管道和电网。

上述任一方案优选的是，所述电极锅炉可以是电极热水锅炉，也可是电极蒸汽锅炉。

上述任一方案优选的是，所述电极式锅炉本体包括保温层和锅炉炉体，所述保温层包裹锅炉炉体。

上述任一方案优选的是，所述锅炉炉体包括进出水绝缘管、高压电极、电极瓷套管、保护盾、保护盾调整装置、电解质水溶液和伺服机构，所述伺服机构控制加热功率。

上述任一方案优选的是，所述高压电极包括三相高压电极。

上述任一方案优选的是，所述保护盾包括移动保护盾、上下部保护盾。

上述任一方案优选的是，所述电解质水溶液充满锅炉炉体内部。

上述任一方案优选的是，所述电极锅炉本体的高压电极电压等级范围6~35kV，功率范围0~90MW，功率可在0%~100%范围内无级调节。根据电极锅炉本体及一次循环系统容量的选择可以实现热电厂在不停机不停炉的工况下在0到50%的负荷运行，此时需要机组本身在纯凝运行工况下实现压负荷至50%工况。

上述任一方案优选的是，新增间隔、降压变压器、GIS开关设备、电极锅炉之间依实际工程需要采用钢芯铝绞线或电缆连接。

上述任一方案优选的是，所述电极锅炉系统包括降压变压器、电蓄热母线、电极锅炉、电极锅炉一次循环系统和二次循环系统、电极锅炉板式换热器、电极锅炉二次系统循环水泵及其连接电网和管路。

上述任一方案优选的是，所述热网循环水系统包括热网供水管路、热网回水管路、热网循环泵。

上述任一方案优选的是，在冬季供热季，由热用户端热网回水管路回流的水经过热网循环泵增压，进入电极锅炉板式换热器加热，经过热网供水管路供给热用户。

上述任一方案优选的是，在非供热季，电极锅炉放热，受热的电极锅炉二次循环水经过电极锅炉二次循环水管路进入凝结水电加热换热器对凝结水进行加热，又经电极锅炉二次系统循环水泵回流到电极锅炉。

上述任一方案优选的是，所述凝结水加热系统包括凝汽器、三通阀、凝结水电加热进水管路、凝结水电加热出水管路凝结水电加热换热器、低压加热器。

上述任一方案优选的是，凝汽器流出的凝结水通过切换三通阀进入凝结水电加热进水管路，被送至凝结水电加热换热器加热后，进入凝结水电加热出水管路，最后进入除氧器。

上述任一方案优选的是，当凝结水进入电极锅炉系统进行加热时，所有原来凝结水管网上的回热低压加热器全部切停；当凝结水未进入电极锅炉系统时，凝结水通过三通阀进入低压加热器，由低压回热各级抽汽提供的热量对凝结水进行加热。

上述任一方案优选的是，所述主接线系统包括第一发电机、第二发电机、变压器、电厂出线母线、第一出线、第二出线及连接电网。

本实用新型将电极锅炉和凝结水加热系统结合起来，采用风电、光伏弃用或峰谷电量，利用电极锅炉加热凝结水，既能提高锅炉给水温度降低锅炉煤耗，又能满足电网的深度调峰。电极锅炉系统加热后的凝结水进入除氧器，原有的低加系统和回热抽汽系统切除，从而一方面降低抽汽量增加发电量，同时凝结水温度提升可有效降低锅炉煤耗。

本实用新型中，电极锅炉也可替换为固体蓄热电锅炉，形成固体式电蓄热系统、液体式电极直热热水锅炉的混合系统。液体式电极锅炉系统包括一个或多个电极锅炉及其连接电网，固体式电蓄热系统指采用固体式电蓄热装置进行深度调峰的设备和系统，主要以固体蓄热电锅炉为主要设备，以固体作为蓄热体进行热能的储存。液体式电极直热热水锅炉系统包括一个或多个液体式电极锅炉及其连接电网，液体式电极锅炉系统主要以电极式热水锅炉为主要设备，以水作为被加热工质进行电能和热能转换。液体式和固体式电蓄热混合系统包括液体式电极锅炉、固体式电蓄热锅炉及其连接电网，该系统采用电极锅炉和固体电蓄热锅炉相结合的系统进行深度调峰，此系统的核心设备为电极式热水锅炉和固体式电蓄热锅炉。此系统主要综合考虑了两种电锅炉各自的优点，电极锅炉电压变化平滑，对电网冲击小，而固体电蓄热锅炉蓄热能力大，占地面积小的特点。

本实用新型的有益效果是：

1）本实用新型综合了电蓄热锅炉以及凝结水加热的特点，解决电能和热能的高效转换与非供热季的应用问题，可灵活地实现非供热季的电厂调峰服务。

2）通过对凝结水系统加热，可以继而提高锅炉给水温度，从而提高整个机组的效率，同时提高机组的热经济性。

3）最大限度地全年均可灵活地为新能源提供上网空间，有效缓解可再生能源非供热季的消纳困境。

附图说明

图1 为按照本实用新型的电极锅炉与凝结水加热结合的深度调峰系统的一优选实施例的示意图。

图2为按照本实用新型的电极锅炉与凝结水加热结合的深度调峰系统的电极锅炉一优选实施例的示意图。

图示说明：

1.降压变压器；2.电蓄热母线；3.电极锅炉；4.凝汽器；5.三通阀；6.凝结水电加热进水管路；7.凝结水电加热出水管路；8.凝结水电加热换热器；9.电极锅炉二次系统循环水泵；10.低压加热器；11.第二发电机；12.第一发电机；13.第一出线；14.第二出线；15.电厂出线母线；16.除氧器；17.电极锅炉系统；18.主接线系统；19.热网供水管路；20.热网供水管路；21.热网循环泵；22.电极锅炉板式换热器；23.电极锅炉二次循环水管路；24.高压电极；25.保护盾。

具体实施方式

为了更进一步了解本实用新型的内容，下面将结合具体实施例对本实用新型作更为详细的描述，实施例只对本实用新型具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本实用新型的基础上作出的非实质性修改，都应属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种电极锅炉与凝结水加热结合的深度调峰系统，包括主接线系统18、电极锅炉系统17、凝结水加热系统、热网循环水系统，电极锅炉系统17在电厂出线母线15上新增一个间隔，与降压变压器1连接，降压变压器1另一端与电极锅炉3供电母线连接，一个或多个电极锅炉3连接到电蓄热母线2上；在热网供水管路19上设置分支管道与电极锅炉3相连；凝结水加热系统设置凝结水电加热换热器8，与电极锅炉锅炉3二次循环水管路相连，对凝结水进行加热。将凝结水加热系统与电极锅炉连接，通过电极锅炉和凝结水加热系统结合起来，采用风电、光电弃用或峰谷电量，利用电极锅炉加热凝结水，可以实现非供热季特别是春季和秋季强风季节参与电网调峰，不但可以通过加热凝结水减少锅炉煤耗，同时还可以全年为电网提供宝贵的调峰资源。

在本实施例中，所述电极锅炉通过三相高压电极在电解质水溶液内放电，将电解质水溶液作为大电阻发热，达到一定温度的水溶液将热量通过板式换热器换热给电极锅炉二次水循环系统，进行凝结水加热和供能，这一优点同时解决了全年调峰和风电低谷消纳的问题。

在本实施例中，所述电极锅炉3依实际工程需要配套设置GIS开关设备或母线开关设备。

在本实施例中，如图2所示，所述电极锅炉系统包括高压电极接线、电极锅炉本体及一次循环系统、板式换热器、二次循环系统、循环水泵、温控系统及其连接管道和电网。

在本实施例中，所述电极锅炉系统采用电极热水锅炉。所述电极式锅炉本体包括保温层和锅炉炉体，所述保温层包裹锅炉炉体。所述锅炉炉体包括进出水绝缘管、高压电极24、电极瓷套管、保护盾25、保护盾调整装置、电解质水溶液和伺服机构，所述伺服机构控制加热功率。所述保护盾25包括移动保护盾、上下部保护盾。所述高压电极24为三相高压电极。所述电解质水溶液充满锅炉炉体内部。

在本实施例中，所述电极锅炉本体的高压电极电压等级范围10~35kV，功率范围 3~90MW，功率可在0%~100%范围内无级调节。根据电极锅炉本体及一次循环系统容量的选择可以实现热电厂在不停机不停炉的工况下在0到50%的负荷运行，此时需要机组本身在纯凝运行工况下实现压负荷至50%工况。

在本实施例中，新增间隔、降压变压器1、GIS开关设备、电极锅炉3之间依实际工程需要采用钢芯铝绞线或电缆连接。

在本实施例中，所述电极锅炉系统17包括降压变压器1、电蓄热母线2、电极锅炉3、电极锅炉一次循环系统和二次循环系统、电极锅炉板式换热器22、电极锅炉二次系统循环水泵9及其连接电网和管路。

在本实施例中，所述热网循环水系统包括热网供水管路19、热网回水管路20、热网循环泵21。

在本实施例中，在冬季供热季，由热用户端热网回水管路20回流的水经过热网循环泵21增压，进入电极锅炉板式换热器22加热，经过热网供水管路19供给热用户。

在本实施例中，在非供热季，电极锅炉3放热，受热的电极锅炉二次循环水进入凝结水电加热换热器8对凝结水进行加热，又经电极锅炉二次系统循环水泵9回流到电极锅炉3。

在本实施例中，所述凝结水加热系统包括凝汽器4、三通阀5、凝结水电加热进水管路6、凝结水电加热出水管路7凝结水电加热换热器8、低压加热器10。

在本实施例中，凝汽器4流出的凝结水通过切换三通阀5进入凝结水电加热进水管路6，被送至凝结水电加热换热器8加热后，进入凝结水电加热出水管路7，最后进入除氧器16。

在本实施例中，当凝结水进入电极锅炉系统17进行加热时，所有原来凝结水管网上的回热低压加热器10全部切停；当凝结水未进入电极锅炉系统17时，凝结水通过三通阀5进入低压加热器10，由低压回热各级抽汽提供的热量对凝结水进行加热。

在本实施例中，所述主接线系统包括第一发电机12、第二发电机11、变压器、电厂出线母线15、第一出线13、第二出线14及连接电网。

本实用新型将电极锅炉和凝结水加热系统结合起来，采用风电、光伏弃用或峰谷电量，利用电极锅炉加热凝结水，既能提高锅炉给水温度降低锅炉煤耗，又能满足电网的深度调峰。电极锅炉系统加热后的凝结水进入除氧器，原有的低加系统和回热抽汽系统切除，从而一方面降低抽汽量增加发电量，同时凝结水温度提升可有效降低锅炉煤耗。

本实用新型的有益效果是：

1）本实用新型综合了电蓄热锅炉以及凝结水加热的特点，解决电能和热能的高效转换与非供热季的应用问题，可灵活地实现非供热季的电厂调峰服务。

2）通过对凝结水系统加热，可以继而提高锅炉给水温度，从而提高整个机组的效率，同时提高机组的热经济性。

3）最大限度地全年均可灵活地为新能源提供上网空间，有效缓解可再生能源非供热季的消纳困境。

实施例2

本实施例与实施例1所述的电极锅炉与凝结水加热结合的深度调峰系统机构相同，所不同的是，将其中的一台或几台电极式热水锅炉替换成固体电蓄热锅炉，形成液体式和固体式电蓄热混合系统，最终利用两种电锅炉对凝结水进行加热。该系统包括电极式热水锅炉、固体电蓄热锅炉及其连接电网，该系统采用电极式热水锅炉和固体式电蓄热装置相结合的系统进行深度调峰，主要综合考虑了两种电锅炉各自的优点，电极式电锅炉电压变化平滑，对电网冲击小，而固体电蓄热锅炉蓄热能力大，占地面积小。

尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本实用新型，但本领域的技术人员可以理解，可以作出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本实用新型的范围。以上结合本实用新型的具体实施例做了详细描述，但并非是对本实用新型的限制。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本实用新型技术方案的范围。