一种电化学储能-热泵耦合的尖峰冷却系统及运行方法 |
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| 申请号 | CN202410082629.9 | 申请日 | 2024-01-19 | 公开(公告)号 | CN117870207A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 水电水利规划设计总院; 水电水利规划设计总院有限公司; 中国水利水电建设工程咨询有限公司; | 发明人 | 王昊轶; 李青松; 王朝阳; 陆国成; 王杰; 吕嵩; 牛志愿; 孟栩; 许晨琛; 王鑫; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种电化学储能‑ 热 泵 耦合的尖峰冷却系统及运行方法，系统包括 锅炉 、高压缸、中压缸、低压缸、发 电机 、电化学储能系统、 电网 、间接空冷系统、制冷热泵系统、尖峰冷却换热器、凝汽器和 凝结 水 泵；锅炉与高压缸、中压缸、低压缸和发电机依次 串联 ，发电机与电化学储能系统和电网相连，电化学储能系统与制冷热泵系统相连，制冷热泵系统与尖峰冷却换热器相连，尖峰冷却换热器与间接空冷系统相连，间接空冷系统以及低压缸与凝汽器相连，凝汽器经凝结水泵与锅炉相连。优点是：以电化学储能供电驱动热泵，实现运行背压和机组能耗的下降，与 现有技术 相比，实现全生命周期零水耗，对 汽轮机 汽水系统无影响，投资较低，系统简单、安全。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电化学储能‑热泵耦合的尖峰冷却系统，其特征在于：包括锅炉、高压缸、中压缸、低压缸、发电机、电化学储能系统、电网、间接空冷系统、制冷热泵系统、尖峰冷却换热器、凝汽器和凝结水泵； |
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| 说明书全文 | 一种电化学储能‑热泵耦合的尖峰冷却系统及运行方法技术领域背景技术[0002] 火力发电厂空冷机组具有非常显著的节水效果，推广空冷机组，对于充分利用西北部地区丰富的煤炭资源和有限的水资源，促进电力工业稳定发展有重要意义。按照冷却空气和电站乏汽的换热形式，空冷系统可分为直接空冷和间接空冷两种。直接空冷机组，冷却空气经风机驱动掠过空冷凝汽器，冷凝空冷凝汽器管束内部的电站乏汽；间接空冷机组，以循环水为冷却介质，在自然通风冷却塔外围增设散热器，环境空气经空冷塔吸拔力驱动，掠过散热器冷却电站凝汽器出口至空冷塔的高温循环水，空冷塔出口的低温循环水经循环水泵驱动，进入电站凝汽器冷凝汽轮机排汽。 [0003] 空冷机组运行背压高且随环境温度的升高而升高，夏季温度过高时，机组将会出现不能满发工况，若片面追求夏季高温机组满负荷运行，所需空冷散热面积很大，这将使投资大大增加，同时也使机组冬季冷却面积过剩，低负荷运行时容易受冻，影响机组运行的安全性。若靠增加蝶阀达到防冻目的，不仅投资加大，而且增加了系统的易泄漏点。故夏季存在不满发工况是空冷机组的固有特性。 [0004] 为降低间接空冷机组运行背压和能耗，一般做法有以下几种解决方案。方案1：空冷塔散热器表面喷淋冷水。用泵抽取低温地下水或者夜间自然冷却低温水，通过各支管及喷嘴以雾化形式喷淋在空冷散热器外表面，达到降低掠过散热器入口风温的目的。该方案技术原理简单，投资较少，缺点在于耗费大量水资源，且易加剧空冷塔散热器表面脏污程度，反过来削弱降背压效果。方案2：增设尖峰冷却系统。增设管束式或板片式换热器，管/板内通入电站凝汽器出水，外部流经空气，同时喷淋冷却水。分流部分凝汽器出水至尖峰冷却系统，降低原空冷系统热负荷，达到提升运行真空和降低能耗的目的。但存在水耗大、投资大的缺点，限制了其应用。综上所述，以上两种方案均大量耗费水资源。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种电化学储能‑热泵耦合的尖峰冷却系统及运行方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。 [0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： [0008] 所述锅炉的初热蒸汽输出端与高压缸的输入端相连，所述高压缸的输出端与锅炉的再热蒸汽输入端相连，所述锅炉的再热蒸汽输出端与所述中压缸的输入端相连，所述中压缸的输出端与低压缸的输入端相连，所述低压缸的输出端与所述发电机的输入端以及凝汽器的输入端相连，所述发电机的输出端与电网以及电化学储能系统的输入端相连，所述电化学储能系统的输出端与制冷热泵系统的供电端相连，所述制冷热泵系统的进水端和出水端分别与所述尖峰冷却换热器的冷侧出水端和冷侧进水端相连； [0009] 所述凝汽器的输出端经凝结水泵与所述锅炉的初热蒸汽输入端相连；所述凝汽器的进水端和出水端分别与所述间接空冷系统的输出端和输入端相连；所述尖峰冷却换热器的热侧进水端连接在间接空冷系统的输出端的连接管道上，所述尖峰冷却换热器的热侧出水端连接在所述凝汽器的进水端的连接管道上。 [0011] 优选的，所述尖峰冷却换热器的热侧进水端经热侧进水管路连接在间接空冷系统的输出端的连接管道上，所述尖峰冷却换热器的热侧出水端经热侧出水管路连接在所述凝汽器的进水端的连接管道上； [0012] 所述热侧进水管路上沿其内部水流方向依次设置有尖峰冷却进口关断阀和尖峰冷却循环泵；所述热侧出水管路上设置有尖峰冷却出口关断阀。 [0013] 优选的，所述尖峰冷却换热器的冷侧进水端和冷侧出水端分别经冷侧进水管和冷侧出水管与所述制冷热泵系统的出水端和进水端相连。 [0014] 优选的，所述凝汽器的出水端和所述间接空冷系统的输入端之间的连接管路上设置有循环水泵。 [0015] 优选的，所述电化学储能系统用于存储发电机的产生的电量，并为制冷热泵系统提供动力源。 [0016] 本发明的目的还在于提供一种电化学储能‑热泵耦合的尖峰冷却系统的运行方法，锅炉中初热蒸汽经高压缸工作后，部分蒸汽再热提温后依次经中压缸和低压缸驱动发电机发电，发电机产生的电量部分供电网使用，另一部分存储在电化学储能系统中； [0017] 电化学储能系统中的电力，驱动制冷热泵系统制冷水，制出的冷水在尖峰冷却器中与间接空冷系统产生的凝结水换热；制冷热泵系统的产生的低温水进入尖峰冷却换热器中释放冷能后，再回到制冷热泵系统中；间接空冷系统产生的凝结水一部分在尖峰冷却换热器中冷却降温后与另一部分混合后进入凝汽器，在凝汽器中换热后再次进入间接空冷系统中降温； [0018] 低压缸做功后的蒸汽进入凝汽器中凝结成水，并经由凝结水泵、低压加热器组、除氧器、给水泵和高压加热器组之后进入锅炉中。 [0019] 本发明的有益效果是：1、电化学储能中的电力，驱动制冷热泵制冷水，冷水在尖峰冷却换热器中与空冷系统凝结水换热。制冷热泵的出口低温水进入尖峰冷却换热器释放冷能后，再经过入口管回到制冷热泵中。空冷系统产生的凝结水一部分在尖峰冷却换热器中冷却降温后与另一部分混合后，最终进入凝汽器，达到降低凝汽器入口凝结水温度，从而实现运行背压和机组能耗的下降的目的。该方法实现运行背压和机组能耗的下降，并可保持全生命周期零水耗，节能效果显著。2、以电化学储能供电驱动热泵，实现运行背压和机组能耗的下降，与现有耗水型尖峰冷却技术相比，实现全生命周期零水耗；与汽轮机蒸汽驱动热泵的尖峰冷却技术相比，对汽轮机汽水系统无影响，投资较低，系统简单、安全。3、电化学储能增加了机组调峰范围，机组调峰速度快，增加机组灵活性。调峰后对锅炉及辅助设备的寿命无影响。4、火电机组在调峰时，锅炉实际运行在其最低稳燃负荷以上，锅炉不会出现低负荷稳燃、干‑湿态切换、SCR脱硝入口烟温过低、受热面超温、转动设备振动等问题，对锅炉及其辅机的寿命无影响。附图说明 [0020] 图1是本发明实施例中尖峰冷却系统的结构图。 [0021] 图中：1、锅炉；2、高压缸；3、中压缸；4、低压缸；5、发电机；6、电化学储能系统；7、电网；8、间接空冷系统；9、制冷热泵系统；10、尖峰冷却循环泵；11、尖峰冷却进口关断阀；12、尖峰冷却换热器；13、尖峰冷却出口关断阀；14、循环水泵；15、凝汽器；16、凝结水泵；17、低压加热器组；18、除氧器；19、给水泵；20、高压加热器组。 具体实施方式[0022] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0023] 如图1所示，本实施例中，提供了一种电化学储能‑热泵耦合的尖峰冷却系统，[0024] 包括锅炉1、高压缸2、中压缸3、低压缸4、发电机5、电化学储能系统6、电网7、间接空冷系统8、制冷热泵系统9、尖峰冷却换热器12、凝汽器15和凝结水泵16； [0025] 所述锅炉1的初热蒸汽输出端通过管道与高压缸2的输入端相连，所述高压缸2的输出端通过管道与锅炉1的再热蒸汽输入端相连，所述锅炉1的再热蒸汽输出端通过管道与所述中压缸3的输入端相连，所述中压缸3的输出端与低压缸4的输入端相连，所述低压缸4的输出端与所述发电机5的输入端以及凝汽器15的输入端相连，所述发电机5的输出端与电网7以及电化学储能系统6的输入端相连，所述电化学储能系统6的输出端与制冷热泵系统9的供电端相连，所述制冷热泵系统9的进水端和出水端分别与所述尖峰冷却换热器12的冷侧出水端和冷侧进水端相连； [0026] 所述凝汽器15的输出端经凝结水泵16与所述锅炉1的初热蒸汽输入端相连；所述凝汽器15的进水端和出水端分别与所述间接空冷系统8的输出端和输入端相连；所述尖峰冷却换热器12的热侧进水端连接在所述间接空冷系统8的输出端的连接管道上，所述尖峰冷却换热器12的热侧出水端连接在所述凝汽器15的进水端的连接管道上。参见附图1，具体地，由于间接空冷系统8的输出端与凝汽器15的进水端连通，因此，尖峰冷却换热器12的热侧进水端和热侧出水端所连接的管道是同一条管道。 [0027] 本实施例中，所述凝结水泵16与所述锅炉1的初热蒸汽输入端之间的连接管道上，沿凝结水泵16向所述锅炉1的方向上依次设置有低压加热器组17、除氧器18、给水泵19和高压加热器组20。 [0028] 本实施例中，尖峰冷却换热器12设置有冷侧和热侧，具体地：热侧包括热侧进水端和热侧出水端，所述尖峰冷却换热器12的热侧进水端经热侧进水管路与间接空冷系统8的输出端的连接管道相连，所述尖峰冷却换热器12的热侧出水端与凝汽器15的进水端的连接管道相连。 [0029] 所述热侧进水管路上沿其内部水流方向依次设置有尖峰冷却进口关断阀11和尖峰冷却循环泵10；所述热侧出水管路上设置有尖峰冷却出口关断阀13。 [0030] 冷侧包括冷侧进水端和冷侧出水端，所述尖峰冷却换热器12的冷侧进水端和冷侧出水端分别经冷侧进水管和冷侧出水管与所述制冷热泵系统9的出水端和进水端相连。 [0031] 本实施例中，所述凝汽器15的出水端和所述间接空冷系统8的输入端之间的连接管路上设置有循环水泵14。由循环水泵14驱动两者之间的水循环。 [0032] 本实施例中，所述电化学储能系统6用于存储发电机5的产生的电量，并为制冷热泵系统9提供动力源。 [0033] 本实施例中，电化学储能‑热泵耦合的尖峰冷却系统的运行方法具体为：锅炉1中初热蒸汽经高压缸2工作后，部分蒸汽再热提温后依次经中压缸3和低压缸4驱动发电机5发电，发电机5产生的电量部分供电网7使用，另一部分存储在电化学储能系统6中； [0034] 电化学储能系统6中的电力，驱动制冷热泵系统9制冷水，制出的冷水在尖峰冷却器中与间接空冷系统8产生的凝结水换热；制冷热泵系统9的产生的低温水进入尖峰冷却换热器12中释放冷能后，再回到制冷热泵系统9中；间接空冷系统8产生的凝结水一部分在尖峰冷却换热器12中冷却降温后与另一部分混合后进入凝汽器15，降低凝汽器入口凝结水温度，从而实现运行背压和机组能耗的下降的目的； [0035] 低压缸4做工后的蒸汽进入凝汽器15中凝结成水，并经由凝结水泵16、低压加热器组17、除氧器18、给水泵19和高压加热器组20之后进入锅炉1中。 [0036] 本实施例中，当机组需要快速降低负荷，满足一次调频指令时，电化学储能系统6从发电机5的输出端吸收电量，减少上网电负荷，迅速响应电网7需求。 [0037] 本实施例中，当机组需要快速提高负荷时，满足一次调频指令时，电化学储能系统6释放电量，快速增加上网电负荷，迅速响应电网7需求。 [0038] 本实施例中，采用电化学储能的电力驱动热泵，不需要在汽轮机热力系统中抽汽，在不减少汽轮机做功的情况下，实现运行真空提升和机组能耗的下降的目标。若蒸汽驱动热泵，需要额外从汽轮机抽汽，减少了汽轮机发电功率。电化学储能增加了机组调峰范围，机组调峰速度快，增加机组灵活性。调峰后对锅炉1及辅助设备的寿命无影响。火电机组在调峰时，锅炉1实际运行在其最低稳燃负荷以上，锅炉1不会出现低负荷稳燃、干‑湿态切换、SCR脱硝入口烟温过低、受热面超温、转动设备振动等问题，对锅炉1及其辅机的寿命无影响。 [0039] 通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果： [0040] 本发明公开了一种电化学储能‑热泵耦合的尖峰冷却系统及运行方法，电化学储能中的电力，驱动制冷热泵制冷水，冷水在尖峰冷却换热器中与空冷系统凝结水换热。制冷热泵的出口低温水进入尖峰冷却换热器释放冷能后，再经过入口管回到制冷热泵中。空冷系统产生的凝结水一部分在尖峰冷却换热器中冷却降温后与另一部分混合后，最终进入凝汽器，达到降低凝汽器入口凝结水温度，从而实现运行背压和机组能耗的下降的目的。该方法实现运行背压和机组能耗的下降，并可保持全生命周期零水耗，节能效果显著。以电化学储能供电驱动热泵，实现运行背压和机组能耗的下降，与现有耗水型尖峰冷却技术相比，实现全生命周期零水耗；与汽轮机蒸汽驱动热泵的尖峰冷却技术相比，对汽轮机汽水系统无影响，投资较低，系统简单、安全。电化学储能增加了机组调峰范围，机组调峰速度快，增加机组灵活性。调峰后对锅炉及辅助设备的寿命无影响。火电机组在调峰时，锅炉实际运行在其最低稳燃负荷以上，锅炉不会出现低负荷稳燃、干‑湿态切换、SCR脱硝入口烟温过低、受热面超温、转动设备振动等问题，对锅炉及其辅机的寿命无影响。 [0041] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。 |
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