CN114562712A - 一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，包括熔盐储热系统、汽轮发电机系统和智慧控制系统，熔盐储热系统包括储热系统和蒸汽发生系统，蒸汽发生系统通过进汽管道与汽轮发电机系统连接，储热系统、蒸汽发生系统、汽轮发电机系统均与智慧控制系统连接。本发明通过熔盐储热系统和汽轮发电机系统，实现用电低谷时段储能，高峰时段供汽、放电，对电网起到削峰填谷的调峰效果，提高电力设备资产利用率；通过智慧控制系统，实现远程监控热电联产系统；基于大数据的分析，提供热电联产系统的运行策略，将供能端和负荷端进行优化匹配，实现智能用能控制；用户端通过下达相应指令控制热电联产系统的相关功能，实现智慧管理热电联产系统。

Description

一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统

技术领域

本发明涉及热电技术领域，具体涉及一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统。

背景技术

随着人民生活水平提高和电力负荷快速增长，电网负荷峰谷差日益扩大。电力系统中电源及输配电设备均按照电网高峰负荷规划建设，但电网高峰负荷持续时间较短，导致为满足高峰负荷需求而规划建设的电力设备资产利用率低。此外，我国电源结构以火电为主，燃煤发电约占总发电量的75％，大量火电机组在非用电高峰时处于停机或低负荷运行状态，不仅使电力设备利用率低，也使发电机组运行可靠性变差、发电效率降低。因此，解决电网调峰问题，提高电力设备资产利用率和火电机组运行可靠性、效率是当前电力行业面临的重要问题。利用储能技术可大幅提高火电机组发电的总负荷系数和实际运行效率，增强电网的输电能力。因而，研究开发带有储能系统的供电供热技术是提高常规能源发电与输电效率、提高电力供应安全性和经济性的迫切需要。在现有的各种储能技术中，熔盐显热蓄热技术具有技术成熟、蓄热成本低廉的优点，已具备大规模商业应用的能力。

发明内容

本发明主要是为了解决非用电高峰期电力设备利用率低的问题，提供了一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，通过熔盐储热系统和汽轮发电机系统，实现用电低谷时段储能，高峰时段供汽、放电，对电网起到削峰填谷的调峰效果，提高电力设备资产利用率；通过智慧控制系统，实现远程监控热电联产系统；基于大数据的分析，提供热电联产系统的运行策略，将供能端和负荷端进行优化匹配，实现智慧用能控制；用户端通过下达相应指令控制热电联产系统的相关功能，实现智慧管理热电联产系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，包括熔盐储热系统、汽轮发电机系统和智慧控制系统，所述熔盐储热系统包括储热系统和蒸汽发生系统，所述蒸汽发生系统通过进汽管道与所述汽轮发电机系统连接，所述储热系统、蒸汽发生系统、汽轮发电机系统均与所述智慧控制系统连接。本发明提供了一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，包括熔盐储热系统、汽轮发电机系统和智慧控制系统，熔盐储热系统包括储热系统和蒸汽发生系统，储热系统包括熔盐电加热器、熔盐罐、熔盐泵和化盐疏盐单元，用电低谷时段进行熔盐储热；蒸汽发生系统包括熔盐蒸发器、汽包、熔盐预热器、启动电加热器和启动循环泵，利用储热系统储存的热量产生蒸汽；汽轮发电机系统包括汽轮机和发电机，蒸汽发生系统通过进汽管道与汽轮发电机系统连接，为汽轮发电机系统提供蒸汽，蒸汽在汽轮机内膨胀做功，使叶片转动从而带动发电机发电，实现用电峰谷时段供电；储热系统、蒸汽发生系统和汽轮发电机系统均与智慧控制系统连接，实现智慧监控和管理热电联产系统。熔盐储热系统在谷电时段通过熔盐电加热器加热熔盐进行储热，储热的同时通过SGS产生一定量的蒸汽满足厂内蒸汽需求；峰电时段将储存在熔盐中的热量，再通过SGS进行转换，产生蒸汽满足峰电时段厂内部分蒸汽需求。本发明通过熔盐储热系统和汽轮发电机系统，实现用电低谷时段储能，高峰时段供汽、放电，对电网起到削峰填谷的调峰效果，提高电力设备资产利用率，提高火电机组运行可靠性和效率；通过智慧控制系统，实现远程监控热电联产系统的运行状态，输出曲线和报表，并基于大数据的分析，提供热电联产系统的运行策略，将供能端和负荷端进行优化匹配，实现智慧用能控制；同时将监测的实时数据反馈给用户端，便于用户端实时了解热电联产系统的运行状态，用户端还可下达指令控制热电联产系统的相关功能，实现智慧监控和管理。

作为优选，所述储热系统包括熔盐电加热器、熔盐罐、熔盐泵和化盐疏盐单元，所述熔盐电加热器采用低谷电将低温熔盐加热至高温熔盐；所述熔盐罐采用双罐式，包括冷盐罐和热盐罐；所述熔盐泵采用立式泵，包括冷盐泵和热盐泵。储热系统采用三元硝酸熔盐作为储热、传热介质，其组分为53%KNO3、7%NaNO3和40%KNO2。熔盐电加热器是采用低谷电将低温熔盐加热至高温熔盐的设备，采用电阻式加热器。为减少冷热熔盐混合带来能量的品位损失，熔盐罐采用双罐式，分别为冷盐罐、热盐罐。熔盐泵采用立式泵，包括冷盐泵和热盐泵，冷盐泵、热盐泵分别设于冷盐罐、热盐罐上，盐罐顶的支撑结构上设有电机，盐泵的长轴深入盐罐底部，将熔盐泵出罐体。盐泵停止工作时，盐泵内的熔盐在重力作用下自动流回盐罐内，避免盐泵内熔盐的泄漏对储热系统造成影响。

作为优选，所述化盐疏盐单元包括传送带、化盐槽和化盐泵，所述传送带将敲碎后的固态熔盐传送到化盐槽进行加热融化，再通过化盐泵将融化后的熔盐泵入熔盐电加热器进行加热升温，最后将升温后的熔盐存储于热盐罐中。储热系统使用的储热介质在最开始是以固体形式储存和运输的，电厂运行开始前，熔盐以块状形式运到现场的专门储盐区；电厂运行开始时，首先将大块的熔盐敲碎，用传送带输送到化盐槽加热融化，再通过化盐泵泵入熔盐电加热器进行升温后存储于热盐罐中。

作为优选，所述蒸汽发生系统包括熔盐蒸发器、汽包、熔盐预热器、启动电加热器和启动循环泵，所述熔盐蒸发器、汽包、熔盐预热器、启动电加热器和启动循环泵均布置在同一钢构支撑架上。蒸汽发生系统采用自然循环，用于将熔盐存储的热量传递给厂区内的蒸汽管网以满足厂区蒸汽需求。蒸汽发生系统通过进汽管道与汽轮发电机系统连接，为汽轮发电机系统提供蒸汽，使汽轮发电机系统发电，实现热电联产系统的产电功能；蒸汽发生系统连接蒸汽管网，用来对外提供蒸汽，实现热电联产系统的产热功能。

作为优选，所述热电联产系统还包括电极锅炉，所述电极锅炉通过进汽管道与所述汽轮发电机系统连接。电极锅炉通过进汽管道与汽轮发电机系统连接，作为备用蒸汽发生器，为汽轮发电机系统提供蒸汽。一般情况下，热电联产系统会提前预测次日用汽负荷，按照次日用汽负荷控制蒸汽发生系统产生蒸汽，当出现非正常突发大用汽负荷，蒸汽发生系统提供的蒸汽量不够时，电极锅炉可以快速投入使用，补充蒸汽。本系统具有供汽备用机制，可靠性高。

作为优选，所述熔盐蒸发器、熔盐预热器采用U形管管壳式换热器，卧式布置。

作为优选，所述汽轮发电机系统包括汽轮机和发电机，所述蒸汽发生系统产生的蒸汽进入汽轮机内膨胀做功，使叶片转动而带动发电机发电。蒸汽发生系统产生的蒸汽通过进汽管道传送到汽轮发电机系统的汽轮机内，蒸汽在汽轮机内膨胀做功，使叶片转动从而带动发电机发电，将用电低谷时段存储的能量在峰谷时段以电能形式输出。

作为优选，所述智慧控制系统包括设置在各个环节的数据采集单元，所述数据采集单元包括温度传感器、压力传感器和流量传感器。数据采集单元作为自动化监测装置，包括设在系统各个环节的压力传感器、温度传感器和流量传感器。数据采集单元与主控制单元电性连接，将系统中各环节的压力、温度、流量等数据转化为远传模拟电信号，输入主控制单元。

作为优选，所述智慧控制系统还包括主控制单元和无线通讯单元，所述数据采集单元与主控制单元电连接，主控制单元通过无线通讯单元连接云平台，云平台通过3G或GPRS网络连接智能测控终端服务器和数据存储服务器，智能测控终端服务器和数据存储服务器均通过物联网连接公用用户端和专用用户端。主控制单元控制数据采集单元将所采集的数据通过无线通讯单元或微基站传输到云平台，经过云平台处理分析后，将处理后的数据信息传输给智能测控终端服务器进行数据信息监控，输出曲线和报表；并通过数据存储服务器将数据信息存储；公用用户端和专用用户端可调取智能测控终端服务器和数据存储服务器内的数据信息，实现远程监控热电联产系统；并可下达相应指令，用于控制热电联产系统的相关功能，起到信息交互的作用。

作为优选，所述云平台结合数据存储服务器存储的历史数据和智能测控终端服务器监测的实时数据，通过大数据处理技术，输出高层次的热电联产系统运行策略，将供能端和负荷端进行“提前”优化匹配。通过大数据特殊处理技术，在对工厂用能情况的历史大数据的分析和实时监测基础上，提供更高层次的热电联产系统运行策略，将供能端和负荷端进行“提前”优化匹配，通过大数据使热电联产系统达到“可预见、可控制”。

因此，本发明的优点是：

（1）通过熔盐储热系统和汽轮发电机系统，实现用电低谷时段储能，高峰时段供汽、放电，对电网起到削峰填谷的调峰效果，提高电力设备资产利用率；

（2）通过智慧控制系统，实现远程监控和管理热电联产系统的运行状态；

（3）基于大数据分析，提供热电联产系统的运行策略，将供能端与负荷端进行优化匹配，实现智能用能控制；

（4）用户端可调取智能测控终端服务器和数据存储服务器内的数据信息，并可下达相应指令控制热电联产系统的相关功能，起到信息交互的作用，实现智慧管理。

附图说明

图1是本发明实施例中一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统的结构示意图。

图2是本发明实施例中智慧控制系统的结构示意图。

1、熔盐储热系统 2、智慧控制系统 3、储热系统 4、蒸汽发生系统 5、数据采集单元 6、主控制单元 7、无线通讯单元 8、云平台 9、智能测控终端服务器 10、数据存储服务器 11、公用用户端 12、专用用户端 13、汽轮发电机系统。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例一：

如图1所示，一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，包括熔盐储热系统1、汽轮发电机系统13和智慧控制系统2，熔盐储热系统1包括储热系统3和蒸汽发生系统4，储热系统3包括熔盐电加热器、熔盐罐、熔盐泵和化盐疏盐单元，用电低谷时段进行熔盐储热；蒸汽发生系统4包括熔盐蒸发器、汽包、熔盐预热器、启动电加热器和启动循环泵，利用储热系统3储存的热量产生蒸汽；汽轮发电机系统13包括汽轮机和发电机，蒸汽发生系统4通过进汽管道向汽轮发电机系统13提供蒸汽，蒸汽在汽轮机内膨胀做功，使叶片转动从而带动发电机发电；储热系统3、蒸汽发生系统4和汽轮发电机系统13均与智慧控制系统2连接，实现智慧监控和管理热电联产系统。

熔盐储热系统1是将谷电时段的电转移至峰电时段供电、供热的关键部件，储热介质采用三元硝酸熔盐，其组分为53%KNO3、7%NaNO3和40%KNO2，总有效储热容量为28.3MWht，等效36 t/d供汽能力厂区内24小时所需的蒸汽量，熔盐需求量为250吨。熔盐储热系统1在谷电时段通过熔盐电加热器加热熔盐进行储热，储热的同时通过SGS产生一定量的蒸汽满足厂内蒸汽需求；峰电时段将储存在熔盐中的热量，再通过SGS进行转换，产生蒸汽满足峰电时段厂内部分蒸汽需求。汽轮发电机系统13包括汽轮机和发电机，蒸汽发生系统4产生的蒸汽通过进汽管道进入汽轮机内膨胀做功，使叶片转动而带动发电机发电。本实施例通过熔盐储热系统1和汽轮发电机系统13，实现用电低谷时段储能，高峰时段供汽、放电。

储热系统3包括熔盐电加热器、熔盐罐、熔盐泵和化盐疏盐单元，熔盐电加热器采用低谷电将低温熔盐加热至高温熔盐；熔盐罐采用双罐式，包括冷盐罐和热盐罐；熔盐泵采用立式泵，包括冷盐泵和热盐泵。熔盐电加热器是采用低谷电将低温熔盐加热至高温熔盐的设备，采用电阻式加热器，电压等级AC380V 50HZ，电气容量2.3MW。为减少冷热熔盐混合带来能量的品位损失，熔盐罐采用双罐式，分别为冷盐罐、热盐罐，冷盐罐、热盐罐的直径（内直径）为3.8m，冷盐罐、热盐罐筒体长度为12m，冷盐罐罐体内储热介质的工作温度为190℃，热盐罐罐体内储热介质的工作温度为400℃，储热系统3平均热效率为98%（综合考虑各时间段的散热）。熔盐泵采用立式泵，包括冷盐泵和热盐泵，冷盐泵、热盐泵分别设于冷盐罐、热盐罐上，盐罐顶的支撑结构上设有电机，盐泵的长轴深入盐罐底部，将熔盐泵出罐体。盐泵停止工作时，盐泵内的熔盐在重力作用下自动流回盐罐内，避免盐泵内熔盐的泄漏对储热系统3造成影响。由于储热过程和放热过程熔盐流量不同，冷盐罐中有2台（1用1备）100%容量熔盐加热器熔盐循环泵，热盐罐中有2台（1用1备）100%容量蒸汽发生器熔盐循环泵。

化盐疏盐单元包括传送带、化盐槽和化盐泵，传送带将敲碎后的固态熔盐传送到化盐槽进行加热融化，再通过化盐泵将融化后的熔盐泵入熔盐电加热器进行加热升温，最后将升温后的熔盐存储于热盐罐中。储热系统3使用的储热介质在最开始是以固体形式储存和运输的，电厂运行开始前，熔盐以块状形式运到现场的专门储盐区；电厂运行开始时，首先将大块的熔盐敲碎，用传送带输送到化盐槽加热融化，再通过化盐泵泵入熔盐电加热器进行升温后存储于热盐罐中。

蒸汽发生系统4包括熔盐蒸发器、汽包、熔盐预热器、启动电加热器和启动循环泵，熔盐蒸发器、汽包、熔盐预热器、启动电加热器和启动循环泵均布置在同一钢构支撑架上。熔盐蒸发器、熔盐预热器均采用U形管管壳式换热器，卧式布置。蒸汽发生系统4采用自然循环，用于将熔盐存储的热量传递给厂区内的蒸汽管网以满足厂区内汽轮发电机系统13的蒸汽需求。本实施例蒸汽发生系统4产生的额定新蒸汽参数与原开发区的蒸汽管网蒸汽匹配，蒸汽发生系统4的设计蒸汽量4t/h，出口蒸汽0.4MPa蒸汽。蒸汽发生系统4通过进汽管道与汽轮发电机系统13连接，为汽轮发电机系统13提供蒸汽，使汽轮发电机系统13发电，进行产电；蒸汽发生系统4连接蒸汽管网，用来对外提供蒸汽，进行产热。

热电联产系统还包括电极锅炉，电极锅炉通过进汽管道与汽轮发电机系统13连接，作为备用蒸汽发生器，为汽轮发电机系统13提供蒸汽。一般情况下，热电联产系统会提前预测次日用汽负荷，按照次日用汽负荷控制蒸汽发生系统4产生蒸汽，当出现非正常突发大用汽负荷，蒸汽发生系统4提供的蒸汽量不够时，电极锅炉可以快速投入使用，补充蒸汽。

如图2所示，智慧控制系统2包括数据采集单元5、主控制单元6、无线通讯单元7、云平台8、智能测控终端服务器9、数据存储服务器10、公用用户端11和专用用户端12，数据采集单元5作为自动化监测装置，包括设在系统各个环节的压力传感器、温度传感器和流量传感器。数据采集单元5与主控制单元6电性连接，将系统1中各环节的压力、温度、流量等数据转化为远传模拟电信号，输入主控制单元6，主控制单元6通过无线通讯单元7连接云平台8，云平台8通过3G或GPRS网络连接智能测控终端服务器9和数据存储服务器10，智能测控终端服务器9和数据存储服务器10均通过物联网连接公用用户端11和专用用户端12。

主控制单元6将数据采集单元5所采集的数据通过无线通讯单元7或微基站传输到云平台8，经过云平台8处理分析后，将处理后的数据信息传输给智能测控终端服务器9进行数据信息监控，输出曲线和报表；并通过数据存储服务器10将数据信息存储；公用用户端11和专用用户端12可调取智能测控终端服务器9和数据存储服务器10内的数据信息，实现远程监控热电联产系统；并可下达相应指令控制热电联产系统的相关功能，实现智慧管理热电联产系统。

云平台8结合数据存储服务器10存储的历史数据和智能测控终端服务器9监测的实时数据，通过大数据处理技术，输出高层次的热电联产系统运行策略，将供能端和负荷端进行“提前”优化匹配。通过大数据特殊处理技术，在对工厂用能情况的历史大数据的分析和实时监测基础上，提供更高层次的热电联产系统运行策略，将供能端和负荷端进行“提前”优化匹配，通过大数据使热电联产系统达到“可预见、可控制”。

Claims (10)

1.一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，其特征在于，包括熔盐储热系统、汽轮发电机系统和智慧控制系统，所述熔盐储热系统包括储热系统和蒸汽发生系统，所述蒸汽发生系统通过进汽管道与所述汽轮发电机系统连接，所述储热系统、蒸汽发生系统、汽轮发电机系统均与所述智慧控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，其特征在于，所述储热系统包括熔盐电加热器、熔盐罐、熔盐泵和化盐疏盐单元，所述熔盐电加热器采用低谷电将低温熔盐加热至高温熔盐；所述熔盐罐采用双罐式，包括冷盐罐和热盐罐；所述熔盐泵采用立式泵，包括冷盐泵和热盐泵。

3.根据权利要求2所述的一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，其特征在于，所述化盐疏盐单元包括传送带、化盐槽和化盐泵，所述传送带将敲碎后的固态熔盐传送到化盐槽进行加热融化，再通过化盐泵将融化后的熔盐泵入熔盐电加热器进行加热升温，最后将升温后的熔盐存储于热盐罐中。

4.根据权利要求1所述的一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，其特征在于，所述蒸汽发生系统包括熔盐蒸发器、汽包、熔盐预热器、启动电加热器和启动循环泵，所述熔盐蒸发器、汽包、熔盐预热器、启动电加热器和启动循环泵均布置在同一钢构支撑架上。

5.根据权利要求1所述的一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，其特征在于，所述热电联产系统还包括电极锅炉，所述电极锅炉通过进汽管道与所述汽轮发电机系统连接。

6.根据权利要求4所述的一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，其特征在于，所述熔盐蒸发器、熔盐预热器采用U形管管壳式换热器，卧式布置。

7.根据权利要求1所述的一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，其特征在于，所述汽轮发电机系统包括汽轮机和发电机，所述蒸汽发生系统产生的蒸汽进入汽轮机内膨胀做功，使叶片转动而带动发电机发电。

8.根据权利要求1所述的一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，其特征在于，所述智慧控制系统包括设置在各个环节的数据采集单元，所述数据采集单元包括温度传感器、压力传感器和流量传感器。

9.根据权利要求8所述的一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，其特征在于，所述智慧控制系统还包括主控制单元和无线通讯单元，所述数据采集单元与主控制单元电连接，主控制单元通过无线通讯单元连接云平台，云平台通过3G或GPRS网络连接智能测控终端服务器和数据存储服务器，智能测控终端服务器和数据存储服务器均通过物联网连接公用用户端和专用用户端。

10.根据权利要求9所述的一种基于熔盐储热的智慧热电联产系统，其特征在于，所述云平台结合数据存储服务器存储的历史数据和智能测控终端服务器监测的实时数据，通过大数据处理技术，输出高层次的热电联产系统运行策略，将供能端与负荷端进行“提前”优化匹配。

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