CN108731286A - 一种光热熔盐蓄热光煤耦合系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光热熔盐蓄热光煤耦合系统及方法，包括光热熔盐蓄热设备；所述光热熔盐蓄热设备包括太阳能光热集热装置、熔盐蓄热罐和熔盐换热器，所述太阳能光热集热装置向所述熔盐蓄热罐传递热量，所述熔盐蓄热罐通过熔盐换热器向火电厂的热力系统提供热能，或反向从火电厂的抽汽系统中获取热量进行熔盐蓄热。本发明中，所述光热熔盐蓄热系统通过熔盐交换器与火电厂进行热量的交换，实现光煤耦合，可以有效利用光热资源，节约能源，可以在火电厂的用热高峰时辅助供热发电，反之则可以将火电厂的多余热能储存在熔盐中，待到用热高峰时供给火电厂使用，从而实现火电厂蓄热调峰调频。

Description

一种光热熔盐蓄热光煤耦合系统及方法

技术领域

本发明涉及能源利用领域，具体涉及一种基于光热熔盐蓄热的光煤耦合系统及方法。

背景技术

随着全球能源消愈发紧张，人们对环境的关注日益加强。能源短缺和环境污染已经成为影响人们生活和制约社会发展的重要课题，世界各国都在努力开发清洁的新能源。太阳能作为一种清洁环保、储量无穷的自然能源，其在人类所利用的能源种类中所占比例变得越来越大。

光煤互补发电技术利用太阳能聚光集热器聚集太阳热能用于加热锅炉给水，从而替代燃煤电站的回热抽汽。该技术能够增加燃煤电站发电量或者降低燃料使用量，并能在一定程度上减少温室气体排放。

将太阳能与燃煤电站直接互补有望成为另外一种途径。光煤互补发电技术是利用槽式等聚光集热器产生300℃以下的中低温太阳热能，用来替代汽轮机回热抽汽，加热锅炉给水，从而减少汽轮机回热抽汽量，增加电站出功，降低煤耗和污染物排放。光煤互补系统的优势在于：第一，中低温聚光太阳能借助高容量高参数的汽轮机高效发电；第二，变辐照运行无需储能设备，当辐照变化时，可以通过调节抽汽流量实现系统稳定运行；第三，中低温聚光装置能采用聚光比小的集热器和廉价的导热油，从而减小镜场投资。

但目前的光煤互补发电技术仅考虑利用光热热源加热给水，仅仅能够起到锅炉省煤器的作用，无法实现储能调峰调频的功能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种光热熔盐蓄热光煤耦合系统及方法，可以实现与燃煤火力发电厂进行热耦合，节约能源，且能实现火电厂的储能调峰调频。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光热熔盐蓄热光煤耦合系统，包括光热熔盐蓄热设备；所述光热熔盐蓄热设备包括太阳能光热集热装置、熔盐蓄热罐和熔盐换热器，所述太阳能光热集热装置向所述熔盐蓄热罐传递热量，所述熔盐蓄热罐和熔盐换热器相互之间进行热量的传递；其中，所述熔盐换热器具有熔盐流道和热交换介质流道，所述熔盐流道具有熔盐进口和熔盐出口，所述热交换介质流道至少包括相互连通的吸热介质入口和放热介质出口，以及相互连通的蓄热蒸汽入口和放热后蒸汽出口；所述熔盐进口和熔盐出口分别连通于所述熔盐蓄热罐；所述吸热介质入口连通于吸热介质源，所述放热介质出口连通于火电厂的热力系统；所述蓄热蒸汽入口连通于所述火电厂的抽汽系统，所述放热后蒸汽出口连通于所述火电厂的热力系统。

进一步地，所述火电厂的热力系统包括燃煤火力发电机组的热力设备、给水管路、凝结水管路、高压加热器、低压加热器、除氧器和凝汽器。

进一步地，所述吸热介质源包括冷水、饱和蒸汽、锅炉给水、凝结水和热网回水中的一种或几种。

进一步地，所述熔盐蓄热罐的蓄热温度为50℃-1000℃。

进一步地，所述熔盐蓄热罐中，熔盐包括碱金属、碱土金属的卤化物、硅酸盐、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐中的任意一种或几种组合。

进一步地，所述熔盐换热器采用管壳式换热器、螺旋管式换热器、板式换热器中的任意一种。

进一步地，所述太阳能光热集热装置为碟式太阳能光热集热装置、槽式太阳能光热集热装置、塔式太阳能光热集热装置中的任意一种。

上述光热熔盐蓄热光煤耦合系统的工作方法，包括如下步骤：

S1、对熔盐储热罐中的熔盐加热使其液化；

S2、判断是否有光照，如果有则执行步骤S31，否则跳转执行步骤S41；

S31、启动光热熔盐蓄热设备，太阳能光热集热装置将光能转换为热能，并对熔盐蓄热罐进行加热，熔盐蓄热罐中的熔盐吸收热量进行蓄热；

S32、打开熔盐换热器的熔盐进口和熔盐出口，并打开熔盐换热器的吸热介质入口和放热介质出口，吸热介质在热交换介质流道中吸收液化的熔盐的热量，得到放热介质，并送入火电厂的热力系统；

S41、打开熔盐换热器的熔盐进口和熔盐出口、蓄热蒸汽入口和放热后蒸汽出口，火电厂的抽汽系统将蓄热蒸汽送入所述热交换介质流道，熔盐在熔盐流道内吸收蓄热蒸汽的热量后液化并回到熔盐蓄热罐中，放热后蒸汽回到火电厂的热力系统，从而实现蓄热调峰调频。

需要说明的是，步骤S32中，所述吸热介质为冷水或饱和蒸汽且得到的放热介质为水制蒸汽或过热蒸汽时，放热介质送往火电厂的燃煤火力发电机组供小汽机驱动和/或送往对外供给蒸汽系统以对外供给蒸汽；当所述吸热介质为冷水、锅炉给水、凝结水、热网回水中的一种或几种，且得到的放热介质为加热水时，放热介质送往燃煤火力发电机组的锅炉、除氧器和/或热网。

需要说明的是，步骤S41中，抽汽系统的蓄热蒸汽来源包括火电厂的供热抽汽、高低旁路蒸汽和/或电蒸汽锅炉蒸汽。

本发明的有益效果在于：本发明的光热熔盐蓄热光煤耦合系统中，所述光热熔盐蓄热系统通过熔盐交换器与火电厂进行热量的交换，实现光煤耦合，可以有效利用光热资源，节约能源，可以在火电厂的用热高峰时辅助供热发电，反之则可以将火电厂的多余热能储存在熔盐中，待到用热高峰时供给火电厂使用，从而实现火电厂蓄热调峰调频。

附图说明

图1为本发明实施例1中系统的总体结构示意图；

图2为本发明实施例1中方法的总体实施流程图；

图3为本发明实施例2中的系统的总体结构示意图；

图4为本发明实施例3中的系统的总体结构示意图；

图5为本发明实施例4中的系统的总体结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

如图1所示，一种光热熔盐蓄热光煤耦合系统，包括光热熔盐蓄热设备；所述光热熔盐蓄热设备包括太阳能光热集热装置1、熔盐蓄热罐2和熔盐换热器3，所述太阳能光热集热装置1向所述熔盐蓄热罐2传递热量，所述熔盐蓄热罐2和熔盐换热器3相互之间进行热量的传递；其中，所述熔盐换热器3具有熔盐流道和热交换介质流道，所述熔盐流道具有熔盐进口和熔盐出口，所述热交换介质流道至少包括相互连通的吸热介质入口和放热介质出口，以及相互连通的蓄热蒸汽入口和放热后蒸汽出口；所述熔盐进口和熔盐出口分别连通于所述熔盐蓄热罐2；所述吸热介质入口连通于吸热介质源，所述放热介质出口连通于火电厂的热力系统；所述蓄热蒸汽入口连通于所述火电厂的抽汽系统7，所述放热后蒸汽出口连通于所述火电厂的热力系统。

在本实施例中，所述火电厂的热力系统包括燃煤火力发电机组2的热力设备、对外供给蒸汽系统5和热网6(参见图3)。

图1示出了燃煤火力发电机组的一般结构组成，包括燃煤锅炉100、汽轮机101、发电机102、凝汽器103、低压加热器104、除氧器105、给水泵106、高压加热器107。

所述吸热介质源包括冷水、饱和蒸汽、锅炉给水、凝结水和热网回水中的一种或几种。

在本实施例中，所述熔盐蓄热罐的蓄热温度为50℃-1000℃。所述熔盐蓄热罐中，熔盐包括碱金属、碱土金属的卤化物、硅酸盐、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐中的任意一种或几种组合。所述熔盐换热器采用管壳式换热器、螺旋管式换热器、板式换热器中的任意一种。所述太阳能光热集热装置为碟式太阳能光热集热装置、槽式太阳能光热集热装置、塔式太阳能光热集热装置中的任意一种。

如图2所示，上述光热熔盐蓄热光煤耦合系统的工作方法，包括如下步骤：

S1、利用熔盐罐底部的蒸汽加热管或电加热管加热熔盐使其液化。

S2、判断是否有光照，如果有则执行步骤S31，否则跳转执行步骤S41；

S31、启动光热熔盐蓄热设备，太阳能光热集热装置将光能转换为热能，并对熔盐蓄热罐进行加热，熔盐蓄热罐中的熔盐吸收热量进行蓄热；

S32、打开熔盐换热器的熔盐进口和熔盐出口，并打开熔盐换热器的吸热介质入口和放热介质出口，吸热介质在热交换介质流道中吸收液化的熔盐的热量，得到放热介质，并送入火电厂的热力系统；

S41、打开熔盐换热器的熔盐进口和熔盐出口、蓄热蒸汽入口和放热后蒸汽出口，火电厂的抽汽系统将蓄热蒸汽送入所述热交换介质流道，熔盐在熔盐流道内吸收蓄热蒸汽的热量后液化并回到熔盐蓄热罐中，放热后蒸汽回到火电厂的热力系统，从而实现蓄热调峰调频。

需要说明的是，步骤S32中，所述吸热介质为冷水或饱和蒸汽且得到的放热介质为水制蒸汽或过热蒸汽时，放热介质送往火电厂的燃煤火力发电机组供小汽机驱动和/或送往对外供给蒸汽系统以对外供给蒸汽；当所述吸热介质为冷水、锅炉给水、凝结水、热网回水中的一种或几种，且得到的放热介质为加热水时，放热介质送往燃煤火力发电机组的锅炉、除氧器和/或热网。

需要说明的是，步骤S41中，抽汽系统的蓄热蒸汽来源包括火电厂的供热抽汽、高低旁路蒸汽、电蒸汽锅炉蒸汽等。

实施例2

如图3所示，本实施例的系统结构与实施例1基本相同。

在本实施例中，太阳能光热集热装置1将光能转换为热能对熔盐蓄热罐2进行加热。所述熔盐换热器3的蓄热蒸汽入口和放热后蒸汽出口关闭，仅熔盐进口和熔盐出口、吸热介质入口和放热介质出口打开。吸热介质为冷水，冷水和液化熔盐换热之后得到水制蒸汽从放热介质出口送出，送往燃煤火力发电机组中与给水泵配合的小汽机，供小汽机驱动，以及送往火电厂的对外供热系统，对外部供应工业蒸汽。

实施例3

如图4所示，本实施例的系统结构与实施例1基本相同。

在本实施例中，太阳能光热集热装置1将光能转换为热能对熔盐蓄热罐2进行加热。所述熔盐换热器3的蓄热蒸汽入口和放热后蒸汽出口关闭，仅熔盐进口和熔盐出口、吸热介质入口和放热介质出口打开。

在本实施例中，吸热介质入口包括两个，一个供冷水进入，一个供锅炉给水、凝结水、热网回水进入。

冷水、锅炉给水、凝结水、热网回水中的一种或几种进入熔盐换热器3后，与液化熔盐进行换热，水温得到提升成为加热水，从放热介质出口送出，送往燃煤锅炉、除氧器和热网中的一个或几个设备中使用。

实施例4

如图5所示，本实施例的系统结构与实施例1基本相同。

在本实施例中，例如夜晚电网用电低谷时段或者没有光照时，火电厂需要降低发电量深度调峰，则熔盐换热器3的吸热介质入口和放热介质出口关闭，蓄热蒸汽入口和放热后蒸汽出口、熔盐进口和熔盐出口打开。

火电厂的抽汽系统加大抽汽量(从而减少汽轮机进汽发电量)，将蓄热的抽汽送入熔盐换热器3中，蓄热抽汽向熔盐传递热量，吸热液化后的熔盐返回到熔盐蓄热罐2中，放热后蒸汽回到火电厂的热力系统中充分利用余热。

在本实施例中，蓄热蒸汽的来源为高低旁路蒸汽，另外还可以是火电厂的供热抽汽、电蒸汽锅炉蒸汽等蒸汽来源。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光热熔盐蓄热光煤耦合系统，其特征在于，包括光热熔盐蓄热设备；所述光热熔盐蓄热设备包括太阳能光热集热装置、熔盐蓄热罐和熔盐换热器，所述太阳能光热集热装置向所述熔盐蓄热罐传递热量，所述熔盐蓄热罐和熔盐换热器相互之间进行热量的传递；其中，所述熔盐换热器具有熔盐流道和热交换介质流道，所述熔盐流道具有熔盐进口和熔盐出口，所述热交换介质流道至少包括相互连通的吸热介质入口和放热介质出口，以及相互连通的蓄热蒸汽入口和放热后蒸汽出口；所述熔盐进口和熔盐出口分别连通于所述熔盐蓄热罐；所述吸热介质入口连通于吸热介质源，所述放热介质出口连通于火电厂的热力系统；所述蓄热蒸汽入口连通于所述火电厂的抽汽系统，所述放热后蒸汽出口连通于所述火电厂的热力系统。

2.根据权利要求1所述的光热熔盐蓄热光煤耦合系统，其特征在于，所述火电厂的热力系统包括燃煤火力发电机组的热力设备、给水管路、凝结水管路、高压加热器、低压加热器、除氧器和凝汽器。

3.根据权利要求1所述的光热熔盐蓄热光煤耦合系统，其特征在于，所述吸热介质源包括冷水、饱和蒸汽、锅炉给水、凝结水和热网回水中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的光热熔盐蓄热光煤耦合系统，其特征在于，所述熔盐蓄热罐的蓄热温度为50℃-1000℃。

5.根据权利要求1所述的光热熔盐蓄热光煤耦合系统，其特征在于，所述熔盐蓄热罐中，熔盐包括碱金属、碱土金属的卤化物、硅酸盐、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐中的任意一种或几种组合。

6.根据权利要求1所述的光热熔盐蓄热光煤耦合系统，其特征在于，所述熔盐换热器采用管壳式换热器、螺旋管式换热器、板式换热器中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的光热熔盐蓄热光煤耦合系统，其特征在于，所述太阳能光热集热装置为碟式太阳能光热集热装置、槽式太阳能光热集热装置、塔式太阳能光热集热装置中的任意一种。

8.上述任一权利要求所述的光热熔盐蓄热光煤耦合系统的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对熔盐储热罐中的熔盐加热使其液化；

S2、判断是否有光照，如果有则执行步骤S31，否则跳转执行步骤S41；

S31、启动光热熔盐蓄热设备，太阳能光热集热装置将光能转换为热能，并对熔盐蓄热罐进行加热，熔盐蓄热罐中的熔盐吸收热量进行蓄热；

S32、打开熔盐换热器的熔盐进口和熔盐出口，并打开熔盐换热器的吸热介质入口和放热介质出口，吸热介质在热交换介质流道中吸收液化的熔盐的热量，得到放热介质，并送入火电厂的热力系统；

S41、打开熔盐换热器的熔盐进口和熔盐出口、蓄热蒸汽入口和放热后蒸汽出口，火电厂的抽汽系统将蓄热蒸汽送入所述热交换介质流道，熔盐在熔盐流道内吸收蓄热蒸汽的热量后液化并回到熔盐蓄热罐中，放热后蒸汽回到火电厂的热力系统，从而实现蓄热调峰调频。

9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，步骤S32中，所述吸热介质为冷水或饱和蒸汽且得到的放热介质为水制蒸汽或过热蒸汽时，放热介质送往火电厂的燃煤火力发电机组供小汽机驱动和/或送往对外供给蒸汽系统以对外供给蒸汽；当所述吸热介质为冷水、锅炉给水、凝结水、热网回水中的一种或几种，且得到的放热介质为加热水时，放热介质送往燃煤火力发电机组的锅炉、除氧器和/或热网。

10.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，步骤S41中，抽汽系统的蓄热蒸汽来源包括火电厂的供热抽汽、高低旁路蒸汽和/或电蒸汽锅炉蒸汽。