一种燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统及运行方法

本发明涉及燃煤机组调峰发电，具体涉及一种燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统及运行方法。

背景技术：

1、我国正在建立新型电力系统，风电、光伏发电等可再生能源得到了快速发展，但可再生能源具有强烈的波动性和间歇性，输出功率难以准确预测和精准控制，为电网的安全稳定运行带来了巨大挑战。燃煤发电作为我国灵活性电源的主体，正向基础保障性和系统调节性电源转型，深度调峰及快速变负荷能力是燃煤发电面临的最为迫切的技术需求。在机组原有热力系统的基础上，耦合储热设备或系统，是提升机组运行灵活性的一项有效措施。

2、在燃煤发电热力系统内耦合储热设备受到了国内外研究学者的广泛关注。在负荷低谷时，将汽轮机蒸汽热量储存在储热系统中，可降低机组最低输出功率；在负荷高峰期，将储热系统的热量加热给水，以提高机组发电功率。

3、将存储的热能传递给工质所利用的换热器是整个储热系统中最为关键的热力设备。目前将主蒸汽和再热蒸汽储存到储能系统中的研究较多，但采用过热器烟气作为热源，导热油作为换热流体的研究还未见有。现有的储热方案，主要以主蒸汽或再热蒸汽作为热源，熔融盐作为换热流体，在低负荷工况下，抽汽量容易受到过热器或再热器管壁超温和汽轮机组轴向推力的限制，造成热熔盐或者导热油温度不稳定，调峰能力也受到限制，并且熔融盐的工作温度较高，能量浪费情况严重。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统及运行方法，利用油水换热器和燃煤机组一起构建储热调峰系统，采用过热器烟气加热导热油，用于加热凝结水和除氧器给水，协助燃煤机组提高变负荷速率，从而提高燃煤机组运行灵活性。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

3、一种燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统，包括锅炉子系统、汽轮机子系统和油水换热器；油水换热器包括高温导热油储罐9、低温导热油储罐10、第一油水换热单元11、第二油水换热单元12和油烟换热单元13；第一油水换热单元11与高温导热油储罐9和汽轮机子系统的除氧器给水相连通，并通过除氧器给水调节阀二20以及设置在第一油水换热单元11和除氧器34之间的除氧器给水调节阀一19控制除氧器给水流量；第二油水换热单元12与低温导热油储罐10和汽轮机子系统的凝结水相连通，并通过凝结水调节阀二40以及设置在第二油水换热单元12和凝汽器8之间的凝结水调节阀一30控制凝结水流量；油烟换热单元13与高温导热油储罐9、低温导热油储罐10相连接，油烟换热单元13还通过管路与锅炉子系统的过热器3、水冷壁41和省煤器4相连接，并通过设置在油烟换热单元13和低温导热油储罐10之间的导热油出口调节阀18控制导热油流量，通过设置在油烟换热单元13和过热器3之间的烟气调节阀16控制烟气流量。

4、所述油水换热器还包括设置在高温导热油储罐9外的油泵。

5、第一油水换热单元11、第二油水换热单元12和油烟换热单元13均采用管壳式换热器，且第一油水换热单元11和第二油水换热单元12的换热面积相同。

6、所述管壳式换热器壳体外侧设置保温层。

7、除氧器给水和凝结水分别在第一油水换热单元11和第二油水换热单元12管侧流动，导热油在第一油水换热单元11和第二油水换热单元12壳侧流动，采用逆流换热；在油烟换热单元13中，导热油在管侧流动，烟气在壳侧流动，采用逆流换热。

8、高温导热油储罐9和低温导热油储罐10中的导热油采用导热油vp-1，其工作温度区间为12℃-400℃，高温导热油储罐9中的导热油vp-1的温度固定为400℃。

9、当储能时采用过热器烟气为热源，通过油烟换热单元13加热导热油，将高温导热油储存于高温导热油储罐9中，打开烟气调节阀16和导热油出口调节阀18，关闭导热油入口调节阀17。

10、所述的一种燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统的运行方法，当燃煤机组需要快速升负荷时，增大除氧器给水调节阀一19、凝结水调节阀一30、导热油入口调节阀17，减小除氧器给水调节阀二20、凝结水调节阀二40和汽轮机子系统各级抽汽调节阀的开度，关闭烟气调节阀16和导热油出口调节阀18；

11、当燃煤机组功率需要变化时，通过调节汽轮机抽汽量，来控制汽轮机功率，具体调节方法为，若汽轮机功率低于设定功率，则减小汽轮机子系统各级抽汽调节阀的开度，增大导热油入口调节阀17的开度；若汽轮机功率高于设定功率，则增大汽轮机子系统各级抽汽调节阀的开度，减小导热油入口调节阀17的开度；采用油水换热器加热除氧器给水时，需要调节进入锅炉的给水温度不变，具体调节方法为，测量锅炉给水温度，若锅炉给水温度低于设定温度，则增大导热油入口调节阀17的开度；若锅炉给水温度高于设定温度，则减小导热油入口调节阀17的开度；

12、通过导热油加热凝结水和除氧器给水，加热后的凝结水补入除氧器34中，除氧器给水补入锅炉给水，提升燃煤机组负荷调节速率，提高燃煤机组发电负荷。

13、和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

14、1.本发明采用过热器烟气作为热源，能够实现高效换热。

15、2.导热油作为换热流体，能够实现高效换热。

16、3.本发明通过设置油水换热器，可以在升负荷时用导热油加热凝结水和除氧器给水，完全代替汽轮机抽汽，提升机组升负荷速率；在降负荷时，用过热器烟气加热导热油，将烟气中的热量储存在高温导热油储罐9中，提升机组降负荷速率。

17、4.与常用的熔融盐相比，本发明采用的导热油vp-1是一种同时具有优异的热稳定性和低粘度特性的合成导热油，它可以在12℃-400℃的宽温度范围内提供有效、可靠、一致性的使用性能。导热油vp-1在常温下仍然具有很低的粘度，可以用于加热凝结水，具有很高的换热效率。

18、5.本发明设计的燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统，可以通过调节烟气调节阀16、导热油出口调节阀18来控制过热器烟气加热导热油；通过调节除氧器给水调节阀一19、除氧器给水调节阀二20、凝结水调节阀一30、凝结水调节阀二40、导热油入口调节阀17和汽轮机各级抽汽调节阀来控制导热油加热除氧器给水和凝结水，将加热后的凝结水补入除氧器34中，除氧器给水补入锅炉给水。通过上述步骤来调节锅炉给水温度和汽轮机抽气量，进而调节汽轮机输出功率，提升燃煤机组负荷调节速率，提高燃煤机组发电负荷。

技术特征：

1.一种燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统，其特征在于：包括锅炉子系统、汽轮机子系统和油水换热器；油水换热器包括高温导热油储罐(9)、低温导热油储罐(10)、第一油水换热单元(11)、第二油水换热单元(12)和油烟换热单元(13)；第一油水换热单元(11)与高温导热油储罐(9)和汽轮机子系统的除氧器给水相连通，并通过除氧器给水调节阀二(20)以及设置在第一油水换热单元(11)和除氧器(34)之间的除氧器给水调节阀一(19)控制除氧器给水流量；第二油水换热单元(12)与低温导热油储罐(10)和汽轮机子系统的凝结水相连通，并通过凝结水调节阀二(40)以及设置在第二油水换热单元(12)和凝汽器(8)之间的凝结水调节阀一(30)控制凝结水流量；油烟换热单元(13)与高温导热油储罐(9)、低温导热油储罐(10)相连接，油烟换热单元(13)还通过管路与锅炉子系统的过热器(3)、水冷壁(41)和省煤器(4)相连接，并通过设置在油烟换热单元(13)和低温导热油储罐(10)之间的导热油出口调节阀(18)控制导热油流量，通过设置在油烟换热单元(13)和过热器(3)之间的烟气调节阀(16)控制烟气流量。

2.根据权利要求1所述的一种燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统，其特征在于：所述油水换热器还包括设置在高温导热油储罐(9)外的油泵。

3.根据权利要求1所述的一种燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统，其特征在于：第一油水换热单元(11)、第二油水换热单元(12)和油烟换热单元(13)均采用管壳式换热器，且第一油水换热单元(11)和第二油水换热单元(12)的换热面积相同。

4.根据权利要求3所述的一种燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统，其特征在于：所述管壳式换热器壳体外侧设置保温层。

5.根据权利要求1所述的一种燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统，其特征在于：除氧器给水和凝结水分别在第一油水换热单元(11)和第二油水换热单元(12)管侧流动，导热油在第一油水换热单元(11)和第二油水换热单元(12)壳侧流动，采用逆流换热；在油烟换热单元(13)中，导热油在管侧流动，烟气在壳侧流动，采用逆流换热。

6.根据权利要求1所述的一种燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统，其特征在于：高温导热油储罐(9)和低温导热油储罐(10)中的导热油采用导热油vp-1，其工作温度区间为12℃-400℃，高温导热油储罐(9)中的导热油vp-1的温度固定为400℃。

7.根据权利要求1所述的一种燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统，其特征在于：当储能时采用过热器烟气为热源，通过油烟换热单元(13)加热导热油，将高温导热油储存于高温导热油储罐(9)中，打开烟气调节阀(16)和导热油出口调节阀(18)，关闭导热油入口调节阀(17)。

8.权利要求1至7任一项所述的一种燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统的运行方法，其特征在于：当燃煤机组需要快速升负荷时，增大除氧器给水调节阀一(19)、凝结水调节阀一(30)、导热油入口调节阀(17)，减小除氧器给水调节阀二(20)、凝结水调节阀二(40)和汽轮机子系统各级抽汽调节阀的开度，关闭烟气调节阀(16)和导热油出口调节阀(18)；

技术总结
本发明公开一种燃煤机组耦合油水换热器的储热调峰系统及运行方法，涉及燃煤机组调峰发电技术领域，该系统包括锅炉子系统、汽轮机子系统和油水换热器；油水换热器包括高温导热油储罐，用于储存经过过热器烟气加热后的高温导热油，低温导热油储罐，用于储存释热完成后的低温导热油，第一油水换热单元，用于高温导热油加热除氧器出口给水，第二油水换热单元，用于加热凝结水，油烟换热单元，用于抽取过热器烟气作为热源加热导热油。该系统在机组需要快速变负荷时进行工作，利用高温导热油加热除氧器给水和凝汽器凝结水，并保证锅炉给水温度和流量不变，从而减少汽轮机抽汽，实现燃煤机组的快速变负荷和深度调峰。

技术研发人员：王鹏,王朝阳,刘明,陈伟雄,严俊杰
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10