CN110207092A - 一种基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统及方法，包括：高温熔盐罐、高温熔盐泵、低温熔盐罐、低温熔盐泵、蒸汽显热换热器、蒸汽潜热换热器、锅炉再热器、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、熔盐蒸汽过热器、熔盐蒸汽发生器、水泵和除氧器。本发明的有益效果是：与现有对锅炉燃烧器和助燃系统改造方案相比，可不对锅炉进行任何改动；与现有蓄热式电锅炉调峰技术相比，避免了高品质电力转化为热水或者蒸汽带来能耗高的问题；与蓄电池、压缩空气储能技术相比，具有充放循环次数多、无污染、投资低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种火电机组发电调峰技术，主要适用于不同容量火力发电机组，包括燃煤、生物质、燃气联合循环等火电纯凝或者供热机组。
背景技术
浙江电网峰谷差日益增大，电力系统调峰压力也日渐加大，2018年浙江电网统调口径最大峰谷差达2886万千瓦。随着宾金、宁绍、浙福等特高压输电工程的投运及浙江新能源发电装机的增加，浙江电网对调节的灵活性与可靠性要求越来越高。预计未来几年，浙江电网新增的电力基本不具备调峰能力，或者调峰能力较差，迫切需要挖掘现有火电机组的调峰能力，以保证电网安全稳定运行。作为特高压受端的浙江电网，火电机组的深度调峰运行是发展的必然。
目前主要通过对运行数据分析、现场试验等方式，对机组进行调节优化，挖掘机组调峰能力，火电机组最低安全稳定运行负荷可下降至40％。而锅炉稳燃、制粉系统、汽水系统、热工系统改造，火电机组最低负荷可达到35％。，电力通过电锅炉转化为热能蓄热造成能源浪费，而采用蓄电池、压缩空气储能等电能消纳装置具有技术相对不成熟、投资高、安全性差等缺点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，挖掘现有火电机组调峰负荷能力，实现进一步降低机组发电负荷，拓宽机组调峰负荷范围，提高机组运行灵活性，提出一种基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统及方法。
基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统，包括高温熔盐罐、高温熔盐泵、低温熔盐罐、低温熔盐泵、蒸汽显热换热器、蒸汽潜热换热器、锅炉再热器、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、熔盐蒸汽过热器、熔盐蒸汽发生器、水泵和除氧器；低温熔盐罐的输出端通过低温熔盐泵连接蒸汽显热换热器和蒸汽潜热换热器的输入端，蒸汽显热换热器和蒸汽潜热换热器的输出端连接高温熔盐罐的输入端；锅炉再热器的输出端连接蒸汽显热换热器和蒸汽潜热换热器的输入端，蒸汽显热换热器和蒸汽潜热换热器的输出端连接除氧器的输入端；高温熔盐罐的输出端通过高温熔盐泵连接熔盐蒸汽过热器和熔盐蒸汽发生器的输入端，熔盐蒸汽过热器和熔盐蒸汽发生器的输出端连接低温熔盐罐的输入端；除氧器的输出端通过水泵连接熔盐蒸汽过热器和熔盐蒸汽发生器的输入端，熔盐蒸汽过热器和熔盐蒸汽发生器的输出端与汽轮机高压缸一起连接锅炉再热器的输入端；锅炉再热器的输出端连接汽轮机中压缸。
作为优选：高温熔盐罐输出高温熔盐，低温熔盐罐输出低温熔盐，锅炉再热器输出锅炉再热器出口蒸汽即再热热段蒸汽，汽轮机高压缸输出汽轮机高压缸排汽，除氧器输出饱和除氧水。
基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统的蓄放热方法，包括以下步骤：
1)蓄热减少发电负荷：
当需火电机组降低发电负荷时，低温熔盐通过低温熔盐泵从低温熔盐罐输送至蒸汽显热换热器及蒸汽潜热换热器，再热热段蒸汽从锅炉再热器出口引至蒸汽显热换热器及蒸汽潜热换热器，低温熔盐与再热热段蒸汽在蒸汽显热换热器和蒸汽潜热换热器进行换热，加热后的熔盐储存至高温熔盐罐，再热热段蒸汽在蒸汽潜热换热器形成疏水输送至除氧器；
2)放热增加发电负荷：
当需火电机组升发电负荷时，高温熔盐通过高温熔盐泵从高温熔盐罐输送至熔盐蒸汽过热器和熔盐蒸汽发生器，除氧器出口通过水泵将饱和除氧水输送至熔盐蒸汽发生器和熔盐蒸汽过热器，高温熔盐加热饱和除氧水后产生与汽轮机高压缸排汽同参数的蒸汽，并与汽轮机高压缸排汽一并进入到锅炉再热器继续加热，加热后的蒸汽进入汽轮机中压缸继续做功发电。
作为优选：所述步骤1)中，当需火电机组降低发电负荷时，锅炉再热器的部分再热热段蒸汽蓄热至熔盐，减少汽轮机中压缸进汽量。
作为优选：所述步骤1)中，再热热段蒸汽的显热、潜热分别储存在蒸汽显热换热器、蒸汽潜热换热器。
作为优选：所述步骤1)中，低温熔盐与再热热段蒸汽在蒸汽显热换热器及蒸汽潜热换热器进行换热，并且再热热段蒸汽发生相变，凝结成疏水，疏水再减压回至除氧器。
作为优选：所述步骤2)中，高温熔盐与饱和除氧水在熔盐蒸汽过热器及熔盐蒸汽发生器进行换热，饱和除氧水发生相变，产生与汽轮机高压缸排汽同参数的蒸汽。
作为优选：所述步骤2)中，水泵出口压力由汽轮机高压缸排汽压力决定，并高于汽轮机高压缸排汽压力。
本发明的有益效果是：
(1)为进一步挖掘火电机组消纳光伏、风电等可再生能源能力，本发明公布了一种基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统及方法。当可再生能源发电负荷增加时，通过从锅炉再热器出口抽出部分高温、中压蒸汽加热熔盐，将蒸汽的“全热”(即蒸汽的显热和潜热)储蓄在熔盐中，减少高温蒸汽在汽轮机做功，减少机组发电负荷。当可再生能源发电负荷减少时，将熔盐储蓄的热量释放给除氧器出来的饱和除氧水，吸收高温熔盐热量产生高温蒸汽，至汽轮机做功，增加机组发电负荷。在锅炉最小稳燃负荷运行时，通过熔盐蓄热减少高温蒸汽进入汽轮机做功，实现了进一步降低机组发电负荷，拓宽了机组调峰负荷范围，提高了机组运行灵活性。
(2)与现有对锅炉燃烧器和助燃系统改造方案相比，可不对锅炉进行任何改动。
(3)与现有蓄热式电锅炉调峰技术相比，避免了高品质电力转化为热水或者蒸汽带来能耗高的问题。
(4)与蓄电池、压缩空气储能技术相比，具有充放循环次数多、无污染、投资低等优点。
附图说明
图1是本发明实施例中基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统流程图。
附图标记说明：1-高温熔盐罐，2-高温熔盐泵，3-低温熔盐罐，4-低温熔盐泵，5-蒸汽显热换热器，6-蒸汽潜热换热器，7-锅炉再热器，8-汽轮机高压缸，9-汽轮机中压缸，10-熔盐蒸汽过热器，11-熔盐蒸汽发生器，12-水泵，13-除氧器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
如图1所示，所述的基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统，包括高温熔盐罐1、高温熔盐泵2、低温熔盐罐3、低温熔盐泵4、蒸汽显热换热器5、蒸汽潜热换热器6、锅炉再热器7、汽轮机高压缸8、汽轮机中压缸9、熔盐蒸汽过热器10、熔盐蒸汽发生器11、水泵12、除氧器13。低温熔盐罐3的输出端通过低温熔盐泵4连接蒸汽显热换热器5和蒸汽潜热换热器6的输入端，蒸汽显热换热器5和蒸汽潜热换热器6的输出端连接高温熔盐罐1的输入端；锅炉再热器7的输出端连接蒸汽显热换热器5和蒸汽潜热换热器6的输入端，蒸汽显热换热器5和蒸汽潜热换热器6的输出端连接除氧器13的输入端；高温熔盐罐1的输出端通过高温熔盐泵2连接熔盐蒸汽过热器10和熔盐蒸汽发生器11的输入端，熔盐蒸汽过热器10和熔盐蒸汽发生器11的输出端连接低温熔盐罐3的输入端；除氧器13的输出端通过水泵13连接熔盐蒸汽过热器10和熔盐蒸汽发生器11的输入端，熔盐蒸汽过热器10和熔盐蒸汽发生器11的输出端与汽轮机高压缸8一起连接锅炉再热器7的输入端；锅炉再热器7的输出端连接汽轮机中压缸9。
所述的基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统的蓄热、放热工艺流程如下：
(1)蓄热减少发电负荷：
当需火电机组降低发电负荷时，部分再热热段蒸汽(锅炉再热器出口蒸汽)不进入到汽轮机中压缸9做功发电，而是将再热热段蒸汽蓄热至熔盐，减少汽轮机中压缸9进汽量，在现有锅炉最小稳燃负荷工况下，降低最小机组安全负荷率、提高低负荷工况下机组经济性。
具体流程：低温熔盐在蒸汽显热换热器5和蒸汽潜热换热器6与从锅炉再热器7产生的再热热段蒸汽进行逆向换热，低温熔盐通过低温熔盐泵4输送至蒸汽潜热换热器6和蒸汽显热换热器5，再热热段蒸汽的显热、潜热分别储存在蒸汽显热换热器5、蒸汽潜热换热器6，加热后的熔盐储存在高温熔盐罐1。
(2)放热增加发电负荷：
当需火电机组升发电负荷时，从除氧器13出水口引出一路饱和除氧水通过水泵12输送至熔盐蒸汽发生器11和熔盐蒸汽过热器10产生与汽轮机高压缸排汽同参数的蒸汽，与汽轮机高压缸排汽一并进入到锅炉再热器7继续加热，再一并进入到汽轮机中压缸9继续做功，实现将熔盐蓄热转化为电力。
具体流程：高温熔盐通过高温熔盐泵2从高温熔盐罐1输送至熔盐蒸汽过热器10和熔盐蒸汽发生器11，除氧器13出口通过水泵12将饱和除氧水输送至熔盐蒸汽发生器11和熔盐蒸汽过热器10，高温熔盐加热饱和除氧水后产生与汽轮机高压缸排汽同参数的蒸汽，与汽轮机高压缸排汽一并进入到锅炉再热器7继续加热，加热后的蒸汽进入汽轮机中压缸9继续做功发电。
本发明采用火电机组的锅炉再热器出口蒸汽加热熔盐蓄热，熔盐放热把除氧器13出口或者进口的水汽化为过热蒸汽，熔盐放热产生的过热蒸汽参数与汽轮机高压缸排汽相当，与汽轮机高压缸排汽一并进入到锅炉再热器7加热，加热后一并进入汽轮机中压缸9做功发电，实现蒸汽熔盐蓄热调峰发电。
低温熔盐与高温蒸汽在蒸汽显热换热器5、蒸汽潜热换热器6逆向换热，并且高温蒸汽发生相变，蒸汽凝结成疏水，疏水再减压回至除氧器13。
高温熔盐与饱和除氧水在熔盐蒸汽过热器10、熔盐蒸汽发生器11逆向换热，饱和除氧水发生相变。饱和除氧水从除氧器13来，通过水泵12将饱和除氧水增压，压力由汽轮机高压缸排汽压力决定，并略高于汽轮机高压缸排汽压力，增压后的饱和除氧水通过高温熔盐加热汽化，产生与汽轮机高压缸排汽相当的蒸汽，并与汽轮机高压缸排汽一并进入到锅炉再热器7加热，加热后一并进入汽轮机中压缸9做功发电，实现蒸汽熔盐蓄热调峰发电。
实施例：
以一台330MW亚临界火电机组为例，在额定发电工况下发电功率为330MW，高压缸排汽压力为4.15MPa、温度为326℃，高压缸排汽流量为908t/h。锅炉再热器产生的再热热段蒸汽压力为3.70MPa、温度为540℃，设计一套容量为22MWh基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统，该套系统产汽量为20t/h、连续产汽时间5h，产汽并入高压缸排汽到汽轮机热力系统中发电。
其中蒸汽显热换热器换热面积28㎡，蒸汽潜热换热器换热面积1200㎡，熔盐蒸汽发生器410㎡，熔盐蒸汽过热器145㎡，低温、高温熔盐泵设计流量420t/h，水泵设计流量20t/h、设计扬程310m，低温、高温熔盐罐半径6m、高12m，熔盐2200t，整个系统占地面积300㎡，工程总投资约2100万。
蓄热流程：130℃低温熔盐通过低温熔盐泵4从低温熔盐罐3以每小时420吨的流量输送至蒸汽显热换热器5及蒸汽潜热换热器6，540℃高压蒸汽从锅炉再热器7出口以每小时20吨流量引至蒸汽显热换热器5及蒸汽潜热换热器6，熔盐加热至400℃储存在高温熔盐罐1中，高温蒸汽在蒸汽潜热换热器6形成的185℃高温疏水输送至除氧器13。
放热流程：400℃高温熔盐通过高温熔盐泵2从高温熔盐罐1以每小时420吨的流量输送至熔盐蒸汽过热器10及熔盐蒸汽发生器11，从除氧器13出水口引出20t/h饱和除氧水通过水泵12输送至熔盐蒸汽发生器11及熔盐蒸汽过热器10产生4.15MPa、326℃的蒸汽，与汽轮机高压缸排汽一并进入到锅炉再热器7继续加热，再一并进入到汽轮机中压缸9继续做功，实现将熔盐蓄热转化为4.4MW电力，22MWh电量。
按每调峰MWh电力盈利350元计算，该套系统每天充放两次，每次可获得7700元调峰奖励，每天可获得15400元调峰奖励，每年按250天计算，每年有助于消纳1100万kWh可再生电力，每年可获得385万元收益，整个投资可在5.5年收回，经济及社会效益明显。
Claims (8)
1.一种基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统，其特征在于，包括高温熔盐罐(1)、高温熔盐泵(2)、低温熔盐罐(3)、低温熔盐泵(4)、蒸汽显热换热器(5)、蒸汽潜热换热器(6)、锅炉再热器(7)、汽轮机高压缸(8)、汽轮机中压缸(9)、熔盐蒸汽过热器(10)、熔盐蒸汽发生器(11)、水泵(12)和除氧器(13)；低温熔盐罐(3)的输出端通过低温熔盐泵(4)连接蒸汽显热换热器(5)和蒸汽潜热换热器(6)的输入端，蒸汽显热换热器(5)和蒸汽潜热换热器(6)的输出端连接高温熔盐罐(1)的输入端；锅炉再热器(7)的输出端连接蒸汽显热换热器(5)和蒸汽潜热换热器(6)的输入端，蒸汽显热换热器(5)和蒸汽潜热换热器(6)的输出端连接除氧器(13)的输入端；高温熔盐罐(1)的输出端通过高温熔盐泵(2)连接熔盐蒸汽过热器(10)和熔盐蒸汽发生器(11)的输入端，熔盐蒸汽过热器(10)和熔盐蒸汽发生器(11)的输出端连接低温熔盐罐(3)的输入端；除氧器(13)的输出端通过水泵(13)连接熔盐蒸汽过热器(10)和熔盐蒸汽发生器(11)的输入端，熔盐蒸汽过热器(10)和熔盐蒸汽发生器(11)的输出端与汽轮机高压缸(8)一起连接锅炉再热器(7)的输入端；锅炉再热器(7)的输出端连接汽轮机中压缸(9)。
2.根据权利要求1所述的基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统，其特征在于，高温熔盐罐(1)输出高温熔盐，低温熔盐罐(3)输出低温熔盐，锅炉再热器(7)输出锅炉再热器出口蒸汽即再热热段蒸汽，汽轮机高压缸(8)输出汽轮机高压缸排汽，除氧器(13)输出饱和除氧水。
3.一种如权利要求1所述的基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统的蓄放热方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)蓄热减少发电负荷：
当需火电机组降低发电负荷时，低温熔盐通过低温熔盐泵(4)从低温熔盐罐(3)输送至蒸汽显热换热器(5)及蒸汽潜热换热器(6)，再热热段蒸汽从锅炉再热器(7)出口引至蒸汽显热换热器(5)及蒸汽潜热换热器(6)，低温熔盐与再热热段蒸汽在蒸汽显热换热器(5)和蒸汽潜热换热器(6)进行换热，加热后的熔盐储存至高温熔盐罐(1)，再热热段蒸汽在蒸汽潜热换热器(6)形成疏水输送至除氧器(13)；
2)放热增加发电负荷：
当需火电机组升发电负荷时，高温熔盐通过高温熔盐泵(2)从高温熔盐罐(1)输送至熔盐蒸汽过热器(10)和熔盐蒸汽发生器(11)，除氧器(13)出口通过水泵(12)将饱和除氧水输送至熔盐蒸汽发生器(11)和熔盐蒸汽过热器(10)，高温熔盐加热饱和除氧水后产生与汽轮机高压缸排汽同参数的蒸汽，并与汽轮机高压缸排汽一并进入到锅炉再热器(7)继续加热，加热后的蒸汽进入汽轮机中压缸(9)继续做功发电。
4.根据权利要求3所述的基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统的蓄放热方法，其特征在于，所述步骤1)中，当需火电机组降低发电负荷时，锅炉再热器(7)的部分再热热段蒸汽蓄热至熔盐，减少汽轮机中压缸(9)进汽量。
5.根据权利要求3所述的基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统的蓄放热方法，其特征在于，所述步骤1)中，再热热段蒸汽的显热、潜热分别储存在蒸汽显热换热器(5)、蒸汽潜热换热器(6)。
6.根据权利要求3所述的基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统的蓄放热方法，其特征在于，所述步骤1)中，低温熔盐与再热热段蒸汽在蒸汽显热换热器(5)及蒸汽潜热换热器(6)进行换热，并且再热热段蒸汽发生相变，凝结成疏水，疏水再减压回至除氧器(13)。
7.根据权利要求3所述的基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统的蓄放热方法，其特征在于，所述步骤2)中，高温熔盐与饱和除氧水在熔盐蒸汽过热器(10)及熔盐蒸汽发生器(11)进行换热，饱和除氧水发生相变，产生与汽轮机高压缸排汽同参数的蒸汽。
8.根据权利要求3所述的基于蒸汽全热加热熔盐蓄热的火电机组发电调峰系统的蓄放热方法，其特征在于，所述步骤2)中，水泵出口压力由汽轮机高压缸排汽压力决定，并高于汽轮机高压缸排汽压力。
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