本發(fā)明涉及燃煤機(jī)組調(diào)峰，特別是涉及一種耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、截至2023年底，全國可再生能源裝機(jī)總量已經(jīng)超過煤電，可再生能源發(fā)電占比將會(huì)穩(wěn)步提升。新能源普遍具有波動(dòng)性大、隨機(jī)性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此來自新能源的電力在大規(guī)模并網(wǎng)中會(huì)給電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來更多地沖擊。

2、在可再生能源發(fā)電的高峰期，燃煤機(jī)組需要減少出力，由可再生能源承擔(dān)主要的發(fā)電任務(wù)。但燃煤機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行區(qū)間，容易出現(xiàn)系統(tǒng)的效率變低，單位發(fā)電量煤耗急劇增加，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性低下，超低負(fù)荷下鍋爐燃燒穩(wěn)定性降低，脫硫脫硝系統(tǒng)入口溫度不達(dá)標(biāo)等一系列系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保問題，甚至?xí)斐善啓C(jī)末端葉片損傷、未充分燃燒的煤粉復(fù)燃和爐膛局部超溫等對(duì)機(jī)組的安全性產(chǎn)生威脅的問題。深度調(diào)峰的需求使得燃煤機(jī)組需要具備一定的靈活性，但低負(fù)荷下燃煤機(jī)組嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)工況下。機(jī)組運(yùn)行在非正常工況，對(duì)機(jī)組的安全性、環(huán)保性及經(jīng)濟(jì)性的影響不可忽視。燃煤機(jī)組的靈活性和高效性相互聯(lián)系，卻存在一定的不可兼得性。

3、燃煤機(jī)組耦合儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)峰，可以在減少調(diào)峰偏離設(shè)計(jì)工況對(duì)機(jī)組造成的損傷的同時(shí)，增強(qiáng)燃煤機(jī)組對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷變化的響應(yīng)速率，是一種可行的靈活性改造方案?？梢耘c燃煤機(jī)組耦合儲(chǔ)能技術(shù)主要有儲(chǔ)熱技術(shù)，電化學(xué)儲(chǔ)能，壓縮空氣儲(chǔ)能，飛輪儲(chǔ)能等技術(shù)。其中儲(chǔ)熱技術(shù)是一種成本較低，已經(jīng)得到初步應(yīng)用的技術(shù)。目前采用的儲(chǔ)熱技術(shù)主要以蓄熱式水罐等顯熱儲(chǔ)存技術(shù)為主。受制于成本，儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)模只能起到調(diào)節(jié)的作用，增加燃煤機(jī)組對(duì)負(fù)荷變化的響應(yīng)速率，但無法解決燃煤機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的低效問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供了一種耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，提升燃煤機(jī)組的靈活性，在加大鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃能力的同時(shí)，增加燃煤機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行時(shí)的效率，實(shí)現(xiàn)燃煤機(jī)組熱能的提質(zhì)增效。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，包括脫硝裝置、空預(yù)器以及設(shè)置在所述脫硝裝置、所述空預(yù)器之間的煙氣支路、與所述煙氣支路連接的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置和煙氣調(diào)節(jié)板，?所述煙氣調(diào)節(jié)板位于鍋爐出口的尾部煙道中，用于調(diào)節(jié)流經(jīng)所述空預(yù)器和所述儲(chǔ)熱裝置的煙氣比例，所述化學(xué)儲(chǔ)熱裝置包括反應(yīng)物儲(chǔ)罐、固定床反應(yīng)器、氣液分離器和合成氣儲(chǔ)罐，所述反應(yīng)物儲(chǔ)罐存儲(chǔ)有反應(yīng)物，與所述固定床反應(yīng)器連接，所述反應(yīng)物為低碳燃料，所述化學(xué)儲(chǔ)熱裝置用于在儲(chǔ)熱模式下，所述煙氣調(diào)節(jié)板打開所述煙氣支路使得所述燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入所述化學(xué)儲(chǔ)熱裝置并在所述固定床反應(yīng)器反應(yīng)生成生成物，所述生成物經(jīng)過所述氣液分離器處理后將產(chǎn)生的合成氣輸出到所述合成氣儲(chǔ)罐存儲(chǔ)，產(chǎn)生的液體通過所述反應(yīng)物儲(chǔ)罐回收，以及在放熱模式下，所述合成氣儲(chǔ)罐存儲(chǔ)的所述合成氣輸入所述燃煤鍋爐燃燒提升所述燃煤鍋爐的輸出。

3、其中，所述氣液分離器包括生成物進(jìn)口、合成氣出口和未反應(yīng)物出口，所述氣液分離器通過所述生成物進(jìn)口將所述固定床反應(yīng)器反應(yīng)的生成物輸入后通過換熱器換熱將所述生成物進(jìn)行固液分離，將固液分離產(chǎn)生的氣體通過所述合成氣出口輸出到所述合成氣儲(chǔ)罐進(jìn)行存儲(chǔ)，以及將固液分離產(chǎn)生的液體通過未反應(yīng)物出口并經(jīng)過未反應(yīng)液體回路輸出到所述反應(yīng)物儲(chǔ)罐進(jìn)行回收。

4、其中，所述換熱器為管式換熱器或者板式換熱器，用于對(duì)所述生成物進(jìn)行換熱實(shí)現(xiàn)固液分離、對(duì)所述反應(yīng)物進(jìn)入所述固定床反應(yīng)器前進(jìn)行初步預(yù)熱。

5、其中，還包括與所述合成氣儲(chǔ)罐出口連接的合成氣預(yù)熱器以及設(shè)置在所述反應(yīng)物儲(chǔ)罐、所述固定床反應(yīng)器的反應(yīng)物預(yù)熱器，所述合成氣預(yù)熱器用于將所述合成氣儲(chǔ)罐輸出的合成氣預(yù)熱后，使得所述合成氣輸出到所述燃煤鍋爐的爐膛通過燃燒器噴口輸出燃燒前達(dá)到燃燒預(yù)熱溫度，所述反應(yīng)物預(yù)熱器用于將所述固定床反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)行預(yù)熱或者將所述反應(yīng)物儲(chǔ)罐經(jīng)過物料泵輸出到所述固定床反應(yīng)器的反應(yīng)物在到達(dá)所述固定床反應(yīng)器的之前進(jìn)行預(yù)熱，所述換熱器與所述反應(yīng)物預(yù)熱器、所述合成氣預(yù)熱器連接，用于與所述反應(yīng)物預(yù)熱器、所述合成氣預(yù)熱器進(jìn)行熱量交換。

6、其中，還包括設(shè)置在所述固定床反應(yīng)器的固定床溫度傳感器、設(shè)置在所述合成氣預(yù)熱器的合成氣溫度傳感器以及設(shè)置在所述反應(yīng)物預(yù)熱器的反應(yīng)物溫度傳感器，所述固定床溫度傳感器用于檢測(cè)所述固定床反應(yīng)器的入口溫度數(shù)值以及出口溫度數(shù)值，所述合成氣溫度傳感器用于檢測(cè)所述合成氣預(yù)熱器在對(duì)所述合成氣進(jìn)行預(yù)熱前后的溫度數(shù)值，所述反應(yīng)物溫度傳感器用于檢測(cè)所述反應(yīng)物預(yù)熱器預(yù)熱前后的所述反應(yīng)物的溫度數(shù)值，控制器與所述固定床反應(yīng)器、所述合成氣預(yù)熱器、所述反應(yīng)物預(yù)熱器連接，并根據(jù)對(duì)應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)以及當(dāng)前的設(shè)備運(yùn)行模式控制所述煙氣調(diào)節(jié)板運(yùn)行參數(shù)、所述固定床反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù)、所述合成氣預(yù)熱器的運(yùn)行參數(shù)和所述反應(yīng)物預(yù)熱器的運(yùn)行參數(shù)。

7、其中，還包括設(shè)置在所述反應(yīng)物儲(chǔ)罐與所述進(jìn)料泵之間的第一閥門，以及設(shè)置在所述進(jìn)料泵與所述換熱器之間的第二閥門，以及設(shè)置在所述換熱器與所述氣液分離器之間的第三閥門，以及設(shè)置在所述氣液分離器與所述合成氣儲(chǔ)罐之間的第四閥門，以及設(shè)置在所述合成氣儲(chǔ)罐與所述合成氣預(yù)熱器之間的第五閥門，以及設(shè)置在所述合成氣預(yù)熱器到所述燃燒器噴口之間的第六閥門，以及設(shè)置在所述煙氣調(diào)節(jié)板與所述合成氣預(yù)熱器之間的第七閥門，以及設(shè)置在所述煙氣調(diào)節(jié)板與所述固定床反應(yīng)器的第八閥門。

8、其中，還包括設(shè)置在所述固定床反應(yīng)器內(nèi)的顆粒狀堆積床催化劑層，所述顆粒狀堆積床催化劑層的床層孔隙率為0.4~0.8，所述顆粒狀堆積床催化劑層為cuo、zno和al2o3混合組成的顆粒狀堆積床催化劑層，所述顆粒狀堆積床催化劑層中cuo的質(zhì)量占比為55%~65%，zno的質(zhì)量占比為28%~32%，al2o3的質(zhì)量占比為8%~12%。

9、其中，還包括設(shè)置在所述合成氣儲(chǔ)罐的加壓裝置，用于將從合成氣出口輸出的所述合成氣通過加壓到預(yù)定壓強(qiáng)后到所述合成氣儲(chǔ)罐進(jìn)行存儲(chǔ)。

10、其中，所述合成氣為氫氣，所述低碳燃料反應(yīng)物為150-350℃溫度區(qū)間發(fā)生重整反應(yīng)的低碳燃料，所述低碳燃料包括甲醇、乙醇和丙醇中的至少一種。

11、其中，所述固定床反應(yīng)器為螺旋盤管式的固定床反應(yīng)器、豎筒狀固定床反應(yīng)器或者臥筒狀固定床反應(yīng)器。

12、本發(fā)明實(shí)施例所提供的耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

13、本發(fā)明實(shí)施例提供的耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，通過在脫硝裝置、空預(yù)器之間設(shè)置煙氣支路，在煙氣支路連接處設(shè)置化學(xué)儲(chǔ)熱裝置和煙氣調(diào)節(jié)板，?在儲(chǔ)熱模式下，煙氣調(diào)節(jié)板打開煙氣支路使得燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入化學(xué)儲(chǔ)熱裝置并在固定床反應(yīng)器反應(yīng)生成生成物，生成物經(jīng)過氣液分離器處理后將產(chǎn)生的合成氣輸出到合成氣儲(chǔ)罐存儲(chǔ)，產(chǎn)生的液體通過反應(yīng)物儲(chǔ)罐回收，在放熱模式下，合成氣儲(chǔ)罐存儲(chǔ)的合成氣輸入燃煤鍋爐燃燒提升燃煤鍋爐的輸出。通過耦合低碳燃料，降負(fù)荷時(shí)充分利用鍋爐尾部煙道的煙氣余熱制取合成氣；升負(fù)荷時(shí)利用合成氣增加機(jī)組變負(fù)荷速率的同時(shí)，讓煙氣余熱實(shí)現(xiàn)品位提升，協(xié)同提升機(jī)組的靈活性和高效性。

技術(shù)特征：

1.一種耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括脫硝裝置、空預(yù)器以及設(shè)置在所述脫硝裝置、所述空預(yù)器之間的煙氣支路、與所述煙氣支路連接的化學(xué)儲(chǔ)熱裝置和煙氣調(diào)節(jié)板，?所述煙氣調(diào)節(jié)板位于鍋爐出口的尾部煙道中，用于調(diào)節(jié)流經(jīng)所述空預(yù)器和所述儲(chǔ)熱裝置的煙氣比例，所述化學(xué)儲(chǔ)熱裝置包括反應(yīng)物儲(chǔ)罐、固定床反應(yīng)器、氣液分離器和合成氣儲(chǔ)罐，所述反應(yīng)物儲(chǔ)罐存儲(chǔ)有反應(yīng)物，與所述固定床反應(yīng)器連接，所述反應(yīng)物為低碳燃料，所述化學(xué)儲(chǔ)熱裝置用于在儲(chǔ)熱模式下，所述煙氣調(diào)節(jié)板打開所述煙氣支路使得所述燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入所述化學(xué)儲(chǔ)熱裝置并在所述固定床反應(yīng)器反應(yīng)生成生成物，所述生成物經(jīng)過所述氣液分離器處理后將產(chǎn)生的合成氣輸出到所述合成氣儲(chǔ)罐存儲(chǔ)，產(chǎn)生的液體通過所述反應(yīng)物儲(chǔ)罐回收，以及在放熱模式下，所述合成氣儲(chǔ)罐存儲(chǔ)的所述合成氣輸入所述燃煤鍋爐燃燒提升所述燃煤鍋爐的輸出。

2.如權(quán)利要求1所述耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述氣液分離器包括生成物進(jìn)口、合成氣出口和未反應(yīng)物出口，所述氣液分離器通過所述生成物進(jìn)口將所述固定床反應(yīng)器反應(yīng)的生成物輸入后通過換熱器換熱將所述生成物進(jìn)行固液分離，將固液分離產(chǎn)生的氣體通過所述合成氣出口輸出到所述合成氣儲(chǔ)罐進(jìn)行存儲(chǔ)，以及將固液分離產(chǎn)生的液體通過未反應(yīng)物出口并經(jīng)過未反應(yīng)液體回路輸出到所述反應(yīng)物儲(chǔ)罐進(jìn)行回收。

3.如權(quán)利要求2所述耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱器為管式換熱器或者板式換熱器，用于對(duì)所述生成物進(jìn)行換熱實(shí)現(xiàn)固液分離、對(duì)所述反應(yīng)物進(jìn)入所述固定床反應(yīng)器前進(jìn)行初步預(yù)熱。

4.如權(quán)利要求3所述耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括與所述合成氣儲(chǔ)罐出口連接的合成氣預(yù)熱器以及設(shè)置在所述反應(yīng)物儲(chǔ)罐、所述固定床反應(yīng)器的反應(yīng)物預(yù)熱器，所述合成氣預(yù)熱器用于將所述合成氣儲(chǔ)罐輸出的合成氣預(yù)熱后，使得所述合成氣輸出到所述燃煤鍋爐的爐膛通過燃燒器噴口輸出燃燒前達(dá)到燃燒預(yù)熱溫度，所述反應(yīng)物預(yù)熱器用于將所述固定床反應(yīng)器的反應(yīng)物進(jìn)行預(yù)熱或者將所述反應(yīng)物儲(chǔ)罐經(jīng)過物料泵輸出到所述固定床反應(yīng)器的反應(yīng)物在到達(dá)所述固定床反應(yīng)器的之前進(jìn)行預(yù)熱，所述換熱器與所述反應(yīng)物預(yù)熱器、所述合成氣預(yù)熱器連接，用于與所述反應(yīng)物預(yù)熱器、所述合成氣預(yù)熱器進(jìn)行熱量交換。

5.如權(quán)利要求4所述耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在所述固定床反應(yīng)器的固定床溫度傳感器、設(shè)置在所述合成氣預(yù)熱器的合成氣溫度傳感器以及設(shè)置在所述反應(yīng)物預(yù)熱器的反應(yīng)物溫度傳感器，所述固定床溫度傳感器用于檢測(cè)所述固定床反應(yīng)器的入口溫度數(shù)值以及出口溫度數(shù)值，所述合成氣溫度傳感器用于檢測(cè)所述合成氣預(yù)熱器在對(duì)所述合成氣進(jìn)行預(yù)熱前后的溫度數(shù)值，所述反應(yīng)物溫度傳感器用于檢測(cè)所述反應(yīng)物預(yù)熱器預(yù)熱前后的所述反應(yīng)物的溫度數(shù)值，控制器與所述固定床反應(yīng)器、所述合成氣預(yù)熱器、所述反應(yīng)物預(yù)熱器連接，并根據(jù)對(duì)應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)以及當(dāng)前的設(shè)備運(yùn)行模式控制所述煙氣調(diào)節(jié)板運(yùn)行參數(shù)、所述固定床反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù)、所述合成氣預(yù)熱器的運(yùn)行參數(shù)和所述反應(yīng)物預(yù)熱器的運(yùn)行參數(shù)。

6.如權(quán)利要求5所述耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在所述反應(yīng)物儲(chǔ)罐與所述進(jìn)料泵之間的第一閥門，以及設(shè)置在所述進(jìn)料泵與所述換熱器之間的第二閥門，以及設(shè)置在所述換熱器與所述氣液分離器之間的第三閥門，以及設(shè)置在所述氣液分離器與所述合成氣儲(chǔ)罐之間的第四閥門，以及設(shè)置在所述合成氣儲(chǔ)罐與所述合成氣預(yù)熱器之間的第五閥門，以及設(shè)置在所述合成氣預(yù)熱器到所述燃燒器噴口之間的第六閥門，以及設(shè)置在所述煙氣調(diào)節(jié)板與所述合成氣預(yù)熱器之間的第七閥門，以及設(shè)置在所述煙氣調(diào)節(jié)板與所述固定床反應(yīng)器的第八閥門。

7.如權(quán)利要求1所述耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在所述固定床反應(yīng)器內(nèi)的顆粒狀堆積床催化劑層，所述顆粒狀堆積床催化劑層的床層孔隙率為0.4~0.8，所述顆粒狀堆積床催化劑層為cuo、zno和al2o3混合組成的顆粒狀堆積床催化劑層，所述顆粒狀堆積床催化劑層中cuo的質(zhì)量占比為55%~65%，zno的質(zhì)量占比為28%~32%，al2o3的質(zhì)量占比為8%~12%。

8.如權(quán)利要求1所述耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在所述合成氣儲(chǔ)罐的加壓裝置，用于將從合成氣出口輸出的所述合成氣通過加壓到預(yù)定壓強(qiáng)后到所述合成氣儲(chǔ)罐進(jìn)行存儲(chǔ)。

9.如權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述合成氣為氫氣，所述低碳燃料為150-350℃溫度區(qū)間發(fā)生重整反應(yīng)的低碳燃料，所述低碳燃料包括甲醇、乙醇和丙醇中的至少一種。

10.如權(quán)利要求9所述耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述固定床反應(yīng)器為螺旋盤管式的固定床反應(yīng)器、豎筒狀固定床反應(yīng)器或者臥筒狀固定床反應(yīng)器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種耦合低碳燃料提升鍋爐靈活性的發(fā)電系統(tǒng)，涉及燃煤機(jī)組調(diào)峰技術(shù)領(lǐng)域，通過在脫硝裝置、空預(yù)器之間設(shè)置煙氣支路，在煙氣支路連接處設(shè)置化學(xué)儲(chǔ)熱裝置和煙氣調(diào)節(jié)板，在儲(chǔ)熱模式下，煙氣調(diào)節(jié)板打開煙氣支路使得燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入化學(xué)儲(chǔ)熱裝置并在固定床反應(yīng)器反應(yīng)吸熱，生成物經(jīng)過氣液分離器處理后將產(chǎn)生的合成氣輸出到合成氣儲(chǔ)罐存儲(chǔ)，產(chǎn)生的液體通過反應(yīng)物儲(chǔ)罐回收，在放熱模式下，合成氣儲(chǔ)罐存儲(chǔ)的合成氣輸入燃煤鍋爐燃燒提升燃煤鍋爐的輸出。通過耦合低碳燃料，降負(fù)荷時(shí)充分利用鍋爐尾部煙道的煙氣余熱制取合成氣；升負(fù)荷時(shí)利用合成氣增加機(jī)組變負(fù)荷速率的同時(shí)，讓煙氣余熱實(shí)現(xiàn)品位提升，協(xié)同提升機(jī)組的靈活性和高效性。

技術(shù)研發(fā)人員：呂布楚,郭棟,梁秀進(jìn),張鵬威,黃建平,何建樂,于鵬峰,唐郭安
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華電電力科學(xué)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17