CN116972671A - 风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统，包括：火电机组；第一换热器的第一入口和第二入口分别与冷熔盐罐的出口和第二换热器的第二出口连接，第一换热器的第一出口同时与第二换热器和第三换热器的第一入口连接，第一换热器的第二出口与省煤器连接，第二换热器的第二入口与过热器连接，第三换热器的第二入口与再热器连接，第二换热器和第三换热器的第一出口均与电加热器连接，第二换热器和第三换热器的第一出口输出的熔盐被电加热器加热后输入至热熔盐罐中，第二换热器的第二出口同时和引射器的引入口连接，第三换热器的第二出口同时与引射器的被引入口连接，引射器的出口与再热器连接。
Description
技术领域
本发明涉及火力发电系统技术领域，特别涉及一种风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统。
背景技术
随着能源需求的日益增长及传统石化资源的减少，风电、光伏、水电等新能源发电得到了迅速发展，截至2020年，全国风电装机量由1.3亿千瓦到2.2亿千瓦以上，太阳能发电量由4300万千瓦到1.1亿千瓦以上，新能源发电量占比稳步上升，火电机组利用小时数不断减少。然而，新能源发电系统受外界环境因素影响较大，弃风、弃光现象严重，对电网负荷与频率响应的稳定性造成较大冲击，影响新能源的大规模上网，火电机组由于锅炉燃烧稳定性要求，通过降低锅炉燃烧程度来降低负荷率受到限制，采用风光火储一体化的火电机组如何进一步灵活性深度调峰也是需要进一步思考的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够对火电机组进行更低程度的负荷率调节且更加安全可靠的风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统。
本发明公开一种风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统，包括：
火电机组，包括锅炉、位于锅炉内的过热器、再热器、省煤器、与所述过热器连通以用于引出所述过热器中的主蒸汽进行做功发电的高压缸、与所述再热器连通以用于引出所述再热器中的再热蒸汽进行做功的中压缸；
熔盐储能系统，包括冷熔盐罐、第一换热器、第二换热器、第三换热器、引射器、电加热器、热熔盐罐和熔盐放热装置，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器均包括用于通入进行相互换热的物质的第一入口和第二入口，以及均包括用于输出第一入口通入的物质的第一出口和用于输出第二入口通入的物质的第二出口，所述电加热器用于通入风电系统、光电系统和/或火电系统产生的电以进行加热，所述第一换热器的第一入口和第一换热器的第二入口分别与所述冷熔盐罐的出口和所述第二换热器的第二出口连接，所述第一换热器的第一出口同时与所述第二换热器的第一入口和所述第三换热器的第一入口连接，所述第一换热器的第二出口与所述省煤器连接，所述第二换热器的第二入口与所述过热器连接以引入所述过热器产生的主蒸汽，所述第三换热器的第二入口与所述再热器连接以引入所述再热器产生的再热蒸汽，所述第二换热器的第一出口和所述第三换热器的第一出口均与所述电加热器连接，所述第二换热器的第一出口和所述第三换热器的第一出口输出的熔盐被所述电加热器加热后输入至所述热熔盐罐中，所述热熔盐罐用于利用储存在其中的熔盐对所述熔盐放热装置进行放热，所述第二换热器的第二出口同时和所述引射器的引入口连接，所述第三换热器的第二出口同时与所述引射器的被引入口连接，所述引射器的出口与所述再热器连接。
在一些实施例中，所述熔盐放热装置包括第四换热器和第五换热器，所述第四换热器和所述第五换热器均包括用于通入进行相互换热的物质的第一入口和第二入口，以及均包括用于输出第一入口通入的物质的第一出口和用于输出第二入口通入的物质的第二出口，所述第四换热器的第二入口和所述第五换热器的第二入口均与所述热熔盐罐的出口连接，所述第四换热器的第一入口与给水泵的高压出水口连接，所述第四换热器的第一出口和所述高压缸连接，所述第五换热器的第一入口与凝结水系统的出水口连接，所述第四换热器的第二出口和所述第五换热器的第二出口均与所述冷熔盐罐的入口连接。
在一些实施例中，还包括第一流量分配装置，所述热熔盐罐的出口通过所述第一流量分配装置同时与所述第四换热器的第二入口和所述第五换热器的第二入口，所述第二流量分配装置用于控制热熔盐罐输出的熔盐进入所述第四换热器的第二入口和所述第五换热器的第二入口的比例。
在一些实施例中，还包括第二流量分配装置，所述第一换热器的第一出口通过所述第二流量分配装置同时与所述第二换热器的第一入口和所述第三换热器的第一入口连接，所述第二流量分配装置用于控制所述第一换热器的第一出口输出的熔盐进入所述第二换热器的第一入口和所述第三换热器的第一入口的比例。
在一些实施例中，所述风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统被配置为从所述第二换热器的第二出口输出的为饱和蒸汽。
在一些实施例中，在所述熔盐储能系统中流动的熔盐为硝酸盐。
在一些实施例中，在所述熔盐储能系统中流动的熔盐为硝酸钾和硝酸钠的混合物，所述熔盐的温度为260℃～550℃。
在一些实施例中，还包括设于所述冷熔盐罐和所述第一换热器之间的第一泵，所述第一泵用于从所述冷熔盐罐中抽出熔盐以向所述第一换热器泵送。
在一些实施例中，还包括设于所述热熔盐罐和所述熔盐放热装置之间的第二泵，所述第二泵用于从所述热熔盐罐中抽出熔盐以向所述熔盐放热装置泵送。
基于本发明提供的风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统，通过引出过热器中的主蒸汽、再热器中的再热蒸汽对熔盐储能系统中的熔盐在第二换热器和第三换热器中进行二次加热，在第一换热器中对熔盐进行一次加热，然后在电加热器中利用风电、光电和/或火电对熔盐进行加热，利用熔盐放热装置进行熔盐放热，可以在保持锅炉稳定燃烧的同时，能够进一步有效降低火电机组的负荷，同时对风电、光电和/或火电能量进行存储和利用，进行深度调峰，减少对电网冲击。同时，通过利用经过第二换热器换热后的主蒸汽在引射器中引射经过第一换热器换热后的再热蒸汽进入再热器中，可以有助于防止由于过热器主蒸汽被抽走导致回流进入再热器中的蒸汽减少所带来的再热器的超温风险，使再热器平稳运行，锅炉燃烧稳定。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统的系统原理示意图。
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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
如图1所示，本实施例的风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统包括火电机组和熔盐储能系统。
火电机组包括锅炉1、位于锅炉1内的过热器11、再热器12、省煤器13、与过热器11连通以用于引出过热器11中的主蒸汽按照B1流向进入进行做功发电的高压缸、与再热器12连通以用于引出再热器12中的再热蒸汽按照B2流向进入进行做功的中压缸。高压缸为火电机组用于发电的汽轮机的用于通入主蒸汽推动叶片转动进行发电的高压腔，中压缸为火电机组用于发电的汽轮机的用于通入再热蒸汽推动叶片转动进行发电的中压腔。主蒸汽在高压腔内推动涡轮转动发电后，再回到再热器12中加热变成再热蒸汽。
熔盐储能系统包括冷熔盐罐31、第一换热器21、第二换热器22、第三换热器23、引射器27、电加热器26、热熔盐罐32和熔盐放热装置。第一换热器21、第二换热器22、第三换热器23均包括用于通入进行相互换热的物质的第一入口和第二入口，以及均包括用于输出第一入口通入的物质的第一出口和用于输出第二入口通入的物质的第二出口，也即从第一入口和第二入口分别通入两种物质，然后在换热器中进行换热，经过换热后的物质分别从第一出口和第二出口输出，其中。电加热器26用于通入风电系统、光电系统和/或火电系统产生的电以进行加热，电加热器26由风电系统、光电系统和/或火电系统供电来对进入电加热器中的熔盐进行加热后输出。
第一换热器21的第一入口和第一换热器21的第二入口分别与冷熔盐罐31的出口和第二换热器22的第二出口连接，第一换热器21的第一出口同时与第二换热器22的第一入口和第三换热器23的第一入口连接，第一换热器21的第二出口与省煤器13连接，第二换热器22的第二入口与过热器11连接以引入过热器11产生的主蒸汽，第三换热器23的第二入口与再热器12连接以引入再热器12产生的再热蒸汽，第二换热器22的第一出口和第三换热器23的第一出口均与电加热器26连接，第二换热器22的第一出口和第三换热器23的第一出口输出的熔盐被电加热器26加热后输入至热熔盐罐32中，热熔盐罐32用于利用储存在其中的熔盐对熔盐放热装置进行放热，第二换热器22的第二出口同时和引射器27的引入口连接，第三换热器23的第二出口同时与引射器27的被引入口连接，引射器27的出口与再热器12连接。在本实施例中，冷熔盐罐31从出口输出的熔盐从第一换热器21的第一入口进入第一换热器21中，与从第一换热器21的第二入口进入第一换热器21中的热蒸汽进行换热，熔盐被第一次加热，然后从第一换热器的第一出口输出，一部分通过第二换热器的第一入口送入第二换热器中，在第二换热器中与从第二换热器的第二入口进入的主蒸汽进行换热，熔盐被二次加热然后从第二换热器的第一输出口输出；从第一换热器的第一出口输出的另一部分熔盐通过第三换热器的第一入口送入第三换热器中，在第三换热器中与从第三换热器的第二入口进入的再热蒸汽进行换热，熔盐被二次加热然后从第三换热器的第一输出口输出。主蒸汽在第二换热器中换热后从第二换热器的第二出口输出，一部分从第一换热器的第二入口进入第一换热器对熔盐进行第一次加热，然后输出变成高压力水与如图所示的A1流向的高压力水一起进入省煤器中，另一部分从引射器的引入口进入引射器中；再热蒸汽在第三换热器中换热后从第三换热器的第二出口输出，全部从引射器的被引入口进入引射器中。主蒸汽为高温高压蒸汽，在经过第二换热器换热后，依然具有较高压力状态，在引射器中能够对经过第三换热器换热后输出的再热蒸汽起到较好的引射作用，两者能够有好的混合效果和流动效果，如图所示通过C3方向流动进入再热器中，从而可以有效降低再热器12的超温风险。从第三换热器的第一输出口输出的熔盐以及从第二换热器的第一输出口输出的熔盐进入电加热器中，利用风电系统、光电系统和/或火电系统供电来二次加热，然后进入热熔盐罐32中，然后从热熔盐罐中输出，对熔盐放热装置进行放热，放热后的熔盐再进入冷熔盐罐中。
本实施例的风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统，可以增强风电和光伏新能源消纳能力，实现风光火储一体化多能互补综合能源利用。通过引出过热器11中的主蒸汽、再热器12中的再热蒸汽对熔盐储能系统中的熔盐在第二换热器22和第三换热器23中进行二次加热，在第一换热器21中对熔盐进行一次加热，然后在电加热器26中利用风电、光电和/或火电对熔盐进行加热，利用熔盐放热装置进行熔盐放热，可以在保持锅炉1稳定燃烧的同时，能够进一步有效降低火电机组的负荷，通过控制进入高压缸主蒸汽和中压缸再热蒸汽流量调节机组负荷，机组调峰调频性能大大增强。同时对风电、光电和/或火电能量进行存储和利用，进行深度调峰，减少对电网冲击。同时，通过利用经过第二换热器22换热后的主蒸汽在引射器27中引射经过第一换热器21换热后的再热蒸汽进入再热器12中，可以有助于防止由于过热器11主蒸汽被抽走导致回流进入再热器12中的蒸汽减少所带来的再热器12的超温风险，使再热器12平稳运行，锅炉1燃烧稳定。
在一些实施例中，如图1所示，熔盐放热装置包括第四换热器24和第五换热器25，第四换热器24和第五换热器25均包括用于通入进行相互换热的物质的第一入口和第二入口，以及均包括用于输出第一入口通入的物质的第一出口和用于输出第二入口通入的物质的第二出口，第四换热器24的第二入口和第五换热器25的第二入口均与热熔盐罐32的出口连接，第四换热器24的第一入口与给水泵的高压出水口连接，第四换热器24的第一出口和高压缸连接，第五换热器25的第一入口与凝结水系统的出水口连接，第四换热器24的第二出口和第五换热器25的第二出口均与冷熔盐罐31的入口连接。如图所示，从A1流向进入第四换热器的第一入口的给水泵的高压出水，在第四换热器中与从第四换热器的第二入口进入的热熔盐换热后，可以变成主蒸汽如图按照C1流向进入高压缸中进行做功发电。如图所示，从D1流向进入第五换热器的第一入口的凝结水泵输出的低压凝结水，在第四换热器中与从第五换热器的第二入口进入的热熔盐换热后，可以变成工业蒸汽，例如按照C2流向用于对工业用户供汽。第四换热器和第五换热器并联设置，可以各自独立运行。对于纯凝机组，风电系统、光电系统不提供电对电加热器加热时，电加热器可用火电机组本身富裕的电能通过电加热器加热熔盐，熔盐从热熔盐罐内进入第四换热器中，加热给水泵的高压给水产生主蒸汽，主蒸汽进入高压缸做功，完成熔盐放能过程。对于供汽机组，风电系统、光电系统不提供电对电加热器加热时，热熔盐罐内存储熔盐温度较低，第五换热器用于加热凝结水泵输出的低压凝结水产生工业蒸汽，提高机组对外供汽能力。供汽机组由于机组抽汽，机组负荷调节范围受限，机组高负荷或低负荷运行时，熔盐从热熔盐罐输出加热凝结系统来水，产生对应压力下饱和蒸汽，取代机组抽汽，从而增大机组负荷上小限调节范围。
在一些实施例中，风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统还包括第一流量分配装置，热熔盐罐32的出口通过第一流量分配装置同时与第四换热器24的第二入口和第五换热器25的第二入口，第二流量分配装置用于控制热熔盐罐32输出的熔盐进入第四换热器24的第二入口和第五换热器25的第二入口的比例。在一些实施例中，该比例分配可以为0：100％。
在一些实施例中，风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统还包括第二流量分配装置，第一换热器21的第一出口通过第二流量分配装置同时与第二换热器22的第一入口和第三换热器23的第一入口连接，第二流量分配装置用于控制第一换热器21的第一出口输出的熔盐进入第二换热器22的第一入口和第三换热器23的第一入口的比例。第一流量分配装置和第二流量分配装置可以包括多路阀等流量分配阀。
在一些实施例中，风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统被配置为从第二换热器22的第二出口输出的为饱和蒸汽。本实施例中，第二流量分配装置控制进入第二换热器中的熔盐流量比例比进入第三换热器中的多，使经过第二换热器换热后的主蒸汽变为饱和蒸汽，从而可以更多地进行热量存储，提高储能调峰效果，同时降热更多的主蒸汽通过引射器后进入再热器中，能够进一步提高再热器的防超温效果。
在一些实施例中，在熔盐储能系统中流动的熔盐为硝酸盐。
在一些实施例中，在熔盐储能系统中流动的熔盐为硝酸钾和硝酸钠的混合物，熔盐的温度为260℃～550℃。
在一些实施例中，还包括设于冷熔盐罐31和第一换热器21之间的第一泵41，第一泵41用于从冷熔盐罐31中抽出熔盐以向第一换热器21泵送。
在一些实施例中，还包括设于热熔盐罐32和熔盐放热装置之间的第二泵42，第二泵42用于从热熔盐罐32中抽出熔盐以向熔盐放热装置泵送。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (9)
1.一种风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统，其特征在于，包括：
火电机组，包括锅炉、位于锅炉内的过热器、再热器、省煤器、与所述过热器连通以用于引出所述过热器中的主蒸汽进行做功发电的高压缸、与所述再热器连通以用于引出所述再热器中的再热蒸汽进行做功的中压缸；
熔盐储能系统，包括冷熔盐罐、第一换热器、第二换热器、第三换热器、引射器、电加热器、热熔盐罐和熔盐放热装置，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器均包括用于通入进行相互换热的物质的第一入口和第二入口，以及均包括用于输出第一入口通入的物质的第一出口和用于输出第二入口通入的物质的第二出口，所述电加热器用于通入风电系统、光电系统和/或火电系统产生的电以进行加热，所述第一换热器的第一入口和第一换热器的第二入口分别与所述冷熔盐罐的出口和所述第二换热器的第二出口连接，所述第一换热器的第一出口同时与所述第二换热器的第一入口和所述第三换热器的第一入口连接，所述第一换热器的第二出口与所述省煤器连接，所述第二换热器的第二入口与所述过热器连接以引入所述过热器产生的主蒸汽，所述第三换热器的第二入口与所述再热器连接以引入所述再热器产生的再热蒸汽，所述第二换热器的第一出口和所述第三换热器的第一出口均与所述电加热器连接，所述第二换热器的第一出口和所述第三换热器的第一出口输出的熔盐被所述电加热器加热后输入至所述热熔盐罐中，所述热熔盐罐用于利用储存在其中的熔盐对所述熔盐放热装置进行放热，所述第二换热器的第二出口同时和所述引射器的引入口连接，所述第三换热器的第二出口同时与所述引射器的被引入口连接，所述引射器的出口与所述再热器连接。
2.如权利要求1所述的风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统，其特征在于，所述熔盐放热装置包括第四换热器和第五换热器，所述第四换热器和所述第五换热器均包括用于通入进行相互换热的物质的第一入口和第二入口，以及均包括用于输出第一入口通入的物质的第一出口和用于输出第二入口通入的物质的第二出口，所述第四换热器的第二入口和所述第五换热器的第二入口均与所述热熔盐罐的出口连接，所述第四换热器的第一入口与给水泵的高压出水口连接，所述第四换热器的第一出口和所述高压缸连接，所述第五换热器的第一入口与凝结水系统的出水口连接，所述第四换热器的第二出口和所述第五换热器的第二出口均与所述冷熔盐罐的入口连接。
3.如权利要求2所述的风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统，其特征在于，还包括第一流量分配装置，所述热熔盐罐的出口通过所述第一流量分配装置同时与所述第四换热器的第二入口和所述第五换热器的第二入口，所述第二流量分配装置用于控制热熔盐罐输出的熔盐进入所述第四换热器的第二入口和所述第五换热器的第二入口的比例。
4.如权利要求1所述的风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统，其特征在于，还包括第二流量分配装置，所述第一换热器的第一出口通过所述第二流量分配装置同时与所述第二换热器的第一入口和所述第三换热器的第一入口连接，所述第二流量分配装置用于控制所述第一换热器的第一出口输出的熔盐进入所述第二换热器的第一入口和所述第三换热器的第一入口的比例。
5.如权利要求4所述的风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统，其特征在于，所述风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统被配置为从所述第二换热器的第二出口输出的为饱和蒸汽。
6.如权利要求1所述的风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统，其特征在于，在所述熔盐储能系统中流动的熔盐为硝酸盐。
7.如权利要求6所述的风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统，其特征在于，在所述熔盐储能系统中流动的熔盐为硝酸钾和硝酸钠的混合物，所述熔盐的温度为260℃～550℃。
8.如权利要求1所述的风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统，其特征在于，还包括设于所述冷熔盐罐和所述第一换热器之间的第一泵，所述第一泵用于从所述冷熔盐罐中抽出熔盐以向所述第一换热器泵送。
9.如权利要求1所述的风光火储一体化多能互补熔盐储能调峰系统，其特征在于，还包括设于所述热熔盐罐和所述熔盐放热装置之间的第二泵，所述第二泵用于从所述热熔盐罐中抽出熔盐以向所述熔盐放热装置泵送。
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