[0001] 本发明涉及煤气发电机组发电技术领域，具体涉及一种熔盐储能耦合煤气发电机组系统。

[0002] 高炉煤气发电是利用高炉产生的煤气进行发电的一种发电方式。发电系统主要包括煤气净化、煤气锅炉、煤气发电机组和辅助系统等组成。这其中煤气锅炉主要是利用净化去除掉高炉煤气中的杂质后直接燃烧产生热量加热给水产生合格品质的蒸汽；煤气发电机组则利用高温高压的蒸汽推动汽轮机组做功发电。

[0003] 由于我国发电实行分时电价政策，为提高煤气发电机组的收益就需要在电价高峰时段多发点，并在电价低谷时段少发电甚至不发电。然而由于煤气机组的煤气来源于炼铁过程，通过在高炉中加热铁矿石和还原剂，将铁矿石中的铁氧化物还原为纯铁，在这个过程中会产生大量煤气作为副产物，因此煤气的来源受制于炼铁工艺，稳定性较差且并不可控，需要及时对产生的煤气进行处理，但是在电价低谷时发电需求低，所以存在燃料供应和发电需要间的天然矛盾。因此，如何解决发电机组的发电需求和煤气处理需求之间的矛盾成了亟待解决的问题。

[0039] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

[0040] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0041] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0042] 此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

[0043] 如图1所示，本实施例提供了一种熔盐储能耦合煤气发电机组系统，包括：热电系统1、蒸汽换热系统2、煤气换热系统3、电热换热系统4、储热系统5和供热系统6。

[0044] 热电系统1包括锅炉11和汽轮机，锅炉11和汽轮机通过第一循环管路连接，第一循环管路用于将锅炉11产生的热蒸汽输送至汽轮机，以供汽轮机工作，从汽轮机出来的蒸汽会冷凝为水继续进入到锅炉11中升温汽化，如此保证汽轮机稳定的工作。汽轮机的输出轴与发电机12连接，汽轮机的输出轴带动发电机12的转子旋转，利用电磁感应原理以将机械能转化为电能，本领域技术人员悉知汽轮机和发电机配合的发电过程，在此不再详细描述。

[0045] 蒸汽换热系统2包括连接在第一循环管路上的蒸汽管路，以及设置在蒸汽管路上的换热机构，第一循环管路中的蒸汽适于可选择地通过蒸汽管路进入换热机构，蒸汽管路可以将第一循环管路中的部分蒸汽导出，蒸汽通过蒸汽管路进入换热机构，提高换热机构的热量，为储热系统的储热提供条件。

[0046] 煤气换热系统3包括连接在锅炉11的燃料进口前端的燃料支管33，以及按照燃料输送方向依次安装在燃料支管33上的燃烧炉31和余热炉32，燃料可以为燃气，本实施例中提到的燃气可以为炼铁过程中产生的煤气，燃料支管33可以将部分煤气导出至燃烧炉31燃烧，燃烧产生的烟气和未燃烧燃气具有热量，可以继续沿燃料支管33可以进入余热炉32换热，换热完成的烟气和未燃烧燃气流向烟气处理系统。例如图1中所示，A为炼铁过程产生的煤气来管，煤气来管连接在锅炉11的燃料进口，燃料支管33连接在煤气来管上，B为烟气处理系统，燃烧后的烟气和未燃烧煤气可以进入到烟气处理系统进行处理。

[0047] 电热换热系统4包括与发电机12的供电线路连接的电加热器41。发电机12通过供电线路将电能输送至电力储存系统，电热换热系统4可以将部分发电量导出，并通过电加热器41将电能转化为热能，为储热系统的储热提供条件。

[0048] 储热系统5包括介质储存结构，以及将介质储存结构分别与蒸汽换热系统、煤气换热系统和电热换热系统连接的换热管路，换热管路可以分别与换热机构、燃烧炉31、余热炉32和电加热器41连通，换热管路通过流动的换热介质可以分别与上述结构换热，以将上述结构中的热量及时储存起来。

[0049] 供热系统6连接在储热系统5和热电系统1之间，适于可选择地将储热系统5中的热量传递给热电系统1。具体地，供热系统6的热量可以供汽轮机工作，由此将热能转化为电能。所以利用本发明提供的熔盐储能耦合煤气发电机组系统，热电系统1可以通过锅炉11、汽轮机和发电机12将燃烧热转化电能，以实现供电，在需要对热电系统1进行调峰时，可以通过如下三种方式进行调峰：

[0050] 第一种方式，蒸汽换热系统2利用蒸汽管路将第一循环管中的部分热蒸汽导出至换热机构，换热机构通过换热管路将热量传递给介质储存结构中的换热介质，以将热量储存，通过这种方式可以在不改变原有煤气处理量的情况下，将燃烧热产生的热量转移到储热系统5储存，降低了发电量，解决了煤气处理与发电量之间强耦合，调节性差的问题，也就是说在现有技术中为了保证煤气处理量，需要锅炉对煤气进行燃烧，汽轮机和发电机必然会产生电量，通过这种方式可以在保证处理煤气量符合要求的情况下，实现降低发电量，将热能储存起来，以便于后续需要提高发电峰值的时候，将热能转化为电能，降低燃烧煤气量，节约资源。

[0051] 第二种方式，煤气换热系统3利用燃料支管33将锅炉11进口前端的部分煤气引出，并通过燃烧炉31和余热炉32处理煤气，储热系统5的换热管路可以将燃烧炉31和余热炉32中的热量导出至介质储存结构中的换热介质，以将热量储存，通过这种方式可以降低煤气发电机组对煤气的处理量，利用燃烧炉31和余热炉32辅助煤气发电机组将煤气处理，在不改变总煤气处理量的情况下，利用引出燃气燃烧并储热的方式，降低了发电量，解决了煤气处理与发电量之间强耦合，调节性差的问题，也就是说在现有技术中为了保证煤气处理量，需要锅炉对煤气进行燃烧，汽轮机和发电机必然会产生电量，通过这种方式将部分煤气引出至燃烧炉处理，降低锅炉的燃烧量，那么可以在保证处理煤气量符合要求的情况下，实现降低发电量，将热能储存起来，以便于后续需要提高发电峰值的时候，将热能转化为电能，降低燃烧煤气量，节约资源。

[0052] 第三种方式，电热换热系统4利用电加热器41将电能转化为热能，之后储热系统5中的换热管路可以将电加热器41中的热量导出至介质储存结构的换热介质，以将热量储存，降低了发电量，从而在不改变总煤气处理量的情况下，解决了煤气处理与发电量强耦合，调节性差的问题。

[0053] 以上三种方式可以单独进行，或者二者组合进行，或者三者同时进行，可以根据需要处理的煤气总量而进行灵活选择，因此，本发明提供的熔盐储能耦合煤气发电机组系统能够通过蒸汽换热系统、煤气换热系统和电热换热系统进行灵活调峰，解决了燃气处理与发电量之间的矛盾。

[0054] 具体而言，在煤气发电机组需要日常小幅度调峰时段，可以将以上三种换热系统中任意一个换热系统启动，其他两个关闭，例如：打开蒸汽换热系统2，关闭燃气换热系统3和电热换热系统4，或者是，打开燃气换热系统3，关闭蒸汽换热系统2和电热换热系统4，或者，打开电热换热系统4，关闭蒸汽换热系统2和燃气换热系统。

[0055] 在煤气发电机组需要深度调峰时段，可以将以上三种换热系统重任意两个换热系统启动，其他一个关闭，例如：打开蒸汽换热系统2和燃气换热系统3，关闭电热换热系统4，或者是，打开蒸汽换热系统2和电热换热系统4，关闭燃气换热系统3，或者是，打开燃气换热系统3和电热换热系统4，关闭蒸汽换热系统2。

[0056] 在煤气发电机组需要实现零供电量时段，可以将以上三种换热系统全部关闭，这样就可以将煤气发电机组中的能量转化为热量在储存系统5中储存，可以实现零供电量。

[0057] 本实施例提供的熔盐储能耦合煤气发电机组系统可以处理的煤气可以为高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、天然气、乙炔气中的一种或其任意组合的混合气，可以根据实际情况而定。

[0058] 如图1所示，本实施例中，介质储存结构包括低温熔盐罐51和高温熔盐罐52，供热系统6通过放热管路连接在低温熔盐罐51和高温熔盐罐52之间，换热介质适于从高温熔盐罐52通过放热管路与供热系统6换热后进入低温熔盐罐51。高温熔盐罐52用于储存高温换热介质，如高温熔盐，低温熔盐罐51用于储存低温换热介质，如低温熔盐，高温熔盐罐52可以通过放热管路将高温换热介质输送到低温熔盐罐51中，供热系统6设置在换热管路上，高温换热介质流动至供热系统6换热，之后进入到低温熔盐罐51中。

[0059] 本实施例中的熔盐储罐采用单罐或多罐并联设置，当为单罐设置时，单罐出口设有介质驱动装置，当为多罐设置时，每个罐出口均设有介质驱动装置，驱动装置为相应驱动换热介质提供动力。

[0060] 如图1所示，本实施例中，换热管路包括连接在低温熔盐罐51出口以及高温熔盐罐进口52的第一介质流动管路，换热机构设置在第一介质流动管路上。第一介质流动管路适于将低温熔盐罐51中的低温换热介质导出，低温换热介质沿第一介质流动管路流动至换热机构中换热成为高温换热介质，之后继续流动进入到高温熔盐罐52中储存，由此完成对蒸汽换热系统2热量导出与储存。

[0061] 如图1、图2和图3所示，本实施例中，汽轮机包括高压缸13和中/低压缸14，进入高压缸13的蒸汽压力大于进入中/低压缸14的蒸气压力，对外供热的压力一般较低，导热管4的第一端与中/低压缸14的进口连接。例如，对外供热的压力一般在1至2.5MPa左右，而进入高压缸13的蒸汽压力一般会超过10MPa，不能够直接用于对外供热，就需要进行减压处理，这样会损失一部分热量，而进入中/低压缸14的蒸汽压力符合对外供热的压力，将导热管4连接至中/低压缸14的进口无需进行减压处理，不会造成热量的损失，同时还能够稳定进入高压缸13的蒸汽压力，稳定汽轮机的工作负荷。

[0062] 锅炉11包括第一进口112、第二进口114、第一出口111和第二出口113，第一循环管路包括第一进管151、第一出管152、第二进管153、第二出管154。第一进管151连接在第一出口111和高压缸13的进口之间，第一进管151用于将锅炉11产生的热蒸汽导入高压缸13中提供工作压力。第一出管152连接在高压缸13的出口与第一进口112之间，第一出管152用于将高压缸13出口的蒸汽导入至锅炉11中再次加热。第二进管153连接在第二出口113和中/低压缸14的进口之间，第二进管153用于将再次加热的蒸汽导入至中/低压缸14中提供工作负压。第二出管154连接在中/低压缸14的出口与第二进口114之间，中/低压缸14出口的蒸汽在冷凝后转化为水并通过第二出管154进入锅炉11中升温汽化，开始下一次循环。

[0063] 锅炉11可以设置有蒸发腔115和再热腔116，蒸发腔115提供的蒸汽压力大于再热腔116提供的蒸汽压力。蒸发腔115的两端开口分别为第一出口111和第二进口114，水通过第二进口114进入到蒸发腔115中升温转化为蒸汽，并从第一出口111排出进入到第一进管151中。再热腔116的两端开口分别为第二出口113和第一进口112，蒸汽从第一进口112进入到再热腔中再次升温，通过第二出口113排出至第二进管153，以提高蒸汽压力，方便中/低压缸14工作。

[0064] 换热机构包括第一换热器21、第一蒸汽出管211和第一蒸汽进管212，第一蒸汽出管211的一端连接在第一进管151上并形成第一节点，另一端连接在第一换热器21的蒸汽进口上，第一蒸汽出管212的一端连接在第一换热器21的蒸汽出口上，另一端连接在第一出管152上并形成第二节点。在第一蒸汽出管211上可以设置有调节型阀门，将调节型阀门打开之后第一进管151中的部分蒸汽可以沿第一蒸汽出管211进入到第一换热器21中，并将热量传递给第一换热器21，之后蒸汽由第一蒸汽出管212进入到第一出管152中。

[0065] 第一介质流动管路包括第一介质进管531和第一介质出管532，第一介质进管531连接在第一换热器21的换热介质进口和低温熔盐罐51的出口之间，第一介质出管532连接在第一换热器21的换热介质出口和高温熔盐罐52的进口之间。低温换热介质可以从低温熔盐罐51的出口通过第一介质出管531进入到第一换热器21的换热介质进口换热，由于第一换热器21与蒸汽换热后具有较高的温度，低温换热介质进入到第一换热器21后吸热成为高温换热介质，之后高温换热介质从第一换热器21的换热介质出口通过第一介质进管532进入到高温熔盐罐52储存。

[0066] 如图1、图2和图3所示，本实施例中，换热机构包括第二换热器22、第二蒸汽出管221和第二蒸汽进管222，第二蒸汽出管221的一端连接在第二进管153上并形成第三节点，另一端连接在第二换热器22的蒸汽进口上，第二蒸汽进管222的一端连接在第二换热器22的蒸汽出口上，另一端连接在第二出管154上并形成第四节点。第二蒸汽出管221可以将第二进管153中的部分蒸汽导出，蒸汽通过第二蒸汽出管221进入到第二换热器22中进行换热，第二换热器22的温度升高，之后蒸汽通过第二蒸汽进管222进入到第二出管154中。

[0067] 第一介质流动管路包括第二介质进管533和第二介质出管534，第二介质进管534连接在第二换热器22的换热介质入口和低温熔盐罐51的出口之间，第二介质出管534连接在第二换热器22的换热介质出口和高温熔盐罐52的进口之间。低温换热介质可以从低温熔盐罐51的出口通过第二介质进管533进入到第二换热器22的换热介质进口换热，由于第二换热器22与蒸汽换热后具有较高的温度，低温换热介质进入到第二换热器22吸热后成为高温换热介质，之后高温换热介质从第二换热器22的换热介质出口通过第二介质进管534进入到高温熔盐罐52储存。

[0068] 如图2所示，在本实施例的一种实施方式中，第二出管154上设置有冷凝器164，冷凝器164位于低压加热器162和中/低压缸14之间，用于将中/低压缸14出口排出的蒸汽冷凝为水，方便通过第二出管154对锅炉11进行补水。

[0069] 如图2所示，在本实施例中的一种实施方式，第二出管154上设置有除氧器161、位于除氧器161上游的低压加热器162以及位于除氧器161上游的高压加热器163，低压加热器162与中/低压缸14连接，高压加热器163与高压缸13连接。从中/低压缸14出口排出的蒸汽会被冷凝成水流动在第二出管154中，第二出管154沿水流方向依次经过低压加热器162、除氧器161和高压加热器163，之后进入锅炉11。

[0070] 低压加热器162能够将中/低压缸14中的热蒸汽部分导出用于对第二出管154中的水进行第一次预热。除氧器161用于将水中掺杂的氧气去除，以防止氧气对后续管路和设备腐蚀。高压加热器163能够将高压缸13中的热蒸汽部分导出用于对第二出管154中的水进行第二次预热。通过两次预热可以加快锅炉11将水转化为蒸汽的效率。

[0071] 需要说明的是，本实施例中可以设置多个高压缸13和/或中/低压缸14，可以设置不同数量的低压加热器和高压加热器，本实施例对此不做限制。

[0072] 如图3所示，在本实施例的一种实施方式中，第二介质进管533的一端可以连接在第一介质进管531上，另一端连接在第二换热器22的换热介质进口，第二介质出管的一端连接在第二换热器22的换热介质出口，另一端连接在第一介质出管532上。由此，可以通过相同的熔盐泵带动换热介质在低温熔盐罐51、第一换热器21、第二换热器22和高温熔盐罐22之间流动，减少了熔盐泵的设置数量。

[0073] 如图1和图4所示，在本实施例中，换热管路包括连接在低温熔盐罐51和高温熔盐罐52之间的第二介质流动管路，燃烧炉31和余热炉32设置在第二介质流动管路上。低温熔盐罐51中的低温换热介质可以通过第二介质流动管路进入到燃烧炉31和余热炉32换热成为高温换热介质，高温换热介质继续通过第二换热介质管路流动至高温熔盐罐52中储存。

[0074] 如图1和图4所示，在本实施例中，第二介质流动管路包括：

[0075] 第三介质进管541和第三介质出管542，第三介质进管541连接在燃烧炉31的换热介质入口和高温熔盐罐51的出口之间，第三介质出管542连接在燃烧炉31的换热介质出口和高温熔盐罐52的进口之间。低温换热介质可以从低温熔盐罐51的出口通过第三介质进管541进入到燃烧炉31中换热成为高温换热介质，高温换热介质从燃烧炉31的换热介质出口通过第三介质出管542进入到高温熔盐罐52中储存。

[0076] 第四介质进管543和第四介质出管544，第四介质进管543连接在余热炉32的换热介质入口和低温熔盐罐51之间，第四介质出管544连接在余热炉32的换热介质出口和高温熔盐罐52之间。低温换热介质可以从低温熔盐罐51的出口通过第四介质进管543进入到余热炉32中换热成为高温换热介质，高温换热介质从余热炉32的换热介质出口通过第四介质出管544进入到高温熔盐罐52中储存。

[0077] 如图1和图4所示，在本实施例中，在本实施例的一个具体实施方式中，第四介质出管544的一端连接在余热炉32的换热介质出口上，另一端连接在第三介质进管541上。低温换热介质与余热炉32换热之后温度可能不满足温度要求，经过余热炉32的换热介质进入到第三介质进管541中继续流动至燃烧炉31换热，之后从第三介质出管542流动至高温熔盐罐52储存。

[0078] 如图1和图5所示，在本实施例中，换热管路包括连接在电加热器41上的第三介质流动管路，第三介质流动管路包括第五介质进管551和第五介质出管552，第五介质进管551连接在低温熔盐罐51的出口和电加热器41的换热介质入口之间，第五介质出管552连接在电加热器41的换热介质出口和高温熔盐罐52的进口之间。低温换热介质可以从低温熔盐罐51的出口通过第五介质进管551进入到电加热器41中换热成为高温换热介质，高温换热介质从电加热器41的换热介质出口通过第五介质出管552进入到高温熔盐罐52中储存。

[0079] 如图1和图6所示，在本实施例中，供热系统6包括预热器61、蒸发器62、过热器63和供热管路64，放热管路65按照换热介质的流动方向依次连接高温熔盐罐52的出口、过热器63、蒸发器62、预热器61以及低温熔盐罐51的进口。高温换热介质从高温熔盐罐52的出口沿放热管路65流动，并依次与过热器63、蒸发器62、预热器61换热，过热器63、蒸发器62和预热器61的温度由大到小。

[0080] 供热管路64的一端连接在第二出管154上，另一端连接在第一进管151和/或第二进管153上，供热管路64依次连通预热器61、蒸发器62和过热器63。供热管路64可以将第二出管154中的水导出，水沿着供热管路64依次进入到预热器61、蒸发器62和过热器63，水由液态吸热转化为蒸汽，之后通过供热管路64进入到第一进管151和/或第二进管153中，为汽轮机的工作提供动力。

[0081] 在实际应用中，供热管路64靠近第一循环管路的一端具有两条支管，一条支连接在第一进管151上，另一条支管连接在第二进管153上，并且在两条支管上分别设置调节型阀门，由此可以根据供热管路64中的蒸汽温度控制蒸汽流向第一进管151和/或第二进管153中。

[0082] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。