CN114776543A - 一种深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统及其控制方法，包括光热子系统和燃煤发电系统，光热子系统包括太阳能集热装置、油盐换热器、冷熔融盐罐、热熔融盐罐、储油罐、盐水换热器和油水换热器；通过油水换热器加热燃煤发电系统中的锅炉的给水；通过盐水换热器能够利用汽轮机中的部分抽汽进行储热，从而进行深度调峰；通过油盐换热器进行将热量储存在熔融盐中，或将熔融盐中的热量释放来通过油水换热器来加热燃煤发电系统中的锅炉的给水。本发明的深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统及其控制方法保证了保证光煤互补发电系统在稳定安全输出的同时参与深度调峰。

Description

一种深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及光煤互补发电系统技术领域，特别是涉及一种深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统及其控制方法。

背景技术

在新能源利用技术中，将太阳能光热发电与燃煤发电系统进行深度耦合，可以共享汽轮机等动力、发电设备，解决了光热发电初投资高的问题，还能提高光热发电效率；可以降低燃煤机组煤耗量，显著减少化石燃料消耗及二氧化碳排放，还可以降低燃煤机组发电负荷，实现灵活运行。

光煤互补发电系统，又称太阳能辅助燃煤发电系统是由常规燃煤发电系统和光热发电系统在光热转化和热功转换等过程深度耦合的热力系统，通过将集热场收集到的太阳能热直接或间接引入到热动力系统，实现能量互补利用以及清洁燃煤发电。在现有的光煤互补发电技术中，太阳能侧有槽式、塔式、碟式和线性菲涅尔式四种，与燃煤发电系统的耦合也较为多样。

现有的光煤互补发电系统，大多数在太阳能侧不配置储热系统，因此其输出热量随太阳辐照强度变化而变化，不能稳定输出，虽然燃煤系统在一定程度上可以补充太阳能侧的功率变化，但是对系统整体稳定性和安全性有较大影响；配置储热的系统往往采用的是光热与储热换热，储热再与燃煤发电系统中某一级换热器换热，此方式，光热发电效率较低，因而降低了系统整体效率。除此之外，引入太阳能之后，对电网造成了一定的下调峰压力，现有的光煤互补发电系统难以在保证系统稳定安全输出的同时参与深度调峰。

发明内容

本发明的目的是提供一种深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统及其控制方法，以解决上述现有技术存在的问题，保证光煤互补发电系统能够在稳定安全输出的同时参与深度调峰。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统，包括光热子系统和燃煤发电系统，所述光热子系统包括太阳能集热装置、油盐换热器、冷熔融盐罐、热熔融盐罐、储油罐、盐水换热器和油水换热器；所述储油罐的出油口与所述太阳能集热装置的进油口连通，所述太阳能集热装置的出油口通过第一连接管与所述油水换热器的进油口连通，所述油水换热器的出油口与所述储油罐连通，所述油水换热器用于加热所述燃煤发电系统中的锅炉的给水；

所述油盐换热器的油流道的一端与所述第一连接管连通、另一端与所述储油罐连通，所述油盐换热器的盐流道的一端与所述冷熔融盐罐连通、另一端与所述热熔融盐罐连通，所述冷熔融盐罐与所述盐水换热器的盐流道的进口连通，所述热熔融盐罐与所述盐水换热器的盐流道的出口连通；所述燃煤发电系统中的汽轮机的抽汽能够通入所述盐水换热器中，所述盐水换热器的水流道的出口连通至所述燃煤发电系统中回水管路中进行疏水。

优选的，所述太阳能集热装置采用多个槽式太阳能集热装置串联而成。

优选的，所述油盐换热器的油流道与所述第一连接管之间的连通管为第二连接管，所述第一连接管上设置有第一阀门和第二阀门，所述第二连接管与所述第一连接管的接口位于所述第一阀门和所述第二阀门之间，且所述第一阀门较所述第二阀门靠近所述油水换热器，所述第二连接管上设置有第三阀门；所述第三阀门为二通阀，所述第一阀门和所述第二阀门均为单向阀。

优选的，所述燃煤发电系统包括所述汽轮机、发电机组和依次管路连通的冷凝器、凝结水泵、轴封加热器、除氧器、给水泵、第三高压回热加热器、第二高压回热加热器和第一高压回热加热器，所述冷凝器的进汽口与所述汽轮机的低压缸的出汽口连通，所述第一高压回热加热器的出水口与所述锅炉的给水口连通，所述汽轮机的高压缸的一级抽汽通入所述第一高压回热加热器，所述汽轮机的高压缸的二级抽汽通入所述第二高压回热加热器，所述汽轮机的中压缸的抽汽通入所述第三高压回热加热器，所述轴封加热器与所述除氧器之间还串联有四个低压回热加热器，所述低压缸的抽汽通入四个所述低压回热加热器。

优选的，所述第一高压回热加热器的疏水出水口还与所述第二高压回热加热器的进水口连通，所述第二高压回热加热器的疏水出水口通过第四连接管与所述第三高压回热加热器的进水口连通。

优选的，所述盐水换热器的水流道的进口通过第三连接管与所述汽轮机的高压缸的二级抽汽的出汽口连通，所述第三连接管上设置有第四阀门；所述盐水换热器的水流道的出口与所述第四连接管连通。

优选的，所述第二高压回热加热器的出水口与所述油水换热器的进水口连通，所述油水换热器的出水口与所述锅炉的给水口连通。

本发明还提供一种上述的深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统的控制方法，包括以下步骤：

S1：首先判断是否有光照和是否需要进行深度调峰，有光照则进行步骤S2，否则进行步骤S3；当燃煤发电系统需要进行深度调峰时，将所述燃煤发电系统中汽轮机的部分抽汽通入盐水换热器中加热熔融盐，实现储热，抽汽换热后返回所述燃煤发电系统的回水管路中进行疏水，不需要进行深度调峰则将所述盐水换热器的进水口关闭；

S2：判断太阳能集热装置所收集的热量Q₁是否大于油水换热器加热锅炉进水所需要的热量Q₂，如果Q₁>Q₂则进行步骤S2-1，如果Q₁＝Q₂则进行步骤S2-2，如果Q₁<Q₂则进行步骤S2-3；

S2-1：将所述太阳能集热装置的出油同时通入所述油水换热器和油盐换热器中，通过所述油水换热器加热所述燃煤发电系统中的锅炉的给水，并通过所述油盐换热器加热熔融盐来进行储热；

S2-2：将所述太阳能集热装置的出油只通入所述油水换热器中，通过所述油水换热器加热所述燃煤发电系统中的锅炉的给水；

S2-3：将所述太阳能集热装置的出油只通入所述油盐换热器中，通过所述油盐换热器加热熔融盐来进行储热；

S3：关闭太阳能集热装置的出油口，利用热熔融盐罐中熔融盐的储热，通过油盐换热器加热储油罐中的油液，并利用被加热后的所述油液通过油水换热器加热所述燃煤发电系统中的锅炉的给水。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统及其控制方法保证了保证光煤互补发电系统在稳定安全输出的同时参与深度调峰。本发明通过在光热侧增加熔盐储热及油盐换热器，对太阳能集热装置收集到的热量进行“削峰填谷”，通过运行模式的控制和转换，实现稳定输出；通过增加盐水换热器，使光热侧储热系统不仅在光热侧发挥作用，而且在深度调峰方面发挥作用，将多余热量进行存储，同时深度调峰过程不需要多余的设备及改造，降低调峰成本。本发明中由冷熔融盐罐、热熔融盐罐及油盐换热器、盐水换热器等组成的储热系统不仅能够实现光热与燃煤耦合的稳定输出，同时能够参与燃煤机组深度调峰，大幅度提高光煤互补系统的实际效能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统的结构示意图；

其中：100、深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统；200、燃煤发电系统；300、光热子系统；1、太阳能集热装置；2、储油罐；3、油水换热器；4、油盐换热器；5、冷熔融盐罐；6、热熔融盐罐；7、盐水换热器；8、锅炉；9、高压缸；10、中压缸；11、低压缸；12、发电机；13、冷凝器；14、凝结水泵；15、轴封加热器；16、低压回热加热器；17、除氧器；18、给水泵；19、第三高压回热加热器；20、第二高压回热加热器；21、第一高压回热加热器；22、第一阀门；23、第二阀门；24、第三阀门；25、第四阀门。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统及其控制方法，以解决上述现有技术存在的问题，保证光煤互补发电系统能够在稳定安全输出的同时参与深度调峰。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示：本实施例提供了一种深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统100，包括光热子系统300和燃煤发电系统200，光热子系统300包括太阳能集热装置1、油盐换热器4、冷熔融盐罐5、热熔融盐罐6、储油罐2、盐水换热器7和油水换热器3；储油罐2的出油口与太阳能集热装置1的进油口连通，太阳能集热装置1的出油口通过第一连接管与油水换热器3的进油口连通，油水换热器3的出油口与储油罐2连通，油水换热器3用于加热燃煤发电系统200中的锅炉8的给水；

油盐换热器4的油流道的一端与第一连接管连通、另一端与储油罐2连通，油盐换热器4的盐流道的一端与冷熔融盐罐5连通、另一端与热熔融盐罐6连通，冷熔融盐罐5与盐水换热器7的盐流道的进口连通，热熔融盐罐6与盐水换热器7的盐流道的出口连通；燃煤发电系统200中的汽轮机的抽汽能够通入盐水换热器7中，盐水换热器7的水流道的出口连通至燃煤发电系统200中回水管路中进行疏水。

在本实施例中，太阳能集热装置1采用多个槽式太阳能集热装置1串联而成。油盐换热器4的油流道与第一连接管之间的连通管为第二连接管，第一连接管上设置有第一阀门22和第二阀门23，第二连接管与第一连接管的接口位于第一阀门22和第二阀门23之间，且第一阀门22较第二阀门23靠近油水换热器3，第二连接管上设置有第三阀门24；第三阀门24为二通阀，第一阀门22和第二阀门23均为单向阀。

燃煤发电系统200包括汽轮机、发电机12组和依次管路连通的冷凝器13、凝结水泵14、轴封加热器15、除氧器17、给水泵18、第三高压回热加热器19、第二高压回热加热器20和第一高压回热加热器21，冷凝器13的进汽口与汽轮机的低压缸11的出汽口连通，第一高压回热加热器21的出水口与锅炉8的给水口连通，汽轮机的高压缸9的一级抽汽通入第一高压回热加热器21，汽轮机的高压缸9的二级抽汽通入第二高压回热加热器20，汽轮机的中压缸10的抽汽通入第三高压回热加热器19，轴封加热器15与除氧器17之间还串联有四个低压回热加热器16，低压缸11的抽汽通入四个低压回热加热器16。

第一高压回热加热器21的疏水出水口还与第二高压回热加热器20的进水口连通，第二高压回热加热器20的疏水出水口通过第四连接管与第三高压回热加热器19的进水口连通。

盐水换热器7的水流道的进口通过第三连接管与汽轮机的高压缸9的二级抽汽的出汽口连通，第三连接管上设置有第四阀门25；盐水换热器7的水流道的出口与第四连接管连通。第二高压回热加热器20的出水口与油水换热器3的进水口连通，油水换热器3的出水口与锅炉8的给水口连通。

需要说明的是，在实际应用中，不需要以本实施例为限制，而必须使得盐水换热器7的水流道的出口与汽轮机的高压缸9的二级抽汽的出汽口连通，只需要使得汽轮机的部分抽汽能够经过盐水换热器7加热熔融盐进行储热，并同时达到调峰目的即可；同理，也不需要使得油水换热器3必需与第一高压回热加热器21并联从而代替第一高压回热加热器21来辅助加热锅炉8的给水，具体的管路连接设置可以根据需要进行适当的调整，只需要能够利用油水换热器3来辅助加热锅炉8的给水即可。

本实施例还提供一种上述的深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统100的控制方法，包括以下步骤：

S1：首先判断是否有光照和是否需要进行深度调峰，有光照则进行步骤S2，否则进行步骤S3；当燃煤发电系统200需要进行深度调峰时，将燃煤发电系统200中汽轮机的部分抽汽通入盐水换热器7中加热熔融盐，实现储热，抽汽换热后返回燃煤发电系统200的回水管路中进行疏水，不需要进行深度调峰则将盐水换热器7的进水口关闭；

S2：判断太阳能集热装置1所收集的热量Q₁是否大于油水换热器3加热锅炉8进水所需要的热量Q₂，如果Q₁>Q₂则进行步骤S2-1，如果Q₁＝Q₂则进行步骤S2-2，如果Q₁<Q₂则进行步骤S2-3；

S2-1：将太阳能集热装置1的出油同时通入油水换热器3和油盐换热器4中，通过油水换热器3加热燃煤发电系统200中的锅炉8的给水，并通过油盐换热器4加热熔融盐来进行储热；

S2-2：将太阳能集热装置1的出油只通入油水换热器3中，通过油水换热器3加热燃煤发电系统200中的锅炉8的给水；

S2-3：将太阳能集热装置1的出油只通入油盐换热器4中，通过油盐换热器4加热熔融盐来进行储热；

S3：关闭太阳能集热装置1的出油口，利用热熔融盐罐6中熔融盐的储热，通过油盐换热器4加热储油罐2中的油液，并利用被加热后的油液通过油水换热器3加热燃煤发电系统200中的锅炉8的给水。

通过配置不同容量的热熔融盐罐，并切换使用这些不同容量的热熔融盐罐，可以保证系统在日照充足的白天，系统整体在步骤S2-1和步骤S2-2之间切换，而夜晚则为运行处在步骤S3的状态，并应当尽量避免运行步骤S2-3带来的光热输出波动。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统，其特征在于：包括光热子系统和燃煤发电系统，所述光热子系统包括太阳能集热装置、油盐换热器、冷熔融盐罐、热熔融盐罐、储油罐、盐水换热器和油水换热器；所述储油罐的出油口与所述太阳能集热装置的进油口连通，所述太阳能集热装置的出油口通过第一连接管与所述油水换热器的进油口连通，所述油水换热器的出油口与所述储油罐连通，所述油水换热器用于加热所述燃煤发电系统中的锅炉的给水；

所述油盐换热器的油流道的一端与所述第一连接管连通、另一端与所述储油罐连通，所述油盐换热器的盐流道的一端与所述冷熔融盐罐连通、另一端与所述热熔融盐罐连通，所述冷熔融盐罐与所述盐水换热器的盐流道的进口连通，所述热熔融盐罐与所述盐水换热器的盐流道的出口连通；所述燃煤发电系统中的汽轮机的抽汽能够通入所述盐水换热器中，所述盐水换热器的水流道的出口连通至所述燃煤发电系统中回水管路中进行疏水。

2.根据权利要求1所述的深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统，其特征在于：所述太阳能集热装置采用多个槽式太阳能集热装置串联而成。

3.根据权利要求1所述的深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统，其特征在于：所述油盐换热器的油流道与所述第一连接管之间的连通管为第二连接管，所述第一连接管上设置有第一阀门和第二阀门，所述第二连接管与所述第一连接管的接口位于所述第一阀门和所述第二阀门之间，且所述第一阀门较所述第二阀门靠近所述油水换热器，所述第二连接管上设置有第三阀门；所述第三阀门为二通阀，所述第一阀门和所述第二阀门均为单向阀。

4.根据权利要求1所述的深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统，其特征在于：所述燃煤发电系统包括所述汽轮机、发电机组和依次管路连通的冷凝器、凝结水泵、轴封加热器、除氧器、给水泵、第三高压回热加热器、第二高压回热加热器和第一高压回热加热器，所述冷凝器的进汽口与所述汽轮机的低压缸的出汽口连通，所述第一高压回热加热器的出水口与所述锅炉的给水口连通，所述汽轮机的高压缸的一级抽汽通入所述第一高压回热加热器，所述汽轮机的高压缸的二级抽汽通入所述第二高压回热加热器，所述汽轮机的中压缸的抽汽通入所述第三高压回热加热器，所述轴封加热器与所述除氧器之间还串联有四个低压回热加热器，所述低压缸的抽汽通入四个所述低压回热加热器。

5.根据权利要求4所述的深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统，其特征在于：所述第一高压回热加热器的疏水出水口还与所述第二高压回热加热器的进水口连通，所述第二高压回热加热器的疏水出水口通过第四连接管与所述第三高压回热加热器的进水口连通。

6.根据权利要求5所述的深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统，其特征在于：所述盐水换热器的水流道的进口通过第三连接管与所述汽轮机的高压缸的二级抽汽的出汽口连通，所述第三连接管上设置有第四阀门；所述盐水换热器的水流道的出口与所述第四连接管连通。

7.根据权利要求1所述的深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统，其特征在于：所述第二高压回热加热器的出水口与所述油水换热器的进水口连通，所述油水换热器的出水口与所述锅炉的给水口连通。

8.一种权利要求1-7任意一项所述的深度调峰的太阳能辅助燃煤发电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：首先判断是否有光照和是否需要进行深度调峰，有光照则进行步骤S2，否则进行步骤S3；当燃煤发电系统需要进行深度调峰时，将所述燃煤发电系统中汽轮机的部分抽汽通入盐水换热器中加热熔融盐，实现储热，抽汽换热后返回所述燃煤发电系统的回水管路中进行疏水，不需要进行深度调峰则将所述盐水换热器的进水口关闭；

S2：判断太阳能集热装置所收集的热量Q₁是否大于油水换热器加热锅炉进水所需要的热量Q₂，如果Q₁>Q₂则进行步骤S2-1，如果Q₁＝Q₂则进行步骤S2-2，如果Q₁<Q₂则进行步骤S2-3；

S2-1：将所述太阳能集热装置的出油同时通入所述油水换热器和油盐换热器中，通过所述油水换热器加热所述燃煤发电系统中的锅炉的给水，并通过所述油盐换热器加热熔融盐来进行储热；

S2-2：将所述太阳能集热装置的出油只通入所述油水换热器中，通过所述油水换热器加热所述燃煤发电系统中的锅炉的给水；

S2-3：将所述太阳能集热装置的出油只通入所述油盐换热器中，通过所述油盐换热器加热熔融盐来进行储热；

S3：关闭太阳能集热装置的出油口，利用热熔融盐罐中熔融盐的储热，通过油盐换热器加热储油罐中的油液，并利用被加热后的所述油液通过油水换热器加热所述燃煤发电系统中的锅炉的给水。

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