CN113432119B - 一种循环流化床机组耦合熔盐储能的深度调峰系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及火力发电领域，具体为一种用于循环流化床机组耦合熔盐储能的深度调峰系统，即利用流化床锅炉的循环灰系统与熔盐系统进行耦合，低造价实现换热。在我国的煤电装机中有大量的流化床机组，除少数早期300MW等级和近年来刚投运的为数不多的几台超临界600MW等级流化床机组带有外置床，其余机组都是不带外置床的，对于不带外置床的机组可以实施改造，增加外置床及熔盐换热器，对于带外置床的机组，可以改造外置床内的全部或部分蒸汽受热面为熔盐受热面，然后通过熔盐加热汽水工质。本发明较电加热或蒸汽加热储能的方式，因降低了火电机组的出力，而多接纳新能源发电的广义储能效益，本发明即使狭义对燃煤发电机组而言，也属于节能条件下的储能方式。
Description
技术领域
本发明涉及火力发电领域，具体为一种用于循环流化床机组耦合熔盐储能的深度调峰系统。
背景技术
火电从以往承担基本发电负荷兼顾调峰，到今后调峰将成为火电厂的首要任务，火电利用小时将持续下降。一般火电机组（包括煤粉炉和循环流化床锅炉）设计最低负荷为30%BMCR（锅炉最大连续蒸发量），机组深度调峰的低限一般为锅炉限制，汽轮机一般最低连续运行出力为20%额定负荷，因此，火电机组深度调峰的努力方向首先是解决锅炉与汽轮机最低出力不匹配的问题，而循环流化床锅炉较煤粉锅炉在低负荷稳燃方面有着先天优势，应该作为深度调峰机组建设或改造的优先方向，而且流化床锅炉比煤粉炉多出物料循环，可以充分利用这一特点进行相关耦合，现阶段提升火电调峰性能，对电网更多接纳风电光伏等不稳定新能源，减少煤电发电量有重要意义。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种用于循环流化床机组耦合熔盐储能的深度调峰系统，即利用流化床锅炉的循环灰系统与熔盐系统进行耦合，低造价实现换热。在我国的煤电装机中有大量的流化床机组，除少数早期300MW等级和近年来刚投运的为数不多的几台超临界600MW等级流化床机组带有外置床，其余机组都是不带外置床的，对于不带外置床的机组可以实施改造，增加外置床及熔盐换热器，对于带外置床的机组，可以改造外置床内的全部或部分蒸汽受热面为熔盐受热面，然后通过熔盐加热汽水工质。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种用于循环流化床机组耦合熔盐储能的深度调峰系统，包括旋风分离器、锥形阀、返料器、回料腿、外置床、循环灰管道、外置床入口关断阀、外置床出口至回料腿关断阀、循环灰冷却器和循环灰冷却器入口调节阀，旋风分离器的入口烟道和循环流化床锅炉炉膛连接，旋风分离器的出口通过返料器、回料腿和循环流化床锅炉炉膛连接，旋风分离器的出口还通过锥形阀、一循环灰管道和外置床入口连接，该循环灰管道上设置有外置床入口关断阀，外置床出口通过另一循环灰管道和循环灰冷却器入口连接，该循环灰管道上设置有循环灰冷却器入口调节阀，循环灰冷却器出口连接灰渣系统，外置床出口还通过又一循环灰管道和回料腿连接，该循环灰管道上设置有外置床出口至回料腿关断阀，上述设备构成循环灰回路：旋风分离器→锥形阀→外置床→循环灰冷却器→灰渣系统，另外一路：旋风分离器→锥形阀→外置床→回料腿→炉膛；旋风分离器→返料器→回料腿→炉膛；
还包括熔盐加热器、冷熔盐储罐、热熔盐储罐、冷熔盐泵、热熔盐泵、熔盐管道、熔盐给水加热器、熔盐蒸汽过热器，熔盐加热器安置在外置床内，熔盐给水加热器、冷熔盐储罐、冷熔盐泵、熔盐加热器、热熔盐储罐、热熔盐泵、熔盐蒸汽过热器依次通过熔盐管道首尾连接构成熔盐回路，冷熔盐储罐→冷熔盐泵→熔盐加热器→热熔盐储罐→热熔盐泵→熔盐蒸汽过热器→熔盐给水加热器→冷熔盐储罐；其中熔盐给水加热器和熔盐蒸汽过热器的壳程走熔盐，熔盐给水加热器管程走给水，熔盐蒸汽过热器管程走蒸汽；熔盐给水加热器管程入口接高压给水，管程出口接省煤器出口，熔盐蒸汽过热器管程入口接中温过热器入口集箱，管程出口接锅炉高温再热器出口。
上述的一种用于循环流化床机组耦合熔盐储能的深度调峰系统,既适用于亚临界机组（汽包炉），也适用于超临界机组（直流炉），既适用于纯凝机组深度调峰，也适用于供热机组热电解耦，既适用于新建工程，也适用于在役机组改造。
本发明提供了一种用于循环流化床机组耦合熔盐储能的深度调峰系统，深度调峰时，利用循环灰加热冷熔盐，吸收的热能储存到热熔盐储罐中，高峰释能时，热熔盐加热汽水工质，到汽轮机做功。该发明不但可以实现深度调峰，还可以实现机组节能运行，熔盐吸收和释放的热量是相同的，但汽轮机在低负荷运行和高负荷运行时热耗差异较大，熔盐储能系统，使相同的热能从低负荷高热耗，转移到高负荷低热耗时做功，在电-电转换目标下，实现储能1kWh，释能大于1kWh的效果。
本发明提供了低成本实现从锅炉烟气侧吸热储能的方式，而不是目前用电加热或高品位蒸汽加热熔盐的方式，循环效率更高，较电加热或蒸汽加热储能的方式，因降低了火电机组的出力，而多接纳新能源发电的广义储能效益，本发明即使狭义对燃煤发电机组而言，也属于节能条件下的储能方式。
本发明的有益效果是：
1）实现用锅炉热量加热熔盐，而不是利用蒸汽的热量或用电加热装置，储能循环效率远高于蒸汽加热或电加热方式；
2）选择从循环流化床锅炉的循环灰中获取热量加热熔盐，工程造价明显低于利用煤粉锅炉高温烟气的方式；
3）充分与现有机组耦合来解决近饱和水的蒸发问题，省去了蒸发受热面，避免了采用复杂昂贵的熔盐蒸发器，并且避免了超临界水蒸发流动阻力的多值性等问题，进一步降低了工程设备造价和系统复杂程度；
4）熔盐加热一次汽系统，即高压给水和过热蒸汽，压力高、比容小，汽水管道及换热器体积小、造价低，相对加热二次汽，即再热蒸汽，更为经济，或者避免了同时加热一次汽、二次汽的系统复杂，充分利用锅炉现有系统，发挥烟气挡板的调节能力实现上述目的。
5）在机组低负荷下储能，在高负荷下释能，由于汽轮机在高负荷下的热耗明显低于低负荷下的热耗，因此，还能取得节能收益；
6）可以增加火电机组的变负荷速率及负荷调节精度，即提高火电机组的kp值，增强火电机组运行的灵活性。
7）使循环流化床锅炉增加了一种调节床温的手段。
附图说明
图1为实施例的热力系统示意图。
图中：1-旋风分离器，2-锥形阀，3-返料器，4-回料腿，5-外置床，6-循环灰管道，7-外置床入口关断阀，8-外置床出口至回料腿关断阀，9-循环灰冷却器，10-循环灰冷却器入口调节阀，11-熔盐加热器，12-冷熔盐储罐，13-热熔盐储罐，14-冷熔盐泵，15-热熔盐泵，16-熔盐管道，17-熔盐给水加热器， 18-熔盐蒸汽过热器，19-省煤器，20-水冷壁，21-低温过热器，22-中温过热器，23-高温过热器，24-一级喷水减温器，25-二级喷水减温器，26-低温再热器，27-高温再热器，28-过热器烟气挡板，29-再热器烟气挡板,30-汽泵，31-再热器事故喷水减温器。
具体实施方式
实施例：一种用于循环流化床机组耦合熔盐储能的深度调峰系统,以汽包炉为例，包括旋风分离器1、锥形阀2、返料器3、回料腿4、外置床5、循环灰管道6、外置床入口关断阀7、外置床出口至回料腿关断阀8、循环灰冷却器9、循环灰冷却器入口调节阀10，上述设备如图1所示流程连接，构成循环灰回路；熔盐加热器11、冷熔盐储罐12、热熔盐储罐13、冷熔盐泵14、热熔盐泵15、熔盐管道16、熔盐给水加热器17、熔盐蒸汽过热器18，上述设备如图1所示流程连接，构成熔盐回路，其中熔盐加热器11布置在外置床中；省煤器19、水冷壁20、低温过热器21、中温过热器22、高温过热器23、一级喷水减温器24、二级喷水减温器25、低温再热器26，高温再热器27、汽泵30，上述设备如图1所示流程连接，构成汽水回路，其中熔盐给水加热器17和熔盐蒸汽过热器18的壳程走熔盐，管程分别走给水和蒸汽；过热器烟气挡板28和再热器烟气挡板29分别控制锅炉尾部两侧竖井的烟气流量。
当电网用电负荷需求小时，发电机组需要减小出力，此时做储能方式运行。
循环灰回路：通过旋风分离器1捕捉的循环灰，一部分通过返料器3和回料腿4回到炉膛，另一部分循环灰流经外置床5换热降温后，一部分通过循环灰管道6回到炉膛，另一部分进入循环灰冷却器9排出，运行中外置床入口关断阀7、外置床出口至回料腿关断阀8都是打开状态，锥形阀2和循环灰冷却器入口调节阀10是调节状态，当储能需要的热量多时，锥形阀2开大，当储能需要的热量少时，锥形阀2关小，当锅炉床温升高时，循环灰冷却器入口调节阀10关小，当锅炉床温降低时，循环灰冷却器入口调节阀10开大。
熔盐回路：熔盐从冷熔盐储罐12经冷熔盐泵14通过熔盐管道16进入熔盐加热器11吸热升温后，再通过熔盐管道16进入热熔盐储罐13储存。
当电网用电负荷需求大时，发电机组需要增加出力，此时做释能方式运行。
熔盐回路：熔盐从热熔盐储罐13经热熔盐泵15通过熔盐管道16依次进入熔盐蒸汽过热器18和熔盐给水加热器17，熔盐放热降温后通过熔盐管道16回到冷熔盐储罐12储存。
汽水回路：来自汽轮机系统的高压给水一部分按照常规的锅炉汽水流程进入省煤器19，另一部分进入熔盐给水加热器17加热后，与省煤器19出口的给水汇合，再进入常规的锅炉蒸发受热面（水冷壁20）流程；从锅炉的中温过热器22入口集箱引出一部分蒸汽进入熔盐蒸汽过热器18加热后与锅炉高温再热器23出口蒸汽汇合进入主蒸汽管道，若需求释能功率较大，一级喷水减温器24无法补偿满足蒸发量时，也可设计回到中温过热器22出口集箱汇合，由二级喷水减温器25继续补偿蒸发量。
烟气及减温水回路：由于熔盐给水加热器17分流了部分高压给水，降低了省煤器19的热量需求，因此，关小过热器烟气挡板28，以减小锅炉尾部竖井低温过热器21侧的烟气量；在进入蒸发受热面（水冷壁20）相同汽水流量条件下，由于在释能工况下，主动减少锅炉燃料量，炉膛中燃烧热量较常规工况要小，蒸发受到抑制，因而产汽量较常规工况要小，这些蒸汽通过低温过热器21经烟气加热升温后，再通过一级喷水减温器24减温，目的是利用低温过热器21出口较高温度的蒸汽来蒸发减温水，以增加蒸汽流量，弥补锅炉蒸发受热面因热量相对不足而减少的蒸发量；由于总烟气量减小，较常规工况相同负荷下，就需要开大再热器烟气挡板29的开度，而正好该工况下，过热器烟气挡板28的开度是需要减小的，正好形成互补，使锅炉尾部竖井低温再热器侧的烟气量保持足够的热量来加热低温再热器26中的蒸汽，并使低温再热器出口蒸汽略高于常规工况，以补偿储能工况下，炉内高温再热器吸热的不足，再热器事故喷水减温器31一般不投，只有在烟气挡板调节能力不足的情况下才用。
熔盐储能深度调峰系统耦合直流炉的储能和释能工作过程与实施例完全相同。
Claims (1)
1.一种用于循环流化床机组耦合熔盐储能的深度调峰系统，其特征在于：包括旋风分离器（1）、锥形阀（2）、返料器（3）、回料腿（4）、外置床（5）、循环灰管道（6）、外置床入口关断阀（7）、外置床出口至回料腿关断阀（8）、循环灰冷却器（9）和循环灰冷却器入口调节阀（10）；旋风分离器（1）的入口烟道和循环流化床锅炉炉膛连接，旋风分离器（1）的出口通过返料器（3）、回料腿（4）和循环流化床锅炉炉膛连接，旋风分离器（1）的出口还通过锥形阀（2）、一循环灰管道（6）和外置床（5）入口连接，该循环灰管道（6）上设置有外置床入口关断阀（7），外置床（5）出口通过另一循环灰管道（6）和循环灰冷却器（9）入口连接，该循环灰管道（6）上设置有循环灰冷却器入口调节阀（10），循环灰冷却器（9）出口连接灰渣系统，外置床（5）出口还通过又一循环灰管道（6）和回料腿（4）连接，该循环灰管道（6）上设置有外置床出口至回料腿关断阀（8），上述设备构成循环灰回路；还包括熔盐加热器（11）、冷熔盐储罐（12）、热熔盐储罐（13）、冷熔盐泵（14）、热熔盐泵（15）、熔盐管道（16）、熔盐给水加热器（17）、熔盐蒸汽过热器（18），熔盐加热器（11）安置在外置床（5）内，熔盐给水加热器（17）、冷熔盐储罐（12）、冷熔盐泵（14）、熔盐加热器（11）、热熔盐储罐（13）、热熔盐泵（15）、熔盐蒸汽过热器（18）依次通过熔盐管道（16）首尾连接构成熔盐回路；其中熔盐给水加热器（17）和熔盐蒸汽过热器（18）的壳程走熔盐，熔盐给水加热器（17）管程走给水，熔盐蒸汽过热器（18）管程走蒸汽；熔盐给水加热器（17）管程入口接高压给水，管程出口接省煤器（19）出口，熔盐蒸汽过热器（18）管程入口接中温过热器（22）入口集箱，管程出口接锅炉高温再热器（23）出口；来自汽轮机系统的高压给水一部分按照锅炉汽水流程进入省煤器（19），另一部分进入熔盐给水加热器（17）加热后，与省煤器（19）出口的给水汇合，再进入锅炉蒸发受热面流程；从锅炉的中温过热器（22）入口集箱引出一部分蒸汽进入熔盐蒸汽过热器（18）加热后与锅炉高温再热器（23）出口蒸汽汇合进入主蒸汽管道，若需求释能功率较大，一级喷水减温器（24）无法补偿满足蒸发量时，设计回到中温过热器（22）出口集箱汇合，由二级喷水减温器（25）继续补偿蒸发量。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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