基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置和方法与流程

1.本发明涉及火力发电技术领域，尤其是涉及一种基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置和方法。


背景技术：

2.随着国家能源结构不断调整和深化，我国可再生能源装机规模逐年增加，截止目前，水电、风电等具有季节性、间歇性特点的清洁电源持续快速发展。但是，近年来可再生能源持续快速发展的同时，部分地区出现了严重的弃风、弃光问题。对于燃煤发电机组本身来说，为了能够更好地适应深度调峰要求、提高机组运行的安全可靠性，需要对机组进行必要的、更深入的相应优化和改造，首先需要注意的就是低负荷下的稳燃、scr入口烟温低等问题。为进一步挖掘锅炉的低负荷稳燃能力，实现机组能在常规煤质下深度调峰至20％额定负荷的目标，目前多采用对现有的等离子点火烧嘴以及微油点火烧嘴进行改进，同时辅助对相应的燃烧器、热一次风掺炉烟改造、热一次风加热器改造、动态分离器等来进行改造，以满足低负荷稳燃要求。
3.等离子点火稳燃技术是通过高温等离子体作为点火源，实现锅炉的冷态启动、低负荷稳燃的燃烧技术，由于等离子体点火体点火源能量有限，等离子体点火技术对于煤质要求较高，煤质波动易造成火焰不稳定，需投油助燃等。同时，等离子点火技术在运行过程会存在断弧、阴阳极寿命较短，需要定期更换，煤质差还存在燃尽率低等问题，空预器需频繁吹灰。微油燃烧技术采用微油枪作为点火源，实现锅炉的冷态启动、低负荷稳燃的燃烧技术。微油点火技术燃油出力可调，煤种适应性较等离子体点火技术适应性广。但微油点火过程，存在油燃烧不完全问题，对电除尘等设备存在较大的安全隐患。
4.为了解决上述问题，达到锅炉低负荷状态下稳燃效果的同时满足机组深度调峰要求，需要研发一种基于氢气点火技术的火电机组调峰装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置和方法，以解决现有技术中存在的调峰装置低负荷条件下存在的稳燃问题以及耗能问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
6.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
7.本发明提供的基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置，包括电解制氢单元、氧气储存单元、氢气储存单元、氢气输送单元、氧气输送单元和燃烧单元；
8.所述电解制氢单元连接火电厂的发电输出端；所述电解制氢单元制备出的氢气存储在所述氢气储存单元内，制备出的氧气存储在所述氧气储存单元内；
9.所述燃烧单元分别通过所述氢气输送单元和所述氧气输送单元与所述氢气储存单元和所述氧气储存单元相连，所述燃烧单元能点燃经所述氢气输送单元输送至所述燃烧单元处的氢气。
10.通过电解制氢单元，同时配合氢气储存单元、氧气储存单元以及氢气烧嘴，可以实现对低谷时期的电能有效利用，同时还能够将制备得到的氢气和氧气用于锅炉启停和低负荷条件下的稳燃，其中氢气可以用于点火，氧气可以用于助燃和提高燃烧强度。该技术与传统的电蓄热等相比，不仅能够实现机组的调峰处理，同时还能够帮助减少燃料消耗，提高燃料的利用率，同时还能够大大降低机组的运营成本，达到了低碳减排的目的。
11.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
12.作为本发明的进一步改进，所述氢气储存单元包括氢气压缩机撬、顺序控制盘、储氢容器和吹扫气体吹扫组件、仪表风系统、放空系统；
13.和/或，所述氧气储存单元包括氧气压缩机、液氧罐、气化器、仪表风系统、放空系统。
14.上述装置相互配合可以实现对氢气以及氧气的储存和使用，其中氢气压缩机撬与传统的压缩机相比，具有安装简便、移动方便同时占地面积相对较小的优点。
15.作为本发明的进一步改进，所述燃烧单元包括炉膛，所述炉膛处设置有至少一个氢气烧嘴；
16.所述氢气烧嘴通过所述氢气输送单元与所述氢气储存单元相连。
17.作为本发明的进一步改进，所述炉膛上还设置有燃烧器，至少一个所述氢气烧嘴经所述燃烧器与所述炉膛相连，所述氢气烧嘴能点燃位于所述燃烧器内的煤粉并在所述燃烧器内形成高温煤粉火焰。
18.作为本发明的进一步改进，所述燃烧单元还包括烟道，所述烟道处设置有补燃烧嘴，所述补燃烧嘴通过所述氢气输送单元与所述氢气储存单元相连。
19.作为本发明的进一步改进，所述氢气输送单元包括第一管路和第二管路，所述第一管路连接所述氢气储存单元和所述氢气烧嘴，所述第二管路连接所述氢气储存单元和所述补燃烧嘴；
20.所述氧气输送单元连接所述氧气储存单元和所有的所述燃烧器。
21.通过上述不同的管路可以使氢气和氧气输送到需要的位置。
22.作为本发明的进一步改进，所述燃烧器上方至少布置有一个能与所述炉膛直接相连的所述氢气烧嘴。
23.位于烟道上的补燃烧嘴可以帮助提高烟气温度，有助于后续烟气处理流程。
24.作为本发明的进一步改进，还包括控制单元，所述控制单元能根据调峰任务控制所述电解制氢单元；所述控制单元包括数据获取组件、判断组件和控制组件；所述数据获取单元接收火电机组的负荷数据和/或时间，所述判断模块将火电机组的当前负荷数据和/或当前时间与预设调峰负荷数据和/或调峰时间进行对比判断负荷是否满足输入的调峰任务要求；所述控制模块向所述电解制氢单元发出指令，所述电解制氢单元接收到所述指令后能执行启动、停止、加速或减慢电解制氢速度中的某一动作。
25.该控制单元与上述各个单元电连接，并能够控制其按预设的条件和/或时间启动，从而实现智能调峰。
26.本发明还提供了一种基于氢气点火技术的火电机组深度调峰方法，包括如下步骤：
27.启动电解制氢单元，所述电解制氢单元制备产生的氢气和氧气分别储存在所述氢
气储存单元和所述氧气储存单元内；
28.当需要时，将储存在所述氢气储存单元和所述氧气储存单元内的氢气和氧气被释放至所述燃烧单元处燃烧。
29.电解制氢可以利用用电低谷期的电能并将其储存在氢气和氧气内；利用氢气和氧气燃烧释放能量的方式，不仅能够帮助减少对燃料的直接消耗，同时还可以帮助实现对火电机组的自主调峰，帮助降低了火电机组的运营成本，同时也减少了碳排放。
30.作为本发明的进一步改进，包括以下步骤：预设火电机组的调峰负荷数据和/或调峰时间；对获取的火电机组数据进行判断，判断获取的火电机组当前负荷数据和当前时间是否符合调峰要求，若当前负荷数据比预设的调峰负荷数据高，则控制所述电解制氢单元启动或提高工作效率；若当前负荷数据与预设的调峰负荷数据相同，则不改变所述电解制氢单元的工作状态；若当前负荷数据比预设的调峰负荷数据低，则控制所述电解制氢单元停止或降低工作效率。
31.此时，可以通过相应的控制单元来开关并控制电解制氢单元以及配套的其它设备的工作速率，从而更加灵活的实现调峰功能。
32.相比于现有技术，本发明较佳的实施方式提供的基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置具有点火能量大、煤质适应性广、燃尽率高、无油污染的优点，能够在低负荷条件下实现机组的稳燃和安全运行，同时不会影响scr组件和除尘结构的正常使用；另外，该氢气点火技术不需要将煤燃烧产生的电能转化为热能储存起来，直接减少了对燃烧的消耗，同时也大大降低了运营成本，有效减少了污染物的排放量，从而帮助改善电厂周围的大气环境质量。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本发明基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置第一种实施方式的结构示意图；
35.图2是本发明基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置第二种实施方式的结构示意图；
36.图3是本发明基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置第三种实施方式的结构示意图；
37.图4是本发明基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置第四种实施方式的结构示意图。
38.图中：1、电解制氢单元；2、氧气储存单元；3、氢气储存单元；4、氢气烧嘴；5、燃烧器；6、炉膛；7、补燃烧嘴；8、烟道；9、scr脱氮组件。
具体实施方式
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行
详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.附图1是本发明基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置第一种实施方式的结构示意图；可以看到，该装置主要包括电解制氢单元、氧气储存单元、氢气储存单元、炉膛和烟道，其中炉膛靠近氢气储存单元一侧设置有氢气烧嘴和燃烧器，燃烧器数量为至少两个，一个及以上的燃烧器与氢气烧嘴相连。
43.附图2是本发明基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置第二种实施方式的结构示意图；与图1相比，此时该装置包括两个氢气烧嘴，其中一个氢气烧嘴经燃烧器与炉膛相连，另一氢气烧嘴直接设置在炉膛上。上述两个氢气烧嘴均通过第一管路与氢气储存单元相连。
44.附图3是本发明基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置第三种实施方式的结构示意图；与图1相比，此时烟道中部布置有补燃烧嘴，补燃烧嘴布置于scr脱氮设备前。
45.附图4是本发明基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置第四种实施方式的结构示意图；与图2相比，烟道中部布置有补燃烧嘴，补燃烧嘴布置于scr脱氮设备前。
46.下面结合附图对本发明的技术方案进行具体说明。
47.本发明提供了一种基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置，该装置包括电解制氢单元1、氧气储存单元2、氢气储存单元3、氢气输送单元、氧气输送单元和燃烧单元；其中电解制氢单元1连接火电厂的发电输出端并在电力作用下电解水制备氢气和氧气；电解制氢单元1制备出的氢气存储在氢气储存单元3内，制备出的氧气存储在氧气储存单元2内；
48.燃烧单元能分别通过氢气输送单元和氧气输送单元与氢气储存单元3和氧气储存单元2相连，上述氢气输送单元和氧气输送单元为管路结构。燃烧单元能点燃经上述氢气输送单元和氧气输送单元输送至燃烧单元处的氢气。
49.通过电解制氢单元1，同时配合氢气储存单元3、氧气储存单元2以及氢气烧嘴4，可以实现对低谷时期的电能有效利用，同时还能够将制备得到的氢气和氧气用于低负荷条件下的稳燃，其中氢气可以用于点火，氧气可以用于助燃和提高燃烧强度。该技术与传统的电蓄热等相比，不仅能够实现机组的调峰处理，同时还能够帮助减少燃料消耗，提高燃料的利用率，同时还能够大大降低机组的运营成本，达到了低碳减排的目的。
50.需要注意的是，为了达到更好的节能效果，可以在谷电时启动电解制氢单元1进行
电解制氢处理。
51.具体的，可以设置该装置还包括一供电单元，该供电单元的输入端连接火电厂的发电输出，此时供电装置的输出端连接电解制氢单元1的电源接入口，用于给电解制氢单元1供电。
52.作为可选的实施方式，氢气储存单元3包括氢气压缩机撬、顺序控制盘、储氢容器和吹扫气体吹扫组件、仪表风系统、放空系统；和/或，氧气储存单元2包括氧气压缩机、液氧罐、气化器、仪表风系统、放空系统。
53.上述装置相互配合可以实现对氢气以及氧气的储存和使用，其中氢气压缩机撬与传统的压缩机相比，具有安装简便、移动方便同时占地面积相对较小的优点。
54.吹扫气体吹扫组件可以用于对相应的氢气储存单元3或氧气储存单元2进行吹扫处理。吹扫气体可以是惰性气体。另外，上述顺序控制盘、仪表风系统以及放空系统等均为现有技术，在此不再赘述。
55.作为可选的实施方式，上述燃烧单元包括炉膛6以及设置在炉膛6上的氢气烧嘴4，氢气烧嘴4的数量为至少一个。该氢气烧嘴4能通过氢气输送单元与氢气储存单元3相连。
56.另外，上述炉膛6上也设置有燃烧器5，氢气烧嘴4可以通过燃烧器5与炉膛相连，此时氢气烧嘴4启动后能点燃位于燃烧器5内的煤粉并在燃烧器5内形成高温煤粉火焰。
57.作为可选的实施方式，炉膛6处燃烧器5上方还设置有至少一个氧气助燃喷口；氧气助燃喷口通过氧气输送单元与氧气储存单元2相连，氧气有利于强化煤粉燃烧。
58.该燃烧单元还包括烟道8，作为可选的实施方式，烟道8处设置有补燃烧嘴7；补燃烧嘴7通过氢气输送单元与氢气储存单元3相连。
59.在低负荷运行条件下，安装氢气烧嘴4的燃烧器5提高锅炉低负荷稳燃能力，提高炉膛6内的火焰燃烧强度；氢气烧嘴4能够帮助提高炉膛6出口处的烟气温度，同时也能够提高机组的运行效率，确保机组安全运行；而位于烟道8处的补燃烧嘴7可以通过燃烧的方式提高烟气温度，便于后续对烟气进行净化处理。
60.实施例1：
61.本发明提供了一种基于氢气点火技术的火电机组深度调峰装置，该装置包括电解制氢单元1、氧气储存单元2、氢气储存单元3、氢气输送单元、氧气输送单元和燃烧单元；其中电解制氢单元1连接火电厂的发电输出端并在电力作用下电解水制备氢气和氧气；电解制氢单元1制备出的氢气存储在氢气储存单元3内，制备出的氧气存储在氧气储存单元2内；
62.燃烧单元能分别通过氢气输送单元和氧气输送单元与氢气储存单元3和氧气储存单元2相连，上述氢气输送单元和氧气输送单元为管路结构。燃烧单元能点燃经上述氢气输送单元和氧气输送单元输送至燃烧单元处的氢气。
63.上述燃烧单元包括炉膛6和烟道8，炉膛6处设置有两个燃烧器5，其中一个燃烧器5上布置有氢气烧嘴4，如图1所示。上述燃烧器5均能通过氧气输送单元与氧气储存单元2相连，安装有氢气烧嘴4的燃烧器5能通过氢气烧嘴4与氢气输送单元以及氢气储存单元3相连。
64.通过上述两个不同的管路可以使氢气和氧气输送到需要的位置。此时上述氢气烧嘴4位于燃烧器5内，可以通过点燃氢气、产生高温火焰的方式来点燃位于燃烧器5内的煤粉并在燃烧器5的出口处形成高温煤粉火焰。
65.另外，炉膛6处燃烧器5的上方还设置有至少一个氧气助燃喷口；氧气助燃喷口通过氧气输送单元与氧气储存单元2相连。该助燃喷口处喷出的氧气有利于强化煤粉燃烧。上述氧气助燃喷口图中未绘出。
66.上述氢气烧嘴4的结构可以是公知的结构，已经公布的点火烧嘴均可以直接或者进行非创造性的改进后用于本技术方案中使用，在此对氢气烧嘴4的结构不做限制。
67.作为可选的实施方式，还包括控制单元，该控制单元能根据调峰任务控制电解制氢单元1的工作状态：控制单元包括数据获取组件、判断组件和控制组件；数据获取单元接收火电机组的负荷数据和/或时间，判断模块将火电机组的当前负荷数据和/或当前时间与预设调峰负荷数据和/或调峰时间进行对比判断负荷是否满足输入的调峰任务要求；控制模块向电解制氢单元1发出指令，电解制氢单元1接收到指令后能执行启动、停止、加速或减慢电解制氢速度中的某一动作。
68.该控制单元与上述各个单元电连接，并能够控制其按预设的条件和/或时间启动，从而实现智能调峰。
69.实施例2：
70.本实施例2与实施例1的不同点在于：此时有至少一个氢气烧嘴4能直接与炉膛6相接，如图2所示，此时该与炉膛6直接相接的氢气烧嘴4位于上述燃烧器5上方。
71.氢气输送单元中的第一管路正常连通所有的氢气烧嘴4和氢气储存单元3；氧气输送单元正常连通上述氧气储存单元2和两个燃烧器5。
72.此时，上述两个燃烧器5均与氧气输送单元相连，上述氢气烧嘴4均与氢气输送单元相连。
73.增加的氢气烧嘴4位于燃烧器5上方，能够帮助提高位于炉膛6出口处的烟气温度，同时可以有效提高低负荷状态下的机组工作效率，确保机组能够安全、稳定的运行。
74.实施例3：
75.本实施例3与实施例1的不同点在于：此时烟道8处设置有补燃烧嘴7，如图3所示，此时该燃烧单元同时包括氢气烧嘴4、燃烧器5和补燃烧嘴7。
76.具体的，为了方便工作，氢气输送单元包括第一管路和第二管路，如图3所示，第一管路连接氢气储存单元3和氢气烧嘴4，第二管路连接氢气储存单元3和补燃烧嘴7，氧气输送单元连接氧气储存单元2和燃烧器5。
77.位于烟道8上的补燃烧嘴7可以帮助提高烟气温度，有助于后续烟气处理流程。
78.一般而言，烟道8远离炉膛6的一端设置有scr脱氮组件9，补燃烧嘴7位于所述scr脱氮组件9的入口处。
79.实施例4：
80.本实施例4与实施例2的不同点在于：如图4所示，与实施例2相比，此时该燃烧单元也在烟道8上布置有补燃烧嘴7，该补燃烧嘴7通过第二管路与氢气储存单元3相连。
81.实施例5：
82.本发明还提供了一种基于氢气点火技术的火电机组深度调峰方法，包括如下步骤：
83.启动电解制氢单元1，电解制氢单元1制备产生的氢气和氧气分别储存在氢气储存单元3和氧气储存单元2内；
84.当需要时，将储存在氢气储存单元3和氧气储存单元2内的氢气和氧气被释放至燃烧单元处燃烧。
85.电解制氢可以利用用电低谷期的电能并将其储存在氢气和氧气内；利用氢气和氧气燃烧释放能量的方式，不仅能够帮助减少对燃料的直接消耗，同时还可以帮助实现对火电机组的自主调峰，帮助降低了火电机组的运营成本，同时也减少了碳排放。
86.作为可选的实施方式，包括以下步骤：预设火电机组的调峰负荷数据和/或调峰时间；对获取的火电机组数据进行判断，判断获取的火电机组当前负荷数据和当前时间是否符合调峰要求，若当前负荷数据比预设的调峰负荷数据高，则控制电解制氢单元1启动或提高工作效率(例如，可以控制电解制氢单元1发出开始制氢或者加速制氢速率的指令，电解制氢单元1接收相应的指令后执行相应的动作)；若当前负荷数据与预设的调峰负荷数据相同，则不改变电解制氢单元1的工作状态(即不发出指令，此时电解制氢单元1继续执行当前动作)；若当前负荷数据比预设的调峰负荷数据低，则控制电解制氢单元1停止或降低工作效率(例如，可以控制电解制氢单元1发出停止制氢或者减慢制氢速率的指令，电解制氢单元1接收相应的指令后执行相应的动作)。
87.此时，可以通过相应的控制单元来开关并控制电解制氢单元1以及配套的其它设备的工作速率，从而更加灵活的实现调峰功能。
88.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。