CN114876598A - 一种含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组及其工作方法，包括超超临界纯凝机组和熔盐储热系统；超超临界纯凝机组包括依次连接的超超临界锅炉、高压缸、中压缸、低压缸；熔盐储热系统包括熔盐‑蒸汽高温换热器和熔盐‑蒸汽低温换热器，超超临界锅炉的出口和高压缸的抽汽出口与熔盐‑蒸汽高温换热器的蒸汽侧进口连接，熔盐‑蒸汽高温换热器的蒸汽侧出口连接中压缸进口和熔盐‑蒸汽低温换热器的蒸汽侧进口；熔盐‑蒸汽高温换热器的熔盐侧进出口循环连接有高温熔盐储罐的进出口，熔盐‑蒸汽低温换热器的熔盐侧进出口循环连接有低温熔盐储罐的进出口，高低温熔盐储罐上均设置有加热装置。实现了超超临界纯凝机组变负荷工况下的灵活运行。

Description

一种含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组及其工作方法
技术领域
本发明属于常规发电技术和熔盐储热技术领域，涉及一种含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组及其工作方法。
背景技术
燃煤发电机组自身灵活运行较差，并且存在负荷响应迟滞特性。燃煤机组灵活运行能力是解决火电与可再生能源发展之间矛盾冲突的有效举措。超超临界机组具有高效、环保等特点，代表当前燃煤机组的最高水平，但超超临界纯凝机组调峰能力较差，变负荷下系统的响应速率较慢。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组及其工作方法，实现了超超临界纯凝机组变负荷工况下的灵活运行。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组，包括超超临界纯凝机组和熔盐储热系统；
超超临界纯凝机组包括依次连接的超超临界锅炉、高压缸、中压缸、低压缸，高压缸的抽汽出口连接有第一高压加热器和第二高压加热器的热侧进口，中压缸的抽汽出口连接有第三高压加热器的热侧进口，低压缸的抽汽出口连接有若干个低压加热器的热侧进口；第一高压加热器、第二高压加热器、第三高压加热器热侧依次连接，低压加热器之间的热侧依次连接；低压缸的出口连接与其最靠近的低压加热器的冷侧进口，第一高压加热器的冷侧出口连接超超临界锅炉的进口，低压加热器之间的冷侧依次连接，第三高压加热器、第二高压加热器和第一高压加热器的冷侧依次连接；
熔盐储热系统包括熔盐-蒸汽高温换热器和熔盐-蒸汽低温换热器，超超临界锅炉的出口和高压缸的抽汽出口与熔盐-蒸汽高温换热器的蒸汽侧进口连接，熔盐-蒸汽高温换热器的蒸汽侧出口连接中压缸进口和熔盐-蒸汽低温换热器的蒸汽侧进口，第二高压加热器的冷侧进口连接熔盐-蒸汽低温换热器的蒸汽侧进口，熔盐-蒸汽低温换热器的蒸汽侧出口连接低压缸进口和超超临界锅炉进口；
熔盐-蒸汽高温换热器的熔盐侧进出口循环连接有高温熔盐储罐的进出口，熔盐-蒸汽低温换热器的熔盐侧进出口循环连接有低温熔盐储罐的进出口，高温熔盐储罐和低温熔盐储罐上均设置有加热装置。
优选的，加热装置包括电加热套管和电加热棒，电加热棒位于电加热套管内部，电加热棒连接有电加热控制装置。
优选的，熔盐-蒸汽高温换热器的熔盐侧出口和高温熔盐储罐进口之间设置有高温熔盐泵，熔盐-蒸汽低温换热器的熔盐侧出口和低温熔盐储罐进口之间设置有低温熔盐泵。
优选的，低压缸的出口连接与其最靠近的低压加热器的冷侧进口之间连接有凝汽器的热侧。
优选的，相邻的第三高压加热器和低压加热器冷侧之间设置有除氧器，中压缸的抽汽出口与除氧器热侧进口连接。
优选的，高压缸的排汽出口与超超临界锅炉的进口连接。
优选的，汽轮机连接有发电机。
一种基于上述任意一项所述含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组的工作方法，包括以下过程：
当电网负荷处于低谷段时，超超临界纯凝机组在低负荷运行期间，超超临界锅炉出口的再热蒸汽一部分经过熔盐-蒸汽高温换热器蒸汽侧，加热高温熔盐储罐，换热后经熔盐-蒸汽高温换热器蒸汽侧，加热低温熔盐储罐，最后与中压缸出口相连；超超临界锅炉出口的再热蒸汽的一部分蒸汽至中压缸进口；中压缸出口蒸汽与熔盐-蒸汽高温换热器蒸汽侧出口的蒸汽混合进入低压缸；
当电网负荷处于平时段时，超超临界纯凝机组在正常负荷运行期间，超超临界锅炉出口的再热蒸汽到中压缸进口，中压缸出口蒸汽进入低压缸；加热装置控制高温熔盐储罐内和低温熔盐储罐内的熔盐的温度；
当电网负荷处于高峰段时，超超临界纯凝机组处于高负荷运行期间，切断高压缸向第一高压加热器和第二高压加热器的抽汽，高压缸的抽汽经过熔盐-蒸汽高温换热器与熔盐换热，换热后与超超临界锅炉出口的再热蒸汽混合进入中压缸进口；第一高压加热器的冷侧关闭，第二高压加热器的冷侧进口给水进入熔盐-蒸汽低温换热器与熔盐换热，换热后进入超超临界锅炉。
优选的，加热装置控制高温熔盐储罐内的温度为400～450℃，加热装置控制低温熔盐储罐内的熔盐的温度为280～320℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过将超超临界纯凝机组和熔盐储热系统结合，合理设置不同温度范围的储热系统，并对高温熔盐储罐和低温熔盐储罐均设置有加热装置，在电网处于低谷时段时超超临界纯凝机组的发电量需求较少，通过超超临界锅炉出口的再热蒸汽旁路加热高温熔盐系统之后再加热低温熔盐系统。电网在低谷时段后进入平时段，超超临界纯凝机组的发电量需求处于正常水平，此时加热装置在这一期间维持或者进一步提升熔盐储能系统内熔盐的温度。在电网平时段转换至高峰段时，电网对超超临界纯凝机组的发电量需求变大，此时切断高压缸的抽汽，抽汽经熔盐-蒸汽高温换热器加热后进入中压缸，更多的蒸汽进入了汽轮机，发电量迅速提升，高压加热器由于抽汽切断缺少的锅炉给水加热量由熔盐-蒸汽低温加热器补充。可以看出本发明提出的含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组提升了机组的灵活运行能力，在电网负荷切换时能够迅速响应，提升了超超临界纯凝机组的负荷响应速率，对提升电力系统的服务水平具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组的结构示意图；
图2为本发明的加热装置结构示意图。
其中：1-超超临界锅炉；2-高压缸；3-中压缸；4-低压缸；5-发电机；6-凝汽器；7-凝结水泵；8-第一高压加热器；9-第二高压加热器；10-第三高压加热器；11-除氧器；12-第一低压加热器；13-第二低压加热器；14-第三低压加热器；15-第四低压加热器；16-给水泵；17-熔盐-蒸汽高温换热器；18-熔盐-蒸汽低温换热器；19-高温熔盐储罐；20-低温熔盐储罐；21-高温熔盐泵；22-低温熔盐泵；23-高温电加热控制装置；24-低温电加热控制装置；25-第一阀门；26第二阀门；27-第三阀门；28-第四阀门；29-第五阀门；30-第六阀门；31-第七阀门；32-第八阀门；33-第九阀门；34-第十阀门；35-第十一阀门；36-第十二阀门；37-第十三阀门；38-第十四阀门；39-高温电加热装置；40-低温电加热装置；41-电加热套管；42-电加热棒。
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做出创造性劳动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。
需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，为本发明所述的含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组，包括超超临界纯凝机组、熔盐储热系统和电辅助加热系统。
超超临界纯凝机组包括依次连接的超超临界锅炉1、高压缸2、中压缸3、低压缸4，高压缸2的抽汽出口连接有第一高压加热器8和第二高压加热器9的热侧进口，中压缸3的抽汽出口连接有第三高压加热器10的热侧进口，低压缸4的抽汽出口连接有若干个低压加热器的热侧进口。
低压加热器的数量为四个，分别为第一低压加热器12、第二低压加热器13、第三低压加热器14和第四低压加热器15。
第一高压加热器8、第二高压加热器9、第三高压加热器10、第一低压加热器12、第二低压加热器13、第三低压加热器14和第四低压加热器15的热侧依次连接；低压缸4的出口连接第四低压加热器15的冷侧进口，第一高压加热器8的冷侧出口连接超超临界锅炉1的进口，第四低压加热器15、第三低压加热器14、第二低压加热器13、第一低压加热器12、第三高压加热器10、第二高压加热器9、第一高压加热器8的冷侧依次连接。
低压缸4的出口连接与第四低压加热器15的冷侧进口之间连接有凝汽器6的热侧，凝汽器6的热侧出口和第四低压加热器15的冷侧进口之间设置有凝结水泵7。
第三高压加热器10和第一低压加热器12的冷侧之间设置有除氧器11，中压缸3的抽汽出口与除氧器11进口连接，第三高压加热器10的热侧出口连接除氧器11进口，除氧器11出口和第三高压加热器10的冷侧进口之间设置有给水泵16。
熔盐储能系统包含高温熔盐储罐19、低温熔盐储罐20、高温熔盐泵21、低温熔盐泵22、熔盐-蒸汽高温换热器17、熔盐-蒸汽低温换热器18。电辅助加热系统包含高温电加热控制装置23、低温电加热控制装置24、高温电加热装置39、低温电加热装置40等。
高温熔盐储罐19底部出口与熔盐-蒸汽高温换热器17的熔盐侧相连，上部进口与高温熔盐泵21出口相连，高温熔盐泵21进口与熔盐-蒸汽高温换热器17的熔盐侧相连。熔盐-蒸汽高温换热器17的蒸汽侧进口与高压缸2的一级抽汽管路和二级抽汽管路相连，同时与再热蒸汽管路相连。熔盐-蒸汽高温换热器17的蒸汽侧出口与中压缸3的进口相连，同时与熔盐-蒸汽低温换热器18的蒸汽侧进口相连。
低温熔盐储罐20底部出口与熔盐-蒸汽换热器18的熔盐侧进口相连，上部进口与低温熔盐泵22出口相连，低温熔盐泵22进口与熔盐-蒸汽低温换热器18的熔盐侧相连。熔盐-蒸汽低温换热器18蒸汽侧进口与熔盐-蒸汽低温换热器17蒸汽侧出口相连，同时与第二高压加热器9冷侧进口相连，熔盐-蒸汽低温换热器18蒸汽侧出口与中压缸3的出口相连，同时与第一高压加热器8冷侧出口相连。
熔盐储能系统内装有高温电加热装置39和低温电加热装置40，高温熔盐储罐19罐底位置焊接有电加热套管41，如图2所示，通过插入套管内的电加热棒42进行加热，高温电加热控制装置23控制电加热棒42的加热功率。低温熔盐储罐19罐底位置焊接有电加热套管41，通过插入套管内的电加热棒42进行加热，低温电加热控制装置24控制电加热棒42的加热装置。
上述所有连接管路上均设有阀门。
本发明考虑高温熔盐储罐19与低温熔盐储罐20的能级差别，蓄热工况时高温熔盐通过熔盐-蒸汽高温换热器17与高压缸2抽汽进行换热，换热之后的蒸汽通过熔盐-蒸汽低温换热器18与低温熔盐换热，换热后与中压缸3出口连接。放热工况时高温熔盐通过熔盐-蒸汽高温换热器17与高压缸2抽汽进行换热，换热之后的蒸汽与中压缸3进口相连，第二高压加热器9冷侧进口与熔盐-蒸汽低温换热器18蒸汽侧进口相连，换热后与第一高压加热器8冷侧出口相连。
以上熔盐储能系统的蓄热和放热过程通过以下几个步骤实现，具体工作过程如下：
蓄热过程一：
电网负荷处于低谷段时，超超临界纯凝机组在低负荷运行期间，再热蒸汽一部分经第一阀门25经过熔盐-蒸汽高温换热器17蒸汽侧，加热高温熔盐储罐19，换热后经熔盐-蒸汽高温换热器18蒸汽侧，加热低温熔盐储罐20，最后经第五阀门29与中压缸3出口相连。超超临界锅炉1出口的再热蒸汽的另一部分蒸汽经第二阀门26至中压缸3进口。中压缸3出口蒸汽与上面所述的加热熔盐的蒸汽混合进入低压缸4。高温熔盐储罐19熔盐从底部出口经过熔盐-蒸汽高温换热器17换热后通过高温熔盐泵21进入高温熔盐储罐19的上部入口，完成高温熔盐的蓄热。低温熔盐储罐20熔盐从底部出口经过熔盐-蒸汽高温换热器18，换热后通过低温熔盐泵22进入低温熔盐储罐20的上部入口，完成低温熔盐的蓄热。
蓄热过程二：
电网负荷处于平时段时，超超临界纯凝机组在正常负荷运行期间，第一阀门25和第三阀门27关闭，再热蒸汽经第二阀门26到中压缸3进口，中压缸3出口蒸汽进入低压缸4。第五阀门29关闭。此时高温电加热装置23控制高温熔盐储罐19内的高温加热装置39的加热功率，加热高温熔盐储罐19内的熔盐处于高温状态。低温加热装置24控制低温熔盐储罐20内的低温加热装置40的加热功率，加热低温熔盐储罐20内的熔盐处于相对较低的温度。在电网负荷处于平时段时，利用电辅助加热的方式给高温熔盐储罐19和低温熔盐储罐20蓄热，在电网处于高温段时，熔盐储热装置处于高温状态，能够迅速响应，加热蒸汽与水。
放热过程：
电网负荷处于高峰段时，超超临界纯凝机组处于高负荷运行期间，第九阀门33和第十阀门34关闭，此时切断高压缸2向第一高压加热器8和第二高压加热器9的抽汽。第七阀门31和第八阀门32开启，高压缸2向第一高压加热器8和第二高压加热器9的抽汽经过熔盐-蒸汽高温换热器17与熔盐换热，换热后经第三阀门27与再热蒸汽混合进入中压缸3进口。第二高压加热器9进口第十三阀门37关闭，第十四阀门38开启，给水经第四阀门28进入熔盐-蒸汽低温换热器18与熔盐换热，换热后经第六阀门30与第十二阀门36进入锅炉给水管路，此时第十一阀门35关闭。高温熔盐储罐19内熔盐从底部出口经熔盐-蒸汽换热器17加热蒸汽，换热后经高温熔盐泵21进入高温熔盐储罐的上部入口。低温熔盐储罐20内熔盐从底部出口经熔盐-蒸汽低温换热器18加热给水，换热后经低温熔盐泵22进口低温熔盐储罐20的上部入口。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主题内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (9)

1.一种含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组，其特征在于，包括超超临界纯凝机组和熔盐储热系统；
超超临界纯凝机组包括依次连接的超超临界锅炉(1)、高压缸(2)、中压缸(3)、低压缸(4)，高压缸(2)的抽汽出口连接有第一高压加热器(8)和第二高压加热器(9)的热侧进口，中压缸(3)的抽汽出口连接有第三高压加热器(10)的热侧进口，低压缸(4)的抽汽出口连接有若干个低压加热器的热侧进口；第一高压加热器(8)、第二高压加热器(9)、第三高压加热器(10)热侧依次连接，低压加热器之间的热侧依次连接；低压缸(4)的出口连接与其最靠近的低压加热器的冷侧进口，第一高压加热器(8)的冷侧出口连接超超临界锅炉(1)的进口，低压加热器的冷侧依次连接，第三高压加热器(10)、第二高压加热器(9)和第一高压加热器(8)的冷侧依次连接；
熔盐储热系统包括熔盐-蒸汽高温换热器(17)和熔盐-蒸汽低温换热器(18)，超超临界锅炉(1)的出口和高压缸(2)的抽汽出口与熔盐-蒸汽高温换热器(17)的蒸汽侧进口连接，熔盐-蒸汽高温换热器(17)的蒸汽侧出口连接中压缸(3)进口和熔盐-蒸汽低温换热器(18)的蒸汽侧进口，第二高压加热器(9)的冷侧进口连接熔盐-蒸汽低温换热器(18)的蒸汽侧进口，熔盐-蒸汽低温换热器(18)的蒸汽侧出口连接低压缸(4)进口和超超临界锅炉(1)进口；
熔盐-蒸汽高温换热器(17)的熔盐侧进出口循环连接有高温熔盐储罐(19)的进出口，熔盐-蒸汽低温换热器(18)的熔盐侧进出口循环连接有低温熔盐储罐(20)的进出口，高温熔盐储罐(19)和低温熔盐储罐(20)上均设置有加热装置。
2.根据权利要求1所述的含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组，其特征在于，加热装置包括电加热套管(41)和电加热棒(42)，电加热棒(42)位于电加热套管(41)内部，电加热棒(42)连接有电加热控制装置。
3.根据权利要求1所述的含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组，其特征在于，熔盐-蒸汽高温换热器(17)的熔盐侧出口和高温熔盐储罐(19)进口之间设置有高温熔盐泵(21)，熔盐-蒸汽低温换热器(18)的熔盐侧出口和低温熔盐储罐(20)进口之间设置有低温熔盐泵(22)。
4.根据权利要求1所述的含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组，其特征在于，低压缸(4)的出口连接与其最靠近的低压加热器的冷侧进口之间连接有凝汽器(6)的热侧。
5.根据权利要求1所述的含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组，其特征在于，相邻的第三高压加热器(10)和低压加热器冷侧之间设置有除氧器(11)，中压缸(3)的抽汽出口与除氧器(11)热侧进口连接。
6.根据权利要求1所述的含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组，其特征在于，高压缸(2)的排汽出口与超超临界锅炉(1)的进口连接。
7.根据权利要求1所述的含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组，其特征在于，汽轮机连接有发电机(5)。
8.一种基于权利要求1-7任意一项所述含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组的工作方法，其特征在于，包括以下过程：
当电网负荷处于低谷段时，超超临界纯凝机组在低负荷运行期间，超超临界锅炉(1)出口的再热蒸汽一部分经过熔盐-蒸汽高温换热器(17)蒸汽侧，加热高温熔盐储罐(19)，换热后经熔盐-蒸汽高温换热器(18)蒸汽侧，加热低温熔盐储罐(20)，最后与中压缸(3)出口相连；超超临界锅炉(1)出口的再热蒸汽的一部分蒸汽至中压缸(3)进口；中压缸(3)出口蒸汽与熔盐-蒸汽高温换热器(18)蒸汽侧出口的蒸汽混合进入低压缸(4)；
当电网负荷处于平时段时，超超临界纯凝机组在正常负荷运行期间，超超临界锅炉(1)出口的再热蒸汽到中压缸(3)进口，中压缸(3)出口蒸汽进入低压缸(4)；加热装置控制高温熔盐储罐(19)内和低温熔盐储罐(20)内的熔盐的温度；
当电网负荷处于高峰段时，超超临界纯凝机组处于高负荷运行期间，切断高压缸(2)向第一高压加热器(8)和第二高压加热器(9)的抽汽，高压缸(2)的抽汽经过熔盐-蒸汽高温换热器(17)与熔盐换热，换热后与超超临界锅炉(1)出口的再热蒸汽混合进入中压缸(3)进口；第一高压加热器(8)的冷侧关闭，第二高压加热器(9)的冷侧进口给水进入熔盐-蒸汽低温换热器(18)与熔盐换热，换热后进入超超临界锅炉(1)。
9.根据权利要求8所述的含有熔盐储能系统的超超临界纯凝机组的工作方法，其特征在于，加热装置控制高温熔盐储罐(19)内的温度为400～450℃，加热装置控制低温熔盐储罐(20)内的熔盐的温度为280～320℃。
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