CN114592933B - 一种利用中压缸排汽蓄热的组合熔盐储能调峰系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用中压缸排汽蓄热的组合熔盐储能调峰系统及方法，系统包括高参数熔盐储能系统、低参数熔盐储能系统及现有火电机组，高参数熔盐储能系统和低参数熔盐储能系统设置有用于加热熔盐的电加热器，电加热器的电能输入端均连接现有火电机组的电能输出端；低参数熔盐储能系统中设低参数熔盐吸热回路和低参数熔盐放热回路，低参数熔盐吸热回路利用低品位蒸汽和电加热器加热低参数熔盐储能，高参数熔盐吸热回路利用电加热器加热高参数低温熔盐储能；低参数熔盐放热回路和高参数熔盐放热回路利用熔盐放热加热给水生成过热蒸汽，过热蒸汽进入火电机组做功，电加热器具备大功率的用电，可实现机组的快速调频；释能阶段可实现机组调峰。

Description

一种利用中压缸排汽蓄热的组合熔盐储能调峰系统及方法

技术领域

本发明属于熔盐储能技术领域，具体涉及一种利用中压缸排汽蓄热的组合熔盐储能调峰系统及方法。

背景技术

为构建“以新能源为主体的新型电力系统”，需要火电厂向“基础保障性和系统调节性”电源转型。在国家政策层面大力推动煤电节能降碳改造、灵活性改造、供热改造“三改联动”，推进先进储能技术规模化应用。目前尚未有普适性的针对不同类型火电厂的灵活性改造方案，需一厂一策，根据特定场景制定方案。常见火电厂的灵活性改造技术有两条路径，一是引入储能的解决方案，二是是无储能解决方案。其中无储能解决方案包括低压缸零出力改造和机组深度调峰优化，目前机组深调可做到最低负荷25％左右，而低压缸零出力适用于供热机组，且调峰仅能在供热期调节。引入储能的解决方案较成熟的有电蓄热锅炉(其特点是占地面积大，多用于供热，成本在200-1000元/kWh，发电端效率≤36％)、热水锅炉+热水储罐(特点是仅用于供热，热水参数在90℃～130℃)和熔盐蓄热供热。

熔盐蓄热供热可解决超低负荷火电机组深度调频调峰，其适用范围包括大规模储能需求的低成本高参数热电解耦调峰供热项目以及典型的纯凝机组大容量调峰需求场景。在众多熔盐选择中，二元硝酸盐应用成熟广泛，但受最高温限制，与565℃及以上的高参数机组难以匹配；碳酸盐的熔点高，但使用温区苛刻(397℃～650℃)；氯化物体系熔盐有极佳的成本优势，可与高参数机组匹配，但是其腐蚀性较强。

目前常见熔盐蓄热供热热源主要来自主蒸汽管道抽汽、再热蒸气管道抽汽或利用中压缸排汽管抽汽。由于主蒸汽压力等级高，抽取进入熔盐换热后不可逆损失大，需要对高压力等级的管道进行改造，系统成本较高；另一方面高参数等级的蒸汽换热后进入除氧器，则需要对现有除氧器扩容改造。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种利用中压缸排汽蓄热的组合熔盐储能调峰系统，低温熔盐采用三元硝酸盐，高温熔盐采用三元碳酸盐，储能阶段利用现有中压缸排气管道接口引出蒸汽，通过盐-汽换热后疏水回至凝汽器，可将调峰深度下调至15％额定负荷以下，同时配置的熔盐电加热器具备大功率的用电负荷，可实现机组的快速调频；释能阶段从给水泵出口引出高压给水，通过梯级换热产生高品位蒸汽最后回至热再管道进入中压缸做功，实现机组调峰。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用中压缸排汽蓄热的组合熔盐储能调峰系统，高参数熔盐储能系统、低参数熔盐储能系统及现有火电机组，高参数熔盐储能系统和低参数熔盐储能系统均设置有用于加热熔盐的电加热器，所述电加热器的电能输入端均连接现有火电机组的电能输出端；低参数熔盐储能系统中设置低参数熔盐吸热回路和低参数熔盐放热回路，低参数熔盐吸热回路中设置蒸汽入口和放热蒸汽出口，所述蒸汽入口和放热蒸汽出口分别连接现有火电机组中压缸排汽管道和凝汽器，低参数熔盐放热回路中设置给水入口和吸热蒸汽出口，所述给水入口连接现有火电机组给水管道；高参数熔盐储能系中设置高参数熔盐吸热回路和高参数熔盐放热回路，所述高参数熔盐放热回路中蒸汽入口和蒸汽出口，分别连接低参数熔盐储能系统的吸热蒸汽出口和现有火电机组的再热蒸汽进汽管道；低参数熔盐储能系统中的电加热器用于加热吸热后的低参数熔盐。

高参数熔盐储能系统中设置高参数低温盐罐和高参数高温盐罐，低参数熔盐储能系统中设置低参数低温盐罐和低参数高温盐罐；低参数低温盐罐和低参数高温盐罐相互连通，并且两者之间设置低参数熔盐吸热回路和低参数熔盐放热回路，高参数低温盐罐和高参数高温盐罐相互连通，高参数低温盐罐和高参数高温盐罐之间设置高参数熔盐吸热回路和高参数熔盐放热回路；低参数熔盐吸热回路和高参数熔盐吸热回路中分别设置第一电加热器和第二电加热器，第一电加热器和第二电加热器的电能输入端连接发电机的电能输出端；低参数熔盐吸热回路中还设置换热器，所述换热器连接现有火电机组的中压缸排汽管道和凝汽器；高参数熔盐放热回路中设置熔盐过热器，低参数熔盐放热回路设置换热器组，所述换热器组的入口连接现有火电机组的给水泵出口，所述换热器组的出口连接熔盐过热器入口，熔盐过热器出口连接现有火电机组的再热蒸汽管道。

所述换热器组包括串联的熔盐预热器和熔盐蒸汽发生器，熔盐预热器的冷侧入口连接给水泵的出口，熔盐预热器的冷侧出口连接熔盐蒸汽发生器的冷侧入口，熔盐蒸汽发生器的冷侧出口连接熔盐过热器的入口。

高参数低温盐罐和低参数低温盐罐的出口分别设置高温熔盐泵和低温熔盐泵。

现有火电机组的出口线路设置变压器实现输出380V、690V、6000V或10000V电压。

低参数熔盐储能系统中采用三元硝酸盐，低参数低温熔盐的温度为166℃，低参数高温熔盐的温度为450℃，高参数熔盐储能系统中采用三元碳酸盐，高参数低温熔盐的温度为450℃，高参数高温熔盐的温度为600℃。

基于本发明所述系统的运行方法，包括储能过程和释能过程，储能过程：现有火电机组的中压缸排汽管道的低品位蒸汽进入低参数熔盐吸热回路中放热加热熔盐，低参数熔盐系统中的电加热器进一步加热吸热后的低参数熔盐，将热量存储在低参数熔盐中，蒸汽放热后进入现有火电机组的凝汽器中；高参数熔盐系统中的电加热器利用现有火电机组发电机出口的电能加热高参数熔盐，将热量存储在高参数熔盐中；释能过程：现有火电机组中的给水进入低参数熔盐放热回路中吸热成为蒸汽，所述蒸汽进入高参数熔盐放热回路中进一步吸热成为过热蒸汽经现有火电机组再热蒸汽管道进入其中压缸做功。

储能过程中：来自低参数低温盐罐的低参数低温熔盐进入盐-汽换热器经中压缸排汽的低品位蒸汽加热后进入第一电加热器进一步加热，低品位蒸汽放热后进入凝汽器冷凝，所述低参数熔盐加热后成为低参数高温熔盐进入低参数高温盐罐中储热；来自高参数低温盐罐的高参数低温熔盐进入第二电加热器中加热为高参数高温熔盐后进入高参数高温盐罐中储热；

释能过程：来自现有火电机组的给水经熔盐预热器加热后进入熔盐蒸汽发生器吸收低参数高温熔盐的热量成为蒸汽，所述蒸汽进入熔盐过热器中，吸收高参数高温熔盐热量成为过热蒸汽后进入中压缸做功，高参数高温熔盐和低参数高温熔盐经放热后分别进入高参数低温盐罐和低参数低温盐罐中。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

1)利用中压缸排气管道抽汽的方案系统简单、流程合理、参数匹配，对原有控制逻辑不需做较大改动；

2)主设备改造量小、安全运行风险低，设备造价小，经过改造后具备15％以下调峰能力；

3)熔盐储能系统采用模块化设计与改造，避免与原有系统之间的交叉，可实现独立投运独立退出；

4)采用高参数熔盐加低熔点盐的组合使用，一是解决了单一低温盐面临极限参数运行、高温下分解的风险；二是解决了全部采用高参数盐在参数下限运行，性价比低的问题。

5)通过更换高参数熔盐的选型，可以与更高参数的超临界机组匹配，实现更宽温域的熔盐储热。

附图说明

图1为本发明一种可实施的系统储能结构示意图。

图2为本发明一种可实施的系统释能结构示意图。

其中：1为锅炉，2为高压缸，3为中压缸，4为中压缸排汽控制阀，5为低压缸，6为发电机，7为凝汽器，8为凝结水泵，9为低压加热器，10为除氧器，11为高压加热器，12为低参数低温盐罐，13为低温熔盐泵，14为盐-汽换热器，15为第一电加热器，16为低参数高温盐罐，17为高参数低温盐罐，18为高温熔盐泵，19为第二电加热器，20为高参数高温盐罐，21为给水泵。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明的技术方案。

除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本发明的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本发明的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。

当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

参考图1，所述的常规火电机组的流程为：自锅炉1过热器出口a的蒸汽进入高压缸2做功，高压缸排汽进入锅炉再热器，再热器出口b的蒸汽进入中压缸3做功，中压缸排汽与低压缸之间设置有排汽控制阀4，通过排气控制阀4控制中压缸排汽可实现低压缸零出力运行；进入低压缸5的蒸汽做完功后排入凝汽器7，同时带动发电机6发电，凝汽器7中的冷凝水通过凝结水泵8、低压加热器9进入除氧器10，在除氧器中再次加热后，利用给水泵21打入高压加热器11，最后进入锅炉1中，完成真个完整的动力循环。

参考图1，本发明采用的技术方案是在常规火电机组流程上增设一套熔盐储能系统，熔盐采用高参数碳酸盐与低熔点的硝酸盐组合；a为锅炉过热器出口，b为锅炉再热器出口，c为中压缸排汽抽汽口，d为盐-汽换热器疏水回凝汽器接口。

参考图1和图2，本发明提供基于高低参数组合熔盐实现火电机组改造的系统，包括现有火电机组和熔盐储能系统，熔盐储能系统包括低参数低温盐罐12、低参数高温盐罐16、高参数低温盐罐17以及高参数高温盐罐20，低参数低温盐罐12和低参数高温盐罐16相互连通，并且两者之间设置低参数熔盐吸热回路和低参数熔盐放热回路，所述低参数熔盐吸热回路上设置第一电加热器15和盐-汽换热器14，盐-汽换热器14的热侧入口连接中压缸排气控制阀4阀前管道，盐-汽换热器14的热侧出口连接凝汽器，低参数低温熔盐从低参数低温盐罐12中泵出依次经过盐-汽换热器14热侧和第一电加热器15进入低参数高温盐罐16中，完成吸热过程；所述低参数熔盐放热回路中沿着放热介质流向依次设置熔盐蒸汽发生器23和熔盐预热器22，熔盐预热器22的冷侧入口连接给水泵21的出口，熔盐预热器22的冷侧出口连接熔盐蒸汽发生器23的冷侧入口，熔盐蒸汽发生器23的冷侧出口连接至高参数放热回路，使得给水在熔盐预热器22中吸热后继续进入熔盐蒸汽发生器23吸热生成蒸汽，低参数高温熔盐从低参数高温盐罐16流经熔盐预热器22的热侧，流向熔盐蒸汽发生器23的热侧，再进入低参数低温盐罐12；高参数低温盐罐17和高参数高温盐罐20相互连通，高参数低温盐罐17和高参数高温盐罐20之间设置高参数熔盐吸热回路和高参数熔盐放热回路，所述高参数熔盐吸热回路中设置第二电加热器19，所述高参数熔盐放热回路中设置熔盐过热器24，熔盐过热器24的冷侧入口连接熔盐蒸汽发生器23的出口，熔盐过热器24的冷侧出口连接锅炉1至中压缸3的再热蒸汽管道，熔盐过热器24的热侧进出口分别连接高参数高温盐罐20出口和高参数低温盐罐17入口，高参数高温熔盐进入熔盐过热器24放热后进入高参数低温盐罐17，蒸汽在熔盐过热器24中吸热后变为过热蒸汽进入中压缸3做功。

高参数低温盐罐17和低参数低温盐罐12的出口分别设置高温熔盐泵18和低温熔盐泵13。

第一电加热器15和第二电加热器19的电能输入端连接发电机6的电能输出端。

依次连通的低参数低温盐罐12、盐-汽换热器14、第一电加热器15以及低参数高温盐罐16，还包括依次连通的高参数低温盐罐17、第二电加热器19以及高参数高温盐罐。

所述的第一电加热器15和第二电加热器19的电源均来自发电机6出口线路，通过电压变换可实现不同等级电压的用电需求，如380V、690V、6000V或10000V，利用厂用电可实现部分电负荷的快速调频。

所述的储能阶段熔盐侧具体流程为来自低参数低温盐罐的盐依次通过低温熔盐泵13、盐-汽换热器14、第一电加热器15进入低参数高温盐罐16，来自高参数低温盐罐17的盐通过高温熔盐泵18、第二电加热器19进入高参数高温盐罐20。

所述的储能阶段的抽汽来自中压缸排排汽控制阀4的阀前c处，在盐-汽换热器14与熔盐换热后进入凝汽器d口，完成疏水回收。该流程利用现有低压缸零出力接口抽出低品位热，通过电加热器进一步将低品位热转化为可直接做功的高品位热，提高整体效率。

所述的释能阶段利用给水泵21出口的给水依次经过熔盐预热器22、熔盐蒸汽发生器23与高参数高温熔盐换热后进入熔盐过热器24，经过加热后的高温高压蒸汽在接口f与热再蒸汽汇合，进入中压缸3做功。

以某670MW超临界机组的深调的负荷点40％THA工况下的运行参数为例，此时功率276MW，热耗8195.4kJ/kW.h，汽耗2.681kg/kW.h，主给水温度222.1℃，主再热温度均为566℃，主汽压力24.2MPa，再热汽压力1.597MPa，再热冷段温度325℃，再热冷段压力1.77MPa，中压缸排汽温度374.6℃。

具体实施方式请将下图流程中的参数加以描述。

抽汽蓄热过程：从现有火电机组的低压缸零出力接口抽出低品位蒸汽(374.6℃)，发电机6出口线路与第一电加热器15和第二电加热器19接通，所述低品位蒸汽进入盐-汽换热器14中加热低参数低温熔盐后降至175℃后进入凝汽器7冷凝，低参数低温熔盐(166℃)在盐-汽换热器14加热后，再进入第一电加热器15进一步加热低参数熔盐至450℃进入低参数高温盐罐16储热；第二电加热器19直接利用部分现有火电机组发电加热高参数低温熔盐(450℃)至600℃后进入高参数高温盐罐20储热。

释能过程：从现有火电机组的给水泵出口引出140℃给水进入熔盐预热器22加热后进入熔盐蒸汽发生器23吸热成为蒸汽，450℃的低参数高温熔盐从低参数高温盐罐16中进入熔盐蒸汽发生器23和熔盐预热器22中温度降至166℃后进入低参数低温盐罐12，所述蒸汽进入熔盐过热器24吸热后成为566℃的过热蒸汽，所述过热蒸汽从熔盐过热器24的出口经再热蒸汽管道的f口进入中压缸3做功，高参数高温熔盐从高参数高温盐罐20中进入熔盐过热器24的热侧放热后温度降至450℃进入高参数低温盐罐17；基于上述抽汽蓄热过程和释能过程，现有火电机组的具体运行参数如下：

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权力要求书界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种利用中压缸排汽蓄热的组合熔盐储能调峰系统，其特征在于，高参数熔盐储能系统、低参数熔盐储能系统及现有火电机组，高参数熔盐储能系统和低参数熔盐储能系统均设置有用于加热熔盐的电加热器，所述电加热器的电能输入端均连接现有火电机组的电能输出端；低参数熔盐储能系统中设置低参数熔盐吸热回路和低参数熔盐放热回路，低参数熔盐吸热回路中设置蒸汽入口和放热蒸汽出口，所述蒸汽入口和放热蒸汽出口分别连接现有火电机组中压缸排汽管道和凝汽器（7），低参数熔盐放热回路中设置给水入口和吸热蒸汽出口，所述给水入口连接现有火电机组给水管道；高参数熔盐储能系统中设置高参数熔盐吸热回路和高参数熔盐放热回路，所述高参数熔盐放热回路中蒸汽入口和蒸汽出口，分别连接低参数熔盐储能系统的吸热蒸汽出口和现有火电机组的再热蒸汽进汽管道；低参数熔盐储能系统中的电加热器用于加热吸热后的低参数熔盐；高参数熔盐储能系统中设置高参数低温盐罐（17）和高参数高温盐罐（20），低参数熔盐储能系统中设置低参数低温盐罐（12）和低参数高温盐罐（16）；低参数低温盐罐（12）和低参数高温盐罐（16）相互连通，并且两者之间设置低参数熔盐吸热回路和低参数熔盐放热回路，高参数低温盐罐（17）和高参数高温盐罐（20）相互连通，高参数低温盐罐（17）和高参数高温盐罐（20）之间设置高参数熔盐吸热回路和高参数熔盐放热回路；低参数熔盐吸热回路和高参数熔盐吸热回路中分别设置第一电加热器（15）和第二电加热器（19），第一电加热器（15）和第二电加热器（19）的电能输入端连接发电机（6）的电能输出端；低参数熔盐吸热回路中还设置换热器，所述换热器连接现有火电机组的中压缸（3）排汽管道和凝汽器（7）；高参数熔盐放热回路中设置熔盐过热器（24），低参数熔盐放热回路设置换热器组，所述换热器组的入口连接现有火电机组的给水泵（21）出口，所述换热器组的出口连接熔盐过热器（24）入口，熔盐过热器（24）出口连接现有火电机组的再热蒸汽管道；所述换热器组包括串联的熔盐预热器（22）和熔盐蒸汽发生器（23），熔盐预热器（22）的冷侧入口连接给水泵（21）的出口，熔盐预热器（22）的冷侧出口连接熔盐蒸汽发生器（23）的冷侧入口，熔盐蒸汽发生器（23）的冷侧出口熔盐过热器（24）的入口。

2.根据权利要求1所述的一种利用中压缸排汽蓄热的组合熔盐储能调峰系统，其特征在于，高参数低温盐罐（17）和低参数低温盐罐（12）的出口分别设置高温熔盐泵（18）和低温熔盐泵（13）。

3.根据权利要求1所述的一种利用中压缸排汽蓄热的组合熔盐储能调峰系统，其特征在于，现有火电机组的出口线路设置变压器实现输出380V、690V、6000V或10000V电压。

4.根据权利要求1所述的一种利用中压缸排汽蓄热的组合熔盐储能调峰系统，其特征在于，低参数熔盐储能系统中采用三元硝酸盐，低参数低温熔盐的温度为166℃，低参数高温熔盐的温度为450℃，高参数熔盐储能系统中采用三元碳酸盐，高参数低温熔盐的温度为450℃，高参数高温熔盐的温度为600℃。

5.权利要求1-4任一项所述系统的运行方法，其特征在于，包括储能过程和释能过程，储能过程：现有火电机组的中压缸排汽管道的低品位蒸汽进入低参数熔盐吸热回路中放热加热熔盐，低参数熔盐系统中的电加热器进一步加热吸热后的低参数熔盐，将热量存储在低参数熔盐中，蒸汽放热后进入现有火电机组的凝汽器（7）中；高参数熔盐系统中的电加热器利用现有火电机组的电能加热高参数熔盐，将热量存储在高参数熔盐中；释能过程：现有火电机组中的给水进入低参数熔盐放热回路中吸热成为蒸汽，所述蒸汽进入高参数熔盐放热回路中进一步吸热成为过热蒸汽经现有火电机组再热蒸汽管道进入其中压缸（3）做功。

6.根据权利要求5所述的运行方法，其特征在于，储能过程中：来自低参数低温盐罐（12）的低参数低温熔盐进入盐-汽换热器（14）经中压缸排汽的低品位蒸汽加热后进入第一电加热器（15）进一步加热，低品位蒸汽放热后进入凝汽器（7）冷凝，所述低参数熔盐加热后成为低参数高温熔盐进入低参数高温盐罐（16）中储热；来自高参数低温盐罐（17）的高参数低温熔盐进入第二电加热器（19）中加热为高参数高温熔盐后进入高参数高温盐罐（20）中储热；

释能过程：来自现有火电机组的给水经熔盐预热器（22）加热后进入熔盐蒸汽发生器（23）吸收低参数高温熔盐的热量成为蒸汽，所述蒸汽进入熔盐过热器（24）中，吸收高参数高温熔盐热量成为过热蒸汽后进入中压缸做功，高参数高温熔盐和低参数高温熔盐经放热后分别进入高参数低温盐罐（17）和低参数低温盐罐（12）中。

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