CN217712705U - 适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统，包括火电厂主机单元、熔盐充热单元、熔盐储热单元和熔盐放热单元，在机组低负荷调峰运行时，锅炉保持不投油稳燃负荷运行，熔盐充热单元运行，抽取多余部分主蒸汽、再热热段蒸汽作为热源，与熔盐换热实现熔盐充热过程，在机组顶峰运行时，熔盐放热单元运行，通过高温熔盐加热除氧水产生新蒸汽，新蒸汽返回至火电厂主机单元汽轮机发电或至热用户供热，实现熔盐放热过程。本实用新型实现了火电机组深度调峰和热电解耦功能，以及大型火电机组大容量熔盐储能，通过压力匹配器由高压主蒸汽引射再热蒸汽，解决了因主蒸汽抽汽引起的锅炉再热器超温问题。

Description

适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统

技术领域

本实用新型属于火电机组灵活性改造技术领域，具体涉及一种适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统。

背景技术

近年来，我国可再生能源保持持续快速发展态势。同时，我国电源结构性矛盾突出，系统调峰能力严重不足是影响我国可再生能源消纳的核心问题。我国电源结构以火电为主，占全国电源装机比重达到67％，但调峰能力普遍只有50％左右。煤电是非常重要的灵活性调峰电源，有利促进新能源消纳和保证电网安全。因此，对现有燃煤机组实施灵活性改造，以及推动新型大容量储能技术应用成为解决上述问题的重要途径。熔盐储能具有蓄热密度大、效率高、调节快、安全性高、使用寿命长、可全年调峰等优点，适合应用于火电机组灵活性提升改造。

目前国内用于火电厂机组调峰和热电解耦的熔盐储能技术，根据相关公开文献，主要有：抽取部分高温主蒸汽加热熔盐储能、抽取部分再热器热段蒸汽加热熔盐储能、利用汽轮机抽汽加热熔盐储能、利用发电机出线端电能加热熔盐储能。上述技术，虽然能够实现储能和部分降低机组负荷目的，但是，仍存在下述问题：

1)抽取部分主蒸汽加热熔盐，主蒸汽压力随机组负荷降低而降低，机组低负荷调峰熔盐蓄能时，主蒸汽压力对应饱和蒸汽温度降低，熔盐换热器熔盐出口温度也相应降低，熔盐显热储能温差减小、熔盐蓄热能力降低，从而致使蓄热容量不足。

2)抽取大量主蒸汽加热熔盐，因锅炉再热器冷段蒸汽流量减小，会出现锅炉再热器超温安全问题。由于锅炉再热器安全性问题，仅抽取少量主蒸汽加热熔盐，不能实现机组大容量储能。

3)抽取再热器出口热蒸汽加热熔盐，因蒸汽压力对应的饱和温度低于熔盐凝固温度，只能利用蒸汽的显热与熔盐换热储能，蓄热容量小无法满足深度调峰要求。

4)利用发电机出线端电能加热熔盐，虽然可以实现电厂零出力深度调峰，但综合热效率低，不适于大规模储能。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统，该系统通过蒸汽和电能的串联加热熔盐，可实现机组深度调峰低负荷工况熔盐储能，解决熔盐储能系统出力不足的问题。通过采用压力匹配器，可实现再热蒸汽换热降温后与部分换热降温后的高压主蒸汽引射汇流后返回至锅炉再热器入口，解决了再热器超温安全问题。通过同时抽取主蒸汽、再热热段蒸汽加热熔盐，可实现大容量熔盐储能和机组深度调峰。

本实用新型为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统，包括火电厂主机单元、熔盐充热单元、熔盐储热单元和熔盐放热单元；

所述火电厂主机单元包括锅炉和除氧器；所述熔盐充热单元包括过热蒸汽换热器、蒸汽冷凝换热器、预热换热器、再热蒸汽换热器、压力匹配器；所述锅炉的主蒸汽管道与过热蒸汽换热器、蒸汽冷凝换热器、预热换热器依次连接，预热换热器出口连接主给水管道；锅炉的再热热段蒸汽管道与再热蒸汽换热器、压力匹配器依次连接，压力匹配器的出口连接再热冷段蒸汽管道；过热蒸汽换热器的出口另引一路管道连接至压力匹配器的入口；

所述熔盐储热单元包括低温熔盐罐、低温熔盐泵、高温熔盐罐、高温熔盐泵，低温熔盐罐通过低温熔盐泵与所述预热换热器连接，预热换热器之后分为两路，一路依次连接所述蒸汽冷凝换热器、过热蒸汽换热器，另一路连接所述再热蒸汽换热器，过热蒸汽换热器出口熔盐管道与再热蒸汽换热器出口熔盐管道汇合后接入熔盐电加热器，所述熔盐电加热器与高温熔盐罐相连；

所述熔盐放热单元包括依次相连的过热加热器、蒸发器、预热加热器，所述过热加热器熔盐入口通过高温熔盐泵与高温熔盐罐相连，所述预热加热器熔盐出口与低温熔盐罐相连，预热加热器除盐水入口与所述除氧器相连，过热加热器除盐水出口分为两路，一路连接至主机过热蒸汽管道，另一路连接至热用户蒸汽管道。

上述方案中，在机组低负荷调峰运行时，锅炉保持不投油稳燃负荷运行，熔盐充热单元运行，抽取多余部分主蒸汽、再热热段蒸汽作为热源，与熔盐换热实现熔盐充热过程。

上述方案中，在机组顶峰运行时，熔盐放热单元运行，通过高温熔盐加热除氧水产生新蒸汽，新蒸汽返回至火电厂主机单元汽轮机发电或至热用户供热，实现熔盐放热过程。

上述方案中，所述火电厂主机单元还包括汽轮机高压缸、汽轮机中低压缸、发电机，所述发电机与所述熔盐电加热器连接，深度调峰运行时，开启所述熔盐电加热器，通过电加热提高熔盐温度。

上述方案中，所述汽轮机中低压缸的蒸汽入口与再热热段蒸汽管道连接，蒸汽出口依次连接除氧器、高压加热器、主给水管道。

上述方案中，所述至主机过热蒸汽管道连接至汽轮机中低压缸的蒸汽入口。

上述方案中，所述汽轮机高压缸的蒸汽入口与主蒸汽管道连接，蒸汽出口与再热冷段蒸汽管道连接。

上述方案中，所述熔盐采用低熔点三元盐，工作温度为180-550℃。

本实用新型的有益效果在于：

1、机组根据电网调度要求进行调峰低负荷运行时，汽轮发电机组实现电网调度低负荷调峰运行，锅炉保持稳燃负荷运行，锅炉产生的除发电以外的多余高温蒸汽用来加热熔盐进行充热；深度调峰运行时，开启熔盐电加热器提高熔盐温度，保持熔盐储能系统蓄热容量，确保高温熔盐满足系统设计出力要求；在机组需要顶峰或供热时，通过熔盐放热系统加热除氧水产生满足要求的蒸汽，新蒸汽重新返回汽轮机中低压缸做功发电，或用于工业供汽/采暖。因此，该系统实现了火电机组深度调峰和热电解耦功能，实现了大型火电机组大容量熔盐储能。

2、主蒸汽经过热换热器与熔盐换热降温后，抽取一部分高压蒸汽至压力匹配器，通过压力匹配器由高压主蒸汽引射再热蒸汽，既可以实现再热蒸汽增压，又可以保证锅炉再热器蒸汽流量，解决了因主蒸汽抽汽引起的锅炉再热器超温问题。

3、提高了机组低负荷运行工况高温熔盐温度，降低了熔盐使用量和项目投资成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统的结构图。

图中：1-火电厂主机单元，101-锅炉，102-主蒸汽管道，103-再热热段蒸汽管道，104-汽轮机高压缸，105-汽轮机中低压缸，106-发电机，107-除氧器，108-高压加热器，109-主给水管道，110-再热冷段蒸汽管道；

2-熔盐充热单元，201-过热蒸汽换热器入口管道，202-过热蒸汽换热器，203-蒸汽冷凝换热器，204-预热换热器，205-高压给水泵，206-过冷水管道，207-再热蒸汽换热器入口管道，208-再热蒸汽换热器，209-再热蒸汽换热器出口管道，210-压力匹配器入口主蒸汽管道，211-压力匹配器，212-压力匹配器出口再热蒸汽管道，213-预热换热器入口冷盐管道，214-再热蒸汽换热器入口熔盐管道，215-再热蒸汽换热器出口熔盐管道，216-熔盐电加热器，217-熔盐电加热器出口管道；

3-熔盐储热单元，301-低温熔盐罐，302-低温熔盐泵，303-高温熔盐罐，304-高温熔盐泵；

4-熔盐放热单元，401-过热加热器入口熔盐管道，402-过热加热器，403-蒸发器，404-预热加热器，405-预热加热器出口熔盐管道，406-增压水泵，407-除盐水管道，408-至主机过热蒸汽管道，409-热用户蒸汽管道。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统，包括火电厂主机单元1、熔盐充热单元2、熔盐储热单元3和熔盐放热单元4。

火电厂主机单元1包括由锅炉101、除氧器107、高压加热器108、汽轮机高压缸104、汽轮机中低压缸105、发电机106等组成的汽轮发电机组。

熔盐充热单元2包括过热蒸汽换热器202、蒸汽冷凝换热器203、预热换热器204、高压给水泵205、再热蒸汽换热器208、压力匹配器211。锅炉101的主蒸汽管道102与过热蒸汽换热器入口管道201连接，过热蒸汽换热器202、蒸汽冷凝换热器203、预热换热器204依次连接，预热换热器204出口通过高压给水泵205和过冷水管道206连接主给水管道109。锅炉101的再热热段蒸汽管道103与再热蒸汽换热器入口管道207连接，再热蒸汽换热器208通过再热蒸汽换热器出口管道209与压力匹配器211连接，压力匹配器211的出口通过压力匹配器出口再热蒸汽管道212连接再热冷段蒸汽管道110。过热蒸汽换热器202的出口另引一路管道连接至压力匹配器211的入口。

熔盐储热单元3包括低温熔盐罐301、低温熔盐泵302、高温熔盐罐303、高温熔盐泵304，低温熔盐罐301通过低温熔盐泵302与预热换热器入口冷盐管道213连接，预热换热器204之后分为两路，一路依次连接蒸汽冷凝换热器203、过热蒸汽换热器202，另一路经再热蒸汽换热器入口熔盐管道214连接再热蒸汽换热器208，过热蒸汽换热器出口熔盐管道与再热蒸汽换热器出口熔盐管道215汇合后接入熔盐电加热器216，熔盐电加热器216经熔盐电加热器出口管道217与高温熔盐罐303相连。

熔盐放热单元4包括依次相连的过热加热器402、蒸发器403、预热加热器404，过热加热器入口熔盐管道401通过高温熔盐泵304与高温熔盐罐303相连，预热加热器出口熔盐管道405与低温熔盐罐301相连，预热加热器404除盐水入口通过除盐水管道407与除氧器107相连，过热加热器402除盐水出口分为两路，一路连接至主机过热蒸汽管道408，另一路连接至热用户蒸汽管道409。

进一步优化，发电机106与熔盐电加热器216连接，在机组深度调峰低负荷时，利用汽轮发电机组发电通过熔盐电加热器216加热熔盐储能，提高熔盐储热温度，确保熔盐储能蓄热容量，实现机组深度调峰功能。

进一步优化，汽轮机中低压缸105的蒸汽入口与再热热段蒸汽管道103连接，蒸汽出口依次连接除氧器107、高压加热器108、主给水管道109。

进一步优化，至主机过热蒸汽管道408连接至汽轮机中低压缸105的蒸汽入口。

进一步优化，汽轮机高压缸104的蒸汽入口与主蒸汽管道102连接，蒸汽出口与再热冷段蒸汽管道110连接。

进一步优化，熔盐采用低熔点三元盐，工作温度为180-550℃。

在机组低负荷调峰运行时，锅炉101保持不投油稳燃负荷运行，汽轮发电机组根据电网调度要求低负荷运行，熔盐充热单元2运行，抽取多余部分主蒸汽、再热热段蒸汽作为热源，与熔盐换热实现熔盐充热过程。

主蒸汽与熔盐换热过程：火电厂主机单元1主蒸汽管道102内部分高压蒸汽通过过热蒸汽换热器入口管道201进入过热蒸汽换热器202与熔盐换热，释放主蒸汽过热显热至饱和蒸汽状态。换热降温后分两路分别进入蒸汽冷凝换热器203和压力匹配器入口主蒸汽管道210，主蒸汽饱和蒸汽在蒸汽冷凝换热器203内释放蒸汽潜热加热熔盐，凝结变成高压饱和水进入预热换热器204继续释放热量加热熔盐，冷凝水换热降温变成高压过冷水。最后由高压给水泵205加压后返回主机单元主给水管道109，完成主蒸汽与熔盐换热过程。

再热热段蒸汽与熔盐换热过程：火电厂主机单元1再热热段蒸汽管道103内部分再热热段蒸汽通过再热蒸汽换热器入口管道207进入再热蒸汽换热器208加热熔盐，释放再热蒸汽显热至饱和蒸汽状态，换热降温后进入压力匹配器211并在压力匹配器入口主蒸汽管道210射流作用下增压，混合后返回至主机单元再热冷段蒸汽管道110进入锅炉再热器，完成再热蒸汽与熔盐换热过程。

熔盐充热过程：低温熔盐罐301内低温熔盐通过低温熔盐泵302输送至预热换热器204加热，与高压冷却水换热后分两路分别进入蒸汽冷凝换热器203-过热蒸汽换热器202与再热蒸汽换热器208加热升温，换热升温后的熔盐汇合成一路进入熔盐电加热器216加热升温。熔盐电加热器216可以在主机单元深度调峰主蒸汽压力低熔盐温度不能达到设计值时启动，实现蒸汽和电能双热源加热熔盐储能，确保熔盐储能系统的蓄热容量。经熔盐电加热器216加热升温后的高温熔盐储存在高温熔盐罐303内，完成熔盐充热过程。低温熔盐泵302采用变频控制，根据进入高温熔盐罐303的熔盐温度控制熔盐流量。

在机组顶峰运行时，熔盐放热单元4运行，高温熔盐泵304将高温熔盐输送至熔盐放热单元4的换热器，加热除氧水产生新蒸汽，新蒸汽返回至主机单元汽轮机发电或至热用户供热，实现熔盐放热过程。

熔盐放热过程：储存于高温熔盐罐303内的高温熔盐通过高温熔盐泵304输送至过热加热器402、蒸发器403、预热加热器404，熔盐经三级换热器与除氧水进行换热降温，降温后的低温熔盐重新返回至低温熔盐罐301内储存，完成熔盐放热过程。高温熔盐泵304采用变频控制，根据进入低温熔盐罐301的熔盐温度控制熔盐流量。

产生新蒸汽过程：来自主机单元除氧器107的除氧水通过增压水泵406升压后输送至预热加热器404、蒸发器403、过热加热器402与高温熔盐换热，换热升温后的除氧水变成满足主机单元汽轮机或热用户要求的过热蒸汽，用于汽轮机发电或热用户供汽/采暖。

通过上述熔盐储能系统，可以实现锅炉不投油稳燃负荷运行，同时汽轮发电机组低负荷运行，多余部分蒸汽或电能用于熔盐储能。蒸汽和电能的双重加热熔盐，实现了火电机组深度调峰和热电解耦灵活性运行。同时，在电网调度顶峰时段，熔盐储能系统可以释放热量产生蒸汽返回主机单元做功发电或替代抽汽供热多发电，实现机组顶峰运行。另外，通过压力匹配器既实现了换热后再热蒸汽的增压，也实现了主蒸汽与再热蒸汽混合保证了锅炉再热器流量，解决了锅炉再热器超温问题。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (8)

1.一种适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统，其特征在于，包括火电厂主机单元、熔盐充热单元、熔盐储热单元和熔盐放热单元；

所述火电厂主机单元包括锅炉和除氧器；所述熔盐充热单元包括过热蒸汽换热器、蒸汽冷凝换热器、预热换热器、再热蒸汽换热器、压力匹配器；所述锅炉的主蒸汽管道与过热蒸汽换热器、蒸汽冷凝换热器、预热换热器依次连接，预热换热器出口连接主给水管道；锅炉的再热热段蒸汽管道与再热蒸汽换热器、压力匹配器依次连接，压力匹配器的出口连接再热冷段蒸汽管道；过热蒸汽换热器的出口另引一路管道连接至压力匹配器的入口；

所述熔盐储热单元包括低温熔盐罐、低温熔盐泵、高温熔盐罐、高温熔盐泵，低温熔盐罐通过低温熔盐泵与所述预热换热器连接，预热换热器之后分为两路，一路依次连接所述蒸汽冷凝换热器、过热蒸汽换热器，另一路连接所述再热蒸汽换热器，过热蒸汽换热器出口熔盐管道与再热蒸汽换热器出口熔盐管道汇合后接入熔盐电加热器，所述熔盐电加热器与高温熔盐罐相连；

所述熔盐放热单元包括依次相连的过热加热器、蒸发器、预热加热器，所述过热加热器熔盐入口通过高温熔盐泵与高温熔盐罐相连，所述预热加热器熔盐出口与低温熔盐罐相连，预热加热器除盐水入口与所述除氧器相连，过热加热器除盐水出口分为两路，一路连接至主机过热蒸汽管道，另一路连接至热用户蒸汽管道。

2.根据权利要求1所述的适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统，其特征在于，在机组低负荷调峰运行时，锅炉保持不投油稳燃负荷运行，熔盐充热单元运行，抽取多余部分主蒸汽、再热热段蒸汽作为热源，与熔盐换热实现熔盐充热过程。

3.根据权利要求2所述的适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统，其特征在于，在机组顶峰运行时，熔盐放热单元运行，通过高温熔盐加热除氧水产生新蒸汽，新蒸汽返回至火电厂主机单元汽轮机发电或至热用户供热，实现熔盐放热过程。

4.根据权利要求1所述的适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统，其特征在于，所述火电厂主机单元还包括汽轮机高压缸、汽轮机中低压缸、发电机，所述发电机与所述熔盐电加热器连接，深度调峰运行时，开启所述熔盐电加热器，通过电加热提高熔盐温度。

5.根据权利要求4所述的适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统，其特征在于，所述汽轮机中低压缸的蒸汽入口与再热热段蒸汽管道连接，蒸汽出口依次连接除氧器、高压加热器、主给水管道。

6.根据权利要求5所述的适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统，其特征在于，所述至主机过热蒸汽管道连接至汽轮机中低压缸的蒸汽入口。

7.根据权利要求4所述的适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统，其特征在于，所述汽轮机高压缸的蒸汽入口与主蒸汽管道连接，蒸汽出口与再热冷段蒸汽管道连接。

8.根据权利要求1所述的适用于火电机组深度调峰和热电解耦的熔盐储能系统，其特征在于，所述熔盐采用低熔点三元盐，工作温度为180-550℃。

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