一種可調峰儲能的燃氣‑蒸汽聯合動力裝置及其控制方法與流程

2023-11-11 21:55:37 2

本發明涉及聯合動力循環裝置技術領域，特別涉及一種採用貯氣罐的可調峰儲能燃氣-蒸汽聯合動力裝置。

背景技術：

在傳統能源日益匱乏以及環境日趨惡化的雙重壓力下，人們對於電力需求的增長日益明顯，但電網負荷存在明顯的波動性，目前仍然依靠以傳統化石能源為基礎的火電等常規能源進行調峰，這種調峰措施動作緩慢，耗能較大，實用性不高。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種可調峰儲能的燃氣-蒸汽聯合動力裝置及其控制方法，以解決現有的電廠調峰不易、能源利用率低的問題。

為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種可調峰儲能的燃氣-蒸汽聯合動力裝置，包括第一發電機、蒸汽輪機、軸流壓縮機、軸流透平和第二發電機；第一發電機連接ⅰ號轉軸的一端，ⅰ號轉軸的另一端通過第一3s離合器與ⅱ號轉軸的一端相連，ⅱ號轉軸的另一端通過第二3s離合器與ⅲ號轉軸的一端相連，ⅲ號轉軸的另一端與第二發電機相連；ⅰ號轉軸上安裝有蒸汽輪機，ⅱ號轉軸上安裝有軸流壓縮機，ⅲ號轉軸上安裝有軸流透平。

進一步的，轉軸上位於第一3s離合器與軸流壓縮機之間設有一個第一徑向軸承，轉軸上位於第二發電機與軸流透平之間設有一個第二徑向軸承和止推軸承。

進一步的，第一徑向軸承和第二徑向軸承採用靜壓軸承、動壓徑向軸承或電磁軸承；止推軸承採用止推滾珠軸承、滾錐軸承、球面滾子軸承或滾子止推軸承。

進一步的，軸流壓縮機的入口布置有幹氣密封；蒸汽輪機入口、蒸汽輪機出口、軸流壓縮機出口、軸流透平入口和軸流透平出口均布置有迷宮密封。

進一步的，軸流透平與軸流壓縮機反向布置。

進一步的，還包括貯氣罐和燃燒室；軸流壓縮機的輸出端連接貯氣罐和燃燒室的入口，貯氣罐的出口連接燃燒室的入口，燃燒室的出口連接軸流透平的入口；軸流壓縮機、軸流透平、燃燒室與回熱器、冷卻器組成燃氣的布雷頓循環熱力系統；蒸汽輪機與熱源、回熱器、冷卻器組成蒸汽的朗肯循環熱力系統。

一種可調峰儲能的燃氣-蒸汽聯合動力裝置的控制方法，包括：

當負荷較低時，處於蒸汽輪機的低峰階段，使用蒸汽輪機進行發電，此時蒸汽輪機與軸流壓縮機的第一3s離合器閉合，軸流壓縮機與軸流透平之間的第二3s離合器斷開，聯合動力裝置完成朗肯循環後產生能量，一部分用於發電以滿足負荷要求，一部分驅動軸流壓縮機做功以壓縮氣體，貯氣罐的進氣開關打開，壓縮後的氣體進入貯氣罐中進行存儲；

負荷上升後，蒸汽輪機與軸流壓縮機之間的第一3s離合器斷開，軸流壓縮機與軸流透平之間的第二3s離合器繼續保持斷開，貯氣罐的進氣開關閉合，此時處於蒸汽輪機的正常運行階段，蒸汽輪機所產生的能量全部用於發電以滿足電力負荷；

負荷進一步上升，蒸汽輪機與軸流壓縮機之間的第一3s離合器閉合，軸流壓縮機與軸流透平之間的第二3s離合器閉合，貯氣罐的進出氣開關均打開，此時燃氣輪機開始運行，其工質來源為貯氣罐出氣口所提供的氣體，經過布雷頓循環產生能量用於發電，而蒸汽輪機經過朗肯循環所產生的能量，一部分用於發電以滿足負荷要求，一部分驅動軸流壓縮機做功以壓縮氣體經由貯氣罐進氣口進入貯氣罐中進行存儲；

當負荷上升至最高峰時，蒸汽輪機與軸流壓縮機之間的第一3s離合器斷開，軸流壓縮機與軸流透平之間的第二3s離合器閉合，貯氣罐的進氣開關閉合、出氣開關打開，此時蒸汽輪機經過朗肯循環以及燃氣輪機經過布雷頓循環所產生的能量均用於發電以滿足電力負荷。

本發明基於蒸汽輪機、軸流壓縮機與軸流透平同軸結構的可調峰儲能的燃氣-蒸汽聯合動力裝置，包括用於發電的蒸汽輪機、用於發電的燃氣輪機和用於存儲壓縮氣體的貯氣室；蒸汽輪機工質由燃煤鍋爐或者餘熱裝置提供並通過轉軸與發電機相連；燃氣輪機包括軸流壓縮機、軸流透平和燃燒室，軸流壓縮機與透平通過轉軸相連；貯氣罐與軸流壓縮機出口和燃燒室入口相連。

進一步的，蒸汽機與軸流壓縮機之間通過3s離合器相連，軸流壓縮機與軸流透平之間通過3s3s離合器相連，轉軸上其餘裝置均通過聯軸器進行連接；

進一步的，轉軸上位於3s離合器和軸流壓縮機之間設有一個徑向軸承，轉軸上位於聯軸器和軸流透平之間設有一個徑向軸承和止推軸承。

進一步的，軸流壓縮機的入口以及軸流透平的出口均布置有幹氣密封；軸流壓縮機出口以及軸流透平入口均布置有迷宮密封。

進一步的，軸流透平與軸流壓縮機反向布置。

相對於現有技術，本發明具有以下有益效果：

1、本發明所提出的裝置能夠在電力負荷發生變化時進行相應的調整以適應負荷變動，實現了移峰填谷，能夠很好的解決現有電廠所存在的調峰困難、不夠靈活等問題；

2、本發明所提出的裝置在蒸汽機與軸流壓縮機之間以及軸流壓縮機與軸流透平之間均採用了3s3s離合器進行相連，動作響應快。

附圖說明

圖1為本發明一種可調峰儲能的燃氣-蒸汽聯合動力裝置的總示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發明的實施方式。

請參閱圖1所述，本發明一種可調峰儲能的燃氣-蒸汽聯合動力裝置，包括：第一發電機1、第二發電機101、第一聯軸器2、第二聯軸器102、迷宮密封3、蒸汽輪機4、第一3s離合器5、第二3s離合器105、第一徑向軸承6、第二徑向軸承106、幹氣密封7、軸流壓縮機8、軸流透平9、止推軸承10、燃燒室11以及貯氣罐12。

第一發電機1通過第一聯軸器2連接ⅰ號轉軸的一端，ⅰ號轉軸的另一端通過第一3s離合器5與ⅱ號轉軸的一端相連，ⅱ號轉軸的另一端通過第二3s離合器105與ⅲ號轉軸的一端相連，ⅲ號轉軸的另一端通過第二聯軸器102與第二發電機101相連。

ⅰ號轉軸上安裝有蒸汽輪機4，ⅱ號轉軸上安裝有軸流壓縮機8，ⅲ號轉軸上安裝有軸流透平9，構成蒸汽輪機、軸流壓縮機與軸流透平聯合結構，轉軸上位於第一3s離合器5與軸流壓縮機8之間設有一個第一徑向軸承6，轉軸上位於第二聯軸器102與軸流透平9之間設有一個第二徑向軸承106和止推軸承10。徑向軸承6(第一徑向軸承6、第二徑向軸承106)可以採用靜壓軸承、動壓徑向軸承或電磁軸承，止推軸承10可以採用止推滾珠軸承、滾錐軸承、球面滾子軸承或滾子止推軸承。

軸流壓縮機8的入口布置有幹氣密封7；在蒸汽輪機4入口和出口軸流壓縮機8出口以及軸流透平9入口和出口布置了迷宮密封3；軸流透平9與軸流壓縮機8反向布置，以減少止推軸承10的受力。

為實現燃氣的布雷頓循環，本發明還布置有貯氣罐12以進行氣體壓縮後的存儲，燃燒室11以進行提供熱源，此外，軸流透平9完成做功後的工質還須要進入回熱器以及冷卻器然後匯入軸流壓縮機8以完成氣體的布雷頓循環；蒸汽輪機4完成做功後的工質還須進入回熱器、冷卻器，經熱源加熱後匯入蒸汽輪機4以完成朗肯循環。

基於蒸汽輪機、軸流壓縮機與軸流透平同軸結構的可調峰儲能的燃氣-蒸汽聯合動力裝置的控制方法，包括：

當負荷較低時，此時處於蒸汽輪機4的低峰階段，使用蒸汽輪機4進行發電，此時蒸汽輪機4與軸流壓縮機8的第一3s離合器5閉合，軸流壓縮機8與軸流透平9之間的第二3s離合器5斷開，系統完成朗肯循環後產生能量，一部分用於發電以滿足負荷要求，一部分驅動軸流壓縮機8做功以壓縮氣體，壓縮氣體進入貯氣罐12進行存儲；

負荷上升後，蒸汽輪機4與軸流壓縮機8之間的第一3s離合器5斷開，軸流壓縮機8與軸流透平9之間的第二3s離合器5繼續保持斷開，此時處於蒸汽輪機4的正常運行階段，蒸汽輪機4所產生的能量全部用於發電以滿足電力負荷；

負荷進一步上升，蒸汽輪機4與軸流壓縮機8之間的第一3s離合器5閉合，軸流壓縮機8與軸流透平9之間的第二3s離合器5閉合，此時燃氣輪機(包括軸流壓縮機8、軸流透平9和燃燒室11)開始運行，其工質來源為貯氣罐12，經過布雷頓循環產生能量用於發電，而蒸汽輪機4經過朗肯循環所產生的能量，一部分用於發電以滿足負荷要求，一部分驅動軸流壓縮機8做功以壓縮氣體；

當負荷上升至最高峰時，蒸汽輪機4與軸流壓縮機8之間的第一3s離合器5斷開，軸流壓縮機8與軸流透平9之間的第二3s離合器5閉合，此時蒸汽輪機4經過朗肯循環以及燃氣輪機經過布雷頓循環所產生的能量均用於發電以滿足電力負荷。

採用本發明基於蒸汽輪機、軸流壓縮機與軸流透平聯合結構的可調峰儲能的燃氣-蒸汽聯合動力裝置，在各部件之間使用了3s離合器進行相連，動作響應快，能夠在電力負荷發生變化時進行適應且迅速的調整以跟隨負荷變動，實現了移峰填谷，能夠很好的解決現有電廠所存在的調峰困難、不夠靈活等問題。