CN109812788B - 一种可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统，包括给水泵、高压加热器、预热器、汽包、蒸发器、过热器、汽轮机、高压旁路、再热器、热熔盐罐出口、冷熔盐罐等，本发明还提供了上述可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统的工作方法。本发明利用启动电加热器、电伴热、低温熔盐和高温熔盐共同作为热源预热蒸汽发生系统；通过调节低温熔盐和高温熔盐的比例，逐步升温蒸汽发生系统各设备，可以减少设备热应力集中，提高设备使用寿命；通过隔断再热器，减少预热需求，可以缩短预热时间，降低启动电加热器功率和投资成本，降低启动过程中的电耗和运行成本。

Description

一种可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种熔盐蒸汽发生系统，尤其涉及一种可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统及其工作方法。

背景技术

太阳能光热发电一般采用二元熔盐(60％质量分数的NaNO₃和40％质量分数的KNO₃)作为储热介质，该二元熔盐拥有较高的比热，最高使用温度可达600℃，凝固点约238℃，具有一定的腐蚀性。由于熔盐凝固点温度比较高，需要设置专门的预热装置。

目前常采用的方案是在至预热器的给水主管道上设置启动电加热器作为热源，通过加热水产生饱和蒸汽的过程，同步预热过热器、再热器、汽包、蒸发器和预热器等设备。由于启动电加热器的特性，功率不宜选用太大，从而导致蒸汽发生系统预热缓慢，启动时间过长。同时，启动电加热器出口为汽水混合物，直接流经预热器再至汽包，易对预热器产生水击、震动等不利影响。

上述常采用的方案中，在将系统温度预热至熔盐凝固点以上后，直接利用565℃左右的热熔盐作为热源来预热蒸汽发生系统，势必对过热器等设备造成较大的温度冲击，易产生应力集中等不利影响，从而影响设备的使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何实现熔盐蒸汽发生系统的快速启动，同时保证其安全性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统，其特征在于：包括给水泵，给水泵出口连接高压加热器的水侧进口，高压加热器的水侧出口连接预热器的水侧进口，预热器的水侧出口连接汽包的水侧进口，汽包的水侧出口通过下降管连接蒸发器的水侧进口，汽包的水侧出口还通过管道连接预热器的水侧进口；蒸发器的水侧出口通过上升管连接汽包的蒸汽侧进口，汽包的蒸汽侧出口连接过热器的蒸汽侧进口，过热器的蒸汽侧出口连接汽轮机的蒸汽进口及高压旁路进口，汽轮机的蒸汽出口及高压旁路出口均连接再热器的蒸汽侧进口，再热器的蒸汽侧出口连接汽轮机的再热蒸汽进口；

热熔盐罐出口连接再热器的熔盐侧进口和过热器的熔盐侧进口，再热器的熔盐侧出口和过热器的熔盐侧出口汇合后连接蒸发器的熔盐侧进口，蒸发器的熔盐侧出口连接预热器的熔盐侧进口，预热器的熔盐侧出口连接冷熔盐罐进口，冷熔盐罐出口通过管道连接热熔盐罐出口热熔盐母管道。

优选地，所述下降管上设有强制循环泵。

优选地，所述再热器的熔盐侧进口管道上设有第一关断阀，所述再热器的熔盐侧出口管道上设有第二关断阀；所述过热器的蒸汽侧出口管道上设有第三关断阀，所述过热器的熔盐侧进口设有第四关断阀；所述预热器的熔盐侧出口设有第五关断阀。

优选地，所述再热器的熔盐侧出口管道上设有第一调节阀，所述第一调节阀与所述第二关断阀串联设置；所述冷熔盐罐出口管道上设有第二调节阀。

优选地，所述过热器的熔盐侧出口管道上设有配压装置。

更优选地，所述配压装置为异径管或孔板。

优选地，所述汽包的水侧出口与预热器的水侧进口连接的管道上设有启动循环泵；

优选地，所述预热器的水侧出口与汽包的水侧进口连接的管道上设有启动电加热器。

优选地，所述高压加热器出口与预热器的水侧进口连接管道旁路上设有低负荷预热器。

优选地，低负荷预热器的热源采用汽包出口的饱和蒸汽或者过热器出口的过热蒸汽。

所述高压加热器的水侧出口还连接低负荷预热器的水侧进口，低负荷预热器的水侧出口连接所述预热器的水侧进口；所述汽包的蒸汽侧出口还连接低负荷预热器的蒸汽侧进口，低负荷预热器的蒸汽侧出口连接高压加热器的蒸汽侧进口。

优选地，所述过热器、再热器、蒸发器、预热器的壳体上及熔盐管道上均设有电伴热。

本发明还提供了上述的可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统的工作方法，其特征在于：正常运行时，从给水泵过来的给水经高压加热器加热后进入预热器，在预热器内被加热后进入汽包，汽包内的水经下降管进入蒸发器；在蒸发器内，水被加热为饱和蒸汽，并经上升管进入汽包；汽包分离出的干饱和蒸汽进入过热器，在过热器内被加热为过热蒸汽并进入汽轮机；从汽轮机出来的再热蒸汽在再热器内被加热后再回到汽轮机；

从热熔盐罐过来的熔盐分为两路分别进入过热器和再热器放热，过热器和再热器出口的熔盐均进入蒸发器，在蒸发器内放热后进入预热器，从预热器出来的熔盐流至冷熔盐罐。

优选地，在初始启动时，提前开启过热器、再热器、蒸发器、预热器壳体上的电伴热及熔盐管道上的电伴热，进行预热；

通过给水泵为预热器、蒸发器和汽包进行上水，直至达到汽包的指定水位为止；启动所述启动循环泵和强制循环泵，使得水在汽包、蒸发器、预热器和启动电加热器之间形成闭式循环；启动所述启动电加热器，通过对水进行加热产生饱和蒸汽，对上述设备和管道进行预热；此时关闭第一关断阀、第二关断阀以及第三关断阀，从汽包出来的饱和蒸汽流向过热器加热过热器；

待过热器熔盐侧温度达到设定温度后，从冷熔盐罐过来的熔盐依次流过过热器、蒸发器和预热器再回到冷熔盐罐；打开所述高压旁路，通过高压旁路过来的过热蒸汽对再热器进行预热，待稳定后逐步调节热熔盐罐出口的高温熔盐和冷熔盐罐出口的低温熔盐的比例以及给水流量，进行继续升温；达到最低稳定负荷后，转为升负荷阶段；

在低负荷运行时，从高压加热器过来的给水温度较低，此时通过低负荷预热器对给水进行进一步加热，防止熔盐凝固风险。

晚上待机时，关闭第四关断阀、第一关断阀和第五关断阀，此时过热器、再热器、蒸发器、预热器及中间连接管道上均充满熔盐，利用熔盐来维持各设备的温度，避免白天启动的时候需要长时间的预热。

本发明提供的系统利用电伴热、启动电加热器、低温熔盐和高温熔盐共同作为热源实现蒸汽发生系统的启动。首先提前用电伴热对过热器、再热器、蒸发器、预热器等设备壳侧和熔盐管道进行预热；达到一定温度后，利用启动电加热器作为热源加热过热器、汽包、蒸发器、预热器等设备和管道；当过热器温度超过260℃后，在过热器内通入低温熔盐，并逐步调节低温熔盐和高温熔盐的比例，用熔盐代替启动电加热器作为热源预热蒸汽发生系统各设备，此时打开主蒸汽管道上的高压旁路，利用过热器出口的过热蒸汽预热再热器。达到蒸汽发生系统最低稳定负荷后，由启动预热阶段转为升负荷阶段。

相比现有技术，本发明提供的可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统具有如下有益效果：

1、利用启动电加热器作为热源预热阶段，通过隔断再热器，减少预热需求，可以缩短预热时间，降低启动电加热器功率和投资成本，降低启动过程中的电耗和运行成本。

2、通过调节低温熔盐和高温熔盐的比例，逐步升温蒸汽发生系统各设备，可以减少设备热应力集中，提高设备使用寿命。同时较早的利用熔盐进行预热，可以加快启动时间并降低成本。

3、提前利用电伴热对过热器、再热器、蒸发器和预热器壳侧以及熔盐管道进行预热升温，可以降低电伴热功率需求，从而降低项目投资成本。

4、启动电加热器布置在预热器之后汽包之前，可以避免启动电加热器出口的汽水混合物对预热器造成水击和震动等不利影响，提高设备寿命。

5、启动电加热器仅在启动阶段使用，布置在旁路上可以减少正常运行时的系统阻力，降低厂耗和运行成本。

6、低负荷预热器一般在低负荷阶段使用，由于太阳能光热项目的特性，优选在高负荷下运行，所以将低负荷预热器布置在旁路管道上可以减少正常运行时的系统阻力，降低厂耗和运行成本。

7、在熔盐侧，通过在过热器入口设置的关断阀、再热器入口设置的关断阀和预热器出口设置的关断阀共同作用，在晚上蒸汽发生系统待机过程中，可以将熔盐封存在各设备内，利用熔盐的热量维持各设备的温度，缩短白天启动预热过程、增加发电时间。

8、相较于传统的在过热器和再热器出口熔盐管道上分别设置调节阀，本发明通过配压装置替代过热器出口熔盐管道上的调节阀，可以减少一个熔盐调节阀的成本，同时不影响热流量分配。

附图说明

图1为本实施例提供的可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

图1为本实施例提供的可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统结构示意图，所述的可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统包括给水泵1、高压加热器2、预热器3、汽包4、强制循环泵5、蒸发器6、过热器7、汽轮机8、再热器9、热熔盐罐10、第一调节阀11、配压装置12、冷熔盐罐13、启动循环泵14、启动电加热器15、第一关断阀16、第二关断阀17、第三关断阀18、第二调节阀19、高压旁路20、第四关断阀21和第五关断阀22、低负荷预热器23。

给水泵1出口连接高压加热器2的水侧进口，高压加热器2的水侧出口连接预热器3的水侧进口，预热器3的水侧出口连接汽包4的水侧进口；汽包4的水侧出口通过下降管连接蒸发器6的水侧进口，下降管上设有强制循环泵5；汽包4的水侧出口还通过管道连接预热器3的水侧进口；蒸发器6的水侧出口通过上升管连接汽包4的蒸汽侧进口，汽包4的蒸汽侧出口连接过热器7的蒸汽侧进口，过热器7的蒸汽侧出口连接汽轮机8的蒸汽进口及高压旁路20进口，汽轮机8的蒸汽出口及高压旁路20出口均连接再热器9的蒸汽侧进口，再热器9的蒸汽侧出口连接汽轮机8的再热蒸汽进口。

热熔盐罐10出口连接再热器9的熔盐侧进口和过热器7的熔盐侧进口，再热器9的熔盐侧出口和过热器7的熔盐侧出口汇合成一根母管进入蒸发器6的熔盐侧进口，蒸发器6的熔盐侧出口连接预热器3的熔盐侧进口，预热器3的熔盐侧出口连接冷熔盐罐13进口，冷熔盐罐13出口通过管道连接热熔盐罐10出口。

再热器9的熔盐侧进口管道上设有第一关断阀16，再热器9的熔盐侧出口管道上设有串联设置的第一调节阀11和第二关断阀17。过热器7的熔盐侧出口管道上设有配压装置12，配压装置12可以是异径管、孔板等设备。过热器7的蒸汽侧出口管道上设置第三关断阀18，冷熔盐罐13出口管道上设置第二调节阀19。汽包4的水侧出口与预热器3的水侧进口连接的管道上设置启动循环泵14。预热器3的水侧出口与汽包4的水侧进口连接的管道旁路上设置启动电加热器15。过热器7熔盐侧进口设置第四关断阀21，预热器3的熔盐侧出口设置第五关断阀22。

高压加热器2的水侧出口还连接低负荷预热器23的水侧进口，低负荷预热器23的水侧出口连接预热器3的水侧进口。汽包4的蒸汽侧出口还连接低负荷预热器23的蒸汽侧进口，低负荷预热器23的蒸汽侧出口连接高压加热器2的蒸汽侧进口。

正常运行时，从给水泵1过来的高压给水经高压加热器2加热后进入预热器3，在预热器3内加热后进入汽包4，汽包4至蒸发器6的下降管上设置强制循环泵5，强制循环泵5为汽包4与蒸发器6之间的水循环产生动力；在蒸发器6内，水被加热为饱和蒸汽，并经上升管进入汽包4，在汽包4内分离为干饱和蒸汽进入过热器7；在过热器7内加热为过热蒸汽进入汽轮机8。从汽轮机8过来的低温再热蒸汽在再热器9内被加热为高温再热蒸汽回到汽轮机8。

从热熔盐罐10过来的热熔盐分为两路分别进入过热器7和再热器9放热，通过再热器9出口的调节阀11进行流量调节，过热器7和再热器9出口熔盐管道汇合成一根母管进入蒸发器6，在蒸发器6内放热后进入预热器3，从预热器3出来的低温熔盐通过低温熔盐管道流至冷熔盐罐13。

低负荷运行时，从高压加热器2过来的给水流经低负荷预热器23，被加热到预定温度后流向预热器3。从汽包4出来的饱和蒸汽或者从过热器7出来的过热蒸汽可以作为热源进入低负荷预热器23进行放热。

在初始启动时，提前开启过热器7、再热器9、蒸发器6、预热器3壳侧的电伴热及熔盐管道上的电伴热，进行预热。

通过给水泵1为预热器3、蒸发器6和汽包4进行上水，直至达到汽包4的指定水位为止，启动汽包4至预热器3管路上的启动循环泵14和汽包4至蒸发器6下降管上的强制循环泵5使得水在汽包4、蒸发器6、预热器3和启动电加热器15之间形成闭式循环。启动所述启动电加热器15，通过对水进行加热产生饱和蒸汽，对上述设备和管路进行预热。此时应关闭再热器9熔盐侧进口管道上的第一关断阀16和出口管道上的第二关断阀17以及过热器7蒸汽侧出口管道上的第三关断阀18，从汽包4出来的饱和蒸汽流向过热器7加热过热器7内熔盐侧的熔盐。

待过热器7熔盐侧温度达到260℃以上后，从冷熔盐罐13过来的低温熔盐通过调节阀19依次流过过热器7、蒸发器6和预热器3回到冷熔盐罐13。打开主蒸汽至低温再热蒸汽的高压旁路20，通过高压旁路20过来的过热蒸汽对再热器9进行预热，待稳定后逐步调节高温熔盐和低温熔盐的比例以及给水流量，进行继续升温。达到最低稳定负荷后，转为升负荷阶段。

低负荷运行时，从高压加热器2过来的给水流经低负荷预热器23，被加热到预定温度后流向预热器3。从汽包4出来的饱和蒸汽或者从过热器7出来的过热蒸汽可以作为热源进入低负荷预热器23进行放热。

晚上待机时，关闭过热器7熔盐侧进口的第四关断阀21、再热器9熔盐侧进口的第一关断阀16和预热器3熔盐出口的第五关断阀22，此时过热器7、再热器9、蒸发器6、预热器3及中间连接管道上均充满熔盐，利用熔盐来维持各设备的温度，可以避免白天启动的时候需要长时间的预热。

应当理解的是，虽然在这里可能使用量术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统，其特征在于：包括给水泵（1），给水泵（1）出口连接高压加热器（2）的水侧进口，高压加热器（2）的水侧出口连接预热器（3）的水侧进口，预热器（3）的水侧出口连接汽包（4）的水侧进口，汽包（4）的水侧出口通过下降管连接蒸发器（6）的水侧进口，汽包（4）的水侧出口还通过管道连接预热器（3）的水侧进口；蒸发器（6）的水侧出口通过上升管连接汽包（4）的蒸汽侧进口，汽包（4）的蒸汽侧出口连接过热器（7）的蒸汽侧进口，过热器（7）的蒸汽侧出口连接汽轮机（8）的蒸汽进口及高压旁路（20）进口，汽轮机（8）的蒸汽出口及高压旁路（20）出口均连接再热器（9）的蒸汽侧进口，再热器（9）的蒸汽侧出口连接汽轮机（8）的再热蒸汽进口；

热熔盐罐（10）出口连接再热器（9）的熔盐侧进口和过热器（7）的熔盐侧进口，再热器（9）的熔盐侧出口和过热器（7）的熔盐侧出口汇合均连接蒸发器（6）的熔盐侧进口，蒸发器（6）的熔盐侧出口连接预热器（3）的熔盐侧进口，预热器（3）的熔盐侧出口连接冷熔盐罐（13）进口，冷熔盐罐（13）出口通过管道连接热熔盐罐（10）出口；

所述再热器（9）的熔盐侧进口管道上设有第一关断阀（16），所述再热器（9）的熔盐侧出口管道上设有第二关断阀（17）；所述过热器（7）的蒸汽侧出口管道上设有第三关断阀（18），所述过热器（7）的熔盐侧进口设有第四关断阀（21）；所述预热器（3）的熔盐侧出口设有第五关断阀（22）；

所述汽包（4）的水侧出口与预热器（3）的水侧进口连接的管道上设有启动循环泵（14）；所述预热器（3）的水侧出口与汽包（4）的水侧进口连接的管道上设有启动电加热器（15）。

2.如权利要求1所述的一种可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统，其特征在于：所述下降管上设有强制循环泵（5）。

3.如权利要求1所述的一种可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统，其特征在于：所述再热器（9）的熔盐侧出口管道上设有第一调节阀（11），所述第一调节阀（11）与所述第二关断阀（17）串联设置；所述冷熔盐罐（13）出口管道上设有第二调节阀（19）。

4.如权利要求1所述的一种可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统，其特征在于：所述过热器（7）的熔盐侧出口管道上设有配压装置（12）。

5.如权利要求4所述的一种可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统，其特征在于：所述配压装置（12）为异径管或孔板。

6.如权利要求1所述的一种可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统，其特征在于：所述过热器（7）、再热器（9）、蒸发器（6）、预热器（3）的壳体上及熔盐管道上均设有电伴热；所述高压加热器（2）的水侧出口还连接低负荷预热器（23）的水侧进口，低负荷预热器（23）的水侧出口连接所述预热器（3）的水侧进口；所述汽包（4）的蒸汽侧出口还连接低负荷预热器（23）的蒸汽侧进口，低负荷预热器（23）的蒸汽侧出口连接高压加热器（2）的蒸汽侧进口。

7.一种如权利要求6所述的可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统的工作方法，其特征在于：正常运行时，从给水泵（1）过来的给水经高压加热器（2）加热后进入预热器（3），在预热器（3）内被加热后进入汽包（4），汽包（4）内的水经下降管进入蒸发器（6）；在蒸发器（6）内，水被加热为饱和蒸汽，并经上升管进入汽包（4）；汽包（4）分离出的干饱和蒸汽进入过热器（7），在过热器（7）内被加热为过热蒸汽并进入汽轮机（8）；从汽轮机（8）出来的再热蒸汽在再热器（9）内被加热后再回到汽轮机（8）；

从热熔盐罐（10）过来的熔盐分为两路分别进入过热器（7）和再热器（9）放热，过热器（7）和再热器（9）出口的熔盐均进入蒸发器（6），在蒸发器（6）内放热后进入预热器（3），从预热器（3）出来的熔盐流至冷熔盐罐（13）。

8.如权利要求7所述的一种可以快速启动的熔盐蒸汽发生系统的工作方法，其特征在于：在初始启动时，提前开启过热器（7）、再热器（9）、蒸发器（6）、预热器（3）壳体上的电伴热及熔盐管道上的电伴热，进行预热；

通过给水泵（1）为预热器（3）、蒸发器（6）和汽包（4）进行上水，直至达到汽包（4）的指定水位为止；启动所述启动循环泵（14）和强制循环泵（5），使得水在汽包（4）、蒸发器（6）、预热器（3）和启动电加热器（15）之间形成闭式循环；启动所述启动电加热器（15），通过对水进行加热产生饱和蒸汽，对上述设备和管道进行预热；此时关闭第一关断阀（16）、第二关断阀（17）以及第三关断阀（18），从汽包（4）出来的饱和蒸汽流向过热器（7）加热过热器（7）内熔盐侧的熔盐；

待过热器（7）熔盐侧温度达到设定温度后，从冷熔盐罐（13）过来的熔盐依次流过过热器（7）、蒸发器（6）和预热器（3）再回到冷熔盐罐（13）；打开所述高压旁路（20），通过高压旁路（20）过来的过热蒸汽对再热器（9）进行预热，待稳定后逐步调节热熔盐罐（10）出口的相对高温熔盐和冷熔盐罐（13）出口的相对低温熔盐的比例以及给水流量，进行继续升温；达到最低稳定负荷后，转为升负荷阶段；

晚上待机时，关闭第四关断阀（21）、第一关断阀（16）和第五关断阀（22），此时过热器（7）、再热器（9）、蒸发器（6）、预热器（3）及中间连接管道上均充满熔盐，利用熔盐来维持各设备的温度，避免白天启动的时候需要长时间的预热。