CN111288428A - 一种熔盐电极锅炉储热发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种熔盐电极锅炉储热发电系统，属于储能领域，包括加热部、高温熔盐储罐和热量利用部；加热部包括炉体，和设置在炉体内的高压电极、中性电极和低温熔盐供应头；高压电极用于连接发电系统，低温熔盐供应头用于对炉体内填充低温熔盐；高温熔盐储罐一端连接炉体的底部，另一端连接热量利用部；热量利用部用于将高温熔盐储罐送出的熔盐与推动汽轮机做功的水工质进行热交换，并将降温后的熔盐送回炉体。在用电低谷时间段将风电光伏的弃电用于加热熔盐，进行热量储存，在用电高峰时间段，利用高温熔盐加热给水产生高温高压蒸汽，推动汽轮机做功，将储存热量转化为电能输出，可有效消纳弃风弃光实现非水可再生能源电力的大规模存储和调度。

Description

一种熔盐电极锅炉储热发电系统

技术领域

本发明涉及储能领域，具体而言，涉及一种熔盐电极锅炉储热发电系统。

背景技术

随着我国风电、光伏这种不稳定电源装机功率越来越大，而燃煤发电机组装机容量受到限制，导致整个电网中不稳定、不连续的电源产量逐年大幅度增加，这种状况一是会对电网安全运行造成极大的威胁；二是当用电侧负荷增加时发电侧功率又跟不上，导致供电能力不足。当前应对的措施是利用燃煤电站调峰或者大量新增风电光伏装机。但是，当风电、光伏装机容量超过电网调节能力时又被迫弃风弃光。为了减少弃风弃光现象，人们提出通过电池、抽水、压缩空气等多种储能方式消纳弃风弃光。但电池大规模储能技术寿命、安全性等存在问题，同时储能成本仍然极高，不具有大规模应用条件。抽水蓄能成本较低，技术也很成熟，但建设场地受水资源和地理条件制约，推广应用受到限制。压缩空气储能也需要岩穴等资源条件才具有应用价值，否则采用空气储罐方式储能造价昂贵也不具有工程推广应用价值。

熔盐储能具有选址灵活、储热效率高、储热容量大等优势，利用熔盐储能可以有效地克服上述其它储能技术所面临的问题。但利用熔盐储能需要利用弃风弃光电源将熔盐加热进行储存备用。根据电能转换方式不同可分为电阻加热、感应加热、电弧加热、电子束加热、红外加热和介质加热等。

电阻加热是利用电流的焦耳效应将电能转化为热能，电阻加热是应用最广技术成熟度最高的一种电加热方式，它通常分为直接加热和间接加热，直接加热是将电压直接加热到被加热物体上，当有电流流过时被加热物体本身便作为电阻发热，由于热量产于被加热物体本身，属于内部加热，其加热效率跟更高。间接电阻加热需要专门的发热元件，由发热元件产生热能，再通过辐射、对流和传导等方式传递到至被加热物体上。

当前电极锅炉通常是用于加热水工质产生蒸汽，温度不超过250℃，较多用于供热系统。熔盐具有非常低的蒸汽压(约几Pa)，可以在常压下进行高温加热，这给电锅炉的大型化和高温化提供了可能。同时，利用弃风弃光加热熔盐的技术和设备需要满足加热功率大(几十MW级)、加热功率密度高、加热温度均匀、负荷调节范围宽、负荷响应速度快、使用寿命长、加热效率高等要求，采用电阻式直接加热熔盐的熔盐电极锅炉能有效满足储能应用领域的加热要求。

发明内容

本发明提供了一种熔盐电极锅炉储热发电系统，旨在解决现有技术中熔盐电极锅炉储热发电系统存在的上述问题。

本发明是这样实现的：

一种熔盐电极锅炉储热发电系统，包括加热部、高温熔盐储罐和热量利用部；

所述加热部包括炉体，和设置在所述炉体内的高压电极、中性电极和低温熔盐供应头；

所述高压电极用于连接发电系统，所述低温熔盐供应头用于对所述炉体内填充低温熔盐；

所述高温熔盐储罐一端连接所述炉体的底部，另一端连接所述热量利用部；

所述热量利用部用于将所述高温熔盐储罐送出的熔盐与推动汽轮机做功水工质进行热交换，并将降温后的熔盐送回所述炉体。

在本发明的一种实施例中，所述热量利用部与所述炉体之间还设置有低温熔盐储罐，所述低温熔盐储罐连通所述低温熔盐供应头。

在本发明的一种实施例中，所述低温熔盐供应头为熔盐分配喷嘴，所述熔盐分配喷嘴到所述炉体底部的距离大于所述中性电极到所述炉体底部的距离。

在本发明的一种实施例中，所述热量利用部包括过热器；

所述过热器包括流通水汽的第一通道和流通熔盐的第二通道。

在本发明的一种实施例中，所述热量利用部还包括预热器；

所述预热器包括设置在所述第一通道和所述汽轮机给水管道之间的第三通道，以及设置在所述第二通道和所述炉体之间的第四通道。

在本发明的一种实施例中，所述热量利用部还包括汽包和蒸发器；

所述汽包上设置有从所述预热器引入水汽的第一管道，将水蒸汽送至所述过热器的第二管道，将饱和水输入所述蒸发器的第三管道以及从所述蒸发器引入汽水混合物的第四管道；所述蒸发器包括从所述过热器和再热器引入熔盐的第五管道，以及将熔盐输出至所述预热器的第六管道。

在本发明的一种实施例中，所述汽轮机包括串联设置的第一汽轮部和第二汽轮部；所述热量利用部还包括再热器；

所述再热器包括连接所述第一汽轮部出口和第二汽轮部入口的第五通道，以及与所述第二通道并列设置的第六通道。

在本发明的一种实施例中，所述炉体和所述低温熔盐储罐之间的管道上设置有低温熔盐调阀和低温熔盐泵。

在本发明的一种实施例中，所述炉体和所述高温熔盐储罐之间的管道上设置有炉体出口调阀。

在本发明的一种实施例中，所述高温熔盐储罐和所述热量利用部之间的管道上设置有高温熔盐泵和高温熔盐调节阀。

本发明的有益效果是：通过本实施例提供的熔盐电极锅炉储热发电系统：

1、在用电低谷时间段将风电光伏的弃电用于加热熔盐，进行热量储存，在用电高峰时间段，利用高温熔盐加热给水产生高温高压蒸汽，推动汽轮机做功，将储存热量转化为电能输出，可有效消纳弃风弃光实现非水可再生能源电力的大规模存储和调度，构建可再生能源发电与大规模储能系统互补的综合发电系统，实现电力削峰填谷，按需求负荷曲线稳定输出。

2、通过调节低温熔盐泵及出口调节阀可实现熔盐加热功率的实时快速调节，通过调节高温熔盐泵及出口调节阀可实现发电功率的调节，系统运行模式灵活。

3、利用电极锅炉加热熔盐，具有加热功率大(几十MW级)、加热效率高、负荷调节范围宽、负荷响应速度快、使用寿命长的优势，可满足电网级储能应用领域的加热要求。

4、熔盐电极锅炉布置于高低温熔盐储罐之上，熔盐可依靠重力进入高温熔盐储罐，简化系统设计。

5、利用电极锅炉加热熔盐，熔盐直接作为发热体，熔盐在高压电极与中性电极之间的通断决定了熔盐电极锅炉的工作与否，不存在电极锅炉干烧等工况，系统安全性高，运行控制简单。

6、利用熔盐进行热能的存储，运行温度高，压力低，可实现可再生能源电力的高参数低成本存储。

7、经由高温熔盐加热产生的高温高压蒸汽也可与大型火电机组进行耦合，进一步提升蒸汽温度压力参数，提升系统热效率与系统经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例一提供的熔盐电极锅炉储热发电系统的系统示意图；

图2是本发明实施例二提供的熔盐电极锅炉储热发电系统的系统示意图。

图标：100-加热部；210-高温熔盐储罐；300-热量利用部；110-炉体；130-高压电极；150-中性电极；170-熔盐分配喷嘴；010-汽轮机；230-低温熔盐储罐；310-过热器；330-预热器；350-汽包；370-蒸发器；390-再热器；011-第一汽轮部；013-第二汽轮部；351-第一管道；353-第二管道；355-第三管道；357-第四管道；371-第五管道；373-第六管道；231-低温熔盐调阀；233-低温熔盐泵；111-炉体出口调阀；211-高温熔盐泵；213-高温熔盐调节阀；320-放热单元；359-第七管道。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

本实施例提供了一种熔盐电极锅炉储热发电系统，请参阅图1，这种熔盐电极锅炉储热发电系统包括加热部100、高温熔盐储罐210和热量利用部300；

加热部100包括炉体110，和设置在炉体110内的高压电极130、中性电极150和熔盐分配喷嘴170形成的低温熔盐供应头；

高压电极130用于连接发电系统，低温熔盐供应头用于对炉体110内填充低温熔盐；

高温熔盐储罐210一端连接炉体110的底部，另一端连接热量利用部300；炉体110和高温熔盐储罐210之间的管道上设置有用于调节炉体110到高温熔盐流通量的炉体110出口调阀；高温熔盐储罐210和热量利用部300之间的管道上设置有用于调节高温熔盐进入热量利用部300的流通量的高温熔盐泵211和高温熔盐调节阀213；

热量利用部300用于将高温熔盐储罐210送出的熔盐与推动汽轮机010做功的水工质进行热交换，并将降温后的熔盐送回炉体110。

通过发电系统提供电能将熔盐分配喷嘴170输入炉体110内的熔盐进行升温，将电能转换为高温熔盐显热储存。用电低谷时间段将风电光伏的弃电用于加热熔盐，进行热量储存，在用电高峰时间段，利用高温熔盐加热给水产生高温高压蒸汽，推动汽轮机010做功，将储存热量转化为电能输出，可有效消纳弃风弃光实现非水可再生能源电力的大规模存储和调度，构建可再生能源发电与大规模储能系统互补的综合发电系统，实现电力削峰填谷，按需求负荷曲线稳定输出。而熔盐的循环利用，也可以保持环境友好，避免污染。

具体的，熔盐分配喷嘴170到炉体110底部的距离大于中性电极150到炉体110底部的距离。这样可以使得低温熔盐直接喷射到高压电极130上。

在本实施例中，热量利用部300与炉体110之间还设置有低温熔盐储罐230，低温熔盐储罐230连通熔盐分配喷嘴170。通过低温熔盐储罐230进行低温熔盐的储存，由于热量利用部对熔盐的热量利用不恒一，所以通过低温熔盐储罐230进行低温熔盐的贮存缓冲。炉体110和低温熔盐储罐230之间的管道上设置有低温熔盐调阀231和低温熔盐泵233，可以根据电网情况，调节低温熔盐泵233及低温熔盐调阀231调节进入炉体110的熔盐流量，实现炉体110内消纳电力能力的实时调节，而不受到放热部用热的影响。

在本实施例中，热量利用部300包括过热器310、预热器330、汽包350、蒸发器370和再热器390；而与本实施例配套的汽轮机010也包括串联设置的第一汽轮部011和第二汽轮部013。

具体的，过热器310包括流通水汽的第一通道和流通熔盐的第二通道，第一通道内相对低温的水汽和第二通道内相对高温的熔盐进行热量交换。

预热器330包括设置在第一通道和汽轮机010的给水管道之间的第三通道，以及设置在第二通道和炉体110之间的第四通道。同样的，第三通道内相对低温的水汽和第四通道内相对高温的熔盐进行热量交换。

汽包350上设置有从预热器330引入水汽的第一管道351，将饱和汽送至过热器310的第二管道353，将饱和水输入蒸发器370的第三管道355以及从蒸发器370引入汽水混合物的第四管道357；

蒸发器370包括从过热器310和再热器390引入熔盐的第五管道371，以及将熔盐输出至预热器330的第六管道373。

而再热器390包括连接第一汽轮部011出口和第二汽轮部013入口的第五通道，以及与第二通道并列设置的第六通道。

因此，在本实施例中水汽的输送流程为：从汽轮机010的给水管道进入预热器330的第三通道，水工质在预热器330内预热后，通过第一管道351进入汽包350内。而汽包350对其内的汽水混合物进行分离，其中饱和蒸汽通过第二管道353进入过热器310进行加热，饱和水部分通过第三管道355引入蒸发器370中，在蒸发器370中加热形成的汽水混合物由第四管道357回到汽包350。因此，在汽包350和蒸发器370之间形成一个循环通道，即饱和水部分会循环进入到蒸发器370中受热蒸发，直至变为蒸汽经由第二管道353进入过热器310进行最终加热。

由于汽轮机010包括第一汽轮部011和第二汽轮部013，与过热器310所在的熔盐流通通道中并联设置的再热器390就用于实现第二汽轮部013的供汽：从第一汽轮部011第一级排出的蒸汽通过再热器390的第五通道，经由第六通道内的熔盐进行升温后再输入到第二汽轮部013的蒸汽入口处。

在本实施例中熔盐的输送流程为：通过低温熔盐泵233抽取低温熔盐储罐230内的低温熔盐，经由熔盐分配喷嘴170喷射至炉体110中的高压电极130上，熔盐作为导体连通高压电极130与中性电极150，熔盐通电被加热升温后进入炉体110底部，依靠重力进入高温熔盐储罐210进行储存。经由高温熔盐泵211将高温熔盐储罐210内的高温熔盐抽出，一部分分流至过热器310的第二通道，一部分分流至再热器390的第六通道。高温熔盐在过热器310和再热器390内进行第一次降温后汇集，进入到蒸发器370，经由蒸发器370的降温后进入到预热器330的第四通道。最后从预热器330回流到低温熔盐储罐230内。

同时进行水汽的输送和熔盐的输送实现：在风电光伏资源匮乏、用电高峰时间段，将高温熔盐罐中储存的高温熔盐经高温熔盐泵211输送进入蒸汽发生系统的过热器310或再热器390，再经由蒸发器370，预热器330，与来自汽轮机010发电系统的给水换热，产生高温高压蒸汽，进入汽轮机010发电系统冲转汽轮机010发电。

在本实施例中，电极锅炉的负荷可根据风电光伏资源与电网用电负荷需求差实时进行调节，通过调节低温熔盐泵233流量及熔盐泵出口管路上的低温熔盐调节阀调节喷射至高压电极130的熔盐流量，进而调节高压电极130与中性电极150之间的流量，实现熔盐炉体110储热功率的实时调节；发电功率可根据电网需求，通过调节高温熔盐泵211流量及高温熔盐泵211出口的高温熔盐调节阀213实现熔盐流量的调节，进而控制蒸汽发生系统产生高温蒸汽的量，实现发电功率的调节。

通过本实施例提供的熔盐电极锅炉储热发电系统：

1、在用电低谷时间段将风电光伏的弃电用于加热熔盐，进行热量储存，在用电高峰时间段，利用高温熔盐加热给水产生高温高压蒸汽，推动汽轮机010做功，将储存热量转化为电能输出，可有效消纳弃风弃光实现非水可再生能源电力的大规模存储和调度，构建可再生能源发电与大规模储能系统互补的综合发电系统，实现电力削峰填谷，按需求负荷曲线稳定输出。

2、通过调节低温熔盐泵233及出口调节阀可实现熔盐加热功率的实时快速调节，通过调节高温熔盐泵211及出口调节阀可实现发电功率的调节，系统运行模式灵活。

3、利用电极锅炉加热熔盐，具有加热功率大(几十MW级)、加热效率高、负荷调节范围宽、负荷响应速度快、使用寿命长的优势，可满足电网级储能应用领域的加热要求。

4、熔盐电极锅炉布置于高低温熔盐储罐230之上，熔盐可依靠重力进入高温熔盐储罐210，简化系统设计。

5、利用电极锅炉加热熔盐，熔盐直接作为发热体，熔盐在高压电极130与中性电极150之间的通断决定了熔盐电极锅炉的工作与否，不存在电极锅炉干烧等工况，系统安全性高，运行控制简单。

6、利用熔盐进行热能的存储，运行温度高，压力低，可实现可再生能源电力的高参数低成本存储。

7、经由高温熔盐加热产生的高温高压蒸汽也可与大型火电机组进行耦合，进一步提升蒸汽温度压力参数，提升系统热效率与系统经济性。

实施例二

本实施例提供了一种熔盐电极锅炉储热发电系统，请参阅图2，这种熔盐电极锅炉储热发电系统与实施例一提供的熔盐电极锅炉储热发电系统的区别在于：在储热单元提供电力的同时需要对外供热时，其中汽包350设置有将饱和蒸汽引出的第七管道359，通过第七管道359将饱和蒸汽引入放热单元320，在放热单元320内将用于工业供汽或者供暖的流体升温。而饱和蒸汽降温后与机组给水混合后回到预热器330进行下一个循环。在只需要供热，不需要储热单元发电时，可通过过热器310及再热器390熔盐旁路，将熔盐依次送入蒸发器370和预热器330，加热给水，产生饱和汽，加热工业供汽或者供暖的流体，完成储热单位对外供热功能。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种熔盐电极锅炉储热发电系统，其特征在于，包括加热部、高温熔盐储罐和热量利用部；

所述加热部包括炉体，和设置在所述炉体内的高压电极、中性电极和低温熔盐供应头；

所述高压电极用于连接发电系统，所述低温熔盐供应头用于对所述炉体内填充低温熔盐；

所述高温熔盐储罐一端连接所述炉体的底部，另一端连接所述热量利用部；

所述热量利用部用于将所述高温熔盐储罐送出的熔盐与推动汽轮机做功的水工质进行热交换，并将降温后的熔盐送回所述炉体。

2.根据权利要求1所述的熔盐电极锅炉储热发电系统，其特征在于，所述热量利用部与所述炉体之间还设置有低温熔盐储罐，所述低温熔盐储罐连通所述低温熔盐供应头。

3.根据权利要求2所述的熔盐电极锅炉储热发电系统，其特征在于，所述低温熔盐供应头为熔盐分配喷嘴，所述熔盐分配喷嘴到所述炉体底部的距离大于所述中性电极到所述炉体底部的距离。

4.根据权利要求1所述的熔盐电极锅炉储热发电系统，其特征在于，所述热量利用部包括过热器；

所述过热器包括流通水汽的第一通道和流通熔盐的第二通道。

5.根据权利要求4所述的熔盐电极锅炉储热发电系统，其特征在于，所述热量利用部还包括预热器；

所述预热器包括设置在所述第一通道和所述汽轮机给水管道之间的第三通道，以及设置在所述第二通道和所述炉体之间的第四通道。

6.根据权利要求5所述的熔盐电极锅炉储热发电系统，其特征在于，所述热量利用部还包括汽包和蒸发器；

所述汽包上设置有从所述预热器引入水汽的第一管道，将水蒸汽送至所述过热器的第二管道，将饱和水输入所述蒸发器的第三管道以及从所述蒸发器引入汽水混合物的第四管道；

所述蒸发器包括从所述过热器和预热器引入熔盐的第五管道，以及将熔盐输出至所述预热器的第六管道。

7.根据权利要求6所述的熔盐电极锅炉储热发电系统，其特征在于，所述汽轮机包括串联设置的第一汽轮部和第二汽轮部；所述热量利用部还包括再热器；

所述再热器包括连接所述第一汽轮部出口和第二汽轮部入口的第五通道，以及与所述第二通道并列设置的第六通道。

8.根据权利要求2所述的熔盐电极锅炉储热发电系统，其特征在于，所述炉体和所述低温熔盐储罐之间的管道上设置有低温熔盐调阀和低温熔盐泵。

9.根据权利要求1所述的熔盐电极锅炉储热发电系统，其特征在于，所述炉体和所述高温熔盐储罐之间的管道上设置有炉体出口调阀。

10.根据权利要求1所述的熔盐电极锅炉储热发电系统，其特征在于，所述高温熔盐储罐和所述热量利用部之间的管道上设置有高温熔盐泵和高温熔盐调节阀。

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