一种燃煤锅炉底渣余热储存利用一体化的系统及方法与流程

本发明属于煤电领域,具体涉及一种燃煤锅炉底渣余热储存利用一体化的系统。

背景技术：

2018年全国可再生能源发电量为1.87万亿千瓦时，占全部发电量比重为26.7％，弃风率7％、弃光率3％、弃水率5％，尤其是冬季供暖期，装机占比很高的供热火电机组因为供热导致可再生发电的上网空间非常有限，提升火电厂运行灵活性迫在眉睫。开展火电灵活性、提升电源调峰能力，可有效破解可再生能源消纳问题。将达到1亿千瓦以供热量大的火电企业，可考虑安装大型储热装置，当热电机组降低出力时，输出热量补齐热力缺额；当热电机组增加出力时，储存富裕热量，实现“热电解耦”运行。

大规模储热装置在工程应用领域主要可分为液体显热储存和固体显热储存。两者均具有投资成本高、难以维护等缺点。对于燃煤电站，其自身已建有多种储存设施，如储气罐、储水罐、渣仓、灰仓等。如储热系统直接利用燃煤电站已有储存设施，将大幅度降低储热装置投资成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种燃煤锅炉底渣余热储存利用一体化的系统及方法，解决了现有的在解决火电灵活性、提升电源调峰能力问题时提供的大规模储热装置，存在的投资成本高、难以维护的缺点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种燃煤锅炉底渣余热储存利用一体化的系统，包括冷渣器和渣仓，其中，冷渣器与燃煤锅炉的排渣口连接，冷渣器的出口连接渣仓的入口，炉渣作为储热介质存储在渣仓的内腔中；渣仓的顶部设置有热源入口和热源出口；其底部设置有冷源入口和冷源出口，其中，渣仓的热源出口和冷源入口连接供热管网；渣仓的热源入口与布置在燃煤锅炉的蒸汽管路上的汽轮机低压缸的抽汽口连接；渣仓的冷源出口与布置在燃煤锅炉的循环水管路上的回热器连接。

优选地，所述渣仓包括保温外壳，所述保温外壳的顶部设置有热源入口和热源出口；其底部设置有冷源入口和冷源出口；所述保温外壳的内腔中布置有换热区。

优选地，所述保温外壳内腔的顶部和底部分别布置有流量分配机构，两个流量分配机构之间布置有换热区；所述换热区内布置有若干个流体管路，并填充有储热介质。

优选地，流体管路为垂直式翅片管或盘旋上升管。

优选地，所述保温外壳的顶部设置有热流体驱动泵；其底部设置有冷流体驱动泵。

优选地，渣仓的底部设置有排渣口。

优选地，冷渣器和渣仓之间设置有链斗机。

一种燃煤锅炉底渣余热储存利用方法，基于所述的一种燃煤锅炉底渣余热储存利用一体化的系统，包括以下步骤：

渣仓、布置在燃煤锅炉的蒸汽管路上的汽轮机低压缸、以及布置在燃煤锅炉的循环水管路上的回热器组成储热开式回路，其中，从汽轮机低压缸中抽取蒸汽送至渣仓的顶部对储热介质进行充热，充热完成后从渣仓的底部排出至回热器；

渣仓和供热管网组成放热闭式回路，其中，供热管网出口的冷水经渣仓底部进入罐体对储热介质进行放热，随后从渣仓顶部排出重新送至供热管网。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种燃煤锅炉底渣余热储存利用一体化的系统，将低渣进行储存，并通过低渣和部分抽汽对供热管网排出的冷水进行加热，其中，汽轮机、渣仓和回热器组成储热开式回路；渣仓和供热管网组成放热闭式回路；渣仓放热过程中可节约部分汽轮机抽汽直接对供热管网供热，使更多高品质蒸汽参与汽轮机做功发电过程；该系统大幅度降低储热系统初投资成本，这为燃煤机组的余热深度利用及发电侧储能系统“热电解构”提供了新的方案。

本发明提供的一种燃煤锅炉底渣余热储存利用方法，利用锅炉底渣余热，提高燃煤机组热效率；节约储能系统土建工作及钢构工作，节约投资成本；抽取高品质蒸汽供热，提高机组运行灵活性；储热系统可对电厂供热管网供热，增加供热系统运行稳定性与可靠性。

附图说明

图1是本发明涉及的系统结构示意图；

图2是渣仓的结构示意图；

图3是渣仓充放热过程中形成的温跃层示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，一种燃煤锅炉底渣余热储存利用一体化的系统，包括燃煤锅炉1、汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸4、汽轮机抽汽口5、凝汽器6、凝结水泵7、燃煤机组各级回热器8、除氧器9、给水泵10、给煤仓11、冷渣器12、链斗机13、渣仓14、供热管网15、热流体驱动泵1402、冷流体驱动泵1403、流量分配机构1406、保温外壳1401、流体管路1404和储热介质1405，其中，给煤仓11的煤粉出口连接燃煤锅炉1的入口，燃煤锅炉1的蒸汽出口连接汽轮机高压缸2的蒸汽入口，汽轮机高压缸2的蒸汽出口连接燃煤锅炉1的入口，燃煤锅炉1的再热蒸汽出口连接汽轮机中压缸3的入口，汽轮机中压缸3的出口连接汽轮机低压缸4的入口，汽轮机低压缸4的出口连接凝汽器6的入口，凝汽器6的循环水出口通过凝结水泵7连接回热器8的低温加热器的入口，低温加热器的出口经过除氧器9和给水泵10连接回热器8的高温加热器的入口，高温加热器的处理连接锅炉给水入口。

汽轮机低压缸4的汽轮机抽汽口5连接供热管网15的入口；供热管网15的出口连接回热器8的低温加热器的入口。

燃煤锅炉1的底部设置有炉渣出口，所述炉渣出口连接冷渣器12的入口，冷渣器12的出口连接链斗机13的入口，链斗机13的出口连接渣仓14的入口。

渣仓14的热源入口连接汽轮机低压缸4的汽轮机抽汽口5。

渣仓14的底部设置有循环水出口，所述循环水出口连接回热器8的入口。

如图2所示，渣仓14包括保温外壳1401，所述保温外壳1401的顶部设置有热流体驱动泵1402，其底部设置有冷流体驱动泵1403。

渣仓14的内腔中布置有若干个流体管路1404。

渣仓14的内腔中填充有储热介质1405，所述储热介质1405为炉渣。

渣仓14的顶部设置有热流体入口和热流体出口，所述热流体入口连接汽轮机低压缸4的抽汽出口；所述热流体出口连接供热管网15的入口。

渣仓14的底部设置有冷流体入口和冷流体出口，其中，所述冷流体入口连接供热管网15的冷水出口；所述冷流体出口连接回热器8的入口。

渣仓14内腔的顶部和底部分别设置有流量分配机构1406，用于均流。

两个流量分配机构1406之间为换热区，所述流体管路1404和储热介质1405布置在换热区内。

供热管网15的热水入口连接渣仓14的热水出口；供热管网15的冷水出口连接渣仓14的冷水入口。

本发明的工作原理：

燃煤锅炉1、汽轮机、凝汽器6、回热器8和除氧器9连接形成水工质的闭式回路，燃煤锅炉1通过燃烧入炉煤加热给水产生水蒸气，水蒸气在汽轮机做功后被凝汽器冷却为循环水，循环水通过多级回热器及除氧器加热后重新输送至锅炉中。

汽轮机、供热管网15和回热器8形成开式回路，从汽轮机低压缸4中抽取蒸汽送至供热管网15，经用户使用后变为热水输入至回热器8。

汽轮机、渣仓14和回热器8组成储热开式回路，从汽轮机低压缸4中抽取蒸汽送至渣仓14的顶部对储热介质21进行充热，充热完成后从渣仓底部排出至回热器8。

渣仓14和供热管网15组成放热闭式回路，供热管网15出口的冷水经渣仓14底部进入罐体对储热介质21进行放热，随后从渣仓14顶部排出重新送至供热管网15。

燃煤锅炉1、汽轮机、凝汽器6、回热器8和除氧器9连接形成水工质的闭式回路为燃煤发电机组不进行供热任务时的常规水动力循环。

燃煤锅炉1的出口主蒸汽流量根据电网负荷需求进行调动，蒸汽在经过汽轮机高压缸后会再次进入燃煤锅炉进行再热循环，达到设计参数后方输送至汽轮机中压缸。

在汽轮机不同位置抽汽送至回热器加热给水，以提高机组发电效率。

汽轮机、供热管网15和回热器8形成开式回路为燃煤发电机组常规供热循环。

从汽轮机抽取输往供热管网的蒸汽流量需根据供热区域的热负荷需求进行调动。供热蒸汽流量需根据热负荷调整，而非汽轮机总蒸汽流量。因此，部分蒸汽会继续沿水工质的闭式回路继续执行。蒸汽经过热网使用变为冷却水，输送至回热器沿水工质的闭式回路执行。冷却水在进入回热器前可能会经过相应水处理设施，本专利在此不予强调说明。

汽轮机、渣仓14和回热器8组成储热开式回路为底渣余热储存利用一体化的系统关键部分，渣仓中储热介质为燃煤锅炉经冷渣器、链斗机排放的底渣。锅炉在燃烧过程中会产生无法燃尽的底渣，底渣通过排渣口排至冷渣器及链斗机输送至渣仓，当渣仓料位较高时，采用底部放渣的形式利用货运车运离。为提高储热系统热效率，渣仓需进行保温性改造，增强保温系数。

从汽轮机抽取输往渣仓的蒸汽流量需根据机组的电、热负荷需求进行调动。当电网需求燃煤机组快速降负荷时，可选择由汽轮机抽取蒸汽送至渣仓对储热介质充热，流体管道可采用垂直式翅片管也可采用盘旋上升管。经计算，充放热过程中，由于渣仓固体颗粒的热传导作用，渣仓内部可形成明显的温跃层，如图3所示。蒸汽经过渣仓充热变为冷却水，输送至回热器沿水工质的闭式回路执行。冷却水在进入回热器前可能会经过降压、节流等水处理设施，本专利在此不予强调说明。

渣仓14和供热管网15组成放热闭式回路为底渣余热储存利用一体化的系统关键部分，渣仓放热过程中可节约部分汽轮机抽汽直接对供热管网供热，使更多高品质蒸汽参与汽轮机做功发电过程；

由供热管网送至渣仓的冷却水流量需根据机组可提供的热负荷及实际热负荷需求进行调动。对于供热负荷高的燃煤机组，深度调峰时为保证供热负荷可能无法降低上网电负荷。除此以外，部分区域因为特殊条件可导致供热负荷需求快速增长，由渣仓作为储热容体可快速增加机组供热能力。极端条件，燃煤机组跳机停电停热，使用渣仓作为储热容体可为突变条件提供缓冲区域。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。