CN116892851A - 用于火电机组深度调峰的储放热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于火电机组深度调峰的储放热装置。储放热装置包括储热通路、放热通路、第一储放热单元和第二储放热单元；火电机组通过储热通路依次与第一储放热单元和第二储放热单元进行热交换，在用电低谷时，实现热蒸汽中的热量存储；火电机组还通过放热通路依次与第二储放热单元和第一储放热单元进行热交换，在用电高峰时，放热通路中的冷凝水经热交换后形成热蒸汽，驱动火电机组的运行；其中，第一储放热单元的储热温度高于第二储放热单元。本发明的装置和系统在进行深度调峰时可以使锅炉设备在调峰中仍运行在相对高负荷状态，且显著提高了系统的储热温度，使得蒸汽可释放更多的能量，其调峰能力更强。

Description

用于火电机组深度调峰的储放热装置
技术领域
本发明涉及一种用于火电机组深度调峰的储放热装置。
背景技术
为尽早实现双碳目标，必须加快构建以新能源为主体的新型电力系统，大力提升新能源消纳和存储能力，以能源电力绿色低碳引领发展。据预测，未来我国可再生能源发电量占比将逐步提高，2030年超过50％，2050年达到70％以上，成为电力系统第一大主力电源。
然而，随着新能源占比的提升，系统调节能力不足的问题日益加深，火电出力水平已经降低到极限，未来灵活性、深度调峰电源建设将是一个持续的、必然的巨大需求。
火电机组深度调峰在技术方面存在的困难主要是低负荷工况下锅炉不能稳定燃烧以及脱硝系统效率下降导致大气污染物超标排放。传统的锅炉侧改造方案包括制粉系统优化、燃烧器改造、锅炉受热面优化、低负荷脱硝改造等。汽机低负荷运行能力要远高于锅炉，传统的汽机侧改造均是针对热电联产机组，在供热季采用解耦或削弱“以热定电”的运行方式，满足机组供热要求的同时减少其发电出力。“热电解耦”通常有两类技术路线：一类是对汽机系统的改造，减少进入汽轮机做功的蒸汽，常用的方案包括汽机旁路供热、低压缸切除等；另一类是热网侧设置储热装置，在机组高负荷工况下蓄热而在低负荷工况下放热，削弱热电负荷时间耦合的程度来实现机组深度调峰，常用的储热方案包括热水罐、相变蓄热装置等，实际改造工程中大量采用了“电锅炉+储热”的组合方案，利用电锅炉作为热源达到消耗电出力加大调峰深度的作用。
目前，熔盐储热广泛应用于太阳能光热发电的大规模储热系统中，具有良好的经济性，近些年来将熔盐储热技术应用于火电机组深度调峰的想法层出不穷，其核心思路是在火电机组热力系统中的“锅炉-汽机”之间，嵌入熔盐储热系统，削弱汽轮机与锅炉的刚性联系，在深度调峰期间充分发挥汽轮机快速响应负荷变化和低负荷运行的能力，用熔盐储热系统缓冲锅炉的热惯性及维持锅炉相对高负荷运行。现有的熔盐储热调峰技术无一例外采用二元熔盐(硝酸钠+硝酸钾)或三元熔盐(硝酸钾+亚硝酸钠+硝酸钠)，在调峰时将锅炉的部分主蒸汽、再热蒸汽热量储存在熔盐中，有的甚至提出用厂用电加热熔盐，调峰结束后将熔盐储热外供热用户，或者通过加热给水、替代汽轮机抽汽等方式返回至机组回热系统中，也有少数技术方案提出了储热返回汽轮机做功的构想。
传统技术方案确实能够一定程度上提高火电机组的调峰能力，但也存在着很多难以规避的问题：
(1)对机组进行本体改造虽然能够加强机组在低负荷下的运行能力，但长期的低负荷运行势必影响设备寿命甚至影响设备安全的问题。例如，锅炉进行深度调峰容易造成热应力和材料疲劳，影响元器件寿命；锅炉超低负荷时，空气动力场、烟气流场、炉内壁面温度场偏差大，水动力偏差加剧，安全隐患增加；汽机切除低压缸运行时，易出现末级叶片颤振和水蚀，轴系振动风险增大；辅机在过低负荷下运行也可能会出现振动和影响寿命的问题；另外低负荷工况下，烟风系统流速低、尾部烟气温度低会造成堵煤堵灰、设备腐蚀等一系列问题。
(2)机组在低负荷工况下运行经济性下降。机组深度调峰时大幅偏离设计工况，主机效率降低，热损失增加，同时辅机空转率增加，厂用电率增加。
(3)热电联产机组的改造方案只能适用于采暖期，无法在非采暖期实现深度调峰。而且采用“电锅炉+热水罐”的供热方案将高品质的二次能源用于民用采暖，效率低、供热经济性差，综合效益低下。
(4)现有熔盐储热调峰技术方案受制于熔盐物性，远低于超临界及以上机组主蒸汽和再热蒸汽温度，而将亚临界机组进行升温改造，改造后的主汽参数也将超过560℃。因此，现有方案将高温的蒸汽能量储存在相对低温的介质中最后释放进更低温的给水或抽汽里，虽然能做到总体能量平衡，但实际上能量质量显著下降，造成了能的极大浪费，效率不高。采用电加热可以提高储热品质，但其电-热-电转换过程和一次换热过程使得其效率仅有约15％，经济性很差；少数技术流派提出了储热返回汽轮机的设想，但也仅考虑了能量的总量守恒，并未考虑能量的梯级流动方向，即高温蒸汽加热后的熔盐并无法可逆的将给水加热到相同温度并返回汽轮机，其技术方案在系统上难以实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的储热品质低、系统的能效率低而导致的火电机组调峰能力较差、且调峰中负荷较低影响设备寿命的缺陷，而提供了用于火电机组深度调峰的储放热装置和火电机组系统。本发明的装置和系统在进行深度调峰时可以使锅炉设备在调峰中仍运行在相对高负荷状态，保证了设备运行的安全性和元器件寿命，且显著提高了储放热装置的储热温度，不仅储存了高温蒸汽的热量，同时尽可能多的保存了该能量的能部分，使得蒸汽可释放更多的能量，其调峰能力更强。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案。
本发明提供了用于火电机组深度调峰的储放热装置，所述储放热装置包括储热通路、放热通路、第一储放热单元和第二储放热单元；
火电机组通过所述储热通路依次与所述第一储放热单元和所述第二储放热单元进行热交换，在用电低谷时，实现热蒸汽中的热量存储；
火电机组还通过所述放热通路依次与所述第二储放热单元和所述第一储放热单元进行热交换，在用电高峰时，所述放热通路中的冷凝水经热交换后形成热蒸汽，驱动火电机组的运行；
其中，所述第一储放热单元的储热温度高于所述第二储放热单元。
本发明中，可以按照物理状态，将水划分为预热、饱和、过热的状态。据此，当用于用电低谷的调峰储热时，蒸汽的降温过程中分为以下三个阶段：过热蒸汽到饱和蒸汽、饱和蒸汽到饱和水、饱和水到不饱和水，前一个阶段在第一储放热单元中进行，后两个阶段在第二储放热单元进行；相对地，当用于用电高峰的调峰放热时，水的加热过程中分为以下三个阶段：不饱和水到饱和水、饱和水到饱和蒸汽、饱和蒸汽到过热蒸汽，前两个阶段在第二储放热单元进行，后一个阶段在第一储放热单元进行。
本发明中，在深度调峰的储热过程中，火电机组主蒸汽的过热显热被第一储放热单元吸收，以高能的高温熔盐形态保存下来，剩余大部分能量以汽化潜热的形式被第二储放热单元吸收，实现了主蒸汽能量的梯级储存。
在一些实施方式中，所述第一储放热单元包括第一换热器、第一熔盐罐、第二换热器和第二熔盐罐；所述第一换热器的管程、所述第一熔盐罐、所述第二换热器的管程和所述第二熔盐罐通过熔盐管路首尾依次连接，构成第一储放热单元中的储放热换热介质的循环回路。
在一些实施方式中，所述第二储放热单元包括第三换热器、第三熔盐罐、第四换热器、第五换热器、第四熔盐罐和第六换热器；所述第三换热器的管程、所述第三熔盐罐、所述第四换热器的管程、所述第五换热器的管程、所述第四熔盐罐、所述第六换热器的管程通过熔盐管路首尾依次连接，构成第二储放热单元中的储放热换热介质的循环回路。
本发明中，所述第二储放热单元中，所述第三换热器的管程和所述第六换热器的管程可作为预热加热段和冷凝加热段；其中，冷凝加热段中发生了相变，其和预热加热段的结构不同。
本发明中，当用于用电低谷的调峰储热时，蒸汽的降温过程中分为以下三个阶段：过热蒸汽到饱和蒸汽、饱和蒸汽到饱和水、饱和水到不饱和水，分别对应水蒸汽依次经过所述第一换热器的壳程、所述第三换热器的壳程和所述第四换热器的壳程的换热过程；相对地，当用于用电高峰的调峰放热时，水的加热过程中分为以下三个阶段：不饱和水到饱和水、饱和水到饱和蒸汽、饱和蒸汽到过热蒸汽，分别对应水蒸汽依次经过所述第五换热器的壳程、所述第四换热器的壳程和所述第二换热器的壳程的换热过程。
在具体的实施方式中，所述储热通路顺次连通所述第一换热器、所述第三换热器和所述第六换热器；所述火电机组中的主蒸汽通过所述第一换热器与所述第一储放热单元进行热交换，通过所述第三换热器和所述第六换热器与所述第二储放热单元进行热交换。
在具体的实施方式中，所述放热通路顺次连通所述第五换热器、所述第四换热器和所述第二换热器；所述火电机组中供应的冷凝水通过所述第五换热器、所述第四换热器与所述第二储放热单元进行热交换，通过所述第二换热器与所述第一储放热单元进行热交换。
在具体的实施方式中，所述第一熔盐罐与所述第二换热器之间的熔盐管路上设有第一泵；所述第二熔盐罐与所述第一换热器之间的熔盐管路上设有第二泵；所述第三熔盐罐与所述第四换热器之间的熔盐管路上设有第三泵；所述第四熔盐罐与所述第六换热器之间的熔盐管路上设有第四泵；其中，所述第二泵、所述第四泵和所述储热通路同步开启或关闭；所述第一泵、所述第三泵和所述放热通路同步开启或关闭。
在具体的实施方式中，所述火电机组包括锅炉、汽轮机组件、高压加热器和低压加热器；其中，
所述储热通路还包括连通所述锅炉蒸汽出口端和所述第一换热器壳程进口端的主蒸汽管道，以及连通所述第六换热器壳程出口端和所述高压加热器进口端的主蒸汽凝结水管道，用于在用电低谷时调峰储热；
所述放热通路还包括连通所述低压加热器出口端和所述第五换热器壳程入口端的储热系统给水管道，以及连通第二换热器壳程出口端和所述汽轮机组件的储热系统产汽管道，用于在用电高峰时对汽轮机做功而进行调峰放热。
在具体的实施方式中，所述火电机组还包括设置在所述主蒸汽凝结水管道上的升压泵，和设置在所述储热系统给水管道上的第一给水泵，所述第一给水泵用于向储放热单元供给水或水蒸汽。
在具体的实施方式中，所述火电机组还包括凝汽器，所述凝汽器的入口端与所述储热系统产汽管道连通；所述凝汽器的出口端通过管路与所述低压加热器连通。
在具体的实施方式中，所述火电机组还包括与所述锅炉连通的再热蒸汽管道，所述汽轮机机组包括高压缸、中压缸及低压缸；所述主蒸汽管道与所述高压缸连接，所述再热蒸汽管道与中压缸连接。所述高压缸、所述中压缸、和所述低压缸一般为串联结构，所述低压缸的输出端与所述凝汽器连接，所述凝汽器的输出端依次设置有若干个所述低压加热器。
在具体的实施方式中，所述储热系统产汽管道与所述再热蒸汽管道连通。所述储热系统产汽管道与再热蒸汽管道连接，而不是与主蒸汽管道连接的原因是：即使30％负荷时，主蒸汽压力也有10MPa左右，意味着储热系统给水泵需要把储热系统产汽管道中的凝结水从常压提升到10MPa进入放热单元；相比之下，再热蒸汽管道的压力只有1.7MPa左右，储热系统产汽管道中的凝结水进入再热蒸汽管道更加经济合理。
在具体的实施方式中，所述锅炉包括过热器和再热器；其中，所述高压缸的输出端还与所述锅炉的再热器连接，再通过所述再热蒸汽管道与所述中压缸的输入端连接。
在具体的实施方式中，所述火电机组还包括与所述第四换热器壳程出口端和所述高压加热器连通的加热蒸汽管道。
本发明中，在运行储放热装置进行放热时，由于额外增加了给水量，原先汽水系统供应到除氧器的除氧蒸汽不足，可以通过加热蒸汽管道提供额外的除氧加热蒸汽量，且冷凝水经所述第二储放热单元进行低温吸热汽化后直接进入除氧器中。
在具体的实施方式中，所述火电机组还包括除氧器，所述除氧器设于所述储热系统给水管道上；所述除氧器的入口端还分别与所述中压缸、蒸汽疏水管道和所述加热蒸汽管道连接，用于向火电机组的除氧器提供除氧热量并补充水蒸汽；所述除氧器的出口端通过设有第二给水泵的管道与若干个所述高压加热器连接。其中，所述蒸汽疏水管道用于为所述第一储放热单元和第二储放热单元提供换热介质。
本发明中，为了尽可能的吸收主蒸汽全部热量，设置了两种配方的熔盐，第一熔盐的储热温度为400-640℃，第二熔盐的储热温度为200-400℃，熔盐的物性决定了没有200～640℃这么大温度区间的材料，因此必须设置两个储放热单元。
在具体的实施方式中，所述第一储放热单元的换热介质为第一熔盐，所述第一熔盐选用储热温度为400-640℃的熔盐。
在本申请的实施例中，所述第一熔盐包括氯盐和碳酸盐；较佳地，所述氯盐包括氯化钠-氯化钾-氯化镁的混合熔盐；较佳地，所述碳酸盐包括碳酸锂-碳酸钾-碳酸钠的混合熔盐。以该氯盐和碳酸盐的混合熔盐作为高温储热材料，可将储热温度提高至640℃，完全契合超临界、超超临界、高温亚临界机组的蒸汽参数，使火电机组的主蒸汽热量以600℃温度等级的形式储存下来，储能品质高，具有较高的效率。
在具体的实施方式中，所述第二储放热单元的换热介质为第二熔盐，所述第二熔盐选用储热温度为200-400℃的熔盐。
在本申请的实施例中，所述第二熔盐包括三元熔盐；较佳地，所述三元熔盐为硝酸钾、亚硝酸钠和硝酸钠；更佳地，在三元熔盐中，硝酸钠、硝酸钾和亚硝酸钠的质量比为7:53:40。
本领域技术人员应当知道，所述储放热装置包括指令模块和控制模块，所述指令模块和所述控制模块分别与所述储热通路、所述放热通路、所述第一储放热单元和所述第二储放热单元电连接，所述指令模块用于下达深度调峰开始或结束的指令，所述控制模块用于控制所述第一熔盐和所述第二熔盐的储热或放热。
本领域技术人员也应当知道，所述储放热装置还包括温度监测模块，所述温度监测模块分别与所述第一换热器、所述第二换热器、所述第三换热器、所述第四换热器、所述第五换热器、所述第六换热器以及所述控制模块电连接，用于检测各换热器的壳程蒸汽和管程熔盐的温度，并将温度结果反馈给所述指令模块和所述控制模块。
本发明中，利用所述第一熔盐和所述第二熔盐进行储热和放热，实现火电机组“机炉解耦”，在深度调峰时，保持锅炉正常负荷运行，对经济性和运行安全不会有太大的影响，且汽轮机可在低负荷调峰工况下运行，同时锅炉侧产出的多余高参数蒸汽热量被储热系统储存。
本发明中，本领域技术人员应当知道，凝汽器可用于建立和维持系统的真空。
本发明中，本领域技术人员应当知道，高压加热器和低压加热器均可用于提高传热介质温度。
本发明中，本领域技术人员应当知道，除氧器用于除去锅炉给水中的氧气和其它不凝结气体。
在优选的实施方式中，所述储放热装置的放热通路的输出端与所述再热蒸汽管道连接，用于将由所述放热通路得到的水蒸汽直接进入所述中压缸进行放热做功。在所述火电机组系统中，所述中压缸的进汽温度要求为560℃以上，较高值的储存态决定了储放热装置在释热过程中可以重新将水蒸汽引入火电机组的中压缸中做功；根据能量的流动方向和水蒸汽饱和温度随压力降低而降低的热力学特性，本方案可选取压力较低的再热蒸汽参数作为装置的释热参数，使得用第二熔盐储热为给水提供汽化潜热成为可能，最终给水在释热过程中被加热成再热蒸汽进入汽轮机中压缸。相较而言，由于现有技术的储热介质的温度较低，储热量较低，无法将传热工质回补至中压缸。
在优选的实施方式中，所述再热蒸汽管道还分流连接于所述凝汽器的输入端。在释热过程中，由于经过放热通路的水蒸汽具有较大的值，可以重新将水蒸汽引入所述凝汽器。
在本发明中，在吸收热量后，一股饱和蒸汽变为过热蒸汽回补至所述汽轮机的中压缸；另一股饱和蒸汽引至所述火电机组的除氧器中，为所述给水进行热力除氧。
在优选的实施方式中，所述锅炉的过热器输出端通过高压旁路与所述锅炉的再热器的输入端连接，用于在放热过程中提供初始高温再热蒸汽，并用于使所述锅炉能独立于所述汽轮机运行。
在本发明中，本领域技术人员应当知道，所述除氧器的输入端分别与汽轮机组件的中压缸、蒸汽疏水管道和加热蒸汽管道连接，用于为所述储放热装置提供或补充放热过程所需的换热介质。
在一些实施方式中，所述中压缸的输出端与所述除氧器的输入端之间的管路上设有一排汽口，用于调节系统内的压力。
在一些实施方式中，所述中压缸的输出端与若干个所述低压加热器的输入端之间的管路上设有一排汽口，用于调节系统内的压力。
在本发明中，本领域技术人员应当知道，所述高压缸的输出端一般可与若干个所述高压加热器的输入端连接。
在本发明中，本领域技术人员应当知道，所述中压缸的输出端一般可与若干个所述高压加热器的输入端连接。
在本发明中，本领域技术人员应当知道，所述低压缸的输出端一般可与若干个所述低压加热器的输入端连接。
本发明中，本领域技术人员应当知道，所述火电机组可为一次火电机组或二次火电机组。
在具体的实施方式中，采用如上所述的储放热装置对火电机组系统进行调峰的方法，包括如下步骤：
当火电机组需要深度调峰时，采用以下的储热方式或放热方式：
①储热方式：当电网发出深度调峰指令时，保持所述锅炉的负荷不变，降低所述火电机组的汽轮机的运行负荷，主蒸汽(其蒸汽量为锅炉与汽机负荷之差)自火电机组进入所述储热通路中，依次经过所述第一换热器的壳程、所述第三换热器的壳程和所述第六换热器的壳程，将主蒸汽的热量传递并储存于所述第一储放热单元的第一熔盐和所述第二储放热单元的第二熔盐中，经换热后以冷凝水的形式回流至火电机组中；
②放热方式：当深度调峰结束，提高所述火电机组的汽轮机的运行负荷至初始水平，给水自除氧器进入所述放热通路中，依次经过所述第五换热器的壳程、所述第四换热器的壳程和所述第二换热器的壳程，所述第一储放热单元的第一熔盐和所述第二储放热单元的第二熔盐放出热量，将给水转变为再热蒸汽，并进入火电机组中。
在本发明中，所述火电机组中，水蒸汽的流量可通过本领域常规的方式得到；较佳地，所述蒸汽的流量经所述锅炉与所述汽轮机的负荷之差计算得到。
在本发明中，所述用于火电机组深度调峰的储放热系统不仅满足热力学第一定律，又满足热力学第二定律对能量质量的要求，实现效率的最大化。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
(1)采用本发明的火电机组系统，在进行深度调峰时，可以使锅炉设备在调峰过程中仍能在相对高负荷状态运行，保证了设备运行的安全性和元器件寿命，运行的经济性也不会显著下降；同时锅炉的排烟温度可以维持在较高水平，脱硝系统可以正常运转，保证污染物排放浓度不超标；
(2)本发明设计的储放热装置，通过合理划分温度区间，采用第一熔盐吸收能量少但品质高的过热显热，采用第二熔盐吸收能量多但品质低的汽化潜热；按照双熔盐的组合模式，优化了投资成本，具有可观的经济性；经过本发明的储放热装置，高温过热蒸汽变为欠饱和水，相对于其他储热调峰技术，每吨蒸汽释放的能量更多，调峰能力更强；
(3)本发明设计的储放热装置，其放热过程的设备配置合理，即高温高压的主蒸汽向熔盐释热，熔盐再将给水加热为低压高温的再热蒸汽，整体能量梯级流动方向合理，易于实现。
附图说明
图1为本发明实施例1的火电机组和用于火电机组深度调峰的储放热装置。
附图标记说明：
第一储放热单元1
第一换热器101
第二换热器102
第一熔盐罐103
第二熔盐罐104
第一泵105
第二泵106
第二储放热单元2
第三换热器201
第四换热器202
第五换热器203
第六换热器204
第三熔盐罐205
第四熔盐罐206
第三泵207
第四泵208
锅炉301
高压缸302
中压缸303
低压缸304
高压加热器305
除氧器306
低压加热器307
凝汽器308
高压旁路309
升压泵401
第一给水泵402
第二给水泵403
储热通路1000
放热通路1001
主蒸汽管道1002
主蒸汽凝结水管道1003
储热系统给水管道1004
储热系统产汽管道1005
再热蒸汽管道1006
加热蒸汽管道1007
蒸汽疏水管道1008。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1
图1为本实施例的火电机组和用于火电机组深度调峰的储放热装置。
用于火电机组深度调峰的储放热装置
储放热装置包括储热通路1000、放热通路1001、第一储放热单元1和第二储放热单元2；
火电机组通过储热通路1000依次与第一储放热单元1和第二储放热单元2进行热交换，在用电低谷时，实现热蒸汽中的热量存储；
火电机组还通过放热通路1001依次与第二储放热单元2和第一储放热单元1进行热交换，在用电高峰时，放热通路1001中的冷凝水经热交换后形成热蒸汽，驱动火电机组的运行；
第一储放热单元1的储热温度高于第二储放热单元2。
其中，第一储放热单元1包括第一换热器101、第一熔盐罐103、第二换热器102和第二熔盐罐104；第一换热器101的管程、第一熔盐罐103、第二换热器102的管程和第二熔盐罐104通过熔盐管路首尾依次连接，构成一储放热换热介质的循环回路；
第二储放热单元2包括第三换热器201、第三熔盐罐205、第四换热器202、第五换热器203、第四熔盐罐206和第六换热器204；第三换热器201的管程、第三熔盐罐205、第四换热器202的管程、第五换热器203的管程、第四熔盐罐206、第六换热器204的管程通过熔盐管路首尾依次连接，构成另一储放热介质的循环回路。其中，第三换热器201的管程和第六换热器204的管程可作为预热加热段和冷凝加热段；冷凝加热段中发生相变，其和预热加热段的结构不同。
储热通路1000顺次连通第一换热器101、第三换热器201和第六换热器204；火电机组中的主蒸汽通过第一换热器101与第一储放热单元1进行热交换，通过第三换热器201和第六换热器204与第二储放热单元2进行热交换；放热通路1001顺次连通第五换热器203、第四换热器202和第二换热器102；火电机组中供应的冷凝水通过第五换热器203、第四换热器202与第二储放热单元2进行热交换，通过第二换热器102与第一储放热单元1进行热交换。
第一储放热单元1的储放热换热介质为第一熔盐，第一熔盐选用储热温度为400-640℃的熔盐；第二储放热单元2的储放热换热介质为第二熔盐，第二熔盐选用储热温度为200-400℃的熔盐。第一熔盐为氯盐和碳酸盐的复合熔盐，氯盐为质量比22.3:51.3:26.5的氯化钠、氯化钾和氯化镁的混合熔盐，其熔点为380℃、上限使用温度800℃；碳酸盐为质量比32.1:34.5:33.4的碳酸锂-碳酸钾-碳酸钠的混合熔盐，其熔点为397℃、上限使用温度800℃；第二熔盐为质量比7:53:40的硝酸钠、硝酸钾和亚硝酸钠的三元熔盐。
第一熔盐罐103与第二换热器102之间的熔盐管路上设有第一泵105；第二熔盐罐104与第一换热器101之间的熔盐管路上设有第二泵106；第三熔盐罐205与第四换热器202之间的熔盐管路上设有第三泵207；第四熔盐罐206与第六换热器204之间的熔盐管路上设有第四泵208；第二泵106、第四泵208和储热通路1000同步开启或关闭；第一泵105、所述第三泵207和所述放热通路1001同步开启或关闭。
其中，储放热装置还包括控制模块(未在图1中显示)和温度监测模块(未在图1中显示)，控制模块分别与储热通路1000、放热通路1001、第一储放热单元1和第二储放热单元2电连接，用于控制第一熔盐和第二熔盐的储热或放热；温度监测模块分别与第一换热器101、第二换热器102、第三换热器201、第四换热器202、第五换热器203、第六换热器204以及控制模块电连接，用于检测各换热器的壳程蒸汽和管程熔盐的温度，并将温度结果反馈给控制模块。
火电机组
火电机组包括锅炉301、汽轮机组件、高压加热器305和低压加热器307，高压加热器305和低压加热器307均可用于提高传热介质温度。
储热通路还包括连通所述锅炉301蒸汽出口端和第一换热器101壳程进口端的主蒸汽管道1002，以及连通第六换热器204壳程出口端和高压加热器305进口端的主蒸汽凝结水管道1003；
放热通路还包括连通低压加热器307出口端和第五换热器203壳程入口端的储热系统给水管道1004，以及连通第二换热器102壳程出口端和汽轮机组件的储热系统产汽管道1005。
火电机组还包括设置在主蒸汽凝结水管道1003上的升压泵401，和设置在储热系统给水管道1004上的第一给水泵402。
火电机组还包括凝汽器308，用于建立和维持系统的真空；凝汽器308的入口端与储热系统产汽管道1005连通；凝汽器308的出口端通过管路与低压加热器307连通。
火电机组还包括与锅炉301连通的再热蒸汽管道1006，汽轮机机组包括高压缸302、中压缸303及低压缸304；主蒸汽管道1002与高压缸302连接，再热蒸汽管道1006与中压缸303连接；储热系统产汽管道1005与再热蒸汽管道1006连通；锅炉301包括过热器和再热器；其中，高压缸302的输出端还与锅炉301的再热器连接，再通过再热蒸汽管道与中压缸303的输入端连接。
火电机组还包括与第四换热器202壳程出口端和高压加热器305连通的加热蒸汽管道1007。
火电机组还包括除氧器306，用于除去锅炉给水中的氧气和其它不凝结气体；除氧器306设于储热系统给水管道1004上；除氧器306的入口端还分别与汽轮机组件的中压缸303、蒸汽疏水管道1008和加热蒸汽管道1007连接，除氧器306的出口端通过设有第二给水泵403的管道与高压加热器305连接。
中压缸303的输出端与除氧器306的输入端之间的管路上设有一排汽口，用于调节系统内的压力；中压缸303的输出端与若干个低压加热器307的输入端之间的管路上设有一排汽口，用于调节系统内的压力；高压缸302的输出端与若干个高压加热器305的输入端连接；中压缸303的输出端与若干个高压加热器305的输入端连接；低压缸304的输出端与若干个低压加热器307的输入端连接。
实施例2
本实施例为使用如实施例1的火电机组进行调峰的方法。
在本实施例的深度调峰的储热过程中，火电机组主蒸汽的过热显热被第一储放热单元1吸收，以高能的高温熔盐形态保存下来，剩余大部分能量以汽化潜热的形式被第二储放热单元2吸收，实现了主蒸汽能量的梯级储存。
当用于用电低谷的调峰储热时，水的降温过程中分为以下三个阶段：过热蒸汽到饱和蒸汽、饱和蒸汽到饱和水、饱和水到不饱和水，分别对应水蒸汽依次经过所述第一换热器的壳程、所述第三换热器的壳程和所述第四换热器的壳程的换热过程；相对地，当用于用电高峰的调峰放热时，水的加热过程中分为以下三个阶段：不饱和水到饱和水、饱和水到饱和蒸汽、饱和蒸汽到过热蒸汽，分别对应水蒸汽依次经过所述第五换热器的壳程、所述第四换热器的壳程和所述第二换热器的壳程的换热过程。
火电机组的调峰方法包括如下步骤：
当火电机组需要深度调峰时，采用以下的储热方式或放热方式：
①储热方式：当电网发出深度调峰指令时，保持锅炉301的负荷不变，降低火电机组的汽轮机的运行负荷，主蒸汽(其蒸汽量为锅炉与汽机负荷之差)自火电机组进入储热通路1000中，依次经过第一换热器101的壳程、第三换热器201的壳程和第六换热器204的壳程，将主蒸汽的热量传递并储存于第一储放热单元1的第一熔盐和第二储放热单元2的第二熔盐中，经换热后以冷凝水的形式回流至火电机组中；在运行时，锅炉301的过热蒸汽量和再热蒸汽量会存在不匹配的情况，因此相应地调节锅炉301过热器和再热器的烟风量；
其中，在第一换热器101中，将主蒸汽管道1002内的蒸汽高温显热热量释放给自第二熔盐罐104泵出的冷熔盐，使其成为热熔盐，并存储于第一熔盐罐103内，放热后的蒸汽进入下一级的第三换热器201中继续释放剩余热量；
在第三换热器201中，将已经释放完大量高温显热的主蒸汽汽化潜热全部传递给经第六换热器204预热的低温冷熔盐，使其成为低温热熔盐，并存储于第三熔盐罐205，冷凝后的蒸汽变为饱和水进入下一级的第六换热器204中；
在第六换热器204中，将第三换热器201中产生的饱和水的部分热量释放给第四熔盐罐206泵出的冷熔盐，对其进行初步预热，放热后的饱和水变为不饱和态通过第二给水泵403提升压头后返回火电机组高压加热器305出口；
经过换热后，第一换热器101的第一熔盐温度由400℃上升至600℃；第三换热器201的第二熔盐温度由290℃上升至400℃；第六换热器204的熔盐温度为由200℃上升至290℃；第一熔盐罐103的熔盐温度约为600℃；第二熔盐罐104的熔盐温度约为400℃。
②放热方式：当深度调峰结束，提高火电机组的汽轮机的运行负荷至初始水平，优先使用本系统储热为汽轮机补汽，给水自除氧器306进入放热通路1001中，依次经过第五换热器203的壳程、第四换热器202的壳程和第二换热器102的壳程，第一储放热单元1的第一熔盐和第二储放热单元2的第二熔盐放出热量，将给水转变为再热蒸汽，并进入火电机组中。
将除氧后的给水升压至匹配再热蒸汽压力，在释热过程下将此部分给水引入第五换热器203加热至饱和态，再依次经过第四换热器202、第二换热器102进入汽轮机的中压缸303；自第四换热器202的熔盐进入第五换热器203放热后成为冷熔盐，并存储于第四熔盐罐206内；
在第四换热器202中，将自第三熔盐罐205泵出的热熔盐的绝大部分热量释放给预热后的饱和水，提供汽化潜热使其蒸发并成为饱和蒸汽，放热后的熔盐进入第五换热器203中继续换热；第四换热器202的壳程出口另有一路管道连接至火电机组的除氧器306，为储放热装置的给水补充对其进行除氧的热量；
在第二换热器102中，将自第一熔盐罐103泵出的热熔盐热量释放给上一级的第四换热器202产生的饱和蒸汽，提高其过热度，使其匹配再热蒸汽参数从而返回汽轮机的中压缸303中做功，放热后的熔盐成为冷熔盐，并存储于第二熔盐罐104内。
在吸收热量后，一股饱和蒸汽变为过热蒸汽回补至所述汽轮机的中压缸303；另一股饱和蒸汽引至火电机组的除氧器306中，为给水进行热力除氧。
经换热后，第五换热器203的熔盐温度由220℃下降至200℃；第四换热器202的熔盐温度由400℃下降至220℃；第二换热器102的熔盐温度由600℃下降至400℃；第三熔盐罐205的熔盐温度约为400℃；第四熔盐罐206的熔盐温度约为200℃。
效果实施例1
1、值和效率
比较实施例1的储放热系统和现有系统的值和效率，具体比较方式如下：
其中，T为热源的温度，T0为环境温度，Q为热源向环境传递的热量，则该热量的Ex等于在热源温度T与环境温度T0之间工作的可逆热机所能放出的最大有用功。
上式表明热量值取决于传递的热量大小、热源温度和环境温度。环境温度确定时，单位质量工质的热量值就仅仅是热源温度T的单值函数。T越高，值就越大，T越低，值就越小，当T＝T0时，值等于零。
本申请由于采用了储热温度较高的第一熔盐，其储热温度T1＝600℃；然而，现有的其他方案采用二元熔盐，其许用温度上限为560℃，储热温度T2≈500℃，由此可知：
根据如上推导，本申请的值较高，储能品质高。
此处所提效率为系统放热产生蒸汽值与充热所需蒸汽值之比，现有的与其他方案相比，充热蒸汽的值是一样的，而本方案放热产生的蒸汽值较高，因此也具有较高的效率。
2、储存热量
计算实施例1储放热系统的储存热量：
本申请中，复合熔盐及三元熔盐的储热体系可以在一个很宽的温度区间内储存主蒸汽热量，例如620℃主蒸汽进入系统，最终以230℃不饱和水的形式流出系统；
其中，T3＝620℃，P3＝10.29MPa，h3＝3669.24kJ/kg；
T4＝230℃，P4＝8MPa，h4＝991.03kJ/kg；
可得，Δh＝2678.21kJ/kg。
T3、P3分别为主蒸汽在储热通路的进口温度、压力；h3为单次循环主蒸汽携带的热量；
T4、P4分别为不饱和水在储热通路的出口温度、压力；h4为单次循环不饱和水携带的热量；Δh为单次循环可储存热量为2678.21kJ/kg，占主蒸汽原有热量的73％。

Claims (10)

1.用于火电机组深度调峰的储放热装置，其特征在于，所述储放热装置包括储热通路(1000)、放热通路(1001)、第一储放热单元(1)和第二储放热单元(2)；
火电机组通过所述储热通路(1000)依次与所述第一储放热单元(1)和所述第二储放热单元(2)进行热交换，在用电低谷时，实现热蒸汽中的热量存储；
火电机组还通过所述放热通路(1001)依次与所述第二储放热单元(2)和所述第一储放热单元(1)进行热交换，在用电高峰时，所述放热通路(1001)中的冷凝水经热交换后形成热蒸汽，驱动火电机组的运行；
其中，所述第一储放热单元(1)的储热温度高于所述第二储放热单元(2)。
2.如权利要求1所述的用于火电机组深度调峰的储放热装置，其特征在于，所述第一储放热单元(1)包括第一换热器(101)、第一熔盐罐(103)、第二换热器(102)和第二熔盐罐(104)；所述第一换热器(101)的管程、所述第一熔盐罐(103)、所述第二换热器(102)的管程和所述第二熔盐罐(104)通过熔盐管路首尾依次连接，构成所述第一储放热单元(1)中的储放热换热介质的循环回路；
所述第二储放热单元(2)包括第三换热器(201)、第三熔盐罐(205)、第四换热器(202)、第五换热器(203)、第四熔盐罐(206)和第六换热器(204)；所述第三换热器(201)的管程、所述第三熔盐罐(205)、所述第四换热器(202)的管程、所述第五换热器(203)的管程、所述第四熔盐罐(206)、所述第六换热器(204)的管程通过熔盐管路首尾依次连接，构成所述第二储放热单元(2)中的储放热换热介质的循环回路。
3.如权利要求2所述的用于火电机组深度调峰的储放热装置，其特征在于，
所述储热通路(1000)顺次连通所述第一换热器(101)、所述第三换热器(201)和所述第六换热器(204)；
所述放热通路(1001)顺次连通所述第五换热器(203)、所述第四换热器(202)和所述第二换热器(102)。
4.如权利要求2所述的用于火电机组深度调峰的储放热装置，其特征在于，所述第一熔盐罐(103)与所述第二换热器(102)之间的熔盐管路上设有第一泵(105)；
所述第二熔盐罐(104)与所述第一换热器(101)之间的熔盐管路上设有第二泵(106)；
所述第三熔盐罐(205)与所述第四换热器(202)之间的熔盐管路上设有第三泵(207)；
所述第四熔盐罐(206)与所述第六换热器(204)之间的熔盐管路上设有第四泵(208)；
所述第二泵(106)、所述第四泵(208)和所述储热通路(1000)同步开启或关闭；
所述第一泵(105)、所述第三泵(207)和所述放热通路(1001)同步开启或关闭。
5.如权利要求3所述的用于火电机组深度调峰的储放热装置，其特征在于，所述火电机组包括锅炉(301)、汽轮机组件、高压加热器(305)和低压加热器(307)；
所述储热通路(1000)还包括连通所述锅炉(301)蒸汽出口端和所述第一换热器(101)壳程进口端的主蒸汽管道(1002)，以及连通所述第六换热器(204)壳程出口端和所述高压加热器(305)进口端的主蒸汽凝结水管道(1003)；
所述放热通路(1001)还包括连通所述低压加热器(307)出口端和所述第五换热器(203)壳程入口端的储热系统给水管道(1004)，以及连通第二换热器(102)壳程出口端和所述汽轮机组件的储热系统产汽管道(1005)。
6.如权利要求5所述的用于火电机组深度调峰的储放热装置，其特征在于，还包括设置在所述主蒸汽凝结水管道(1003)上的升压泵(401)，和设置在所述储热系统给水管道(1004)上的第一给水泵(402)。
7.如权利要求5所述的用于火电机组深度调峰的储放热装置，其特征在于，所述火电机组还包括凝汽器(308)，
所述凝汽器(308)的入口端与所述储热系统产汽管道(1005)连通；所述凝汽器(308)的出口端通过管路与所述低压加热器(307)连通。
8.如权利要求5所述的用于火电机组深度调峰的储放热装置，其特征在于，还包括与所述锅炉(301)连通的再热蒸汽管道(1006)，
所述汽轮机机组包括高压缸(302)、中压缸(303)及低压缸(304)；所述主蒸汽管道(1002)与所述高压缸(302)连接，所述再热蒸汽管道(1006)与中压缸(303)连接；
所述储热系统产汽管道(1005)与所述再热蒸汽管道(1006)连通；
所述锅炉(301)包括过热器和再热器；其中，
所述高压缸(302)的输出端还与所述锅炉(301)的再热器连接，再通过所述再热蒸汽管道与所述中压缸(303)的输入端连接。
9.如权利要求5所述的用于火电机组深度调峰的储放热装置，其特征在于，还包括与所述第四换热器(202)壳程出口端和所述高压加热器(305)连通的加热蒸汽管道(1007)；
还包括除氧器(306)，所述除氧器(306)设于所述储热系统给水管道(1004)上；所述除氧器(306)的入口端还分别与所述汽轮机组件的中压缸(303)、蒸汽疏水管道(1008)和所述加热蒸汽管道(1007)连接，所述除氧器(306)的出口端通过设有第二给水泵(403)的管道与所述高压加热器(305)连接。
10.如权利要求1所述的用于火电机组深度调峰的储放热装置，其特征在于，所述第一储放热单元(1)的储放热换热介质为第一熔盐，所述第一熔盐选用储热温度为400-640℃的熔盐；
所述第二储放热单元(2)的储放热换热介质为第二熔盐，所述第二熔盐选用储热温度为200-400℃的熔盐。
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