CN107246289B - 一种利用熔融盐蓄热实现电站调峰的装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用熔融盐蓄热实现电站调峰的装置及其工作方法，属于电站调峰储能技术领域，包括熔融盐蓄放热系统、蒸汽发生系统和传统发电系统；所述熔融盐蓄放热系统与蒸汽发生系统相连，所述熔融盐蓄放热系统包括熔融盐罐、熔融盐蓄热泵、一号熔融盐阀门、熔融盐放热泵和二号熔融盐阀门，所述蒸汽发生系统为蒸汽发生器，传统发电系统包括锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器和给水泵等。本发明利用熔融盐的高温蓄热能力，对锅炉富余蒸汽的热能进行存储，在需要时再重新转化为高温高压蒸汽发电，适应电站调峰需求，尤适合超低负荷下的电站稳定运行，具有系统简单、调峰便捷、经济性高等优点，且对原系统影响小。

Description

一种利用熔融盐蓄热实现电站调峰的装置及其工作方法

技术领域

本发明属于电站调峰储能技术领域，涉及一种利用熔融盐蓄热实现电站调峰的装置及其工作方法。

背景技术

电力行业是国民经济的基础。随着我国电力用户用电需求和用电结构的变化，用电昼夜峰谷差逐渐加大，峰谷差可达发电峰值负荷的30%-40%，这给电网调峰、机组调频带来了巨大压力。在机组运行过程中，必须采用一定的调峰措施，才能确保电力系统的供用电平衡。一般的调峰方法有利用火电机组调峰、燃气轮机组调峰和水电调峰等。其中，利用火电机组深度调峰时，极易引起锅炉稳燃困难，环保指标超标等问题，且火电机组低负荷下运行经济性较差，导致煤耗上升，度电成本升高。储能是指利用一定的介质将能量以一定的形式存储起来，并在需要时将所存能量释放发电的技术。利用储能技术，可以对电网进行“削峰填谷”，减少资源浪费从而提高能源利用率。熔融盐是一种优良的蓄热储能介质，其能承受较高的使用温度，热容量大、传热性能高、价格低廉等。

中国专利201310573325.4公开了一种双腔体电蓄热器，至少包含有一个容器，容器内部设置有至少二个腔体，一个为蓄热腔体，一个为换热腔体，在蓄热腔体内设置有蓄热材料；在蓄热材料内设置有将电能转换为热能的器件，将电能转换为热能，经转换的热能储存在蓄热材料内。然而，将清洁的电能直接转换为热能进行存储是不经济的，且该设计无法应对于电站系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理、节能降耗、环保的利用熔融盐蓄热实现电站调峰的装置及其工作方法。本发明利用熔融盐的蓄热性能对锅炉产生的富余蒸汽的热能进行存储，在需要时再将其释放，推动汽轮机发电的利用熔融盐蓄热实现电站调峰。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种利用熔融盐蓄热实现电站调峰的装置，其特征在于：包括熔融盐蓄放热系统、蒸汽发生系统和传统发电系统；

所述熔融盐蓄放热系统包括熔融盐罐、熔融盐蓄热泵、一号熔融盐阀门、熔融盐放热泵和二号熔融盐阀门，所述蒸汽发生系统为蒸汽发生器，所述传统发电系统包括锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、给水泵和蒸汽阀门；

所述熔融盐罐包括罐盖、罐壳、罐体、熔融盐上进出口、熔融盐下进出口、蒸汽管路和疏水阀，所述罐盖设置在罐体的顶部，所述罐壳设置在罐体的外层，所述罐体水平安装且罐体的形状为圆台形，所述罐体的上底面的半径小于罐体的下底面的半径，所述熔融盐上进出口设置在罐体的顶部，所述熔融盐下进出口设在罐体的底部，所述蒸汽管路沿竖直或螺旋方向安装在罐体中，所述疏水阀设置在罐体的下部，蒸汽管路与疏水阀相连，疏水阀与凝汽器的入口相连，罐体的上部设置有高温熔融盐层，罐体的下部设置有低温熔融盐层；

所述熔融盐上进出口与熔融盐放热泵相连，蒸汽管路的上端与蒸汽阀门相连，蒸汽阀门与锅炉的出口相连，二号熔融盐阀门并联在熔融盐放热泵的两端，熔融盐下进出口与熔融盐蓄热泵相连，一号熔融盐阀门并联在熔融盐蓄热泵的两端，蒸汽发生器的两端分别与熔融盐放热泵和熔融盐蓄热泵相连，蒸汽发生器的两端又分别与给水泵和汽轮机的进气口相连，锅炉的出口与汽轮机的进气口相连，汽轮机和发电机相连，汽轮机的排气口与凝汽器的入口相连，凝汽器的出口与给水泵相连，给水泵与蒸汽发生器相连，给水泵与锅炉的入口相连。

本发明所述熔融盐罐还包括液位计和安全阀，安全阀和液位计均设置在罐体上。液位计用于检测高温熔融盐层和低温熔融盐层的界面位置，安全阀用于系统排压。

本发明所述罐壳的表面设置有保温层。

本发明所述高温熔融盐层与低温熔融盐层之间设置有过渡层。

一种利用熔融盐蓄热实现电站调峰的装置的工作方法，其特征在于：

（1）当电站需要降低负荷时，锅炉将富余的蒸汽通过蒸汽阀门送往罐体中，蒸汽在罐体的蒸汽管路中进行放热，放热后的蒸汽经过疏水阀前往凝汽器进行冷凝形成冷凝水，然后冷凝水经由给水泵送入锅炉；熔融盐蓄热泵打开，低温熔融盐层中的熔融盐经由熔融盐下进出口从罐体中流出前往蒸汽发生器；

（2）当电站需要增加负荷时，高温熔融盐层中的熔融盐通过熔融盐放热泵从熔融盐上进出口流出，前往蒸汽发生器，同时给水泵将部分给水送往蒸汽发生器，高温熔融盐层中的熔融盐在蒸汽发生器中对部分给水进行加热，部分给水变为蒸汽前往汽轮机推动汽轮机做功。

本发明当电站需要降低负荷时，蒸汽在蒸汽管路中进行放热后流经罐体的底部防止低温熔融盐层中的熔融盐凝结。

本发明高温熔融盐层的温度高于低温熔融盐层的温度，

（1）当电站需要降低负荷时，高温熔融盐层增大，低温熔融盐层减少，过渡层下移；

（2）当电站需要增加负荷时，高温熔融盐层减少，低温熔融盐层增加，过渡层上移。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1. 本发明利用熔融盐高温蓄热特性，将锅炉产生的富余蒸汽进行热量存储，在需要时再由蒸汽发生器重新产生高温高压蒸汽推动汽轮机再发电；

2. 熔融盐蓄放热系统采用了一体式的熔融盐罐，高温熔融盐和低温熔融盐利用密度差自然分层布置，减少了罐体个数，降低了投资成本；

3. 罐体底部大腔体为放热膨胀后的蒸汽提供空间，减少了应力，同时底部蒸汽留有较高余温，能有效避免低温熔融盐段熔融盐的冷凝；

4. 富余蒸汽在熔融盐罐体内放热后重新回到冷凝系统，对原有热力系统影响不大；

5. 进一步地，本发明实现了一种利用熔融盐蓄热实现电站调峰的方法，系统布置简单，换热效率高，调峰便捷，且对原系统影响小，成本低廉。

附图说明

图1是本发明实施例的管路结构示意图。

图2是本发明实施例的结构示意图。

图3是本发明实施例熔融盐罐的主视剖面结构示意图。

图4是本发明实施例熔融盐罐的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例

参见图1至图4。

本实施例提供了一种利用熔融盐蓄热实现电站调峰的装置，包括熔融盐蓄放热系统I、蒸汽发生系统II和传统发电系统III。熔融盐蓄放热系统I与蒸汽发生系统II相连，蒸汽发生系统II和传统发电系统III相连，熔融盐蓄放热系统I和传统发电系统III相连。

熔融盐蓄放热系统I包括熔融盐罐1、熔融盐蓄热泵2、一号熔融盐阀门3、熔融盐放热泵4和二号熔融盐阀门5。

蒸汽发生系统II为蒸汽发生器6。

传统发电系统III包括锅炉8、汽轮机9、发电机10、凝汽器11、给水泵12和蒸汽阀门7。

其中，熔融盐罐1包括罐盖13、罐壳、罐体、熔融盐上进出口15、熔融盐下进出口20、蒸汽管路21和疏水阀19。

罐盖13设置在罐体的顶部，罐壳设置在罐体的外层，罐体水平安装且罐体的形状为圆台形，罐体的上底面的半径小于罐体的下底面的半径。

作为优选，熔融盐罐1还包括液位计和安全阀14，安全阀14和液位计均设置在罐体上。液位计用于检测高温熔融盐层16和低温熔融盐层18的界面位置，安全阀14用于系统排压。

作为优选，本实施例中安全阀14设置在罐盖13上。

作为优选，本实施例中罐壳的表面设置有保温层。

罐体的上部设置有高温熔融盐层16，罐体的下部设置有低温熔融盐层18。高温熔融盐层16中的熔融盐为高温熔融盐，低温熔融盐层18中的熔融盐为低温熔融盐。高温熔融盐层16的温度高于低温熔融盐层18的温度。

作为优选，本实施例中高温熔融盐层16与低温熔融盐层18之间设置有过渡层17。过渡层17由高温熔融盐层16和低温熔融盐层18之间的密度差，自然分层形成。

熔融盐上进出口15设置在罐体的顶部，熔融盐下进出口20设在罐体的底部。熔融盐上进出口15用于高温熔融盐从罐体中离开，熔融盐上进出口15连接有一号管路，一号管路中具有熔融盐，一号管路中的熔融盐可通过熔融盐上进出口15进入罐体。熔融盐下进出口20用于低温熔融盐从罐体中离开，熔融盐下进出口20连接有二号管路连接，二号管路中具有熔融盐，二号管路中的熔融盐可通过熔融盐下进出口20进入罐体。

一号管路与熔融盐放热泵4相连，一号管路与二号熔融盐阀门5相连。二号管路与熔融盐蓄热泵2相连，二号管路与一号熔融盐阀门3相连。

蒸汽管路21呈竖直状或螺旋状安装在罐体中，疏水阀19设置在罐体的下部。蒸汽管路21贯通高温熔融盐层16、过渡层17和低温熔融盐层18，蒸汽管路21用于使锅炉8产生的富余的蒸汽在高温熔融盐层16与低温熔融盐层18中流动放热。

作为优选，本实施蒸汽管路21呈竖直状安装在罐体中。

熔融盐上进出口15与熔融盐放热泵4相连，二号熔融盐阀门5并联在熔融盐放热泵4的两端，熔融盐下进出口20与熔融盐蓄热泵2相连，一号熔融盐阀门3并联在熔融盐蓄热泵2的两端，蒸汽发生器6的两端分别与熔融盐放热泵4和熔融盐蓄热泵2相连。高温熔融盐层16、熔融盐上进出口15、熔融盐放热泵4、蒸汽发生器6、熔融盐蓄热泵2、熔融盐下进出口20和低温熔融盐层18形成熔融盐的循环回路。当电站需要降低负荷时，熔融盐蓄热泵2开始工作，低温熔融盐层18中的熔融盐在熔融盐蓄热泵2的作用下，从熔融盐下进出口20离开罐体前往蒸汽发生器6，高温熔融盐层16中的高温熔融盐含量增加，该方案使得蒸汽的热量被存储在熔融盐中。当电站需要增加负荷时，熔融盐放热泵4开始工作，高温熔融盐层16中的熔融盐在熔融盐放热泵4的作用下，从熔融盐上进出口15离开经过熔融盐放热泵4前往蒸汽发生器6，该方案可以使得高温熔融盐层16中的熔融盐在蒸汽发生器6中对给水加热使其变为高温高压的蒸汽，从而带动汽轮机9对发电机10做功，实现熔融盐内储能的再利用。

蒸汽管路21的上端与蒸汽阀门7相连，蒸汽阀门7与锅炉8的出口相连。

作为优选，蒸汽阀门7与锅炉8的出口通过气流管道相连，蒸汽管路21的上端与蒸汽阀门7通过气流管道相连。当电站需要降低负荷时，打开蒸汽阀门7，锅炉8中产生的富余的蒸汽从锅炉8的出口通过气流管道流经蒸汽阀门7，再从蒸汽阀门7通过气流管道流入蒸汽管路21的上端，通过蒸汽管路21实现对熔融盐的加热，实现了富余热能的储存。

蒸汽管路21与疏水阀19相连，疏水阀19与凝汽器11的入口相连，蒸汽发生器6的两端又分别与给水泵12和汽轮机9的进气口相连，锅炉8的出口与汽轮机9的进气口相连，汽轮机9和发电机10相连，汽轮机9的排气口与凝汽器11的入口相连，凝汽器11的出口与给水泵12相连，给水泵12与蒸汽发生器6相连，给水泵12与锅炉8的入口相连。

传统发电系统III在正常工作状态如下：给水泵12向锅炉8内提供给水，给水通过锅炉8的加热变为蒸汽，蒸汽前往汽轮机9，通过汽轮机9对发电机10做功发电，同时蒸汽逐渐冷却，汽轮机9将做功后的蒸汽通过汽轮机9的排气口送入凝汽器11的入口，蒸汽在凝汽器11中冷凝成为冷的给水，冷的给水通过给水泵12的动力驱动，再次送入锅炉8中加热，往复循环。

作为优选，本实施例中熔融盐放热泵4上安装有放热泵阀门，防止蓄热过程中熔融盐倒灌至熔融盐放热泵4。

作为优选，本实施例中熔融盐蓄热泵2上安装有蓄热泵阀门，防止放热过程中熔融盐倒灌至熔融盐蓄热泵2。

本实施例还提供了利用熔融盐蓄热实现电站调峰的装置的工作方法。

当电站需要降低负荷时，锅炉8将富余的蒸汽从锅炉8的出口引出，富余的蒸汽通过蒸汽阀门7送往罐体中，在罐体的蒸汽管路21中放热。于此同时，一号熔融盐阀门3关闭，二号熔融盐阀门5处于打开状态，放热泵阀门关闭，打开熔融盐蓄热泵2，低温熔融盐层18中的熔融盐经由熔融盐下进出口20从罐体中流出前往蒸汽发生器6。此时罐体内的熔融盐与蒸汽以蒸汽管路21为热媒介进行热传递，蒸汽放热将熔融盐加热，罐体内的高温熔融盐含量增多，低温熔融盐含量减少。放热后的蒸汽经过疏水阀19前往凝汽器11进行冷凝形成冷凝水，然后冷凝水经由给水泵12再次送入锅炉8，实现了给水的循环利用。于此同时，蒸汽在蒸汽管路21放热后流经罐体底部时仍有较高余温，可防止低温熔融盐层18中的熔融盐凝结。本过程中，罐体中高温熔融盐层16逐渐增大，低温熔融盐层18逐渐减少，过渡层17下移。

当电站需要增加负荷时，一号熔融盐阀门3打开，二号熔融盐阀门5处于关闭状态，打开熔融盐放热泵4，关闭蓄热泵阀门，高温熔融盐层16中的熔融盐通过熔融盐放热泵4从熔融盐上进出口15流出前往蒸汽发生器6，同时给水泵12将部分给水送往蒸汽发生器6。在蒸汽发生器6中，高温熔融盐层16中的熔融盐对给水进行加热，熔融盐逐渐降温，给水升温形成蒸汽。在蒸汽发生器6中形成的蒸汽前往汽轮机9推动汽轮机9做功，汽轮机9带动发电机10发电。本方法中实现了高温熔融盐层16中的热量再提取和再利用。本过程中，罐体中高温熔融盐层16逐渐减少，低温熔融盐层18逐渐增加，过渡层17上移。

其中，不论电站需要降低负荷时还是电站需要增加负荷时，传统发电系统III的正常工作状态均在同时实施。

本实施例利用熔融盐的高温蓄热能力，对锅炉8产生的富余蒸汽的热能进行存储，在需要时再重新转化为高温高压蒸汽发电，适应电站调峰需求，尤适合超低负荷下的电站稳定运行，具有系统简单、调峰便捷、经济性高等优点，且对原系统影响小。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种利用熔融盐蓄热实现电站调峰的装置的工作方法，其特征在于：装置包括熔融盐蓄放热系统、蒸汽发生系统和传统发电系统；

所述熔融盐蓄放热系统包括熔融盐罐、熔融盐蓄热泵、一号熔融盐阀门、熔融盐放热泵和二号熔融盐阀门，所述蒸汽发生系统为蒸汽发生器，所述传统发电系统包括锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、给水泵和蒸汽阀门；

所述熔融盐罐包括罐盖、罐壳、罐体、熔融盐上进出口、熔融盐下进出口、蒸汽管路和疏水阀，所述罐盖设置在罐体的顶部，所述罐壳设置在罐体的外层，所述罐体水平安装且罐体的形状为圆台形，所述罐体的上底面的半径小于罐体的下底面的半径，所述熔融盐上进出口设置在罐体的顶部，所述熔融盐下进出口设在罐体的底部，所述蒸汽管路呈竖直状或螺旋状安装在罐体中，所述疏水阀设置在罐体的下部，蒸汽管路与疏水阀相连，疏水阀与凝汽器的入口相连，罐体的上部设置有高温熔融盐层，罐体的下部设置有低温熔融盐层；

所述熔融盐上进出口与熔融盐放热泵相连，蒸汽管路的上端与蒸汽阀门相连，蒸汽阀门与锅炉的出口相连，二号熔融盐阀门并联在熔融盐放热泵的两端，熔融盐下进出口与熔融盐蓄热泵相连，一号熔融盐阀门并联在熔融盐蓄热泵的两端，蒸汽发生器的两端分别与熔融盐放热泵和熔融盐蓄热泵相连，蒸汽发生器的两端又分别与给水泵和汽轮机的进气口相连，锅炉的出口与汽轮机的进气口相连，汽轮机和发电机相连，汽轮机的排气口与凝汽器的入口相连，凝汽器的出口与给水泵相连，给水泵与蒸汽发生器相连，给水泵与锅炉的入口相连；

工作方法如下：

（1）当电站需要降低负荷时，锅炉将富余的蒸汽通过蒸汽阀门送往罐体中，蒸汽在罐体的蒸汽管路中进行放热，放热后的蒸汽经过疏水阀前往凝汽器进行冷凝形成冷凝水，然后冷凝水经由给水泵送入锅炉；熔融盐蓄热泵打开，低温熔融盐层中的熔融盐经由熔融盐下进出口从罐体中流出前往蒸汽发生器；

（2）当电站需要增加负荷时，高温熔融盐层中的熔融盐通过熔融盐放热泵从熔融盐上进出口流出，前往蒸汽发生器，同时给水泵将部分给水送往蒸汽发生器，高温熔融盐层中的熔融盐在蒸汽发生器中对部分给水进行加热，部分给水变为蒸汽前往汽轮机推动汽轮机做功；

其中，高温熔融盐层的温度高于低温熔融盐层的温度；当电站需要降低负荷时，高温熔融盐层增大，低温熔融盐层减少，过渡层下移；当电站需要增加负荷时，高温熔融盐层减少，低温熔融盐层增加，过渡层上移。

2.根据权利要求1所述的利用熔融盐蓄热实现电站调峰的装置的工作方法，其特征在于：所述熔融盐罐还包括液位计和安全阀，安全阀和液位计均设置在罐体上。

3.根据权利要求1或2所述的利用熔融盐蓄热实现电站调峰的装置的工作方法，其特征在于：所述罐壳的表面设置有保温层。

4.根据权利要求1或2所述的利用熔融盐蓄热实现电站调峰的装置的工作方法，其特征在于：所述高温熔融盐层与低温熔融盐层之间设置有过渡层。

5.根据权利要求1所述的利用熔融盐蓄热实现电站调峰的装置的工作方法，其特征在于：当电站需要降低负荷时，蒸汽在蒸汽管路中进行放热后流经罐体的底部防止低温熔融盐层中的熔融盐凝结。

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