本发明涉及余热回收，尤其涉及一种节能型多炉燃烧低热值燃气的储热发电装置系统及方法。
背景技术：
1、随着新型电力系统建设进程的深入，电力价格的峰谷差异逐步增大，针对工厂自建的可燃气发电厂的储能改造也提上日程。例如，钢铁的生产流程中会产生大量的煤气，目前大部分钢厂自建了发电系统，通过燃烧高炉煤气进行发电以补充厂用电。通过给煤气发电系统配置储热设施，可使自建电厂在电价低谷期少发电，多购电网上的低价电，在用电高峰期多发电，少用电网上的高价电，降低电厂用电成本。但是，一般用于自建电厂的燃气(如上述钢厂的煤气)热值较低，储热介质在单个燃烧炉中的温升较小。为了将储热介质加热到目标温度，一般通过将储热介质在储罐与燃烧炉间多次循环的方式缓慢提升储热介质的温度。这样导致的后果是单次循环的储热介质流量需要成倍增加，与之配套的管道、泵、阀门、仪表的设计要求都需要提高。尤其是在高温储热介质回路，相应的配件成本较高，增加设计要求会极大增加系统的建设成本。
2、cn113294829a公开了一种燃气轮机余热储能供热系统及方法，包括燃气轮机发电系统、尾气回收储能系统和供热系统，天然气燃烧产生的部分高温烟气进入燃气涡轮做功所产生的能量经发电机转化为电能储存在蓄电池中，实现高温烟气余热到电能的转化；另一部分高温烟气进入换热器，进入换热器的自来水吸收热量蒸发成为高温水蒸气，高温水蒸气进入储存罐，实现将余热直接储存在水蒸气中；在冬季供暖时，高温水蒸气经储存罐的水蒸气出口进入混合室，自来水将进入混合室内的高温水蒸气液化降温至暖气供应所需温度，经暖气供应机构输送至用户端，经用户端取热后的温水经污水处理器处理后，由水泵泵入混合室回水入口和换热器，作为水源循环利用，提高了能源的整体利用效率。
3、cn113250769a公开了一种用于用户侧的可燃气体供电装置及其调峰方法和应用，用于用户侧的可燃气体供电装置，包括用于用户侧的可燃气体供电系统，可燃气体供电系统包括除氧器、凝汽器、汽轮机和锅炉，汽轮机连接有发电机，还包括外接至可燃气体供电系统的供电调峰装置，供电调峰装置包括：一燃烧炉，其具有一用于通入可燃气体的入口；一第一储热系统，与燃烧炉连通并形成换热回路；一第一换热系统，与第一储热系统连通并形成换热回路，其进水口连通至除氧器的出水口，其出气口连通至汽轮机的进气口。
4、cn114811559a公开了一种火电厂高低温储热调峰系统及方法，该系统包括锅炉系统、汽轮机发电系统、高温储热装置、低温储热装置；所述高温储热装置利用锅炉系统蒸汽出口的高温蒸汽进行储热，冷却后的凝结水与锅炉进口给水混合，当高温储热装置放热时，一部分锅炉进口给水进入高温储热装置，产生高温蒸汽；所述低温储热装置利用锅炉进口的给水进行储热，降低温度后的给水与汽轮机发电系统的回热加热器进口给水混合，当低温储热装置放热时，回热加热器进口的一部分给水进入低温储热装置，加热后的给水与回热加热器的出口给水混合；高低温混合储热提高了火电厂发电的变负荷速率和范围，增加火电厂发电和供热灵活性，针对不同的负荷要求高效输出电和热。
5、但上述装置系还存在储热介质温度高，流量大，设备造价高、系统运行难度大的问题。
技术实现思路
1、鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种节能型多炉燃烧低热值燃气的储热发电装置系统及方法，通过多炉燃烧逐级升温的方式将原先多次循环加热储热介质的工作流程变为一次加热，降低了储热介质的工作流量，降低了装置系统的设计要求，进而降低了设备造价和运行难度。
2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供一种节能型多炉燃烧低热值燃气的储热发电装置系统，所述储热发电装置系统包括依次连接的第一换热介质储存装置、烟气换热装置、第二换热介质储存装置、燃烧炉和第三换热介质储存装置；所述第三换热介质储存装置依次与过热装置、蒸发装置、预热装置和第一换热介质储存装置相连；所述过热装置依次与汽轮机和发电机相连；所述预热装置还经给水管道依次与蒸发装置和过热装置相连；
4、所述烟气换热装置包括并联设置的至少两个烟气换热器；所述燃烧炉包括串联设置的至少两个燃烧炉。
5、本发明所述的节能型多炉燃烧低热值燃气的储热发电装置系统中烟气换热装置对烟气的余热进行利用，提升储热介质的温度，可以降低燃烧炉的设计负荷。所述烟气换热装置并联设置，是因为多个串联的燃烧炉对于储热介质逐级升温，各燃烧炉的烟气温度不一致，并联设置多个烟气换热装置可以对不同燃烧炉配置的烟气换热器进行差异设计，保证烟气换热后的排烟温度一致。所述第二换热介质储存装置作为储热介质经过各并联烟气换热装置后的储存装置，以罐内混合替代管道混合，罐内混合可以保证进入燃烧炉中的换热介质的温度一致性，之后合并为一路进入串联的燃烧炉中，也可以确保出燃烧炉的换热介质的温度，所述第二换热介质储存装置在该节能型多炉燃烧低热值燃气的储热发电装置系统停车时可作为系统内储热介质的排空装置。
6、本发明所述的节能型多炉燃烧低热值燃气的储热发电装置系统中烟气换热装置结构设计合理，通过多炉燃烧逐级升温的方式将原先多次循环加热储热介质的工作流程变为一次加热，降低了储热介质的工作流量，进而降低了系统造价和运行难度。通过烟气换热装置和燃烧炉对储热介质进行逐级升温，可以只在高温段燃烧炉使用耐温等级高的材质制造，低温段燃烧炉可使用耐温等级低的材质，降低设备造价。本发明所述储热发电装置系统由于储热介质只在最后一个燃烧炉中有超温风险，可以只对最后一个燃烧炉进行更精细化的控制，如控制燃烧器开度，风门开度等，大幅度降低了系统控制难度。
7、本发明所述低热值燃气是指热值不超过6280kj/nm3的可燃气体，例如高炉煤气等。
8、优选地，所述储热发电装置系统还包括与烟气换热装置依次连接的空气预热装置、燃气加热装置和烟囱。
9、优选地，所述空气预热装置包括并联设置的至少两个空气预热器，可以对各空气预热器进行差异设计，控制各燃烧炉引入空气的温度、空气量和压力。
10、优选地，所述空气预热器的数量与烟气换热器的数量相同。
11、优选地，所述第一换热介质储存装置经第一输送泵与烟气换热装置相连；
12、优选地，所述第二换热介质储存装置经第二输送泵与燃烧炉相连；
13、优选地，所述第三换热介质储存装置经第三输送泵与过热装置相连。
14、优选地，所述汽轮机分别与凝汽装置、热泵和除氧装置相连。
15、本发明所述热泵的工作原理为从汽轮机抽取的高温蒸汽进入驱动热泵做功，吸收循环水中的余热，加热进入热泵的冷凝水，最终高温蒸汽和循环水中的热量通过热泵均转移至冷凝水中，提高了冷凝水进入预热器的温度。
16、优选地，所述凝汽装置与热泵循环相连。
17、优选地，所述凝汽装置与凉水塔和循环泵循环相连。
18、优选地，所述热泵依次与水泵、除氧装置、给水泵和预热装置相连。
19、第二方面，本发明还提供一种如第一方面所述的节能型多炉燃烧低热值燃气的储热发电装置系统的运行方法，所述方法包括：
20、储能阶段：第一换热介质储存装置内的换热介质经第一输送泵进入烟气换热装置被加热后进入第二换热介质储存装置；所述第二换热介质储存装置内的换热介质经第二输送泵进入燃烧炉再次加热后进入第三换热介质储存装置存储；
21、释能阶段：所述第三换热介质储存装置内的换热介质经第三输送泵依次进入过热装置、蒸发装置和预热装置释放热量后，进入第一换热介质储存装置存储；
22、给水由给水泵升压输送，依次进入预热装置、蒸发装置和过热装置吸收热量后，进入汽轮机做功驱动发电机发电。
23、本发明所述的节能型多炉燃烧低热值燃气的储热发电装置系统的运行方法操作简单，通过串联的多个燃烧炉将储热介质一次性加热，降低了储热介质的工作流量，进而降低系统造价和运行难度；同时通过逐级升温的方式对储热介质进行加热，降低了换热介质储存设备的造价。而且采用热泵对循环水的热量进行了回收再利用，降低了系统能耗，节能意义显著。
24、优选地，所述储能阶段空气经空气预热装置加热后进入燃烧炉，烟气经燃气加热装置加热后进入燃烧炉，燃烧炉产生的烟气依次经烟气换热装置、空气预热装置和燃气加热装置释放热量后，经烟囱排放。
25、优选地，所述释能阶段汽轮机产生的乏汽，进入凝汽装置冷凝为冷凝水后，分为两路，一路进入热泵释放热量，另一路进入凉水塔释放热量后经循环泵，与从热泵出来的水合并后返回凝汽装置。
26、优选地，从汽轮机抽汽，一路抽汽进入热泵作为高温热源，另一路抽汽进入除氧装置作为加热除氧热源；其中热泵中的抽汽驱动热泵做功，与从凝汽装置出来的冷凝水换热后，经过水泵进入除氧装置；除氧装置中的抽汽对冷凝水进行加热除氧后由给水泵引入预热装置。
27、本发明对进入预热器的给水进行了预热，提升了给水进入蒸汽发生系统的温度，进而可以降低预热器的设计功率，降低了设备造价。
28、作为本发明优选的技术方案，所述运行方法包括：
29、储能阶段：第一换热介质储存装置内的换热介质经第一输送泵进入烟气换热装置被加热后进入第二换热介质储存装置；所述第二换热介质储存装置内的换热介质经第二输送泵进入燃烧炉再次加热后进入第三换热介质储存装置存储；
30、空气经空气预热装置加热后进入燃烧炉，烟气经燃气加热装置加热后进入燃烧炉，燃烧炉产生的烟气依次经烟气换热装置、空气预热装置和燃气加热装置释放热量后，经烟囱排放；
31、释能阶段：所述第三换热介质储存装置内的换热介质经第三输送泵依次进入过热装置、蒸发装置和预热装置释放热量后，进入第一换热介质储存装置存储；
32、给水由给水泵升压输送，依次进入预热装置、蒸发装置和过热装置吸收热量后，进入汽轮机做功驱动发电机发电；
33、汽轮机产生的乏汽，进入凝汽装置冷凝为冷凝水后，分为两路，一路进入热泵释放热量，另一路进入凉水塔释放热量后经循环泵，与从热泵出来的水合并后返回凝汽装置；
34、从汽轮机抽汽，一路抽汽进入热泵作为高温热源，另一路抽汽进入除氧装置作为加热除氧热源；其中热泵中的抽汽驱动热泵做功，与从凝汽装置出来的冷凝水换热后，经过水泵进入除氧装置；除氧装置中的抽汽对冷凝水进行加热除氧后由给水泵引入预热装置。
35、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
36、(1)本发明提供的节能型多炉燃烧低热值燃气的储热发电装置系统通过多炉燃烧逐级升温的方式将原先多次循环加热储热介质的工作流程变为一次加热，降低了储热介质的工作流量，降低了系统的设计要求，降低了系统造价和运行难度。
37、(2)本发明提供的节能型多炉燃烧低热值燃气的储热发电装置系统通过逐级升温的方式对储热介质进行加热，可以只在高温段燃烧炉使用耐温等级高的材质制造，低温段燃烧炉可使用耐温等级低的材质，降低设备造价。
38、(3)本发明提供的节能型多炉燃烧低热值燃气的储热发电装置系统由于储热介质只在最后一个燃烧炉中有超温风险，可以只对最后一个燃烧炉进行更精细化的控制，系统控制难度更低。
39、(4)本发明提供的节能型多炉燃烧低热值燃气的储热发电装置系统通过设置热泵的方式对循环水的热量进行了回收，将原本散发至空气中的热量进行了再利用，降低了系统能耗，节能意义显著。
1.一种节能型多炉燃烧低热值燃气的储热发电装置系统，其特征在于，所述储热发电装置系统包括依次连接的第一换热介质储存装置、烟气换热装置、第二换热介质储存装置、燃烧炉和第三换热介质储存装置；所述第三换热介质储存装置依次与过热装置、蒸发装置、预热装置和第一换热介质储存装置相连；所述过热装置依次与汽轮机和发电机相连；所述预热装置还经给水管道依次与蒸发装置和过热装置相连；
2.根据权利要求1所述的储热发电装置系统，其特征在于，所述储热发电装置系统还包括与烟气换热装置依次连接的空气预热装置、燃气加热装置和烟囱。
3.根据权利要求2所述的储热发电装置系统，其特征在于，所述空气预热装置包括并联设置的至少两个空气预热器；
4.根据权利要求1～3任一项所述的储热发电装置系统，其特征在于，所述第一换热介质储存装置经第一输送泵与烟气换热装置相连；
5.根据权利要求1～4任一项所述的储热发电装置系统，其特征在于，所述汽轮机分别与凝汽装置、热泵和除氧装置相连。
6.根据权利要求5所述的储热发电装置系统，其特征在于，所述凝汽装置与热泵循环相连。
7.根据权利要求5所述的储热发电装置系统，其特征在于，所述凝汽装置与凉水塔和循环泵循环相连。
8.根据权利要求5所述的储热发电装置系统，其特征在于，所述热泵依次与水泵、除氧装置、给水泵和预热装置相连。
9.一种如权利要求1～8任一项所述的节能型多炉燃烧低热值燃气的储热发电装置系统的运行方法，其特征在于，所述运行方法包括：
10.根据权利要求9所述的运行方法，其特征在于，所述储能阶段空气经空气预热装置加热后进入燃烧炉，烟气经燃气加热装置加热后进入燃烧炉，燃烧炉产生的烟气依次经烟气换热装置、空气预热装置和燃气加热装置释放热量后，经烟囱排放；
