CN217582252U - 一种火电机组多级蓄热调峰系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种火电机组多级蓄热调峰系统，包括：锅炉；储热装置，其中存储有储热介质，储热装置中的储热介质通过对高温蒸汽吸热以存储热量；第一蒸汽熔盐显热换热器，第一蒸汽熔盐显热换热器与储热装置连通，第一蒸汽熔盐显热换热器与锅炉连通；再热器,再热器与第一蒸汽熔盐显热换热器连通；第二蒸汽熔盐显热换热器，第二蒸汽熔盐显热换热器与储热装置连通,第二蒸汽熔盐显热换热器与再热器连通。本申请中锅炉产生的大部分热量都可以进行存储，能大幅降低火电机组的最低负荷，且放热后的蒸汽用于发电，实现了能源的梯级利用，也有效解决了现有技术中火电机组的调峰所引起的轴向推力不平稳的问题以及再热器超温的风险。

Description

一种火电机组多级蓄热调峰系统

技术领域

本申请属于电力系统调度自动化技术领域，涉及一种火电机组多级蓄热调峰系统。

背景技术

随着新能源规模增加和用电峰谷差的持续加大，保障电力系统的供需平衡的难度日益显著，在用电低谷时段，如出现新能源大发的情况，电力将呈现明显富裕，此时，如不能调低煤电机组的发电负荷，则会出现“弃风”、“弃光”等问题。相比其它系统而言，汽轮机的运行限制要小很多，其能接受较小的蒸汽流量，同时启停迅速。因此，现有采用大型储热技术，将锅炉富裕热量进行存储，为新能源发电让渡更多发电空间，减少“弃风”、“弃光”等问题的出现。

目前，现有技术中火电机组的调峰主要通过改善锅炉稳燃能力、实施宽负荷排放改造、增加电化学储能设备和增加热储能装备等手段。

但现有技术中火电机组的调峰存在如下技术问题：为了避免轴向推力不平衡，现有技术不能大规模抽汽，造成换热功率低、储热量小，无法显著降低火电机组的发电功率，实施效果不明显；现有技术(CN111140296A、 CN208333199U)，提出了利用主蒸汽与熔盐换热，但均未将放热后的蒸汽送回再热器冷端，如通过再热器的流量显著低于主蒸汽流量，将造成再热器超温，影响锅炉的安全稳定性；蒸汽与熔盐换热后仍具有较大热量，如不进行有效利用，将造成较明显能源浪费，且如不返回汽水系统，将造成汽水不平衡，影响机组安全稳定性，也不符合蒸汽梯级利用的原则。

发明内容

(一)申请目的

本专利提供了一种火电机组多级蓄热调峰系统，利用蓄热装置存储火电机组富裕热量，实现火电机组深度调峰的技术。

(二)技术方案

为解决上述问题，本申请的第一方面提供了一种火电机组多级蓄热调峰系统，其特征在于，包括：锅炉；储热装置，其中存储有储热介质，所述储热装置中的储热介质通过对高温蒸汽吸热以存储热量；第一蒸汽熔盐显热换热器，所述第一蒸汽熔盐显热换热器的第一换热侧与所述储热装置连通，所述第一蒸汽熔盐显热换热器第二换热侧的蒸汽入口与所述锅炉的热流体侧连通，以使流经所述第一蒸汽熔盐显热换热器第一换热侧的储热介质吸收流经所述第一蒸汽熔盐显热换热器第二换热侧蒸汽的热量，并将所述热量存储于所述储热装置；再热器,所述再热器的冷流体侧与所述第一蒸汽熔盐显热换热器第二换热侧的蒸汽出口连通，以对流经再热器的冷流体侧的蒸汽加热；第二蒸汽熔盐显热换热器，所述第二蒸汽熔盐显热换热器的第一换热侧与所述储热装置连通,所述第二蒸汽熔盐显热换热器第二换热侧的蒸汽入口与所述再热器的热流体侧连通。

进一步地，所述一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括：主汽轮机，所述主汽轮机包括：主汽轮机高压缸、主汽轮机中压缸和主汽轮机低压缸，所述锅炉产生的蒸汽沿蒸汽管道进入所述主汽轮机，以将蒸汽的热能转化为机械能，转化的机械能用于驱动发电机发电。

进一步地，所述再热器设置于所述锅炉的烟道，利用所述锅炉的高温烟气对输入所述再热器的蒸汽进行加热。

进一步地，所述储热装置包括：低温熔盐储罐和高温熔盐储罐，所述低温熔盐储罐和高温熔盐储罐分别与所述第一蒸汽熔盐显热换热器的第一换热体侧连通；所述低温熔盐储罐和高温熔盐储罐分别与所述第二蒸汽熔盐显热换热器的第一换热体侧连通；所述低温熔盐储罐用于存储低温状态的储热介质，所述高温熔盐储罐用于存储高温状态的储热介质。

进一步地，所述一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括熔盐循环泵，所述熔盐循环泵包括：第一熔盐循环泵和第二熔盐循环泵，所述第一熔盐循环泵设置于所述低温熔盐储罐和所述第一蒸汽熔盐显热换热器的连通管道上；所述第二熔盐循环泵设置于所述低温熔盐储罐和所述第二蒸汽熔盐显热换热器的连通管道上。

进一步地，所述第二蒸汽熔盐显热换热器第二换热侧与所述主汽轮机低压缸连通，用于将通过所述第二蒸汽熔盐显热换热器换热后的蒸汽送入主汽轮机低压缸。

进一步地，所述一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括：蒸汽阀门，用于对蒸汽的分流、截止、止回和稳压，所述蒸汽阀门包括:第一蒸汽阀门、第二蒸汽阀门、第三蒸汽阀门和第四蒸汽阀门；所述第一蒸汽阀门位于锅炉和第一蒸汽熔盐显热换热器第二体侧蒸汽入口的连通管道上；所述第二蒸汽阀门位于第一蒸汽熔盐显热换热器第二体侧蒸汽出口和所述再热器的冷流体侧的连通管道上；所述第三蒸汽阀门位于所述再热器的热流体侧和第二蒸汽熔盐显热换热器第二体侧蒸汽入口的连通管道上；所述第四蒸汽阀门位于第二蒸汽熔盐显热换热器第二体侧蒸汽出口与所述主汽轮机低压缸的连通管道上。

进一步地，所述一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括凝结装置和加热装置，所述凝结装置和加热装置设置于所述主汽轮机低压缸和所述锅炉的连通管道上，所述加热装置包括低压加热器和高压加热器，所述凝结装置用于将主汽轮机低压缸的输出蒸汽凝结为冷凝水。

进一步地，所述一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括蒸汽减温减压器，用于调节蒸汽的压力和温度，第一蒸汽减温减压器设置于第一蒸汽熔盐显热换热器与再热器冷流体侧的连通管道上，第二蒸汽减温减压器设置于第二蒸汽熔盐显热换热器与主汽轮机低压缸的连通管道上。

进一步地，所述一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括第一蒸汽熔盐全热换热器和第二蒸汽熔盐全热换热器；第一蒸汽熔盐全热换热器第二换热侧的蒸汽入口与所述第一蒸汽熔盐显热换热器第二换热侧的蒸汽出口连通，所述第一蒸汽熔盐全热换热器第二换热侧的蒸汽出口与所述锅炉的冷流体侧连通；第二蒸汽熔盐全热换热器第二换热侧的蒸汽入口与所述第二蒸汽熔盐显热换热器第二换热侧的蒸汽出口连通，所述第二蒸汽熔盐全热换热器第二换热侧的蒸汽出口与所述锅炉的冷流体侧连通；所述第一蒸汽熔盐全热换热器第一换热侧的储热介质入口与所述储热装置连通，所述第一蒸汽熔盐全热换热器第一换热侧的储热介质出口与所述第一蒸汽熔盐显热换热器的储热介质入口连通，所述第一蒸汽熔盐显热换热器的储热介质出口与所述储热装置连通；所述第二蒸汽熔盐全热换热器第一换热侧的储热介质入口与所述储热装置连通，所述第二蒸汽熔盐全热换热器第一换热侧的储热介质出口与所述第二蒸汽熔盐显热换热器的储热介质入口连通，所述第二蒸汽熔盐显热换热器的储热介质出口与所述储热装置连通。

进一步地，所述一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括：蒸汽引射器，所述蒸汽引射器的第一蒸汽入口与所述第一蒸汽熔盐显热换热器第二换热侧的蒸汽出口连通；所述蒸汽引射器的第二蒸汽入口与所述第二蒸汽熔盐显热换热器第二换热侧的蒸汽出口连通；所述蒸汽引射器的蒸汽出口与所述再热器的冷流体侧连通。

根据本申请另一方面提供一种火电机组多级蓄热调峰方法，所述方法采用上述系统实现，包括：根据用电情况判断所述锅炉产生的高温蒸汽是否需要储热；储热时，所述锅炉产生的高温蒸汽从所述第一蒸汽熔盐显热换热器的第二体侧蒸汽入口输入所述第一蒸汽熔盐显热换热器；根据高温蒸汽输送到所述第一蒸汽熔盐显热换热器的情况控制所述储热装置中低温储热介质输入所述第一蒸汽熔盐显热换热器的开度，以控制低温储热介质与高温蒸汽的换热；蒸汽经过所述第一蒸汽熔盐显热换热器换热后，输送至所述再热器冷流体侧；蒸汽进入所述再热器后，所述再热器对蒸汽进行再次加热；经所述再热器加热升温后的蒸汽从所述再热器的热流体侧输送至所述第二蒸汽熔盐显热换热器；根据高温蒸汽输送到所述第二蒸汽熔盐显热换热器的情况控制所述储热装置中低温储热介质输入所述第一蒸汽熔盐显热换热器的开度情况，以控制低温储热介质与高温蒸汽的换热。

(三)有益效果

本申请有效解决了现有技术中火电机组的调峰所引起的轴向推力不平稳的问题以及再热器超温的风险。本申请中锅炉产生的大部分热量都可以进行存储，能大幅降低火电机组的最低负荷，且放热后的蒸汽用于发电，实现了能源的梯级利用。

附图说明

图1是根据本申请第一实施例一种火电机组多级蓄热调峰系统的系统结构图；

图2是根据本申请第二实施例一种火电机组多级蓄热调峰系统的系统结构图；

图3是根据本申请第三实施例一种火电机组多级蓄热调峰系统的系统结构图；

图4是根据本申请第四实施例一种火电机组多级蓄热调峰系统的热平衡图；

图5是根据本申请第五实施例一种火电机组多级蓄热调峰方法的流程图。

1.锅炉；2.再热器；3.主汽轮机高压缸；4.主汽轮机中压缸；5. 主蒸汽低压缸；6.发电机；7.低压加热器；8.除氧器；9.高压加热器；10-1. 第一蒸汽阀门；10-2.第二蒸汽阀门；10-3.第三蒸汽阀门；10-4.第四蒸汽阀门；11.蒸汽熔盐显热换热器；11-1.第一蒸汽熔盐显热换热器；11-2. 第二蒸汽熔盐显热换热器；12-1.第一熔盐循环泵；12-2.第二熔盐循环泵； 13.低温熔盐储罐；14.高温熔盐储罐；15-1.第一蒸汽减温减压器；15-2. 第二蒸汽减温减压器；16.蒸汽熔盐全热换热器；16-1.第一蒸汽熔盐全热换热器；16-2.第二蒸汽熔盐全热换热器；17.蒸汽引射器；T:温度(摄氏度，℃)；P:压力(Mpa)；H:焓值(kJ/kg)；G:流量(t/h)。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本申请进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。

在附图中示出了根据本申请实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下将参照附图更详细地描述本申请。在各个附图中，相同的部件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

图1是根据本申请第一实施例一种火电机组多级蓄热调峰系统的系统结构图。如图1所示，本申请实施例一种火电机组多级蓄热调峰系统，包括：锅炉1；储热装置13、14，其中存储有储热介质，储热装置13、14 中的储热介质通过对高温蒸汽吸热以存储热量；第一蒸汽熔盐显热换热器 11-1，第一蒸汽熔盐显热换热器11-1的第一换热侧与储热装置13、14连通，第一蒸汽熔盐显热换热器11-1第二换热侧的蒸汽入口与锅炉1的热流体侧连通，以使流经第一蒸汽熔盐显热换热器11-1第一换热侧的储热介质吸收流经第一蒸汽熔盐显热换热器11-1第二换热侧蒸汽的热量，并将热量存储于储热装置13、14；再热器2,再热器2的冷流体侧与第一蒸汽熔盐显热换热器11-1第二换热侧的蒸汽出口连通，以对流经再热器2 的冷流体侧的蒸汽加热；第二蒸汽熔盐显热换热器11-2，第二蒸汽熔盐显热换热器11-2的第一换热侧与储热装置13、14连通,第二蒸汽熔盐显热换热器11-2第二换热侧的蒸汽入口与再热器2的热流体侧连通。本实施例中蒸气包含显热和潜热两部分，显热部分通过蒸汽温度变化释放，潜热是蒸汽变成相同温度的水释放，潜热的量一般比显热更大。第一蒸汽熔盐显热换热器11-1和第二蒸汽熔盐显热换热器11-2主要用于将蒸汽的显热热量传递给低温状态的储热介质，低温状态储热介质经加热后形成高温储热介质，蒸汽放热后温度降低。

在本申请实施例中，通过利用蒸汽熔盐显热换热器对锅炉产生的高温蒸汽吸热，使能量得到了有效存储；再热器对吸热后的蒸汽进行再加热后，再次通过利用蒸汽熔盐显热换热器对再热器产生的高温蒸汽进行吸热，又一次使能量得到了有效存储。有效解决了用电低峰时电力明显富裕引起的能源浪费、现有技术中火电机组的调峰所引起的轴向推力不平稳的问题以及再热器超温的风险等技术问题。

在一些实施例中，一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括：主汽轮机，主汽轮机包括：主汽轮机高压缸3、主汽轮机中压缸4和主汽轮机低压缸 5，锅炉1产生的蒸汽沿蒸汽管道进入主汽轮机，以将蒸汽的热能转化为机械能，转化的机械能用于驱动发电机6发电。在本实施例中，高温蒸汽的热能有效转化为机械能，进而驱动发电机发电，实现火电机组功能稳定实现。

在一些实施例中，再热器2设置于锅炉1的烟道，利用锅炉1的高温烟气对输入再热器2的蒸汽进行加热。例如：再热器2通过利用高温烟气为主汽轮机高压缸排出的蒸汽和通过第一蒸汽熔盐显热换热器放热后的蒸汽再次加热，优选地再热器2将蒸汽温度提升100～150℃。在本实施例中，该方案不存在轴向推力不平稳问题以及再热器超温风险，锅炉产生的大部分热量都可以进行存储，能大幅降低火电机组的最低负荷，且放热后的蒸汽用于发电，实现了能源的梯级利用。

在一些实施例中，储热装置包括：低温熔盐储罐13和高温熔盐储罐 14，低温熔盐储罐13和高温熔盐储罐14分别与第一蒸汽熔盐显热换热器 11-1的第一换热体侧连通；低温熔盐储罐13和高温熔盐储罐14分别与第二蒸汽熔盐显热换热器11-2的第一换热体侧连通；低温熔盐储罐13用于存储低温状态的储热介质，高温熔盐储罐14用于存储高温状态的储热介质。在本实施例中，通过设置低温熔盐储罐13和高温熔盐储罐14，有效控制了富余能量的存储和释放，避免了用电低峰时能源的浪费。

在一些实施例中，一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括熔盐循环泵 12，熔盐循环泵12包括：第一熔盐循环泵12-1和第二熔盐循环泵12-2，第一熔盐循环泵12-1设置于低温熔盐储罐13和第一蒸汽熔盐显热换热器 11-1的连通管道上；第二熔盐循环泵12-2设置于低温熔盐储罐13和第二蒸汽熔盐显热换热器11-2的连通管道上。在本实施例中，通过设置熔盐循环泵，可以便捷的控制储热介质的吸热和放热，避免了对储热介质控制不当引起的能源浪费。

在一些实施例中，第二蒸汽熔盐显热换热器11-2第二换热侧与主汽轮机低压缸5连通，用于将通过第二蒸汽熔盐显热换热器11-2换热后的蒸汽送入主汽轮机低压缸5。在本实施例中，主要通过第二蒸汽熔盐显热换热器11-2蒸汽出口与主汽轮机低压缸5的连通，来实现放热后蒸汽能源的再利用，有效实现能源的有效利用。

在一些实施例中，一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括：蒸汽阀门，用于对蒸汽的分流、截止、止回和稳压，蒸汽阀门包括:第一蒸汽阀门10-1、第二蒸汽阀门10-2、第三蒸汽阀门10-3和第四蒸汽阀门10-4；第一蒸汽阀门10-1位于锅炉1和第一蒸汽熔盐显热换热器11-1第二体侧蒸汽入口的连通管道上；第二蒸汽阀门10-2位于第一蒸汽熔盐显热换热器11-1第二体侧蒸汽出口和再热器2的冷流体侧的连通管道上；第三蒸汽阀门10-3 位于再热器2的热流体侧和第二蒸汽熔盐显热换热器11-2第二体侧蒸汽入口的连通管道上；第四蒸汽阀门10-4位于第二蒸汽熔盐显热换热器 11-2第二体侧蒸汽出口与主汽轮机低压缸5的连通管道上。在本实施例中，通过在相关管道上设置蒸汽阀门，有效控制了用电高低峰时蒸汽的如何利用，实现了对蒸汽的分流、截止、止回和稳压。

在一些实施例中，一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括凝结装置和加热装置，凝结装置和加热装置设置于主汽轮机低压缸5和锅炉1的连通管道上，加热装置包括低压加热器7和高压加热器9，凝结装置用于将主汽轮机低压缸5的输出蒸汽凝结为冷凝水。在本实施例中，通过增加凝结装置和加热装置，实现了蒸汽从主汽轮机返回到锅炉的功能，有效解决了蒸汽压力不平衡等问题，实现了蒸汽在火电机组中的有效循环。

在一些实施例中，一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括蒸汽减温减压器15-1、15-2，用于调节蒸汽的压力和温度，第一蒸汽减温减压器15-1 设置于第一蒸汽熔盐显热换热器11-1与再热器2冷流体侧的连通管道上，第二蒸汽减温减压器15-2设置于第二蒸汽熔盐显热换热器11-2与主汽轮机低压缸5的连通管道上。在本实施例中，通过增加的蒸汽减温减压器，使进入再热器和汽轮机的蒸汽压力得到平衡，使整个系统更安全稳定。

图2是根据本申请第二实施例一种火电机组多级蓄热调峰系统的系统结构图。如图2所示，在一些实施例中，一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括第一蒸汽熔盐全热换热器16-1和第二蒸汽熔盐全热换热器16-2；第一蒸汽熔盐全热换热器16-1第二换热侧的蒸汽入口与第一蒸汽熔盐显热换热器11-1第二换热侧的蒸汽出口连通，第一蒸汽熔盐全热换热器16-1第二换热侧的蒸汽出口与锅炉1的冷流体侧连通；第二蒸汽熔盐全热换热器16-2第二换热侧的蒸汽入口与第二蒸汽熔盐显热换热器11-2第二换热侧的蒸汽出口连通，第二蒸汽熔盐全热换热器16-2第二换热侧的蒸汽出口与锅炉1的冷流体侧连通。第一蒸汽熔盐全热换热器16-1和第二蒸汽熔盐全热换热器16-2主要用于将蒸汽的热量(包含潜热和显热)传递给低温状态的储热介质，低温状态的储热介质经加热后形成高温状态的储热介质，蒸汽放热后形成疏水。

图3是根据本申请第三实施例一种火电机组多级蓄热调峰系统的系统结构图。如图3所示，蒸汽熔盐显热换热器11包括第一蒸汽熔盐显热换热器11-1和第二蒸汽熔盐显热换热器11-2，蒸汽熔盐全热换热器16包括第一蒸汽熔盐全热换热器16-1和第二蒸汽熔盐全热换热器16-2。第一蒸汽熔盐全热换热器16-1第一换热侧的储热介质入口与储热装置13、14连通，第一蒸汽熔盐全热换热器16-1第一换热侧的储热介质出口与第一蒸汽熔盐显热换热器11-1的储热介质入口连通，第一蒸汽熔盐显热换热器 11-1的储热介质出口与储热装置13、14连通；第二蒸汽熔盐全热换热器 16-2第一换热侧的储热介质入口与储热装置13、14连通，第二蒸汽熔盐全热换热器16-2第一换热侧的储热介质出口与第二蒸汽熔盐显热换热器 11-2的储热介质入口连通，第二蒸汽熔盐显热换热器11-2的储热介质出口与储热装置13、14连通。本实施例中蒸气包含显热和潜热两部分，显热部分通过蒸汽温度变化释放，潜热是蒸汽变成相同温度的水释放，潜热的量一般比显热更大。本申请实施例通过采用分设蒸汽熔盐显热换热器和蒸汽熔盐全热换热器，来实现蒸汽和储热介质的换热，将更有利于汽、水的优化分配，经过显热换热器的蒸汽，部分送回锅炉和再热器，也保障了系统的汽、水平衡。

在一些实施例中，当主蒸汽加热储热介质时选择在用电低谷时段。打开蒸汽阀门，将部分主蒸汽抽出，并送入蒸汽熔盐显热换热器11，放热后的蒸汽分为两部分，一部分经熔盐蒸汽全热换热器16，用于将低温状态的储热介质加热为中温状态的储热介质，加热后形成疏水，送回给水。另一部分放热后的蒸汽送入蒸汽引射器17的高压工作蒸汽入口。与此同时，启动熔盐循环泵将低温熔盐储罐13中的低温状态储热介质送入熔盐蒸汽全热换热器16，加热后的中温状态储热介质送入蒸汽-熔盐换热器11，加热形成高温状态储热介质，并送入高温熔盐罐存储。

在一些实施例中，当再热蒸汽加热熔盐时选择在用电低谷时段。打开蒸汽阀门，将部分再热蒸汽抽出，并送入蒸汽熔盐显热换热器11。放热后的蒸汽分为两部分，一部分经熔盐蒸汽全热换热器16，用于加热熔盐，加热后形成疏水，送回除氧器8。另一部分放热后的蒸汽送入蒸汽引射器17 的低压引射蒸汽入口。同时，启动熔盐循环泵将低温熔盐储罐中的低温状态储热介质送入熔盐蒸汽全热换热器16，加热后的中温状态储热介质送入蒸汽熔盐显热换热器11，加热形成高温状态储热介质，并送入高温熔盐罐存储。

再如图2所示，在一些实施例中，一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括：蒸汽引射器17，蒸汽引射器17的第一蒸汽入口与第一蒸汽熔盐显热换热器11-1第二换热侧的蒸汽出口连通；蒸汽引射器17的第二蒸汽入口与第二蒸汽熔盐显热换热器11-2第二换热侧的蒸汽出口连通；蒸汽引射器17的蒸汽出口与再热器2的冷流体侧连通。蒸汽引射器17主要用于将不同压力的两股蒸汽相互混合，形成一股压力居中的混合蒸汽。两个入口，分别为高压工作蒸汽入口、低压引射蒸汽入口；一个出口，中压混合蒸汽出口。本申请实施例利用蒸汽引射器17将放热后的高压主蒸汽与放热后压力降低的再热蒸汽进行混合，混合蒸汽压力匹配再热器冷端压力，送入再热器冷端，蒸汽引射器17输出的中压混合蒸汽，保证再热器蒸汽流量，避免再热器出现超温。本实施例通过蒸汽引射器17对不同压力的调节，实现了放热后不同压力蒸汽的有效回路，提升了整个系统的运行效率。

在一些实施例中，储热介质是熔盐、火山岩、镁砖、硅油和混凝土其中或多种。在本实施例中，通过大量实验总结出了几种高效的储热介质，为储热装置提供了更便利的条件。

在一些实施例中，低温熔盐储罐13内的储热介质为硝酸盐，低温硝酸盐存储温度为240℃。高温熔盐储罐14内的储热介质为硝酸盐，高温硝酸盐存储温度为530度℃。在本实施例中，通过大量时间数据总结出低温硝酸盐在本系统中的最优工作实例。

图4是根据本申请第四实施例一种火电机组多级蓄热调峰系统的热平衡图。如图1-4所示，为了更详细理解本申请，下面基于本申请一种实体机组的具体实施例展开描述。

(一)机组基本情况

考虑对某燃煤发电厂采用本申请的技术进行改造。该电站为350MW超临界发电机组，其主要参数如下表：

为了保证锅炉1的运行稳定性，并确保污染物排放达标，锅炉1最低稳燃负荷(且保证污染物排放不超标)对应的蒸发量为30％BMCR蒸发量，对应的最小发电功率为105MW。采用本申请的技术对机组进行改造，降低在用电低谷时段的最小发电功率。

(二)建设方案

1.新建储热装置13、14(冷热熔盐储罐)，储热介质为三元熔融盐，冷熔盐温度为160℃，热熔盐温度为410℃，储热容量为900MWhth

2.新建蒸汽熔盐显热换热器2套(11-1和11-2)，换热功率50MW；

3.新建蒸汽熔盐全热换热器2套(16-1和16-2)，换热功率50MW；

4.新建蒸汽引射器17为1套；

5.按照图2新建蒸汽管道及必要阀门。

(二)热平衡分析

1.30％BMCR工况下，锅炉1主蒸汽流量为335t/h，蒸汽参数为8MPa， 566℃，其中200t/h送入第一蒸汽熔盐显热换热器11-1；135t/h流量送入主汽轮机高压缸3。为了避免主汽轮机高压缸3出现鼓风，从主汽轮机高压缸3中15t/h抽走送入1#高压加热器(根据实际工作情况，高压加热器9可以为1个或多个)，其中，将10t/h送入2#高压加热器，再将110t/h 送入再热器2冷端。主汽轮机高压缸3中的高温高压蒸汽放热后形成中温高压蒸汽，温度为370℃，其中将100t/h送入第一蒸汽熔盐全热换热器 16-1，另外将100t/h送入蒸汽引射器17工作蒸汽入口。经过第一蒸汽熔盐全热换热器16-1放热后的蒸汽形成220℃的疏水，送回给水系统。该过程中第一蒸汽熔盐显热换热器11-1换热量为28MW、第一蒸汽熔盐全热换热器16-1放热量为58MW，主蒸汽回路与熔盐总计换热量为86MW。

2.第一蒸汽熔盐显热换热器11-1的主要参数如下：

3.第一蒸汽熔盐全热换热器16-1的主要参数如下：

参数	数值
		入口蒸汽温度(℃)	370
出口疏水温度(℃)	220
		蒸汽流量(t/h)	100
入口熔盐温度(℃)	160
		出口熔盐温度(℃)	330
熔盐流量(t/h)	160
		换热功率(MW)	58

4.再热器2再热后的蒸汽流量为305t/h，蒸汽参数为1.15MPa，560℃，其中将170t/h送入第二蒸汽熔盐显热换热器11-2；135t/h流量送入主汽轮机中压缸4，可以有效避免主汽轮机中压缸4出现鼓风，同时还可以平衡主汽轮机中压缸4和主汽轮机高压缸3之间的轴向推力，使汽轮机的工作状态更安全稳定。从主汽轮机中压缸4中抽走送入3#高压加热器，其中，将15t/h送入除氧器，再将13t/h送入1#低压加热器7。低温高压蒸汽放热后形成中温中压蒸汽，温度为350℃，其中，将主汽轮机低压缸5的60t/h 送入第二蒸汽熔盐全热换热器16-2、在将80t/h送入蒸汽引射器17的蒸汽入口，另外还将30t/h用于对外供应工业蒸汽。经过第二蒸汽熔盐全热换热器16-2放热后的蒸汽形成185℃的疏水，送至除氧器8。该过程中第二蒸汽熔盐显热换热器11-2换热量为19MW、第二蒸汽熔盐换热器16-2 放热量为40MW，再热蒸汽回路与熔盐的总计换热量为59MW。

5.第二蒸汽熔盐显热换热器11-2的主要参数如下：

6.第二蒸汽熔盐全热换热器16-2的主要参数如下：

参数	数值
		入口蒸汽温度(℃)	370
出口疏水温度(℃)	185
		蒸汽流量(t/h)	90
入口熔盐温度(℃)	160
		出口熔盐温度(℃)	330
熔盐流量(t/h)	110
		换热功率(MW)	40

7.主汽轮机各级气压缸抽汽参数如下：

(三)储热利用

在用电尖峰时段，释放存储热量，将热熔盐用于为凝结水和给水加热，减少汽轮机至高压加热器9和低压加热器7抽汽，增加流经汽轮机本体的蒸汽量。按照放热功率100MW计算，全部热量用于加热给水，此时，火电机组可以增加36MW左右的发电出力。

(四)效果分析

机组发电功率由改造前的105MW降低至35MW(负荷率由30％降低至 10％)，即其调峰深度增加20个百分点。每天可为新能源让出350MWh的发电空间，每年增加新能源消纳电量120GWh，年节省标煤3.6万吨，减少二氧化碳排放量10.5万吨，按标煤价格800元/吨、碳价20元/吨计算，合计效益为3360万元/年。

图5是根据本申请第五实施例一种火电机组多级蓄热调峰方法的流程图。如图5所示，本公开实施例一种火电机组多级蓄热调峰方法，采用上述系统实现，包括：根据用电情况判断锅炉1产生的高温蒸汽是否需要储热；储热时，锅炉1产生的高温蒸汽从第一蒸汽熔盐显热换热器11-1的第二体侧蒸汽入口输入第一蒸汽熔盐显热换热器11-1；根据高温蒸汽输送到第一蒸汽熔盐显热换热器11-1的情况控制储热装置中低温储热介质输入第一蒸汽熔盐显热换热器11-1的开度，以控制低温储热介质与高温蒸汽的换热；蒸汽经过第一蒸汽熔盐显热换热器11-1换热后，输送至再热器2冷流体侧；蒸汽进入再热器2后，再热器2对蒸汽进行再次加热；经再热器2加热升温后的蒸汽从再热器2的热流体侧输送至第二蒸汽熔盐显热换热器11-2；根据高温蒸汽输送到第二蒸汽熔盐显热换热器11-2的情况控制储热装置中低温储热介质输入第一蒸汽熔盐显热换热器11-1的开度情况，以控制低温储热介质与高温蒸汽的换热。例如：一种火电机组多级蓄热调峰方法，包括如下步骤：根据用电量情况控制第一蒸汽阀门 10-1的开度，以控制锅炉1产生的高温蒸汽输送到第一蒸汽熔盐显热换热器11-1；根据高温蒸汽输送到第一蒸汽熔盐显热换热器11-1的情况控制第一熔盐循环泵12-1的开度，通过控制低温熔盐储罐13中的低温熔盐进入第一蒸汽熔盐显热换热器11-1的情况，来控制低温熔盐与高温蒸汽的换热；蒸汽经过第一蒸汽熔盐显热换热器11-1换热后，输送至第一蒸汽减温减压器15-1，将蒸汽压力降低至与再热器2冷端压力适配；通过控制第二蒸汽阀门管10-2的开度，以控制第一蒸汽减温减压器15-1内蒸汽输送至再热器2冷端；蒸汽进入再热器2后，再热器2对蒸汽进行再次加热；通过控制第三蒸汽阀门管10-3的开度，以控制再热器2热端的蒸汽输送至第二蒸汽熔盐显热换热器11-2；根据高温蒸汽输送到第二蒸汽熔盐显热换热器11-2的情况控制第二熔盐循环泵12-2的开度，通过控制低温熔盐储罐13中的低温熔盐进入第二蒸汽熔盐显热换热器11-2的情况，来控制低温熔盐与高温蒸汽的换热；蒸汽经过第二蒸汽熔盐显热换热器11-2换热后，输送至蒸汽减温减压器15-2，将蒸汽压力降低至与主汽轮机低压缸 5压力适配；通过控制第四蒸汽阀门管10-4的开度，以控制第二蒸汽减温减压器15-2内蒸汽输送至主汽轮机低压缸5。

本实施例提出的利用主蒸汽和再热蒸汽循环加热储热介质的方式。首先将主蒸汽抽出，加热储热介质，排出的蒸汽送入锅炉再热器冷端；同时将再热蒸汽抽出，再次加热储热介质。这种循环加热的方式，避免了再热器出现过热，避免了轴向推力不平衡，且实现了更大功率的换热和热量存储，可以更大幅度降低火电机组发电功率。利用蒸汽减温减压器实现压力匹配的方式，实现放热后的蒸汽与再热器冷端和低压缸入口压力匹配。换热后蒸汽直接送入低压缸的发电，蒸汽与储热介质换热后的温度和压力均较低，实现了换热后蒸汽的有效利用，同时保证了机组的汽水平衡，与直接供热相比，则具有更高的经济效益。

本申请有效解决了现有技术中火电机组的调峰所引起的轴向推力不平稳的问题以及再热器超温的风险。本申请中锅炉产生的大部分热量都可以进行存储，能大幅降低火电机组的最低负荷，且放热后的蒸汽用于发电，实现了能源的梯级利用。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (11)

1.一种火电机组多级蓄热调峰系统，其特征在于，包括：

锅炉(1)；

储热装置(13、14)，其中存储有储热介质，所述储热装置(13、14)中的储热介质通过对高温蒸汽吸热以存储热量；

第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)，所述第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)的第一换热侧与所述储热装置(13、14)连通，所述第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)第二换热侧的蒸汽入口与所述锅炉(1)的热流体侧连通，以使流经所述第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)第一换热侧的储热介质吸收流经所述第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)第二换热侧蒸汽的热量，并将所述热量存储于所述储热装置(13、14)；

再热器(2),所述再热器(2)的冷流体侧与所述第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)第二换热侧的蒸汽出口连通，以对流经再热器(2)的冷流体侧的蒸汽加热；

第二蒸汽熔盐显热换热器(11-2)，所述第二蒸汽熔盐显热换热器(11-2)的第一换热侧与所述储热装置(13、14)连通,所述第二蒸汽熔盐显热换热器(11-2)第二换热侧的蒸汽入口与所述再热器(2)的热流体侧连通。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括：主汽轮机，所述主汽轮机包括：主汽轮机高压缸(3)、主汽轮机中压缸(4)和主汽轮机低压缸(5)，所述锅炉(1)产生的蒸汽沿蒸汽管道进入所述主汽轮机，以将蒸汽的热能转化为机械能，转化的机械能用于驱动发电机(6)发电。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述再热器(2)设置于所述锅炉(1)的烟道，利用所述锅炉(1)的高温烟气对输入所述再热器(2)的蒸汽进行加热。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储热装置包括：低温熔盐储罐(13)和高温熔盐储罐(14)，

所述低温熔盐储罐(13)和高温熔盐储罐(14)分别与所述第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)的第一换热体侧连通；

所述低温熔盐储罐(13)和高温熔盐储罐(14)分别与所述第二蒸汽熔盐显热换热器(11-2)的第一换热体侧连通；

所述低温熔盐储罐(13)用于存储低温状态的储热介质，所述高温熔盐储罐(14)用于存储高温状态的储热介质。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括熔盐循环泵(12)，所述熔盐循环泵(12)包括：第一熔盐循环泵(12-1)和第二熔盐循环泵(12-2)，

所述第一熔盐循环泵(12-1)设置于所述低温熔盐储罐(13)和所述第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)的连通管道上；

所述第二熔盐循环泵(12-2)设置于所述低温熔盐储罐(13)和所述第二蒸汽熔盐显热换热器(11-2)的连通管道上。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二蒸汽熔盐显热换热器(11-2)第二换热侧与所述主汽轮机低压缸(5)连通，用于将通过所述第二蒸汽熔盐显热换热器(11-2)换热后的蒸汽送入主汽轮机低压缸(5)。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括：蒸汽阀门，用于对蒸汽的分流、截止、止回和稳压，

所述蒸汽阀门包括:第一蒸汽阀门(10-1)、第二蒸汽阀门(10-2)、第三蒸汽阀门(10-3)和第四蒸汽阀门(10-4)；

所述第一蒸汽阀门(10-1)位于锅炉(1)和第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)第二体侧蒸汽入口的连通管道上；

所述第二蒸汽阀门(10-2)位于第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)第二体侧蒸汽出口和所述再热器(2)的冷流体侧的连通管道上；

所述第三蒸汽阀门(10-3)位于所述再热器(2)的热流体侧和第二蒸汽熔盐显热换热器(11-2)第二体侧蒸汽入口的连通管道上；

所述第四蒸汽阀门(10-4)位于第二蒸汽熔盐显热换热器(11-2)第二体侧蒸汽出口与所述主汽轮机低压缸(5)的连通管道上。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括凝结装置和加热装置，所述凝结装置和加热装置设置于所述主汽轮机低压缸(5)和所述锅炉(1)的连通管道上，所述加热装置包括低压加热器(7)和高压加热器(9)，所述凝结装置用于将主汽轮机低压缸(5)的输出蒸汽凝结为冷凝水。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括蒸汽减温减压器(15-1、15-2)，用于调节蒸汽的压力和温度，第一蒸汽减温减压器(15-1)设置于第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)与再热器(2)冷流体侧的连通管道上，第二蒸汽减温减压器(15-2)设置于第二蒸汽熔盐显热换热器(11-2)与主汽轮机低压缸(5)的连通管道上。

10.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括第一蒸汽熔盐全热换热器(16-1)和第二蒸汽熔盐全热换热器(16-2)；

第一蒸汽熔盐全热换热器(16-1)第二换热侧的蒸汽入口与所述第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)第二换热侧的蒸汽出口连通，所述第一蒸汽熔盐全热换热器(16-1)第二换热侧的蒸汽出口与所述锅炉(1)的冷流体侧连通；

第二蒸汽熔盐全热换热器(16-2)第二换热侧的蒸汽入口与所述第二蒸汽熔盐显热换热器(11-2)第二换热侧的蒸汽出口连通，所述第二蒸汽熔盐全热换热器(16-2)第二换热侧的蒸汽出口与所述锅炉(1)的冷流体侧连通；

所述第一蒸汽熔盐全热换热器(16-1)第一换热侧的储热介质入口与所述储热装置(13、14)连通，所述第一蒸汽熔盐全热换热器(16-1)第一换热侧的储热介质出口与所述第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)的储热介质入口连通，所述第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)的储热介质出口与所述储热装置(13、14)连通；

所述第二蒸汽熔盐全热换热器(16-2)第一换热侧的储热介质入口与所述储热装置(13、14)连通，所述第二蒸汽熔盐全热换热器(16-2)第一换热侧的储热介质出口与所述第二蒸汽熔盐显热换热器(11-2)的储热介质入口连通，所述第二蒸汽熔盐显热换热器(11-2)的储热介质出口与所述储热装置(13、14)连通。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一种火电机组多级蓄热调峰系统还包括：蒸汽引射器(17)，

所述蒸汽引射器(17)的第一蒸汽入口与所述第一蒸汽熔盐显热换热器(11-1)第二换热侧的蒸汽出口连通；

所述蒸汽引射器(17)的第二蒸汽入口与所述第二蒸汽熔盐显热换热器(11-2)第二换热侧的蒸汽出口连通；

所述蒸汽引射器(17)的蒸汽出口与所述再热器(2)的冷流体侧连通。

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