CN115405383A - 一种基于储热的火电厂灵活调峰系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于储热的火电灵活调峰系统及方法，该系统包括低温储罐、高温储罐、熔盐/高温蒸汽换热器、蒸汽冷凝器、熔盐/水换热器、锅炉系统、汽轮机发电系统；系统储热时，所述锅炉系统产生的高温蒸汽进入所述熔盐/高温蒸汽换热器加热熔盐，加热后的熔盐进入高温储罐，冷却后的蒸汽进入蒸汽冷凝器凝结成水，凝结水进入熔盐/水换热器加热从低温储罐出来的低温熔盐；系统放热时，从汽轮机发电系统出来的给水进入熔盐/水换热器加热后再进入锅炉系统，从锅炉系统出来的低温蒸汽进入熔盐/高温蒸汽换热器加热成高温蒸汽；该系统提高火电厂低发电负荷时锅炉的热负荷及燃烧稳定性，同时提高了发电升负荷时的响应能力。
Description
技术领域
本发明涉及火电厂调峰，尤其涉及一种基于储热的火电厂灵活调峰系统及方法。
背景技术
随着传统化石能源的巨大消耗，人们面对日益严峻的能源与环境问题。新的能源技术革命要从提高能源利用效率以及优化能源消费结构着手。火电是我国最主要的电力供应来源，清洁高效灵活运行已经成为火电行业转型发展的重要目标。随着我国光伏、风电等非稳定新能源比例的持续扩大，高比例风电和光伏发电的波动性与随机性将对电力系统灵活性调峰提出更高要求，同时其电力电子装置并网带来的系统低惯量与安全稳定问题，使得电力系统为消纳高比例可再生能源将付出更高的成本。目前传统火力发电仍占主要份额，是电力系统可靠性的基石，因此火电厂灵活性改造市场需求持续扩大。
此外，为满足日益增长的冬季供暖需求、缓解部分城市区域供热中供热热源不足的问题，新建较多热电厂。但供暖负荷和电力负荷不同步，造成锅炉低热负荷稳燃困难或者高热负荷蒸汽浪费等问题。提高我国供暖地区供热电厂在采暖季运行的调峰能力也是火电灵活性改造的目标之一。
电力装机结构和电力消费结构正在发生着重大变革。火电机组的运行目标从追求高效节能逐渐转变为注重提升机组的灵活性，增加机组深度调峰及快速启停能力。实施火电灵活性改造不仅仅是火电企业自身生存发展的需要，更是推进整个电力能源生产及消费革命的必然要求。
目前，国内外较为成熟的火电灵活性改造技术主要有：机组本体调峰改造、低负荷协调控制优化、等离子/微油助燃技术以及热电联产机组热电解耦技术等。但仍面临改造运行成本高、热电利用效率低、煤耗显著增加、调峰范围有限等问题。
发明内容
本发明针以上火电厂灵活改造中存在的问题，提出了一种基于储热的火电厂灵活调峰系统及方法，降低储热成本，提高电厂低电负荷时的锅炉热负荷及燃烧稳定性，提高热利用效率，提升机组快速爬坡以及快速启停的能力。本发明具体方案如下：
一种基于储热的火电厂灵活调峰方法，其特征在于包括低温储罐、高温储罐、熔盐/高温蒸汽换热器、蒸汽冷凝器、熔盐/水换热器、锅炉系统、汽轮机发电系统；
当电厂处于低电负荷时，为保持锅炉燃烧稳定和高效率，锅炉负荷大于汽轮机所需热负荷，将锅炉富余的热量进行存储。所述锅炉系统产生的高温蒸汽进入所述熔盐/高温蒸汽换热器用于加热熔盐，加热后的高温熔盐进入所述高温储罐存储；经过所述熔盐/高温蒸汽换热器冷却后的高温蒸汽进入所述蒸汽冷凝器，所述蒸汽冷凝器所需冷却水为所述汽轮机发电系统的给水，高温蒸汽经过冷却变成高温凝结水；高温凝结水进入所述熔盐/水换热器中加热从所述低温储罐出来的低温熔盐，经过冷却后的低温凝结水进入所述锅炉系统重新进行加热，提高所述锅炉系统的热负荷和稳定性；
当电厂需要提高电负荷时，将原先存储在熔盐中的热量进行释放，快速提高汽轮机功率。从所述高温储罐中出来的高温熔盐进入所述熔盐/高温蒸汽换热器，加热从所述锅炉系统出来的低温过热蒸汽或者饱和蒸汽，经过加热后的高温蒸汽进入所述锅炉系统进一步加热或者直接进入所述汽轮机发电系统进行做功发电，提高电厂电功率输出；从所述熔盐/高温蒸汽换热器出来的熔盐进入所述熔盐/水换热器，用于加热从所述汽轮机发电系统出来的给水，经过加热后的给水再进入所述锅炉系统进一步加热。
作为优选，所述蒸汽冷凝器为混合式换热器，即从所述汽轮机发电系统出来的给水在所述蒸汽冷凝器中与从所述熔盐/高温蒸汽换热器出来的水蒸汽直接混合成液态水。混合式换热器的换热效率高，所需材料少，成本低。
进一步的，当电厂进行储热时，从所述熔盐/水换热器从来的低温凝结水进入所述锅炉系统中，并与所述锅炉系统中的省煤器进口或者出口的给水混合；放热过程中，给水经过所述熔盐/水换热器加热后，变成饱和水进入所述锅炉系统中的汽包，快速产生蒸汽。
作为优选，该火电厂灵活调峰方法还包括电加热器，在储热过程中，从所述熔盐/高温蒸汽换热器出来的高温熔盐进一步经过所述电加热器加热，再进入所述高温储罐中存储。所述电加热器将电网中的低价谷电转化为熔盐的高温热能进行存储，当电厂需要升负荷时，可将该热能转化为电能，并向电网输送。
此外，本发明还提出一种基于储热的火电厂灵活调峰系统，其特征在于包括低温储罐、高温储罐、熔盐/高温蒸汽换热器、蒸汽冷凝器、熔盐/水换热器、锅炉系统、汽轮机发电系统。当该系统进行储热时，所述低温储罐出口与所述熔盐/水换热器的熔盐侧低温端接口相连，所述熔盐/水换热器的熔盐侧高温端接口与所述熔盐/高温蒸汽换热器的熔盐侧低温端接口相连，所述熔盐/高温蒸汽换热器的熔盐侧高温端接口与所述高温储罐进口相连；所述锅炉系统的高温蒸汽出口与所述熔盐/高温蒸汽换热器的蒸汽侧高温端接口相连，所述熔盐/高温蒸汽换热器的蒸汽侧低温端接口与所述蒸汽冷凝器的蒸汽进口相连，所述蒸汽冷凝器的凝结水出口与所述熔盐/水换热器的水侧高温端接口相连，所述熔盐/水换热器的水侧低温端接口与所述锅炉系统相连；所述蒸汽冷凝器的冷却水进口与所述汽轮机发电系统的给水出口相连。当系统进行放热时，所述高温储罐出口与所述熔盐/高温蒸汽换热器的熔盐侧高温端接口相连，所述熔盐/高温蒸汽换热器的熔盐侧低温端接口与所述熔盐/水换热器的熔盐侧高温端接口相连，所述熔盐/水换热器的熔盐侧低温端接口与所述低温储罐进口相连；所述汽轮机发电系统的给水出口与所述熔盐/水换热器的水侧低温端接口相连，所述熔盐/水换热器的水侧高温端接口与锅炉系统相连，所述锅炉系统的蒸汽出口与所述熔盐/高温蒸汽换热器的蒸汽侧低温端接口相连，所述熔盐/高温蒸汽换热器的蒸汽侧高温端与所述锅炉系统或者与所述汽轮机发电系统蒸汽进口相连。
作为优选，当储热时，所述熔盐/水换热器的水侧低温端接口与所述锅炉系统的给水进口相连；当放热时，所述熔盐/水换热器的水侧高温端接口与锅炉系统的汽包给水进口相连。
作为优选，该系统还包括凝结水循环泵，所述凝结水循环泵的进口与所述蒸汽冷凝器的凝结水出口相连，所述凝结水循环泵的出口与所述熔盐/水换热器的水侧低温端接口相连，凝结水循环泵提供凝结水重新进入所述锅炉系统所需的动力压头。
进一步的，该系统还包括电加热器，当储热时，所述电加热器的进口与所述熔盐/高温蒸汽换热器的熔盐侧高温端接口相连，所述电加热器的出口与所述高温储罐的进口相连。
本发明所述汽轮机发电系统是指利用高温高压蒸汽进行做功发电的系统，主要包括汽轮机、凝汽器、抽汽回热器、给水泵等；所述锅炉系统是指利用燃料燃烧加热给水生成高温蒸汽的装置，包括水冷壁、汽包、省煤器、过热器、再热器等；所述熔盐/水换热器是指换热器冷热两侧的工质为熔盐和水，热量从熔盐传递到水或者热量从水传递到熔盐；所述熔盐/高温蒸汽换热器是指换热器冷热两侧的工质为熔盐和水蒸汽，热量从熔盐传递到水蒸汽或者热量从水蒸汽传递到熔盐；所述蒸汽冷凝器是指将过热蒸汽或者饱和蒸汽冷凝为液态水的换热器。
本发明利用储热技术提高电厂低电负荷时的锅炉系统热负荷，提高锅炉系统的燃烧稳定性和效率，熔盐储热温差大，储热密度高，降低储热成本，同时通过利用电加热器将谷电进行储能；当电厂电负荷提高时，通过放热可快速提高电厂升负荷速率。通过储放热过程，电厂可根据电网需求，进行灵活性调峰，并保证较高的系统效率。
附图说明
图1是具体实施例1的示意图；
图2是具体实施例2的示意图；
图3是具体实施例3的示意图。
图中：1-高温储罐；2-低温储罐；3-熔盐/水换热器；4-凝结水循环泵；5-蒸汽冷凝器；6-熔盐/高温蒸汽换热器；7-锅炉系统；8-汽轮机发电系统；9-电加热器。
具体实施方式
实施例1
本实施例为该火电厂灵活调峰系统的储热过程，如图1所示，包括高温储罐1、低温储罐2、熔盐/水换热器3、凝结水循环泵4、蒸汽冷凝器5、熔盐/高温蒸汽换热器6、锅炉系统7、汽轮机发电系统8。低温储罐2出口与熔盐/水换热器3的熔盐侧低温端接口相连，熔盐/水换热器3的熔盐侧高温端接口与熔盐/高温蒸汽换热器6的熔盐侧低温端接口相连，熔盐/高温蒸汽换热器6的熔盐侧高温端接口与高温储罐1进口相连；锅炉系统7的高温蒸汽出口与熔盐/高温蒸汽换热器6的蒸汽侧高温端接口相连，熔盐/高温蒸汽换热器6的蒸汽侧低温端接口与蒸汽冷凝器5的蒸汽进口相连，蒸汽冷凝器5的凝结水出口与凝结水循环泵4的进口相连，凝结水循环泵4的出口与熔盐/水换热器3的水侧高温端接口相连，熔盐/水换热器3的水侧低温端接口与锅炉系统7的给水进口相连；所述蒸汽冷凝器的冷却水进口与所述汽轮机发电系统的给水出口相连。
从低温储罐2出来的低温熔盐在熔盐/水换热器3中被凝结水加热，加热后的熔盐再进入熔盐/高温蒸汽换热器6中被从锅炉系统7中出来的高温蒸汽加热，最后进入高温储罐1中进行存储。锅炉系统7中出来的一部分高温蒸汽进入熔盐/高温蒸汽换热器6中被熔盐冷却后，再进入蒸汽冷凝器5中。蒸汽冷凝器5为混合式换热器，冷却水为从汽轮机发电系统8中出来的给水，与蒸汽混合后成凝结水。凝结水经过凝结水循环泵4的增压后，重新进入锅炉系统7的给水进口，在锅炉系统内重新加热气化成高温蒸汽，从而提高了锅炉系统7的热负荷，将富余热量存储在高温熔盐中。锅炉系统7产生的一部分高温蒸汽进入汽轮机发电系统8中进行做功。
实施例2
在实施例1的基础上，增加电加热器9，如图2所示。当系统进行储热时，电加热器9的进口与熔盐/高温蒸汽换热器6的熔盐侧高温端接口相连，电加热器9的出口与高温储罐1的进口相连。经过熔盐/高温蒸汽换热器6加热后的熔盐（约500℃）进入电加热器9中进一步提高温度（550℃左右），最后进入高温储罐1中存储。电加热器9可利用电网中的低价谷电，将电能转化为热能进行高效存储，当需要系统提升负荷时，将热能转化为电能进行释放。
实施例3
本实施例为该火电厂灵活调峰系统的放热过程，如图3所示。高温储罐1出口与熔盐/高温蒸汽换热器6的熔盐侧高温端接口相连，熔盐/高温蒸汽换热器6的熔盐侧低温端接口与熔盐/水换热器3的熔盐侧高温端接口相连，熔盐/水换热器3的熔盐侧低温端接口与低温储罐2进口相连。汽轮机发电系统8的给水出口与熔盐/水换热器3的水侧低温端接口相连，熔盐/水换热器3的水侧高温端接口与锅炉系统7的汽包给水进口相连，锅炉系统7的汽包的饱和蒸汽出口与熔盐/高温蒸汽换热器6的蒸汽侧低温端接口相连，熔盐/高温蒸汽换热器6的蒸汽侧高温端与汽轮机发电系统8的蒸汽进口相连。
具体工作流程为：从汽轮机发电系统8出来的一部分给水进入熔盐/水换热器3中被熔盐加热成饱和水，进入锅炉系统7中的汽包内，产生饱和蒸汽，饱和蒸汽进入熔盐/高温蒸汽换热器6内被继续加热成高温蒸汽，高温蒸汽直接进入汽轮机发电系统8中做功。高温熔盐从高温储罐1中依次进入熔盐/高温蒸汽换热器6和熔盐/水换热器3中被水工质冷却后进入低温储罐2中。
上述具体实施例1、实施例2和实施例3仅是本发明的部分实施案例，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员对相关技术特征作出等同的更改或替换的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。本说明书未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种基于储热的火电厂灵活调峰方法，其特征在于包括低温储罐、高温储罐、熔盐/高温蒸汽换热器、蒸汽冷凝器、熔盐/水换热器、锅炉系统、汽轮机发电系统；
当电厂进行储热时，所述锅炉系统产生的高温蒸汽进入所述熔盐/高温蒸汽换热器用于加热熔盐，加热后的高温熔盐进入所述高温储罐存储；经过所述熔盐/高温蒸汽换热器冷却后的高温蒸汽进入所述蒸汽冷凝器，所述蒸汽冷凝器所需冷却水为所述汽轮机发电系统的给水，高温蒸汽经过冷却后凝结为高温凝结水；高温凝结水进入所述熔盐/水换热器加热从所述低温储罐出来的低温熔盐，经过冷却后的低温凝结水进入所述锅炉系统重新进行加热，提高所述锅炉系统的热负荷；
当电厂进行放热时，从所述高温储罐中出来的高温熔盐进入所述熔盐/高温蒸汽换热器，加热从所述锅炉系统出来的低温过热蒸汽或者饱和蒸汽，加热后的高温蒸汽进入所述锅炉系统或者直接进入所述汽轮机发电系统，提高电功率输出；从所述熔盐/高温蒸汽换热器出来的熔盐进入所述熔盐/水换热器，用于加热从所述汽轮机发电系统出来的给水，经过加热后的给水再进入所述锅炉系统进一步加热。
2.根据权利要求1所述的一种基于储热的火电厂灵活调峰方法，其特征在于所述蒸汽冷凝器为混合式换热器，即从所述汽轮机发电系统出来的给水在所述蒸汽冷凝器中直接与从所述熔盐/高温蒸汽换热器出来的水蒸汽直接混合成液态水。
3.根据权利要求1所述的一种基于储热的火电厂灵活调峰方法，其特征在于储热过程中从所述熔盐/水换热器从来的低温凝结水进入所述锅炉系统中，并与所述锅炉系统中的省煤器进口或者出口的给水混合。
4.根据权利要求1所述的一种基于储热的火电厂灵活调峰方法，其特征在于放热过程中给水经过所述熔盐/水换热器加热后，变成饱和水进入所述锅炉系统中的汽包。
5.根据权利要求1所述的一种基于储热的火电厂灵活调峰方法，其特征在于还包括电加热器，在储热过程中，从所述熔盐/高温蒸汽换热器出来的高温熔盐经过所述电加热器进一步加热，再进入所述高温储罐中存储。
6.一种基于储热的火电厂灵活调峰系统，其特征在于包括低温储罐、高温储罐、熔盐/高温蒸汽换热器、蒸汽冷凝器、熔盐/水换热器、锅炉系统、汽轮机发电系统；
当电厂进行储热时，所述低温储罐出口与所述熔盐/水换热器的熔盐侧低温端接口相连，所述熔盐/水换热器的熔盐侧高温端接口与所述熔盐/高温蒸汽换热器的熔盐侧低温端接口相连，所述熔盐/高温蒸汽换热器的熔盐侧高温端接口与所述高温储罐进口相连；所述锅炉系统的高温蒸汽出口与所述熔盐/高温蒸汽换热器的蒸汽侧高温端接口相连，所述熔盐/高温蒸汽换热器的蒸汽侧低温端接口与所述蒸汽冷凝器的蒸汽进口相连，所述蒸汽冷凝器的凝结水出口与所述熔盐/水换热器的水侧高温端接口相连，所述熔盐/水换热器的水侧低温端接口与所述锅炉系统相连；所述蒸汽冷凝器的冷却水进口与所述汽轮机发电系统的给水出口相连；
当放热时，所述高温储罐出口与所述熔盐/高温蒸汽换热器的熔盐侧高温端接口相连，所述熔盐/高温蒸汽换热器的熔盐侧低温端接口与所述熔盐/水换热器的熔盐侧高温端接口相连，所述熔盐/水换热器的熔盐侧低温端接口与所述低温储罐进口相连；所述汽轮机发电系统的给水出口与所述熔盐/水换热器的水侧低温端接口相连，所述熔盐/水换热器的水侧高温端接口与锅炉系统相连，所述锅炉系统的饱和蒸汽出口或者低温过热蒸汽出口与所述熔盐/高温蒸汽换热器的蒸汽侧低温端接口相连，所述熔盐/高温蒸汽换热器的蒸汽侧高温端与所述锅炉系统或者与所述汽轮机发电系统蒸汽进口相连。
7.根据权利要求6所述的一种基于储热的火电厂灵活调峰系统，其特征在于当储热时，所述熔盐/水换热器的水侧低温端接口与所述锅炉系统的给水进口相连；当放热时，所述熔盐/水换热器的水侧高温端接口与锅炉系统的汽包给水进口相连。
8.根据权利要求7所述的一种基于储热的火电厂灵活调峰系统，其特征在于还包括凝结水循环泵，所述凝结水循环泵的进口与所述蒸汽冷凝器的凝结水出口相连，所述凝结水循环泵的出口与所述熔盐/水换热器的水侧低温端接口相连，凝结水循环泵为凝结水提供进入所述锅炉系统所需的动力压头。
9.根据权利要求6、7或8中任一所述的一种基于储热的火电厂灵活调峰系统，其特征在于还包括电加热器，当储热时，所述电加热器的进口与所述熔盐/高温蒸汽换热器的熔盐侧高温端接口相连，所述电加热器的出口与所述高温储罐的进口相连。
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| CN116287664A (zh) * | 2023-05-15 | 2023-06-23 | 江苏永钢集团有限公司 | 一种基于能源循环利用的高速线材在线热处理设备及工艺 |
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