CN116498407A - 储热的火电调峰调频系统及其火电机组和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及储热的火电调峰调频系统及其火电机组和控制方法，包括：蒸汽储罐；低温、高温熔盐罐；第一、第二熔盐换热器和各阀门；蒸汽储罐的入口，连接第二熔盐换热器的热侧出口，并外接中低压缸的抽汽管路；第二熔盐换热器的热侧进口，外接高压缸入口的新蒸汽管路和中低压缸入口的再热蒸汽管路；第二熔盐换热器的冷侧进口、出口，分别连接低温熔盐罐出口、高温熔盐罐进口；蒸汽储罐的出口连接第一熔盐换热器的冷侧进口；第一熔盐换热器的冷侧出口，外接中低压缸；第一熔盐换热器的热侧进口、出口，分别连接高温熔盐罐出口、低温熔盐罐进口；通过控制各阀门，控制第一、第二熔盐换热器分别在释热储热过程中单独运行，实现调峰调频目的。

Description

储热的火电调峰调频系统及其火电机组和控制方法

技术领域

本发明涉及火力发电技术领域，具体涉及一种储热的火电调峰调频系统及运行方法。

背景技术

我国能源结构正在向着清洁、低碳的方向加速转型，可再生能源发电规模也持续扩大。但由于我国“富煤贫油少气”的能源禀赋，煤炭在我国一次能源构成中仍占有基础能源地位，火力发电在保障能源安全、促进新能源消纳等方面将持续扮演重要角色。尤其是风能、太阳能等新能源具有强烈的时变特性，其自身不具备调节特性，造成可再生能源发电消纳困难，很多地区弃风、弃光问题严重，使得电网的调节大量依靠传统火力发电系统承担。

然而，由于火电机组自身特性，如电站锅炉燃烧系统庞大且复杂、锅炉最小稳燃负荷、汽轮机最小凝汽量等，其运行灵活性受到限制，难以满足电网频繁和大幅度的调频调峰需求。

因此，如何进一步提高火电机组的灵活性以满足电网调节需求是我国能源行业亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题的至少一个，本发明提供一种储热的火电调峰调频系统，包括：蒸汽储罐、低温熔盐罐、高温熔盐罐、第一熔盐换热器、第二熔盐换热器，以及第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；

蒸汽储罐的入口，连接第二熔盐换热器的热侧出口，并外接中低压缸的抽汽管路；

第二熔盐换热器的热侧进口，外接高压缸入口的新蒸汽管路和中低压缸入口的再热蒸汽管路；

第二熔盐换热器的冷侧进口、出口，分别连接低温熔盐罐出口、高温熔盐罐进口；

蒸汽储罐的出口连接第一熔盐换热器的冷侧进口；

第一熔盐换热器的冷侧出口，外接中低压缸；

第一熔盐换热器的热侧进口、出口，分别连接高温熔盐罐出口、低温熔盐罐进口；

第一阀门，设置在第二熔盐换热器与外接高压缸入口新蒸汽的连接管路上；

第二阀门，设置在蒸汽储罐入口与外接中低压缸抽汽的连接管路上；

第三阀门，设置在蒸汽储罐出口与第一熔盐换热器的连接管路上；

第四阀门，设置在第二熔盐换热器与外接中低压缸入口再热蒸汽的连接管路上。

进一步地，低温熔盐罐与高温熔盐罐的熔盐运行温区为：350-550℃。

进一步地，低温熔盐罐与高温熔盐罐，采用熔盐Solar salt、HITEC、HITEC XL。

进一步地，蒸汽储罐的运行压力为：1.0-3.0MPa。

另一方面本发明还提供一种火电机组，包括：锅炉、高压缸、中低压缸、回热器、凝汽器和上述任意的火电调峰调频系统；

锅炉出口新蒸汽管路连接高压缸进口，高压缸出口连接锅炉再热；锅炉出口再热蒸汽管路连接中低压缸进口；中低压缸出口与凝汽器、回热器和锅炉依次连接；

高压缸和中低压缸还存在抽汽管路，连接回热器。

另一方面，本发明还提供一种火电调峰调频控制方法，用于上述任意的火电调峰调频系统，或火电机组；包括：

火电机组正常工作，无调峰需求时，第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门均关闭，蒸汽储罐储有一定量的饱和蒸汽，低温熔盐罐和高温熔盐罐分别储有一定容积的低温熔盐和高温熔盐，第一熔盐换热器和第二熔岩换热器均停运，未参与调频调峰。

进一步地，火电机组负荷增加，有调频调峰需求时，第三阀门打开，第一熔盐换热器运行，释放蒸汽储罐存储的蒸汽和高温熔盐罐的熔盐，蒸汽经第三阀门调节压力后，进入第一熔盐换热器被逆流的高温熔盐加热至过热状态，被加热后的蒸汽进入中低压缸迅速增加做功流量，实现快速升负荷，放热后的熔盐流入低温熔盐罐，完成释热过程；

进一步地，火电机组负荷降低，有调频调峰需求时：

第四阀门打开，分流出中低压缸入口的部分再热蒸汽，第二熔盐换热器运行，并释放低温熔盐罐的熔盐，分流出的再热蒸汽经第四阀门调节压力后，进入第二熔盐换热器，被逆流的低温熔盐冷却，然后存储至蒸汽储罐，被加热后的熔盐流入高温熔盐罐，完成储热过程；抽汽后中低压缸3流量减少，负荷降低；

或/和，第一阀门打开，分流出高压缸入口的部分新蒸汽，第二熔盐换热器运行，并释放低温熔盐罐的熔盐，分流出的新蒸汽经第一阀门调节压力后，进入第二熔盐换热器，被逆流的低温熔盐冷却，然后存储至蒸汽储罐，被加热后的熔盐流入高温熔盐罐，完成储热过程；抽汽后高压缸和中低压缸流量减少，负荷降低；

或/和第二阀门打开，抽出中低压缸中部分蒸汽，经第二阀门调节压力后，进入蒸汽储罐存储，迅速减少中低压缸的做功流量，负荷降低。

本发明提供的储热的火电调峰调频系统及其火电机组和控制方法，能够通过控制各阀门，而控制第一熔盐换热器和第二熔盐换热器分别在释热和储热过程中单独运行，可通过抽汽降低机组负荷，也可通过往中低压缸注汽提高机组负荷，拓宽了火电机组运行负荷区间，以提高其应用的火电机组的变负荷速率，提升灵活性，以实现火电机组快速、稳定调节的目的。

附图说明

图1为本发明储热的火电调峰调频系统及其火电机组的一个实施例的结构示意图。

图中：1为锅炉，2为高压缸，3为中低压缸，4为回热器，5为凝汽器，6为蒸汽储罐，7为低温熔盐罐，8为高温熔盐罐，9为第一熔盐换热器，10为第二熔盐换热器，111为第一阀门，112为第二阀门，113为第三阀门，114为第四阀门。

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的一部分实施例，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作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，若本发明实施例中有涉及方向性指示，诸如上、下、左、右、前、后……，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下，各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本发明实施例中有涉及“第一、第二”、“S1、S2”、“步骤一、步骤二”等的描述，则该类描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者表明方法的执行顺序等，本领域技术人员可以理解的凡是在发明技术构思下，不违背其发明要点的，都应该列入本发明的保护范围。

为提升火电机组变负荷速率，提升其灵活性和应变能力，本发明提供一种储热的火电调峰调频系统，示例的可选但不仅限于结合用于图1示例的火电机组中做解释说明，但并不以此为限。

示例的，该火电机组，可选但不仅限于主要包括锅炉1、高压缸2(如，汽轮机高压缸)、中低压缸3、回热器4和凝汽器5；锅炉1出口新蒸汽管路连接高压缸2进口，高压缸2出口连接锅炉1再热；锅炉1出口再热蒸汽管路连接中低压缸3进口，中低压缸3出口与凝汽器5、回热器4和锅炉1依次连接；

此外，高压缸2和中低压缸3还存在抽汽管路，连接回热器4。

值得注意的，该火电机组，仅为本发明储热的火电调峰调频系统的应用示例，但并不以此为限。示例的，火电机组，可选但不仅限于不包括回热器4和凝汽器5，或者还可选但不仅限于包括其他结构元件。

更为具体的，本发明提出一种储热的火电调峰调频系统，主要包括蒸汽储罐6、低温熔盐罐7、高温熔盐罐8、第一熔盐换热器9、第二熔盐换热器10，以及第一阀门111、第二阀门112、第三阀门113和第四阀门114；

蒸汽储罐6的入口，连接第二熔盐换热器10的热侧出口，并外接中低压缸3的抽汽管路；

第二熔盐换热器10的热侧进口，外接高压缸2入口的新蒸汽管路和中低压缸3入口的再热蒸汽管路；

第二熔盐换热器10的冷侧进口、出口，分别连接低温熔盐罐7出口、高温熔盐罐8进口；

蒸汽储罐6的出口连接第一熔盐换热器9的冷侧进口；

第一熔盐换热器9的冷侧出口，外接中低压缸3；

第一熔盐换热器9的热侧进口、出口，分别连接高温熔盐罐8出口、低温熔盐罐7进口；

第一阀门111，设置在第二熔盐换热器10与外接高压缸2入口新蒸汽的连接管路上；

第二阀门112，设置在蒸汽储罐6入口与外接中低压缸3抽汽的连接管路上；

第三阀门113，设置在蒸汽储罐6出口与第一熔盐换热器9的连接管路上；

第四阀门114，设置在第二熔盐换热器10与外接中低压缸3入口再热蒸汽的连接管路上。

优选的，低温熔盐罐7与高温熔盐罐8的熔盐运行温区，可选但不仅限于为：350-550℃；更为优选的，低温熔盐罐7与高温熔盐罐8，可选但不仅限于采用熔盐Solar salt、HITEC、HITEC XL；更为优选的，蒸汽储罐6的运行压力，可选但不仅限于为：1.0-3.0MPa。

在该实施例中，给出了本发明的一种储热的火电调峰调频系统，能够通过控制各阀门，而控制第一熔盐换热器9和第二熔盐换热器10分别在释热和储热过程中单独运行，以提高其应用的火电机组的变负荷速率，提升灵活性，以实现火电机组快速、稳定调节的目的。

具体的，本发明还提供一种储热的火电调峰调频系统的运行方法，用于操作上述火电调峰调频系统，包括以下步骤：

火电机组正常工作，无调峰需求时，第一阀门111、第二阀门112、第三阀门113和第四阀门114均关闭，蒸汽储罐6储有一定量的饱和蒸汽，低温熔盐罐7和高温熔盐罐8分别储有一定容积的低温熔盐和高温熔盐，第一熔盐换热器9和第二熔岩换热器10均停运，未参与调频调峰；

火电机组负荷增加，有调频调峰需求时，打开第三阀门113，第一熔盐换热器9运行，释放蒸汽储罐6存储的蒸汽和高温熔盐罐8的熔盐，蒸汽经第三阀门113调节压力后，进入第一熔盐换热器9被逆流的高温熔盐加热至过热状态，被加热后的蒸汽进入中低压缸3迅速增加做功流量，实现快速升负荷，放热后的熔盐流入低温熔盐罐7，完成释热过程；

火电机组负荷降低，有调频调峰需求时，可选但不仅限于采用下述三种运行方法的一种或多种：

方案一：打开第四阀门114，分流出中低压缸3入口的部分再热蒸汽，第二熔盐换热器10运行，并释放低温熔盐罐7的熔盐，分流出的再热蒸汽经第四阀门114调节压力后，进入第二熔盐换热器10，被逆流的低温熔盐冷却，然后存储至蒸汽储罐6，被加热后的熔盐流入高温熔盐罐8，完成储热过程；抽汽后中低压缸3流量减少，负荷降低；

方案二：打开第一阀门111，分流出高压缸2入口的部分新蒸汽，第二熔盐换热器10运行，并释放低温熔盐罐7的熔盐，分流出的新蒸汽经第一阀门111调节压力后，进入第二熔盐换热器10，被逆流的低温熔盐冷却，然后存储至蒸汽储罐6，被加热后的熔盐流入高温熔盐罐8，完成储热过程；抽汽后高压缸2和中低压缸3流量减少，负荷降低；相对于方案一，该方案二，可满足深度调峰需求；

方案三：打开第二阀门112，抽出中低压缸3中部分蒸汽，经第二阀门112调节压力后，进入蒸汽储罐6存储，迅速减少中低压缸3的做功流量，负荷降低。

对于负荷降低情况，以上三种方案可单独使用，或结合使用，以快速降低负荷。

本发明的优点：

本发明可通过抽汽降低机组负荷，也可通过往中低压缸注汽提高机组负荷，拓宽了火电机组运行负荷区间；

本发明利用熔盐和蒸汽储罐相结合的方式存储抽汽能量，包括热能及蒸汽本身，放热时可直接释放蒸汽并加热至过热状态，极大提升了变负荷速率，满足快速响应调节的需求，而惯性较大的锅炉也能够缓慢调节来适应负荷变化；

本发明利用熔盐和蒸汽储罐相结合的方式保证注汽时的蒸汽处于过热状态，对汽轮机起到保护作用。

上述火电机组和控制方法基于上述储热的火电调峰调频系统而创造，其技术作用和有益效果在此不再赘述，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种储热的火电调峰调频系统，其特征在于，包括：蒸汽储罐、低温熔盐罐、高温熔盐罐、第一熔盐换热器、第二熔盐换热器，以及第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；

蒸汽储罐的入口，连接第二熔盐换热器的热侧出口，并外接中低压缸的抽汽管路；

第二熔盐换热器的热侧进口，外接高压缸入口的新蒸汽管路和中低压缸入口的再热蒸汽管路；

第二熔盐换热器的冷侧进口、出口，分别连接低温熔盐罐出口、高温熔盐罐进口；

蒸汽储罐的出口连接第一熔盐换热器的冷侧进口；

第一熔盐换热器的冷侧出口，外接中低压缸；

第一熔盐换热器的热侧进口、出口，分别连接高温熔盐罐出口、低温熔盐罐进口；

第一阀门，设置在第二熔盐换热器与外接高压缸入口新蒸汽的连接管路上；

第二阀门，设置在蒸汽储罐入口与外接中低压缸抽汽的连接管路上；

第三阀门，设置在蒸汽储罐出口与第一熔盐换热器的连接管路上；

第四阀门，设置在第二熔盐换热器与外接中低压缸入口再热蒸汽的连接管路上。

2.根据权利要求1所述的储热的火电调峰调频系统，其特征在于，低温熔盐罐与高温熔盐罐的熔盐运行温区为：350-550℃。

3.根据权利要求1所述的储热的火电调峰调频系统，其特征在于，低温熔盐罐与高温熔盐罐，采用熔盐Solar salt、HITEC、HITEC XL。

4.根据权利要求1所述的储热的火电调峰调频系统，其特征在于，蒸汽储罐的运行压力为：1.0-3.0MPa。

5.一种火电机组，其特征在于，包括：锅炉、高压缸、中低压缸、回热器、凝汽器和权利要求1-4任意一项所述的火电调峰调频系统；

锅炉出口新蒸汽管路连接高压缸进口，高压缸出口连接锅炉再热；锅炉出口再热蒸汽管路连接中低压缸进口；中低压缸出口与凝汽器、回热器和锅炉依次连接；

高压缸和中低压缸还存在抽汽管路，连接回热器。

6.一种火电调峰调频控制方法，其特征在于，用于权利要求1-4任意一项所述的火电调峰调频系统，或权利要求5所述的火电机组；包括：

火电机组正常工作，无调峰需求时，第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门均关闭，蒸汽储罐储有一定量的饱和蒸汽，低温熔盐罐和高温熔盐罐分别储有一定容积的低温熔盐和高温熔盐，第一熔盐换热器和第二熔岩换热器均停运，未参与调频调峰。

7.根据权利要求6所述的火电调峰调频控制方法，其特征在于，火电机组负荷增加，有调频调峰需求时，第三阀门打开，第一熔盐换热器运行，释放蒸汽储罐存储的蒸汽和高温熔盐罐的熔盐，蒸汽经第三阀门调节压力后，进入第一熔盐换热器被逆流的高温熔盐加热至过热状态，被加热后的蒸汽进入中低压缸迅速增加做功流量，实现快速升负荷，放热后的熔盐流入低温熔盐罐，完成释热过程。

8.根据权利要求6-7任意一项所述的火电调峰调频控制方法，其特征在于，火电机组负荷降低，有调频调峰需求时：

第四阀门打开，分流出中低压缸入口的部分再热蒸汽，第二熔盐换热器运行，并释放低温熔盐罐的熔盐，分流出的再热蒸汽经第四阀门调节压力后，进入第二熔盐换热器，被逆流的低温熔盐冷却，然后存储至蒸汽储罐，被加热后的熔盐流入高温熔盐罐，完成储热过程；抽汽后中低压缸3流量减少，负荷降低；

或/和，第一阀门打开，分流出高压缸入口的部分新蒸汽，第二熔盐换热器运行，并释放低温熔盐罐的熔盐，分流出的新蒸汽经第一阀门调节压力后，进入第二熔盐换热器，被逆流的低温熔盐冷却，然后存储至蒸汽储罐，被加热后的熔盐流入高温熔盐罐，完成储热过程；抽汽后高压缸和中低压缸流量减少，负荷降低；

或/和第二阀门打开，抽出中低压缸中部分蒸汽，经第二阀门调节压力后，进入蒸汽储罐存储，迅速减少中低压缸的做功流量，负荷降低。