CN111174449A - 一种火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统和方法。所述加热水系统中的光热熔盐集热设备包括：太阳能光热熔盐集热装置，收集太阳能并将该太阳能转换为热能而加热熔融态的熔盐；熔盐保温缓冲罐，储存经加热的熔融态的熔盐而进行蓄热；和熔盐循环管路，供熔融态的熔盐在太阳能光热熔盐集热装置与熔盐保温缓冲罐之间循环。所述加热水系统还具有：供水管路，连接在水源与熔盐保温缓冲罐之间，将液态水引入熔盐保温缓冲罐；第一热交换部，设于熔盐保温缓冲罐中，连接在供水管路的水流动方向的下游，使得来自供水管路的水与熔盐进行热交换而成为热水。
Description
技术领域
本发明涉及能源利用领域，具体涉及一种火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统和方法。
背景技术
随着全球能源消愈发紧张、以及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。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。目前，提出了光煤互补发电技术。
光煤互补发电技术是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。
但目前的光煤互补发电技术仅考虑利用光热作为热源，对于火电厂降低燃煤消耗量、以及碳减排作用有限。而且对于太阳能、电能、以及火电厂余热等的有效利用的开发也不够充分。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统和方法，光热熔盐集热加热系统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。
(1)一种火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统，其包括光热熔盐集热设备，所述光热熔盐集热设备包括：
太阳能光热熔盐集热装置，收集太阳能并将该太阳能转换为热能而加热熔融态的熔盐；
熔盐保温缓冲罐，储存经加热的熔融态的所述熔盐而进行蓄热；和
熔盐循环管路，供熔融态的熔盐在所述太阳能光热熔盐集热装置与所述熔盐保温缓冲罐之间循环，
所述加热水系统还具有：
供水管路，连接在水源与所述熔盐保温缓冲罐之间，将水引入所述熔盐保温缓冲罐；
第一热交换部，设于所述熔盐保温缓冲罐中，并连接在所述供水管路的水流动方向的下游，且使得来自所述供水管路的水以间隔换热的方式与所述熔盐保温缓冲罐中的熔盐进行热交换而成为热水；
热水管路，连接在所述第一热交换部与所述火电厂的锅炉给水或凝结水管路之间、或者连接在所述第一热交换部与外部供热管网回收管路之间；以及
第二热交换部，输入端与所述火电厂的锅炉的高温烟气管道或高温蒸汽管道连通，输出端与烟气或蒸汽疏水回收管道连通，且使得来自所述高温烟气管道或所述高温蒸汽管道的高温烟气或高温蒸汽以间隔放热的方式与熔盐进行热交换，从而将熔盐维持在熔融态。
(2)在上述(1)所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统中，所述热水管路连接于所述锅炉给水管路中高压加热器的输入端或输出端，或连接于所述凝结水管路中低压加热器的输入端或输出端，从而将所述热水作为锅炉给水或凝结水的一部分。
(3)在上述(1)所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统中，
所述高温蒸汽包括所述火电厂的锅炉的主蒸汽、再热蒸汽和所述火电厂的用于驱动发电机的汽轮机抽汽中的任意一种或多种的组合。
(4)在上述(1)所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统中，
所述熔盐保温缓冲罐包括对所述熔盐进行加热的电加热器。
(5)在上述(1)所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统中，
所述电加热器的供电端连接于所述火电厂中的发电机的出口母线、或者所述火电厂用电母线、或者所述火电厂的经升压后的出厂母线，
利用所述火电厂的调峰调频电力对所述电加热器供电。
(6)在上述(1)所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统中，
在无太阳能时，利用所述高温烟气或所述高温蒸汽在所述第二热交换部加热所述熔盐；或者，利用调峰调频电力供电的所述电加热器加热所述熔盐。
(7)在上述(1)所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统中，
所述熔盐保温缓冲罐的蓄热温度为50℃～1200℃。
(8)在上述(1)所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统中，
所述熔盐包括碱金属、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。
(9)在上述(1)所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统中，
所述第一热交换部采用管壳式换热器、螺旋管式换热器、板式换热器中的任意一种；
所述第二热交换部采用管壳式换热器、螺旋管式换热器、板式换热器中的任意一种。
(10)在上述(1)所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统中，
所述太阳能光热熔盐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。
(11)一种利用上述(1)至(10)中任一项所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统的加热方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1：对熔盐保温缓冲罐中的熔盐加热使之处于熔融态；
S2：判断是否有可利用的太阳能，若有，则进入步骤S31，若否，则进入步骤S41；
S31：启动光热熔盐集热设备，利用太阳能转换成的热能对熔融态的所述熔盐进行加热，所述熔盐保温缓冲罐通过经加热的所述熔盐进行蓄热；
S32：打开所述第一热交换部的熔盐进口和熔盐出口，打开所述第一热交换部的水流通管路的入口与出口，利用所述第一热交换器进行热交换并向所述热水管路输出所述热水；
S41：利用高温烟气、高温蒸汽、调峰调频电力中的一个或多个加热熔盐保温缓冲罐，进行蓄热，
S51：利用熔盐缓冲罐中的熔盐加热热水，并将热水供向锅炉给水管路、或凝结水管路、或热水管网，
其中，在步骤S41中，判断所述火电厂是否有富余的调峰调频电力，若有，则跳转执行步骤S42；判断所述火电厂是否容许抽取高温烟气用于加热熔盐，若容许，则跳转执行步骤S43；判断所述火电厂是否有富余的高温蒸汽用于加热熔盐，若有，则跳转执行步骤S44；
S42：利用富余调峰调频电力为所述熔盐保温缓冲罐的电加热器供电，利用电加热方式将熔融态的熔盐保持在规定的温度；
S43：打开所述第二热交换部的熔盐进口和熔盐出口，打开所述第二热交换部的高温烟气流通管路的入口阀与出口阀，使从所述火电厂的锅炉引流过来的高温烟气在所述第二热交换部进行热交换后从出口阀排出并被回收；在所述第二热交换部经热交换的熔盐因吸收所述高温烟气的热量而维持熔融态且具有规定的温度；
S44：打开所述第二热交换部的熔盐进口和熔盐出口，打开所述第二热交换部的高温蒸汽流通管路的入口阀与出口阀，使从所述火电厂的锅炉引流过来的高温蒸汽在所述第二热交换部进行热交换后从出口阀排出并被回收；在所述第二热交换部经热交换的熔盐因吸收所述高温蒸汽的热量而维持熔融态且具有规定的温度。
发明效果
本发明通过将光热熔盐集热系统与火电厂耦合，除了将太阳能光热作为热源，还充分利用了火电厂中的富余热量，并且还能够配合火电厂的调峰调频要求，因此能够降低火电厂的能源消耗量，充分有效地利用了太阳能、电能、以及火电厂余热等。
附图说明
图1是本发明的实施方式的系统构成示意图。
图2是本发明的实施方式的加热水系统工作流程示意图。
附图标记说明
1锅炉；2汽轮机(大汽轮机)；3发电机；4凝汽器；5低压加热器；6除氧器；7高压加热器；8熔盐保温缓冲罐；10太阳能导光板；9太阳能光热熔盐集热装置；11供水管路；12热水管路；13高温烟气管道；14烟气回收管道。
具体实施方式
下面参照图1和图2对本发明的具体实施方式进行详细的说明。附图中，对于相同的构件或部分标注相同的附图标记，并省略对其重复说明。本领域技术人员应当能够理解，下面的描述旨在说明本发明的技术方案，仅是例示性的，并非旨在限定本发明的权利要求范围。
如图1所示，本发明的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统系通过将火电厂与接收并蓄积太阳热能的光热熔盐集热设备耦合而成。
关于火电厂，通常包括锅炉1、由高温蒸汽驱动的汽轮机2、由汽轮机驱动进行发电的发电机3、对汽轮机排出蒸汽进行冷凝的凝汽器4、对凝汽器4输出的凝结水进行加热的低压加热器5和高压加热器7、以及设于低压加热器5和高压加热器7之间的除氧器6和水泵驱动用的小汽轮机。经高压加热器7加热后的热水再次进入锅炉，用于热水-水蒸汽的循环。
光热熔盐集热设备包括：太阳能光热熔盐集热装置9，通过太阳能导管板10收集太阳能，并将该太阳能转换为热能而加热熔融态的熔盐；熔盐保温缓冲罐8，储存经加热的熔融态的熔盐而进行蓄热；和熔盐循环管路，供熔融态的熔盐在太阳能光热熔盐集热装置与熔盐保温缓冲罐之间循环。
太阳能光热熔盐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1所示，本发明的加热水系统还具有：供水管路11，连接在水源与熔盐保温缓冲罐8之间，将液态水引入熔盐保温缓冲罐8；第一热交换部，设于熔盐保温缓冲罐8中，并连接在供水管路11的水流动方向的下游，且使得来自供水管路11的水以间隔换热的方式与熔盐进行热交换而成为水蒸汽；热水管路12，连接在第一热交换部与火电厂的锅炉给水管路或凝结水管路之间、或者连接在第一热交换部与外部供热管网回收管路之间。
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。
根据熔盐种类等不同，确保熔盐处于熔融态的温度也不同，例如可以是300℃、600℃、800℃、1100℃等。一般而言，熔盐保温缓冲罐的蓄热温度为50℃～1200℃。
第一热交换部可以采用管壳式换热器、螺旋管式换热器、板式换热器中的任意一种。
熔盐保温缓冲罐8还配备第二热交换部，该第二热交换部例如设于熔盐保温缓冲罐8中，输入端与火电厂的锅炉的高温烟气管道13或高温蒸汽管道(未示出)连通，输出端与烟气回收管道14或蒸汽疏水回收管道(未图示)连通。来自高温烟气管道14和/或高温蒸汽管道的高温烟气或高温蒸汽在第二热交换部以放热的方式与熔盐保温缓冲罐8中的熔盐进行热交换，从而将熔盐维持在熔融态且加热至规定的温度。由此，熔盐保温缓冲罐8中的熔盐不仅吸收太阳热能，还吸收高温烟气和/或高温蒸汽的热能，因此蕴含了更多的热能可供热交换(放热)。
上述的高温蒸汽可以是火电厂的锅炉的主蒸汽、再热蒸汽、火电厂的用于驱动发电机的汽轮机抽汽中的任意一种或多种的组合。可以根据熔盐保温缓冲罐8的蓄热温度、熔盐种类等设计从哪里取入高温蒸汽。
第二热交换部可以采用管壳式换热器、螺旋管式换热器、板式换热器中的任意一种。
可选的，熔盐保温缓冲罐8还可以包括对熔盐进行加热的电加热器。由此可以利用电力驱动电加热器加热熔盐，优选的是，利用调峰调频电力对电加热器供电以加热熔盐。例如，可以在作为用电低谷的夜间利用火电厂发出的电力。如此也能够配合火电厂的调峰调频要求。顺带说明的是，日间可以使用太阳能来维持熔盐的温度，也可以使用高温烟气/高温蒸汽，当然也可以使用电力。
上述电加热器的供电端连接于火电厂中的发电机的出口母线、或者火电厂用电母线、或者火电厂的经升压后的出厂母线，利用所述火电厂的调峰电力对所述电加热器供电。
下面，利用图2对本发的加热水系统的工作过程进行说明。
如图2所示，大体包括下述步骤。
S1：利用高温换热器(上述的第二热交换部)和/或电加热器对熔盐保温缓冲罐中的熔盐加热使其处于可循环的熔融态；
S2：判断是否有可利用的太阳能(判断是否有光照)，若有，则进入步骤S31，若否，则进入步骤S41；
S31：启动光热熔盐集热设备，太阳能光热集热装置将光能转换为热能，并对熔盐进行加热，熔盐保温缓冲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出口，并打开上述的第一热交换部的换热介质(本实施方式为水)的出入口，在第一热交换部进行水加热；
S41：利用高温烟气/高温蒸汽/调峰调频电力(其中之一或多个的组合)加热熔盐保温缓冲罐，进行蓄热。
具体而言，可根据火电厂目前的运行状态，如果有富余的调峰调频电力可驱动电加热器，则跳转执行步骤S42；如果锅炉容许抽取高温烟气用于加热熔盐，则跳转执行步骤S43；如果火电厂有富余的高温蒸汽用于加热熔盐，则跳转执行步骤S44；
S42、利用富余调峰调频电力为熔盐缓冲罐底部的电加热器供电，利用电加热方式使熔盐液化并达到其循环运行温度；
S43、打开所述第二热交换部的熔盐进口和熔盐出口，打开所述第二热交换部的高温烟气流通管路的入口阀与出口阀，使从所述火电厂的锅炉引流过来的高温烟气在所述第二热交换部进行热交换后从出口阀排出并被回收；在所述第二热交换部经热交换的熔盐因吸收所述高温烟气的热量而维持熔融态且具有规定的温度；
S44、打开所述第二热交换部的熔盐进口和熔盐出口，打开所述第二热交换部的高温蒸汽流通管路的入口阀与出口阀，使从所述火电厂的锅炉引流过来的高温蒸汽在所述第二热交换部进行热交换后从出口阀排出并被回收；在所述第二热交换部经热交换的熔盐因吸收所述高温蒸汽的热量而维持熔融态且具有规定的温度；
S51：利用熔盐缓冲罐中的熔盐加热热水，并将热水供向锅炉给水管路、或凝结水管路、或热水管网。
上述步骤，可以根据实际情况增减或组合。
根据本发明，由于火电厂的高温锅炉烟气、高温蒸汽被用于光热熔盐集热设备，所以能够减少来自火电厂的烟气/蒸汽的向大气环境的排放。而且，由于光热熔盐集热设备使用的是太阳能和火电厂的高温锅炉烟气、高温蒸汽，并无新增的碳排放量，因此，也是一种碳减排方案。
Claims (11)
1.一种火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统，其特征在于，包括光热熔盐集热设备，所述光热熔盐集热设备包括：
太阳能光热熔盐集热装置，收集太阳能并将该太阳能转换为热能而加热熔融态的熔盐；
熔盐保温缓冲罐，储存经加热的熔融态的所述熔盐而进行蓄热；和
熔盐循环管路，供熔融态的熔盐在所述太阳能光热熔盐集热装置与所述熔盐保温缓冲罐之间循环，
所述加热水系统还具有：
供水管路，连接在水源与所述熔盐保温缓冲罐之间，将水引入所述熔盐保温缓冲罐；
第一热交换部，设于所述熔盐保温缓冲罐中，并连接在所述供水管路的水流动方向的下游，且使得来自所述供水管路的水以间隔换热的方式与所述熔盐保温缓冲罐中的熔盐进行热交换而成为热水；
热水管路，连接在所述第一热交换部与所述火电厂的锅炉给水或凝结水管路之间、或者连接在所述第一热交换部与外部供热管网回收管路之间；以及
第二热交换部，输入端与所述火电厂的锅炉的高温烟气管道或高温蒸汽管道连通，输出端与烟气或蒸汽疏水回收管道连通，且使得来自所述高温烟气管道或所述高温蒸汽管道的高温烟气或高温蒸汽以间隔放热的方式与熔盐进行热交换，从而将熔盐维持在熔融态。
2.根据权利要求1所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统，其特征在于，所述热水管路连接于所述锅炉给水管路中高压加热器的输入端或输出端，或连接于所述凝结水管路中低压加热器的输入端或输出端，从而将所述热水作为锅炉给水或凝结水的一部分。
3.根据权利要求1所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统，其特征在于，所述高温蒸汽包括所述火电厂的锅炉的主蒸汽、再热蒸汽和所述火电厂的用于驱动发电机的汽轮机抽汽中的任意一种或多种的组合。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统，其特征在于，所述熔盐保温缓冲罐包括对所述熔盐进行加热的电加热器。
5.根据权利要求4所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统，其特征在于，所述电加热器的供电端连接于所述火电厂中的发电机的出口母线、或者所述火电厂用电母线、或者所述火电厂的经升压后的出厂母线，
利用所述火电厂的调峰调频电力对所述电加热器供电。
6.根据权利要求4所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统，其特征在于，在无太阳能时，利用所述高温烟气或所述高温蒸汽在所述第二热交换部加热所述熔盐；或者，利用调峰调频电力供电的所述电加热器加热所述熔盐。
7.根据权利要求1所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统，其特征在于，所述熔盐保温缓冲罐的蓄热温度为50℃～1200℃。
8.根据权利要求1所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统，其特征在于，所述熔盐包括碱金属、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。
9.根据权利要求1所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统，其特征在于，所述第一热交换部采用管壳式换热器、螺旋管式换热器、板式换热器中的任意一种；
所述第二热交换部采用管壳式换热器、螺旋管式换热器、板式换热器中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统，其特征在于，所述太阳能光热熔盐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。
11.一种利用权利要求1至10中任一项所述的火电厂耦合光热熔盐集热加热水系统的加热方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1：对熔盐保温缓冲罐中的熔盐加热使之处于熔融态；
S2：判断是否有可利用的太阳能，若有，则进入步骤S31，若否，则进入步骤S41；
S31：启动光热熔盐集热设备，利用太阳能转换成的热能对熔融态的所述熔盐进行加热，所述熔盐保温缓冲罐通过经加热的所述熔盐进行蓄热；
S32：打开所述第一热交换部的熔盐进口和熔盐出口，打开所述第一热交换部的水流通管路的入口与出口，利用所述第一热交换器进行热交换并向所述热水管路输出所述热水；
S41：利用高温烟气、高温蒸汽、调峰调频电力中的一个或多个加热熔盐保温缓冲罐，进行蓄热，
S51：利用熔盐缓冲罐中的熔盐加热热水，并将热水供向锅炉给水管路、或凝结水管路、或热水管网，
其中，在步骤S41中，判断所述火电厂是否有富余的调峰调频电力，若有，则跳转执行步骤S42；判断所述火电厂是否容许抽取高温烟气用于加热熔盐，若容许，则跳转执行步骤S43；判断所述火电厂是否有富余的高温蒸汽用于加热熔盐，若有，则跳转执行步骤S44；
S42：利用富余调峰调频电力为所述熔盐保温缓冲罐的电加热器供电，利用电加热方式将熔融态的熔盐保持在规定的温度；
S43：打开所述第二热交换部的熔盐进口和熔盐出口，打开所述第二热交换部的高温烟气流通管路的入口阀与出口阀，使从所述火电厂的锅炉引流过来的高温烟气在所述第二热交换部进行热交换后从出口阀排出并被回收；在所述第二热交换部经热交换的熔盐因吸收所述高温烟气的热量而维持熔融态且具有规定的温度；
S44：打开所述第二热交换部的熔盐进口和熔盐出口，打开所述第二热交换部的高温蒸汽流通管路的入口阀与出口阀，使从所述火电厂的锅炉引流过来的高温蒸汽在所述第二热交换部进行热交换后从出口阀排出并被回收；在所述第二热交换部经热交换的熔盐因吸收所述高温蒸汽的热量而维持熔融态且具有规定的温度。
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