CN114877305A - 利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用可再生能源弃电的绿电‑煤电耦合发电系统及方法，包括送风机、空气预热器、锅炉、磨煤机、一次风粉电加热器、二次风电加热器、电源、煤粉燃烧器和风力/光伏发电系统。本发明利用可再生能源弃电作为一次风粉电加热器和二次风电加热器的电力来源，将可再生能源弃电以一次风粉和二次风热能的形式送入炉内，在达到可再生电能消纳的同时实现弃电的高效电‑电转化。此外，本发明基于制粉系统的运行灵活性可快速适应可再生能源负荷变化，通过调节进入磨煤机的煤量在保持机组输出功率一定时，可减少燃煤消耗。

Description

利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统及方法

技术领域

本发明属于燃煤发电领域，特别涉及一种利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统及方法。

背景技术

目前，风电和光伏等可再生能源装机容量不断增加，但风光资源的波动性、间歇性和随机性等特点致使其产生的电力无法被及时消纳，造成弃风弃光现象严重。尤其是在冬季，热电机组调峰能力受限导致大量风电光电不能上网，产生弃风弃光，浪费大量资源，如何提高可再生电力的消纳能力是亟待解决的难题。申请号为202110992618.0的中国专利公开了一种风力光伏发电辅助燃煤机组灵活性运行系统，虽然能够将不稳定运行时的风电和光伏发电用于加热熔盐，达到了弃风弃光电力消纳目的，但受熔盐工作温度限制，热电转化效率不高，有进一步提升的空间。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统，包括送风机、空气预热器、锅炉、磨煤机、一次风粉电加热器、二次风电加热器、电源、煤粉燃烧器、锅炉受热面和风力/光伏发电机组；

所述送风机进口与大气相连通，送风机出口与布置在锅炉上的空气预热器的进口连通，所述空气预热器内送风与来自锅炉受热面出口烟气进行热交换，所述空气预热器的一次风出口与磨煤机的一次风入口相连通，所述磨煤机的出口与一次风粉电加热器的入口相连通，所述一次风粉电加热器的出口与煤粉燃烧器的燃料入口相连通；所述空气预热器的二次风出口与二次风电加热器的入口相连通，所述二次风电加热器的出口与煤粉燃烧器的二次风入口相连通，所述煤粉燃烧器布置在锅炉上；所述一次风粉电加热器和二次风电加热器的电源均与风力/光伏发电系统相连。

进一步地，所述一次风粉电加热器和二次风电加热器所需电力由风力/光伏发电机组中弃电提供。

进一步地，所述一次风粉电加热器布置有单台或多台，且多台布置时串联或并联设置，所述一次风粉电加热器用于将一次风粉加热到接近一次风粉气流着火点。

进一步地，所述二次风电加热器布置有单台或多台，且多台布置时串联或并联设置，所述二次风电加热器用于将二次风加热到400℃以上。

进一步地，所述一次风粉电加热器和二次风电加热器可采用电阻加热方式，但不局限于此一种加热方式。

利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统的运行方法，包括以下步骤：

一次风和二次风经送风机送入空气预热器，与来自锅炉受热面出口烟气进行热交换；

经初步预热后一次风经空气预热器的一次风出口送入磨煤机用于干燥和运输煤粉，磨煤机出口的一次风粉送入一次风粉电加热器利用电加热元件将风力/光伏发电机组中难以消纳的可再生电能转化为一次风粉的热能，一次风粉气流加热到第一预设温度后经煤粉燃烧器燃料喷口高速喷入锅炉炉膛燃烧；

经初步预热后二次风经空气预热器的二次风出口送入二次风电加热器利用电加热元件将风力/光伏发电机组中难以消纳的可再生电能转化为二次风的热能，二次风加热到第二预设温度后经煤粉燃烧器二次风入口送入锅炉炉膛中参与燃烧。

进一步地，当风电/光伏处于发电高峰期，锅炉降负荷以实现更多的可再生电能并网，可再生能源弃电用作一次风粉电加热器和二次风电加热器的电力来源，实现可再生电能的消纳，同时一次风粉和二次风加热到高温状态将稳定锅炉低负荷下煤粉燃烧。

进一步地，当保持燃煤机组输出功率一定时，可再生能源弃电用作一次风粉电加热器和二次风电加热器的电力来源，通过调整锅炉燃料量达到与可再生电能相匹配。

进一步地，所述第一预设温度为接近一次风粉气流着火点。

进一步地，所述第二预设温度为400℃以上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明将可再生能源弃电作为一次风粉电加热器和二次风加热器的电力来源，可再生能源弃电以一次风粉和二次风热能的形式送入炉内，这部分热能经锅炉受热面传递给工质水以产生高温蒸汽，高温蒸汽推动汽轮机发电做功，在消纳可再生能源弃电的同时可实现其高效的电-电转化。

进一步地，保持燃煤机组一定功率输出时，利用可再生能源弃电加热一次风粉和二次风，减少了锅炉燃料量并降低燃煤机组碳排放，可以达到节能减排的目的，本发明基于制粉系统的运行灵活性可快速适应可再生能源负荷变化。

进一步地，将一次风粉加热到接近着火点，二次风加热到400℃以上能够强化炉内燃烧过程。当机组低负荷运行时，在大幅提高锅炉低负荷稳燃性能的同时可以减少甚至避免锅炉低负荷运行时燃油的使用，提高锅炉低负荷运行的经济性并减少燃油带来的额外碳排放。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的利用可再生能源弃电的绿电-煤电深度耦合发电系统示意图。

其中，1-送风机；2-空气预热器；3-锅炉；4-磨煤机；5-一次风粉电加热器；6-二次风电加热器；7-电源；8-煤粉燃烧器；9-锅炉受热面；10-风力/光伏发电机组。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明实施例做详细描述：

如图1所示，本发明提供了一种利用可再生能源弃电的绿电-煤电深度耦合发电系统，具体包括：

送风机1、空气预热器2、锅炉3、磨煤机4、一次风粉电加热器5、二次风电加热器6、电源7、煤粉燃烧器8、锅炉受热面9和风力/光伏发电系统10。

锅炉3内布置有空气预热器2、煤粉燃烧器8和锅炉受热面9；空气预热器2的一次风出口通过管道与磨煤机4相连，磨煤机4一次风粉出口通过管道与一次风粉电加热器5入口相连，一次风粉电加热器5出口通过管道与煤粉燃烧器8相连；空气预热器2的二次风出口通过管道与二次风电加热器6入口相连，二次风电加热器6出口通过管道与煤粉燃烧器8的二次风入口相连；一次风粉电加热器5和二次风电加热器6的电源7与风电/光伏发电机组10相连。

本发明的工作过程为：当保持燃煤机组输出功率一定时，一次风和二次风经送风机1分别送入空气预热器2的一次风和二次风入口，与来自锅炉受热面9出口的烟气进行换热，换热后的一次风送入磨煤机4用于干燥和运输煤粉，磨煤机4出口的一次风粉经输送管道送入一次风粉电加热器5，一次风粉在一次风粉电加热器5加热到接近着火状态后经煤粉燃烧器8燃料喷口高速喷入锅炉3中燃烧，一次风粉电加热器5所需电力由风力/光伏发电系统10中弃电提供。在空气预热器2内换热后的二次风送入二次风电加热器6，二次风在二次风电加热器6中加热到400℃后送入煤粉燃烧器8的二次风入口，二次风电加热器5所需电力由风力/光伏发电系统10中弃电提供。为适应可再生能源快速负荷变化，可通过调节进入磨煤机4的煤量达到与可再生电能相匹配以维持机组输出功率一定。

最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上做出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统，其特征在于，包括送风机(1)、空气预热器(2)、锅炉(3)、磨煤机(4)、一次风粉电加热器(5)、二次风电加热器(6)、电源(7)、煤粉燃烧器(8)、锅炉受热面(9)和风力/光伏发电系统(10)；

所述送风机(1)进口与大气相连通，送风机(1)出口与布置在锅炉(3)上的空气预热器(2)的进口连通，所述空气预热器(2)内送风与来自锅炉受热面(9)出口烟气进行热交换，所述空气预热器(2)的一次风出口与磨煤机(4)的一次风入口相连通，所述磨煤机(4)的出口与一次风粉电加热器(5)的入口相连通，所述一次风粉电加热器(5)的出口与煤粉燃烧器(8)的燃料入口相连通；所述空气预热器(2)的二次风出口与二次风电加热器(6)的入口相连通，所述二次风电加热器(6)的出口与煤粉燃烧器(8)的二次风入口相连通，所述煤粉燃烧器(8)布置在锅炉(3)上；所述一次风粉电加热器(5)和二次风电加热器(6)的电源(7)均与风力/光伏发电系统(10)相连。

2.根据权利要求1所述的利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统，其特征在于，所述一次风粉电加热器(5)和二次风电加热器(6)所需电力由风力/光伏发电系统(10)中弃电提供。

3.根据权利要求1所述的利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统，其特征在于，所述一次风粉电加热器(5)布置有单台或多台，且多台布置时串联或并联设置，所述一次风粉电加热器(5)用于将一次风粉加热到接近一次风粉气流着火点。

4.根据权利要求1所述的利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统，其特征在于，所述二次风电加热器(6)布置有单台或多台，且多台布置时串联或并联设置，所述二次风电加热器(6)用于将二次风加热到400℃以上。

5.根据权利要求1所述的利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统，其特征在于，所述一次风粉电加热器(5)和二次风电加热器(6)采用电阻加热方式。

6.权利要求1-5任一项所述的利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：

一次风和二次风经送风机(1)送入空气预热器(2)，与来自锅炉受热面(9)出口烟气进行热交换；

经初步预热后一次风经空气预热器(2)的一次风出口送入磨煤机(4)用于干燥和运输煤粉，磨煤机(4)出口的一次风粉送入一次风粉电加热器(5)利用电加热元件将风力/光伏发电机组(10)中难以消纳的可再生电能转化为一次风粉的热能，一次风粉气流加热到第一预设温度后经煤粉燃烧器(8)燃料喷口高速喷入锅炉(3)炉膛燃烧；

经初步预热后二次风经空气预热器(2)的二次风出口送入二次风电加热器(6)利用电加热元件将风力/光伏发电系统(10)中难以消纳的可再生电能转化为二次风的热能，二次风加热到第二预设温度后经煤粉燃烧器(8)二次风入口送入锅炉(3)炉膛中参与燃烧。

7.根据权利要求6所述的利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统的运行方法，其特征在于，当风电/光伏处于发电高峰期，锅炉降负荷以实现更多的可再生电能并网，可再生能源弃电用作一次风粉电加热器(5)和二次风电加热器(6)的电力来源，实现可再生电能的消纳，同时一次风粉和二次风加热到高温状态将稳定锅炉低负荷下煤粉燃烧。

8.根据权利要求6所述的利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统的运行方法，其特征在于，当保持燃煤机组输出功率一定时，可再生能源弃电用作一次风粉电加热器(5)和二次风电加热器(6)的电力来源，通过调整锅炉燃料量达到与可再生电能相匹配。

9.根据权利要求6所述的利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统的运行方法，其特征在于，所述第一预设温度为接近一次风粉气流着火点。

10.根据权利要求6所述的利用可再生能源弃电的绿电-煤电耦合发电系统的运行方法，其特征在于，所述第二预设温度为400℃以上。

Images