CN116447572A - 基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置及方法，包括熔盐储放热回路和燃煤发电系统，所述燃煤发电系统在高温回热器的下游设有附加回热器；所述附加回热器的出口分为两路，一路经给水主阀门与省煤器相连，另一路经给水旁路阀门、熔盐‑汽水预热器的汽水通道后与省煤器相连；所述燃煤发电系统的锅炉蒸发器模块中的下联箱经饱和水旁路阀门、熔盐‑汽水蒸发器的汽水通道后返回下联箱；所述锅炉蒸发器模块的出口分为两路，一路经蒸气主阀门与过热器相连，另一路经蒸气旁路阀门、熔盐‑汽水过热器的汽水通道与过热器相连。该启动装置经济、灵活、控制方便，能够更好的适应碳达峰、碳中和背景下燃煤机组两班制运行的使用要求。

Description

基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置及方法
技术领域
本发明涉及燃煤发电技术领域，尤其涉及基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置。本发明还涉及基于熔盐储热的燃煤锅炉启动方法。
背景技术
全球变暖及极端天气迫使世界各国重视CO2温室气体排放。
为实现碳中和、碳达峰目标，电力能源正经历变革：太阳能、风能等低碳清洁能源发电量占比大幅上升，燃煤等高碳化石能源发电量占比大幅下降。太阳能、风能发电具有波动性，为平抑这种波动电源对电网的冲击，燃煤发电需要深度调峰运行，甚至频繁启停、两班制运行。然而，现有燃煤发电机组启动时间较长，难以适应两班制运行。例如300MW机组冷态启动时间6～8h，热态启动时间为1～2h。
燃煤机组汽轮发电机启动较快，锅炉是限制燃煤机组启动的关键。锅炉分为锅侧和炉侧，锅侧流通汽水，主要由厚壁压力容器及换热金属管组成，为避免热应力过大影响寿命，锅炉点火前管道需进行预热，称为“暖锅”。炉侧流通空气和烟气，为成功点火产生高温烟气，启动时需预热进入炉膛的空气，称为“暖炉”。快速“暖锅”、“暖炉”是加快燃煤机组启动、适应两班制运行的关键技术。
在“暖锅”的相关技术中，蒸汽是“暖锅”的主要热源，然而这些蒸汽热源存在以下问题：首先，燃油锅炉运行维护成本高，一般燃煤电厂仅作为新电厂首台机组首次启动，而后拆除；其次，两班制运行时全厂机组同步启停机，缺乏邻近机组蒸汽的支援；另外，两班制下燃煤机组启动通常应对用电高峰，如果用电加热蒸汽违反电网调度原则。
另一方面，“暖炉”的相关技术存在与“暖锅”相似的问题：燃油成本高、全厂机组同步启停机时邻近机组无法支援、电加热违反电网调度原则等。因此，亟需发展适合燃煤机组两班制运行的“暖锅”、“暖炉”新技术。
虽然，熔盐储热系统已开始用于辅助火力机组启动，然而，大部分技术方案都是通过熔盐加热给水产生蒸汽辅助汽轮机启动，极少数方案提到熔盐热加热锅炉冲洗水，以加快机组启动速度。但是，锅炉启动时不同受热面的预热温度需求是不同的，仍需重新进行熔盐系统与锅炉启动时汽水系统的耦合设计。
发明内容
本发明的目的在于提供基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置。该启动装置经济、灵活、控制方便，能够更好的适应碳达峰、碳中和背景下燃煤机组两班制运行的使用要求。
本发明的另一目的在于提供基于熔盐储热的燃煤锅炉启动方法。
为实现上述目的，本发明提供基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置，包括熔盐储放热回路和燃煤发电系统，所述熔盐储放热回路包括高温熔盐罐、低温熔盐罐以及熔盐-汽水过热器、熔盐-汽水蒸发器、熔盐-汽水预热器；
所述燃煤发电系统在高温回热器的下游设有附加回热器；所述附加回热器的出口分为两路，一路经给水主阀门与省煤器相连，另一路经给水旁路阀门、熔盐-汽水预热器的汽水通道后与省煤器相连；
所述燃煤发电系统的锅炉蒸发器模块中的下联箱经饱和水旁路阀门、熔盐-汽水蒸发器的汽水通道后返回下联箱；
所述锅炉蒸发器模块的出口分为两路，一路经蒸气主阀门与过热器相连，另一路经蒸气旁路阀门、熔盐-汽水过热器的汽水通道与过热器相连；
所述过热器的出口分为两路，一路经主蒸汽阀门、汽轮机高压缸后与再热器相连，另一路经过热蒸气减压阀门后与再热器相连；
所述再热器的出口分为两路，一路经再热蒸汽主阀门与汽轮机中压缸相连，另一路经再热蒸汽旁路阀门与附加回热器的壳侧相连；
所述省煤器的下游设有空气预热器，所述空气预热器空气侧的入口连接有风机，所述空气预热器空气侧的出口通往炉膛。
在一些实施方式中，所述燃煤发电系统为亚临界汽包炉燃煤发电系统，其锅炉蒸发器模块的汽包、下降管、下联箱、水冷壁依次连接形成循环回路，所述锅炉蒸发器模块的入口和出口均位于汽包。
在一些实施方式中，所述省煤器的出口与所述汽包的入口相连。
在一些实施方式中，所述燃煤发电系统为超临界直流炉燃煤发电系统，其锅炉蒸发器模块的下联箱、水冷壁、上联箱依次连接，所述锅炉蒸发器模块的入口和出口分别位于下联箱和上联箱。
在一些实施方式中，所述省煤器的出口与所述下联箱的入口相连。
在一些实施方式中，所述熔盐储放热回路的高温熔盐罐和低温熔盐罐之间设有储热器。
在一些实施方式中，所述储热器的热源包括锅炉运行时的高温烟气、蒸气或者电网低谷电加热。
在一些实施方式中，所述附加回热器的壳侧出口依次与所述高温回热器的壳侧、除氧器相连。
为实现上述另一目的，本发明提供基于熔盐储热的燃煤锅炉启动方法，用于上述任一项技术方案所述的基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置，包括：
将熔盐从所述高温熔盐罐转移到低温熔盐罐，使熔盐依次流经熔盐-汽水过热器、熔盐-汽水蒸发器及熔盐-汽水预热器的熔盐流道并放热；
关闭给水主阀门、蒸气主阀门、主蒸汽阀门、再热蒸汽主阀门，开启给水旁路阀门、饱和水旁路阀门、蒸气旁路阀门、过热蒸气减压阀门、再热蒸汽旁路阀门；
水在熔盐-汽水预热器、熔盐-汽水蒸发器及熔盐-汽水过热器内被熔盐依次加热成饱和水、饱和蒸气、过热蒸气，被加热的汽水流经省煤器、锅炉蒸发器模块、过热器、再热器并预热其金属管道；
启动风机，驱动冷空气依次经过锅炉蒸发器模块的水冷壁、过热器、再热器、省煤器，被汽水加热成热空气，生成的热空气流经空气预热器，加热风机输入炉膛的冷空气；
当燃煤锅炉炉膛温度达标时，燃烧器点火，开启燃煤发电系统的给水主阀门、蒸气主阀门、主蒸汽阀门、再热蒸汽主阀门，关闭给水旁路阀门、饱和水旁路阀门、蒸气旁路阀门、过热蒸气减压阀门、再热蒸汽旁路阀门，熔盐储放热回路停止运行，燃煤发电系统启动。
进一步地，所述燃烧器点火前，所述熔盐-汽水蒸发器的蒸发量与给水泵的流量相等。
本发明运用储热熔盐作为热源，加热流经锅炉汽水工质，直接“暖锅”；熔盐加热的汽水再加热流经锅炉的空气，间接“暖炉”，从而加快锅炉达到点火条件并启动，其熔盐储热来源包括锅炉运行时的高温烟气、蒸气或者电网低谷电加热等，与燃油锅炉产生蒸气暖锅、磨煤机前加装油枪加热空气暖炉技术相比，本发明无需投入昂贵的燃油，更加经济；与邻近机组蒸气暖锅、邻近机组热空气暖锅技术相比，本发明摆脱了两班制运行下全厂机组同时启停、缺乏邻近机组支援的限制，更加灵活；与电加热蒸气暖锅、电暖器加热空气暖炉技术相比，本发明启动阶段厂用电消耗小，更符合电网调度原则。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的一种基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的另一种基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置的结构示意图。
图中：
1-熔盐储放热回路；2-燃煤发电系统；3-高温熔盐罐；4-高温熔盐泵；5-熔盐-汽水过热器；6-熔盐-汽水蒸发器；7-熔盐-汽水预热器；8-低温熔盐罐；9-低温熔盐泵；10-储热器；11-储热热源；12-除氧器；13-给水泵；14-高温回热器；15-附加回热器；16-给水主阀门；17-省煤器；18-给水旁路阀门；19-锅炉蒸发器模块；20-汽包；21-下降管；22-下联箱；23-水冷壁；24-上联箱；25-饱和水旁路阀门；26-蒸气主阀门；27-过热器；28-蒸气旁路阀门；29-主蒸汽阀门；30-汽轮机高压缸；31-再热器；32-过热蒸气减压阀门；33再热蒸汽主阀门；34-汽轮机中压缸；35-汽轮机低压缸；36-凝汽；37-凝结水泵；38-低温回热器；39-再热蒸汽旁路阀门；40-风机；41-空气预热器；42-燃烧器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置的结构示意图。
如图所示，在一种具体实施例中，本发明所提供的基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置，主要由熔盐储放热回路1和燃煤发电系统2两大部分组成，其通过在锅炉每个主要换热面前设置相应的熔盐汽水换热器，熔盐汽水换热器通过高温熔盐加热汽水后通入下游的主要换热面，从而直接加快“暖锅”；其次，通有加热汽水的锅炉主要换热面将热量传递给进入炉膛中的空气，从而间接加快“暖炉”。
具体地，熔盐储放热回路1和燃煤发电系统2通过熔盐-汽水过热器5、熔盐-汽水蒸发器6、熔盐-汽水预热器7耦合并换热。熔盐-汽水过热器5、熔盐-汽水蒸发器6、熔盐-汽水预热器7内均设置熔盐流道和汽水流道，熔盐-汽水过热器5、熔盐-汽水蒸发器6、熔盐-汽水预热器7的熔盐流道连入熔盐储放热回路1；熔盐-汽水过热器5、熔盐-汽水蒸发器6、熔盐-汽水预热器7的汽水流道连入燃煤发电系统2。
熔盐储放热回路1主要由高温熔盐罐3、高温熔盐泵4、熔盐-汽水过热器5、熔盐-汽水蒸发器6、熔盐-汽水预热器7、低温熔盐罐8、低温熔盐泵9、储热器10、高温熔盐罐3依次首尾相连而成，熔盐为多元无机盐，运行温度范围为180-700℃，储热器10的储热热源11可以是锅炉运行时的高温烟气、蒸气或者电网低谷电加热等。
燃煤发电系统2的除氧器12、给水泵13、高温回热器14、附加回热器15依次相连。
附加回热器15的出口分为两路：一路经给水主阀门16与省煤器17直接相连，另一路经给水旁路阀门18、熔盐-汽水预热器7后再与省煤器17相连，省煤器17出口与锅炉蒸发器模块19入口相连。
对于亚临界汽包炉燃煤发电系统，锅炉蒸发器模块19主要由汽包20、下降管21、下联箱22、水冷壁23、汽包20构成循环回路，锅炉蒸发器模块19的入口和出口均位于汽包20。
锅炉蒸发器模块19中的下联箱22经饱和水旁路阀门25、熔盐-汽水蒸发器6后回到下联箱22，形成循环旁路。
锅炉蒸发器模块19的出口分为两路：一路经蒸气主阀门26直接与过热器27相连，另一路经蒸气旁路阀门28、熔盐-汽水过热器5再与过热器27相连。
过热器27的出口分为两路：一路经主蒸汽阀门29、汽轮机高压缸30后与再热器31相连，另一路经过热蒸气减压阀32后与再热器31相连。
再热器31的出口也分两路：一路经再热蒸汽主阀门33依次与汽轮机中压缸34、汽轮机低压缸35、凝汽器36、凝结水泵37、低温回热器38、除氧器12相连；另一路经再热蒸汽旁路阀门39依次与附加回热器15壳侧、高温回热器14壳侧、除氧器12相连。
本发明在传统燃煤发电系统中新增熔盐储放热回路1，熔盐储放热回路1和燃煤发电系统2通过熔盐-汽水过热器7、熔盐-汽水蒸发器6、熔盐-汽水预热器5耦合并换热。熔盐-汽水过热器7、熔盐-汽水蒸发器6、熔盐-汽水预热器5内均设置熔盐流道和汽水流道。熔盐-汽水过热器7、熔盐-汽水蒸发器6、熔盐-汽水预热器5的熔盐流道连入熔盐储放热回路1，流通高温熔盐并放热；熔盐-汽水过热器7、熔盐-汽水蒸发器6、熔盐-汽水预热器5的汽水流道连入燃煤发电系统2，流通汽水并吸收熔盐流道高温熔盐热量。
熔盐-汽水预热器5安排在燃煤发电系统的附加回热器15与省煤器17之间，与附加回热器15和省煤器17之间的管路形成并联旁路；熔盐-汽水蒸发器6进出口与燃煤发电系统2的下联箱22相连，形成循环旁路；熔盐-汽水过热器7安排在锅炉蒸发器模块19与过热器27之间，与原有管路形成并联旁路。
除了上述基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置，本发明还提供一种基于熔盐储热的燃煤锅炉启动方法，包括：
首先，熔盐回路1中高温熔盐泵4将熔盐从高温熔盐罐3转移到低温熔盐罐8，熔盐依次流经熔盐-汽水过热器5、熔盐-汽水蒸发器6及熔盐-汽水预热器7的熔盐流道并放热。
接着，燃煤发电系统2中给水主阀门16、蒸气主阀门26、主蒸汽阀门29、再热蒸汽主阀门33关闭，给水旁路阀门18、饱和水旁路阀门25、蒸气旁路阀门28、过热蒸气减压阀门32、再热蒸汽旁路阀门39打开。
水在给水泵13驱动下从除氧器12抽出，依次流经给水泵13、高温回热器14、附加回热器15、给水旁路阀门18、熔盐-汽水预热器7的汽水流道、省煤器17、汽包20、下降管21、下联箱22、饱和水旁路阀门25、熔盐-汽水蒸发器6的汽水流道，水在熔盐-汽水蒸发器6产生蒸气并依次流经下联箱22、水冷壁23、汽包20、蒸气旁路阀门28、熔盐-汽水过热器5的汽水流道、过热器27、过热蒸气减压阀门32、再热器31、再热蒸汽旁路阀门39、附加回热器15壳侧，蒸气在附加回热器15中冷凝成水，并通过高温回热器14壳侧疏水回到除氧器12。
上述过程中，水在熔盐-汽水预热器7、熔盐-汽水蒸发器6及熔盐-汽水过热器5内被熔盐依次加热成饱和水、饱和蒸气、过热蒸气，被加热的汽水流经省煤器17、锅炉蒸发器模块19、过热器27、再热器31等，预热这些主要设备的金属管道，从而加快“暖锅”。
然后，风机40开启驱动冷空气依次经过锅炉蒸发器模块19的水冷壁23、过热器27、再热器31、省煤器17，并被这些设备内流通的汽水加热成热空气。生成的热空气流经空气预热器41时，加热风机40输送进炉膛的冷空气，从而加快“暖炉”。
最后，燃煤锅炉炉膛温度达标时燃烧器42点火，燃煤发电系统2启动，熔盐回路1停运。相应地，燃煤发电系统2中给水主阀门16、蒸气主阀门26、主蒸汽阀门29、再热蒸汽主阀门33打开；给水旁路阀门18、饱和水旁路阀门25、蒸气旁路阀门28、过热蒸气减压阀门32、再热蒸汽旁路阀门39关闭。
本发明提出的一种基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置及方法，不仅适用于图1所示的亚临界汽包炉，也适合图2所示的超临界直流炉。
从结构上来讲，图2与图1不同点在于锅炉蒸发器模块19，图2所示超临界直流炉的锅炉蒸发器模块19由下联箱22、水冷壁23、上联箱24构成，锅炉蒸发器模块19入口位于下联箱22，锅炉蒸发器模块19出口位于上联箱24。锅炉蒸发器模块19中下联箱22经饱和水旁路阀门25、熔盐-汽水蒸发器6后仍然回到下联箱22，形成循环旁路。
对于启动方法，图2与图1不同点在于：“暖锅”时，省煤器17出口给水通入下联箱22进入锅炉蒸发器模块19，并流经饱和水旁路阀门25、熔盐-汽水蒸发器6的汽水流道，水在熔盐-汽水蒸发器6产生蒸气并依次流经下联箱22、水冷壁23、上联箱24，并从上联箱24离开锅炉蒸发器模块19。
除上述区别外，图2所示超临界直流炉启动装置及方法与亚临界汽包炉启动装置及方法基本相同。
以上对本发明所提供的基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置及方法进行了详细介绍。本文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核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置，其特征在于，包括熔盐储放热回路(1)和燃煤发电系统(2)，所述熔盐储放热回路(1)包括高温熔盐罐(3)、低温熔盐罐(8)以及熔盐-汽水过热器(5)、熔盐-汽水蒸发器(6)、熔盐-汽水预热器(7)；
所述燃煤发电系统(2)在高温回热器(14)的下游设有附加回热器(15)；所述附加回热器(15)的出口分为两路，一路经给水主阀门(16)与省煤器(17)相连，另一路经给水旁路阀门(18)、熔盐-汽水预热器(7)的汽水通道后与省煤器(17)相连；
所述燃煤发电系统(2)的锅炉蒸发器模块(19)中的下联箱(22)经饱和水旁路阀门(25)、熔盐-汽水蒸发器(6)的汽水通道后返回下联箱(22)；
所述锅炉蒸发器模块(19)的出口分为两路，一路经蒸气主阀门(26)与过热器(27)相连，另一路经蒸气旁路阀门(28)、熔盐-汽水过热器(5)的汽水通道与过热器(27)相连；
所述过热器(27)的出口分为两路，一路经主蒸汽阀门(29)、汽轮机高压缸(30)后与再热器(31)相连，另一路经过热蒸气减压阀门(32)后与再热器(31)相连；
所述再热器(31)的出口分为两路，一路经再热蒸汽主阀门(33)与汽轮机中压缸(34)相连，另一路经再热蒸汽旁路阀门(39)与附加回热器(15)的壳侧相连；
所述省煤器(17)的下游设有空气预热器(41)，所述空气预热器(41)空气侧的入口连接有风机(40)，所述空气预热器(41)空气侧的出口通往炉膛。
2.根据权利要求1所述的基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置，其特征在于，所述燃煤发电系统(2)为亚临界汽包炉燃煤发电系统，其锅炉蒸发器模块(19)的汽包(20)、下降管(21)、下联箱(22)、水冷壁(23)依次连接形成循环回路，所述锅炉蒸发器模块(19)的入口和出口均位于汽包(20)。
3.根据权利要求2所述的基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置，其特征在于，所述省煤器(17)的出口与所述汽包(20)的入口相连。
4.根据权利要求1所述的基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置，其特征在于，所述燃煤发电系统(2)为超临界直流炉燃煤发电系统，其锅炉蒸发器模块(19)的下联箱(22)、水冷壁(23)、上联箱(24)依次连接，所述锅炉蒸发器模块(19)的入口和出口分别位于下联箱(22)和上联箱(24)。
5.根据权利要求4所述的基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置，其特征在于，所述省煤器(17)的出口与所述下联箱(22)的入口相连。
6.根据权利要求1所述的基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置，其特征在于，所述熔盐储放热回路(1)的高温熔盐罐(3)和低温熔盐罐(8)之间设有储热器(10)。
7.根据权利要求6所述的基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置，其特征在于，所述储热器(10)的热源包括锅炉运行时的高温烟气、蒸气或者电网低谷电加热。
8.根据权利要求1所述的基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置，其特征在于，所述附加回热器(15)的壳侧出口依次与所述高温回热器(14)的壳侧、除氧器(12)相连。
9.一种基于熔盐储热的燃煤锅炉启动方法，用于上述权利要求1至8中任一项所述的基于熔盐储热的燃煤锅炉启动装置，包括：
将熔盐从所述高温熔盐罐(3)转移到低温熔盐罐(8)，使熔盐依次流经熔盐-汽水过热器(5)、熔盐-汽水蒸发器(6)及熔盐-汽水预热器(7)的熔盐流道并放热；
关闭给水主阀门(16)、蒸气主阀门(26)、主蒸汽阀门(29)、再热蒸汽主阀门(33)，开启给水旁路阀门(18)、饱和水旁路阀门(25)、蒸气旁路阀门(28)、过热蒸气减压阀门(32)、再热蒸汽旁路阀门(39)；
水在熔盐-汽水预热器(7)、熔盐-汽水蒸发器(6)及熔盐-汽水过热器(5)内被熔盐依次加热成饱和水、饱和蒸气、过热蒸气，被加热的汽水流经省煤器(17)、锅炉蒸发器模块(19)、过热器(27)、再热器(31)并预热其金属管道；
启动风机(40)，驱动冷空气依次经过锅炉蒸发器模块(19)的水冷壁(23)、过热器(27)、再热器(31)、省煤器(17)，被汽水加热成热空气，生成的热空气流经空气预热器(41)，加热风机(40)输入炉膛的冷空气；
当燃煤锅炉炉膛温度达标时，燃烧器(42)点火，开启燃煤发电系统(2)的给水主阀门(16)、蒸气主阀门(26)、主蒸汽阀门(29)、再热蒸汽主阀门(33)，关闭给水旁路阀门(18)、饱和水旁路阀门(25)、蒸气旁路阀门(28)、过热蒸气减压阀门(32)、再热蒸汽旁路阀门(39)，熔盐储放热回路(1)停止运行，燃煤发电系统(2)启动。
10.根据权利要求9所述的基于熔盐储热的燃煤锅炉启动方法，其特征在于，所述燃烧器(42)点火前，所述熔盐-汽水蒸发器(6)的蒸发量与给水泵(13)的流量相等。
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