CN213120223U - 一种耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组，属于火力发电领域。包括熔融盐蓄热装置，所述熔融盐蓄热装置的一端与火力发电机组的电力控制单元连接，另一端与火力发电机组的蒸汽管网连接。储能时，利用火力发电机组产生的弃电作为熔融盐蓄热装置的加热能源，将电能转化为热能并储存在熔融盐蓄热装置内，为电源侧提供削峰服务，减少弃峰电上网；释能时，利用熔融盐蓄热装置产生符合启动火力发电机组中蒸汽轮机所需的饱和蒸汽推动蒸汽轮机，提升蒸汽轮机的出力，使蒸汽轮机功率快速达到调频需求。

Description

一种耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组

技术领域

本申请属于火力发电领域，具体涉及电热能源转化和热能的高效存储技术，具体是一种耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组。

背景技术

目前火力发电机组的调频能力较弱，以燃煤机组来说，其蒸汽轮机的出力约为2％·min^-1，为满足10MW·min^-1的爬坡需求，需配置500MW的燃煤机组。而近年来随着电化学储能技术的推行，利用电化学储能站满足调频的需求已经成为了新一代的调峰技术方案，但是常用的锂离子电池自身反应活性大，导致火灾事故频繁，因此对其安全性提出了极高的要求，同时受到电池成本和使用寿命等问题的影响，其经济效益也较差。

实用新型内容

针对火力发电机组调频的需求，本申请提供了一种耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组，实现熔融盐蓄热装置削峰的同时，可以为火电调频提供解决方案。

一种耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组，包括熔融盐蓄热装置，所述熔融盐蓄热装置的一端与火力发电机组的电力控制单元连接，另一端与火力发电机组的蒸汽管网连接；

所述熔融盐蓄热装置包括高温熔盐罐和低温熔盐罐，所述高温熔盐罐和低温熔盐罐上均设有电加热元件，且内部均设有熔融盐，所述电加热元件与电力控制单元连接，所述电加热元件用于加热升温熔融盐，所述高温熔盐罐和低温熔盐罐之间通过蒸发装置连接，所述高温熔盐罐与蒸发装置之间、低温熔盐罐与高温熔盐罐之间均设有输送装置，所述蒸发装置连接有汽水分离装置，所述汽水分离装置与蒸汽管网连接，所述输送装置为熔融盐提供循环动力，所述蒸发装置用于利用进入其内部的高温熔融盐对水进行汽化并产生蒸汽，所述汽水分离装置用于对蒸发装置输送的蒸汽进行汽水分离并产生高温饱和蒸汽向外输出。

优选地，所述高温熔盐罐和低温熔盐罐的罐体内部均设有保温层。

优选地，所述高温熔盐罐、低温熔盐罐、输送装置、蒸发装置和汽水分离装置之间通过管道连通，所述高温熔盐罐、低温熔盐罐和管道均带有伴热设备。

优选地，所述输送装置为熔盐泵，所述蒸发装置为蒸发器，所述汽水分离装置为汽包。

优选地，所述熔融盐为碳酸盐系列或硝酸盐系列或氯化物系列或氟化物系列。

优选地，所述汽水分离装置通过三通阀与蒸汽管网和热力网连接。

本申请提供的一种耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组具有以下有益效果：

1、本申请提供的耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组在储能时，利用火力发电机组产生的弃电作为熔融盐蓄热装置的加热能源，将电能转化为热能并储存在熔融盐蓄热装置内，为电源侧提供削峰服务，减少弃峰电上网；在释能时，利用熔盐泵将熔融盐从高温熔盐罐输送到低温熔盐罐，并和蒸发器换热把热量传递给水产，水高温汽化后产生符合启动火力发电机组中蒸汽轮机所需的饱和蒸汽推动蒸汽轮机，提升蒸汽轮机的出力，使蒸汽轮机功率快速达到调频需求。

2、本申请采用熔融盐蓄热装置作为火电调频手段，其装置成本低，安全性好，通过与火力发电机组的耦合，可极大提升火电机组的调峰调频能力，为电网安全提供技术支撑，提升火电机组灵活出力的能力，提高电网对新能源的接纳能力。

3、本申请可以在火电机组调频调峰等多个应用场景推广，有望实现火电机组的清洁旋转备用、高效安全调频等多种需求，极大降低火电机组作为调峰调频电源时的低负荷运行状态下对燃煤的消耗，提高系统整体的利用率，增加火电机组的灵活性，减少碳排放的问题。

附图说明

图1为现有的火力发电机组的模块图；

图2为本申请实施例提供的一种耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组的模块图；

图3为本申请实施例提供的熔融盐蓄热装置的结构示意图。

其中：10-高温熔盐罐，20-低温熔盐罐，30-熔融盐，40-保温层，50-电力加热元件，60- 熔盐泵，70-蒸发器，80-汽包。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

参阅图1，示出了现有的火力发电机组的模块图。具体包括燃煤锅炉、高压蒸汽轮机、中低压蒸汽轮机、发电机、电力控制单元和电网，燃煤锅炉通过蒸汽管网与高压蒸汽轮机和中低压蒸汽轮机连接，蒸汽管网包括高压管道和中低压管道，高压蒸汽轮机和中低压蒸汽轮机均与发电机、电力控制单元和电网连接，燃煤锅炉产生的高温饱和蒸汽先通过高压管道进入高压蒸汽轮机，推动高压蒸汽轮机运转进行发电，同时剩下的高温蒸汽通过中压管道进入中低压蒸汽轮机，推动中低压蒸汽轮机运转进行发电。

参阅图2，示出了本申请实施例提供的一种耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组的模块图，在现有的火力发电机组的基础上耦合了熔融盐蓄热装置，熔融盐蓄热装置的一端与电力控制单元连接，另一端与蒸汽管网(高压管道、中低压管道)连接。

参阅图3，具体地，熔融盐蓄热装置包括高温熔盐罐10和低温熔盐罐20，高温熔盐罐 10和低温熔盐罐20内部均设有熔融盐30，熔融盐30为储热介质，主要用于存储和释放热量。本实施例中熔融盐30为碳酸盐系列或硝酸盐系列或氯化物系列或氟化物系列或其他熔融盐类型，高温熔盐罐10和低温熔盐罐20的罐体内部均设有保温层40，该设计能够有效地提高罐体的保温能力，从而提高蓄热装置的蓄热性能。高温熔盐罐10和低温熔盐罐20上均设有电力加热元件50，电力加热元件50与电力控制单元连接，电力加热元件50用于产生热量将熔融盐30加热升温。

参阅图3，高温熔盐罐10和低温熔盐罐20之间通过蒸发装置实现管道连通，高温熔盐罐10与蒸发装置之间、低温熔盐罐20与高温熔盐罐10之间均设有输送装置实现管道连通。本实施例中输送装置采用熔盐泵60，蒸发装置采用蒸发器70，蒸发器70通过上升管和下降管连接有汽水分离装置，汽水分离装置通过三通阀与蒸汽管网(高压管道、中低压管道)和热力网连接，本实施例中汽水分离装置采用汽包80。熔盐泵60为熔融盐30的循环提供动力，高温熔融盐进入蒸发器70内部后与蒸发器70内的水进行换热，使水汽化并产生蒸汽，蒸发器70通过上升管将蒸汽传输至汽包80，汽包80对蒸发器70传输过来的蒸汽进行汽水分离，并产生高温饱和蒸汽。具体地，高温熔盐罐10、低温熔盐罐20以及所使用的管道均带有伴热设备。

本申请提供的火力发电机组在现有的火力发电机组的基础上耦合了熔融盐蓄热装置，发电机并入电网前的电力控制单元与电力加热元件50连接，为电力加热元件50供电，用于消纳弃峰电力，电力加热元件50以火力发电机组产生的弃电作为电能对熔融盐30进行加热，汽包80内的高温饱和蒸汽通过三通阀连接火力发电机组的高压管道或中低压管道、热力网，用于驱动高压缸、中压缸或低压缸，分别向火力发电机组或热力网输送高温饱和蒸汽，推动蒸汽轮机进行发电。

储能时，利用火力发电机组产生的弃电作为熔融盐蓄热装置的加热能源，将电能转化为热能并储存在熔融盐蓄热装置内，为电源侧提供削峰服务，减少弃峰电上网；释能时，利用熔盐泵60将熔融盐从高温熔盐罐10输送到低温熔盐罐20，并和蒸发器70换热把热量传递给水产，水高温汽化后产生符合启动火力发电机组中蒸汽轮机所需的饱和蒸汽推动蒸汽轮机，提升蒸汽轮机的出力，使蒸汽轮机功率快速达到调频需求。

本申请提供以下3种实施例：

实施例1：熔融盐蓄热装置处于热备用状态，汽包80内汽空间内已充满了3.83MPa、430℃的饱和蒸汽，蒸汽出口流量为0，高温熔盐罐10至低温熔盐罐20输送的熔盐泵60处于一个低速运行或不运行状态，维持汽包80内的温度和压力，熔融盐蓄热装置的蓄热量保持在储热容量的80～100％之间。在获得指令要求出口满负荷或其他任意负荷出力要求时，接通汽包80 与火力发电机组的高压管道，高温熔盐罐10至低温熔盐罐20输送的熔盐泵60快速运转，将高温熔融盐导入蒸发器70内，实现蒸汽出口出力最大化。通过换热量计算分析和测试分析，当高温熔融盐处于不同温度条件下，熔融盐蓄热装置的出力负荷快速增加，其增加速率可为蓄热装置满负荷输出功率的30～90％·min^-1，即装置达到满负荷出力所需时间约为2～20秒，所产生的蒸汽通过调控阀门进入高压管道驱动蒸汽轮机发电，在蒸汽锅炉还未达到功率要求时，火力发电机组即可达到所需功率，满足电网二次调频需求。

实施例2：熔融盐蓄热装置处于冷备用状态，此时汽包80内汽空间内没有饱和蒸汽，高温熔盐罐10至低温熔盐罐20输送的熔盐泵处于不运行状态，汽包80水空间内已有符合蒸汽运行所要求的水，熔融盐蓄热装置的蓄热量保持在蓄热容量的80～100％之间。在获得指令要求出口满负荷或其他任意负荷出力要求时，接通汽包80与火力发电机组的高压管道，高温熔盐罐10至低温熔盐罐20输送的熔盐泵60快速运转，将高温熔融盐输送入蒸发器70内。此时汽包80内经过换热加热后逐步产生蒸汽，并在达到饱和状态后开始出力。通过换热量计算分析和测试分析，当熔融盐处于不同温度条件下，熔融盐蓄热装置出力快速负荷增加，即装置达到满负荷出力所需时间约为2～5分钟，所产生的蒸汽通过调控阀门进入中压管道驱动蒸汽轮机发电，在蒸汽锅炉还未达到功率要求时，火力发电机组即可达到所需功率，可满足电网二次调频需求。

实施例3：供暖为主要出力方式，弃峰电使熔融盐蓄热装置的电力加热元件50发热，将富裕电力储存在储热模块中，而不影响原有的燃煤火电机组的发电出力能力，同时汽包80依据低压蒸汽管网的要求，产生低压供热蒸汽，满足热力网对低压饱和蒸汽的需求，压力一般为0.4～2.0MPa，多余的饱和蒸汽并入热力网，用于供暖。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组，其特征在于，包括熔融盐蓄热装置，所述熔融盐蓄热装置的一端与火力发电机组的电力控制单元连接，另一端与火力发电机组的蒸汽管网连接；

所述熔融盐蓄热装置包括高温熔盐罐和低温熔盐罐，所述高温熔盐罐和低温熔盐罐上均设有电加热元件，且内部均设有熔融盐，所述电加热元件与电力控制单元连接，所述电加热元件用于加热升温熔融盐，所述高温熔盐罐和低温熔盐罐之间通过蒸发装置连接，所述高温熔盐罐与蒸发装置之间、低温熔盐罐与高温熔盐罐之间均设有输送装置，所述蒸发装置连接有汽水分离装置，所述汽水分离装置与蒸汽管网连接，所述输送装置为熔融盐提供循环动力，所述蒸发装置用于利用进入其内部的高温熔融盐对水进行汽化并产生蒸汽，所述汽水分离装置用于对蒸发装置输送的蒸汽进行汽水分离并产生高温饱和蒸汽向外输出。

2.根据权利要求1所述的耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组，其特征在于，所述高温熔盐罐和低温熔盐罐的罐体内部均设有保温层。

3.根据权利要求1所述的耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组，其特征在于，所述高温熔盐罐、低温熔盐罐、输送装置、蒸发装置和汽水分离装置之间通过管道连通，所述高温熔盐罐、低温熔盐罐和管道均带有伴热设备。

4.根据权利要求1或3所述的耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组，其特征在于，所述输送装置为熔盐泵，所述蒸发装置为蒸发器，所述汽水分离装置为汽包。

5.根据权利要求1所述的耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组，其特征在于，所述熔融盐为碳酸盐系列或硝酸盐系列或氯化物系列或氟化物系列。

6.根据权利要求1所述的耦合熔融盐蓄热装置的火力发电机组，其特征在于，所述汽水分离装置通过三通阀与蒸汽管网和热力网连接。

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