CN209913502U - 一种火电厂内设置电石炉的调峰系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种火电厂内设置电石炉的调峰系统，包括电厂发电模块，所述电厂发电模块设有煤粉锅炉、汽轮机和发电机，还包括调峰控制平台和送变电及供电模块、电石生产模块，所述调峰控制平台与送变电及供电模块相连，所述送变电及供电模块、电厂发电模块、电石生产模块三者之间相互连接。本实用新型所述的调峰系统将电石生产与电厂调峰相结合，即满足电厂的调峰需求，同时降低电石生产成本，降低能耗。

Description

一种火电厂内设置电石炉的调峰系统

技术领域

本实用新型涉及火电厂调峰技术领域，具体涉及一种火电厂内设置电石炉的调峰系统。

背景技术

近年来，在中国三北地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电、水电及核电等新能源的能力不足，弃风、弃光、弃水和弃核现象严重。热电联产机组“以热定电”方式运行，调峰能力仅为10％左右。调峰困难已经成为电网运行中最为突出的问题。目前国内火电灵活性调峰改造均针对冬季供热机组，夏季如何调峰是摆在众多火电厂面前的一个难题。为了满足电网调峰需求，以及电厂在激烈竞争中的生存需要，全年特别是非供热季深度调峰势在必行。

与此同时，中国从2005年开始迎来了电石产业发展的黄金时期。截至2015年底，电石产能已经达到了4500万t/a，是2005年(1400万t/a)的3倍；2016年度中国产能也继续维持在4500万t/a，近十年来首次出现了零增长。主要原因是行业在淘汰落后产能，同时出于安全与环保的需求，更多的企业愿意加大技术装备与生产现场的投入，自动出炉机、自动锅搬运技术、料面处理机等一系列技术都开始得到应用。但无论如何提升电石炉技术和自动设备的投运，短时间都无法改变电石炉每吨电石耗电达3400kWh左右，因此，用电成本成为决定电石生产成本及企业竞争力的关键。

如何将电石生产与电厂调峰相结合，即满足电厂的调峰需求，同时降低电石生产成本，降低能耗，需要本领域技术人员进一步研究、解决。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是：满足电厂全年特别是非供热季深度调峰的同时，降低电石的生产成本，以提高产业竞争力。

为解决上述技术问题，本实用新型采取如下技术方案：

一种火电厂内设置电石炉的调峰系统，包括电厂发电模块，所述电厂发电模块设有煤粉锅炉、汽轮机和发电机，还包括调峰控制平台和送变电及供电模块、电石生产模块，所述调峰控制平台与送变电及供电模块相连，所述送变电及供电模块、电厂发电模块、电石生产模块三者之间相互连接。

进一步的，所述电石生产模块包括依次连接的石灰窑炉、电石炉、伴生气净化收集系统，所述电石生产模块还包括供煤单元，所述供煤单元用于向石灰窑炉、电石炉供应燃料。

更进一步的，所述电石炉的运行功率在0％-100％内进行无级调节，。

进一步的，所述伴生气净化收集系统产生的伴生气送入煤粉锅炉的炉膛内进行燃烧。

更进一步的，所述煤粉锅炉设有高温烟道，所述高温烟与石灰窑炉或电石炉中的任意一个相连。

进一步的，所述电厂发电模块还设有烟气处理装置，电石炉或石灰窑炉排放的烟气送入煤粉锅炉的高温烟道，利用所述烟气处理装置进行烟气脱硫、脱销、除尘处理。

进一步的，所述调峰控制平台安装在电厂集控中心内，所述调峰控制平台与电网调度中心、电厂集控中心电连接，并接受二者的控制指令。

进一步的，所述送变电及供电模块与发电机的出口母线或升压站后高压母线或火电厂内厂变母线连接，以满足电石生产模块的供电。

进一步的，所述火电厂内设置电石炉的调峰系统的最终产品包括电石、伴生气、生石灰、焦炭、焦油、乙炔中的至少一种。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型通过在火电厂内设置电石炉，利用火电厂灵活性调峰的富余电力，变相利用弃风弃光弃水弃核电力进行电石生产，同时也能极大地降低电石的生产成本；

(2)本实用新型通过对电石炉设备耗电功率的无极调节率，即其供电功率可以从20％负荷到100％随意随时的快速变动，满足电厂的全年调峰需求，缓解了电网平衡和峰谷差问题；

(3)本实用新型利用电厂产生的高温烟气可对石灰窑炉或电石炉的炉体或原料进行预热；同时利用高温的液态电石液与热风或煤粉锅炉给水或低温蒸汽进行间隔式换热，对热量进行回收利用，降低系统的能源消耗；

(4)本实用新型将电石炉或石灰炉的排气(CO含量高)通入电厂的煤粉锅炉内参与燃烧；同时，电石炉或石灰炉产生的烟气及粉尘可通过电厂烟气除尘装置进行净化处理，不仅减少电石炉除尘、烟气处理的硬件投入，同时实现节能减排和清洁生产。

(5)本实用新型将火力发电厂转化为电化工厂，使得火电厂生产的产品不单单是电力，而且包括电石、CO可燃气等多种化工产品。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型所述的火电厂内设置电石炉的调峰系统的内部结构的示意图。

附图标记说明

调峰控制平台-1、电网调度中心-101、电厂集控中心-102；

送变电及供电模块-2；

电厂发电模块-3、汽轮机-301、发电机-302、煤粉锅炉-303、高压加热器-304、低压加热器-305、除氧器-306、冷凝器-307、水泵-308、升压站-309；

电石生产模块-4、石灰窑炉-401、电石炉-402、伴生气净化收集系统-403、供煤单元-404。

具体实施方式

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本实用新型将火电厂灵活性深度调峰与电石炉402的高压电弧放电系统进行结合，利用富余调峰电量通过电石炉402生产电石。由于电石炉402工作温度高达2000度以上，因此在较短时间内的启停几乎不影响电石生产，如1-2天，电石炉402负荷变动的性能主要由其配接的变压器的电压调节能力所决定，即可从0％耗电负荷可快速增加100％，或反向从100％负荷降低到0％，以满足电网对火电厂的深度调峰负荷变动需求，例如需要火电厂深度调峰降低发电负荷，即降低上网电量，则可选择火电厂机组发电量不变，多余的发电负荷通过电石炉402来消化。

实施例1

如图1所示，一种火电厂内设置电石炉的调峰系统，包括调峰控制平台1、送变电及供电模块2、电厂发电模块3以及电石生产模块4，所述调峰控制平台1与送变电及供电模块2、电厂发电模块3进行电连接，所述送变电及供电模块2与电厂发电模块3、电石生产模块4相连，所述电厂发电模块3还与电石生产模块4相连。

所述调峰控制平台1安装在电厂集控中心102内，并与电网调度中心101、电厂集控中心102进行电连接，所述调峰控制平台1可接受电网调度中心101、电厂集控中心102的控制指令。所述送变电及供电模块2包括逆变器和电开关。所述送变电及供电模块2中的电开关与发电机302的出口母线(电压20kV)连接，或与升压站309后高压母线(电压220kV)连接，或与火电厂内厂变母线(6kV)连接，以满足电石生产模块4的供电需求。具体的，所述电开关的一端与发电机302及升压器309相连，所述电开关的另一端与逆变器相连。电网调度中心101根据市场需求变化，向电厂集控中心102下达调峰指令，电厂集控中心102向送变电及供电模块2下达供电指令；接到供电指令后，送变电及供电模块2实时调整电开关的开闭及开度，调节电厂发电模块3的发电量，同时电石生产模块4的电压以改变其耗电功率，从而响应电网的调峰需求。所述火电厂内设置电石炉的调峰系统将火力发电厂转化为电化工厂，使得火电厂生产的产品不单单是电力，而且包括电石、可燃伴生气、生石灰、焦炭、焦油、乙炔等多种化工产品。

所述电厂发电模块3包括依次相连的冷凝器307、低压加热器305、除氧器306、水泵308、高压加热器304、煤粉锅炉303、汽轮机301，所述电厂发电模块3还包括发电机302和升压站309及烟气处理装置，所述发电机302分别与汽轮机301、升压站309相连。电厂发电时，水体通过水泵308泵入高压加热器304进行预加热，预加热后的水体进入运行中的煤粉锅炉303以产生高压主蒸汽，高压主蒸汽进入汽轮机301内做功，将高压主蒸汽的热能转化为动能，进而带动发电机302产生电能，通过升压站309升压后并入国家电网。所述煤粉锅炉303设有高温烟道，所述高温烟道与电石生产模块4及烟气处理装置相连。作为优选，所述高温烟道与石灰窑炉401或电石炉402中的任意一个相连。所述电石炉402或石灰窑炉401排放的烟气经过高温烟道进入烟气处理装置，利用所述烟气处理装置进行烟气脱硫、脱硝、除尘处理。作为本实用新型的一个示例，所述烟气处理装置包括依次连接的烟气处理装置、活性炭吸附装置和除尘器，从煤粉锅炉303内产生的烟气经过烟气处理装置进行脱硝、脱硫以进行初次净化，之后通过活性炭吸附装置进行二次净化，通过除尘器除去固体颗粒，形成达标烟气。

煤粉锅炉303产生的部分高温烟气可以对石灰窑炉401、电石炉402的炉内空间进行预热，降低电石炉耗电量。作为本实用新型的另一实施例，部分高温烟气用于电石炉402的原料的预热，使得进入电石炉402的原料生石灰或焦煤具有一定温度，从而降低电石生产过程的能源消耗。所述汽轮机301的排汽可进入冷凝器307或除氧器306；当排汽进入冷凝器307后液化成水，上述水体通过低压加热器305进行初次加热，再经除氧器306处理后经水泵308回到高压加热器304进行重复利用。优选的，低压加热器305、高压加热器304均可通过汽轮机抽汽进行回热加热。

所述电石生产模块4包括依次相连的石灰窑炉401、电石炉402、伴生气净化收集系统403及供煤单元404。所述石灰窑炉401包括炉体、炉膛和出灰口，作为优选，所述炉膛的外壁依次设有硅酸铝纤维毡层、耐火砖层、铁水渣水泥混合物层，所述炉体的顶部设有尾气管道，尾气管道口通过管道经风机与除尘装置相连。所述石灰窑炉401的燃料来自于供煤单元404，包括无烟煤、焦炭、兰炭中的至少一种。将粒度合格的石灰(粒径为20-50mm)输送至石灰窑炉401内，利用电石炉402产生的伴生气经煅烧后成为成品石灰，经冷却降温后入储料仓待用。作为优选，所述电石炉402的燃料也来自于供煤单元404。煅烧温度为1100-1200℃，作为优选，所述石灰石与焦炭的比例为25:9。窑顶尾气通过除尘装置处理后排空。将煅烧好的石灰进行破碎、筛分，作为本实用新型的一个优选实施例，采用双辊破碎机进行破碎，同时采用滚筒筛进行筛分；同时，将焦炭利用滚筒筛进行筛分，满足粒径要求的石灰及焦炭输送至电石炉402内。作为优选，所述电石炉402的耗电功率为无级调节，运行功率为额定功率的0％-100％。输入的电能由变压器和导电系统经自焙电极至电石炉402内，石灰和炭素原料在电阻电弧产生的高温(1800-2200℃)下生成电石和伴生气。作为本实用新型的示例，电石出炉后温度高(约1300度)，可与热风或锅炉给水或低温蒸汽进行间隔式换热，利用电石液冷却过程中的余热来加热煤粉锅炉303的给水或送风以及汽机低压抽汽，从而提高电厂发电机组的整体循环效率。电石经冷却后储存或外售。

所述伴生气(温度约700度)经伴生气净化收集系统403处理后，可通入煤粉锅炉303或石灰炉401的炉膛内参与燃烧，提高了伴生气的利用率，产生的烟气及粉尘可以利用煤粉锅炉303的烟气处理装置进行烟气净化处理，极大降低电石炉402的烟气及粉尘处理费用的同时，实现清洁生产。作为本实用新型的示例，所述伴生气净化收集系统403包括依次连接的电捕焦油器、脱硫塔、气柜。电石炉402产生的所述伴生气经过电捕焦油器，电捕后的伴生气进入脱硫塔与自上而下的脱硫液逆流接触，出脱硫塔的气体送至气柜，经过脱磷、脱砷后储存待用。

当调峰控制平台1中的电网调度中心101接收电网的调峰指令后，根据电厂机组运行负荷以及电石生产模块4的运行负荷，向电厂集控中心102下达供电指令。当需要减小电厂的上网电量时，电厂通过降低煤粉锅炉303负荷、发电机302运行负荷以及增加电石炉402的运行负荷中的至少一种进行响应。而当需要降低火电厂的上网电量时，作为一种优选方案，在火电厂机组发电量不变情况下，多余的发电负荷通过快速降低电石炉402的运行负荷以满足电网对火电厂的深度调峰负荷变动需求。

实施例2

一种火电厂内设置电石炉的调峰系统，其中煤粉锅炉303、电石炉402均以优质无烟煤为燃料，电石炉402产生的可燃气体送入石灰窑炉401或煤粉锅炉303内进行助燃焚烧。

具体的，优质无烟煤在煤粉锅炉303内燃烧，产生蒸汽驱动汽轮机301运动，进而带动发电机302发电，产生的电能一部分通过升压站309并入国家电网，另一部分供给电石炉402运行。当电网调度中心101下达增加电厂上网电量的调峰指令后，调峰指令到达电厂集控中心102。一方面，电厂集控中心102调节电石炉402的负荷功率，如由100％调整至20％，通过降低电石炉耗电，来增加发电机通过升压站309并入国家电网的上网电量；当电网调度中心101下达减小电厂上网电量的调峰指令后，调峰指令到达电厂集控中心102。电厂集控中心102通过调峰控制平台1调节电石炉402的负荷功率，如由20％增加至100％，通过增加电石炉耗电，来减少发电机通过升压站309并入国家电网的上网电量。

在上述两种调峰情况下，可以保持火电机组锅炉、汽机及发电机稳在额定负荷或某中间负荷，通过电石炉耗电量的增加或减少，来响应电网及火电厂调峰指令，从而延长机组寿命、降低运行人员操作难度。

实施例3

一种火电厂内设置电石炉的调峰系统，其中石灰窑炉401、电石炉402产生的烟气输送至煤粉锅炉303的炉膛内，碳粉或CO可在煤粉锅炉内参与燃烧，产生的高温烟气通过烟气处理装置进行烟气处理，实现清洁生产。

具体的，通过电厂发电模块3产生的电能，一部分并入国家电网，另一部分供给电石生产模块4。电石生产模块4的石灰窑炉401煅烧产生生石灰，生石灰进入电石炉402内用于制备电石，灰窑炉401、电石炉402产生的烟气或伴生气输送至煤粉锅炉303参与燃烧。该设置不仅能提高烟气或伴生气的利用率，降低设备能耗；同时电石生产产生的烟气经煤粉锅炉303后进入烟气处理装置处理，实现清洁生产。

实施例4

一种火电厂内设置电石炉的调峰系统，所述系统内设有煤热解制兰炭装置，产生的兰炭供给电石炉402，煤热解气和电石炉伴生气都送入石灰窑炉401或煤粉锅炉303进行燃烧。

所述煤热解制兰炭装置包括型煤成型生产装置、型煤经干馏热解气化装置、型炭生产处理装置、焦油生产处理装置、荒煤气经过煤气提炼装置以及煤气净化装置。低附加值且难利用的煤粉或炭粉通过型煤成型生产装置处理后生成型煤，型煤经干馏热解气化装置得到固形物及荒煤气；固形物经过型炭生产处理装置后生成兰炭；兰炭供给给电石炉402用于电石生产。同时荒煤气经过煤气提炼装置及焦油生产处理装置后生成成品焦油；而经过煤气提炼装置产生的煤气经过煤气净化装置处理，最终煤热解气进入石灰窑炉401或煤粉锅炉303内燃烧。石灰窑炉401煅烧后产生的生石灰输送至电石炉402在高温下生产电石。电石炉402或煤粉锅炉303产生的伴生气与煤热解气合并后送至石灰窑炉401内进行燃烧。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种火电厂内设置电石炉的调峰系统，包括电厂发电模块(3)，所述电厂发电模块(3)设有煤粉锅炉(303)、汽轮机(301)和发电机(302)，其特征在于，还包括调峰控制平台(1)和送变电及供电模块(2)、电石生产模块(4)，所述调峰控制平台(1)与送变电及供电模块(2)相连，所述送变电及供电模块(2)、电厂发电模块(3)、电石生产模块(4)三者之间相互连接。

2.根据权利要求1所述火电厂内设置电石炉的调峰系统，其特征在于，所述电石生产模块(4)包括依次连接的石灰窑炉(401)、电石炉(402)、伴生气净化收集系统(403)，所述电石生产模块(4)还包括供煤单元(404)，所述供煤单元(404)用于向石灰窑炉(401)、电石炉(402)供应燃料。

3.根据权利要求2所述火电厂内设置电石炉的调峰系统，其特征在于，所述电石炉(402)的运行功率在0％-100％内进行无级调节。

4.根据权利要求2所述火电厂内设置电石炉的调峰系统，其特征在于，所述伴生气净化收集系统(403)产生的伴生气送入煤粉锅炉(303)的炉膛内进行燃烧。

5.根据权利要求1所述火电厂内设置电石炉的调峰系统，其特征在于，所述煤粉锅炉(303)设有高温烟道，所述高温烟道与石灰窑炉(401)或电石炉(402)中的任意一个相连。

6.根据权利要求1所述火电厂内设置电石炉的调峰系统，其特征在于，所述电厂发电模块(3)还设有烟气处理装置，电石炉(402)或石灰窑炉(401)排放的烟气送入煤粉锅炉(303)的高温烟道，利用所述烟气处理装置进行脱硫、脱销、除尘处理。

7.根据权利要求1所述的火电厂内设置电石炉的调峰系统，其特征在于，所述调峰控制平台(1)安装在电厂集控中心(102)内，所述调峰控制平台(1)与电网调度中心(101)、电厂集控中心(102)电连接，并接受二者的控制指令。

8.根据权利要求1所述的火电厂内设置电石炉的调峰系统，其特征在于，所述送变电及供电模块(2)与发电机(302)的出口母线或升压站(309)后高压母线或火电厂内厂变母线连接，以满足电石生产模块(4)的供电。

9.根据权利要求1所述的火电厂内设置电石炉的调峰系统，其特征在于，所述火电厂内设置电石炉的调峰系统的最终产品包括电石、伴生气、生石灰、焦炭、焦油、乙炔中的至少一种。

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