一种多热源梯级加热的灵活高效燃煤发电系统及运行方法

本发明属于燃煤发电，具体涉及一种多热源梯级加热的灵活高效燃煤发电系统及运行方法。

背景技术：

1、化石能源的使用所造成的环境问题日益受到人们的关注。为如期实现碳中和、碳达峰的双碳目标，光伏、风电等可再生能源的发电装机容量在逐年快速上升。但太阳能、风能等发电具有强烈的波动性和间歇性，为解决这种波动对电网稳定运行的不利影响，燃煤发电需要频繁的深度调峰运行，甚至频繁启停来促进电网对可再生能源电力的消纳。于此同时，燃煤发电的定位也由电网基本电源逐步向电网调峰电源进行转变。

2、但由于煤质变化、锅炉内稳定燃烧等因素的限制，燃煤机组的最低电负荷率在30％左右，进一步降低电负荷率则需要采用投油补燃等措施，造成了高品质能源的浪费。为了降低燃煤机组的最低电负荷率以促进电网对可再生能源电力的消纳，在燃煤发电机组集成储热系统是一种有效的手段。但是目前的技术多采用单一热源进行储热，例如利用燃煤机组中的主蒸汽、再热蒸汽或者烟气对熔盐进行加热。但受限于锅炉最低稳燃负荷和汽轮机最小通流量的限制，上述技术无法完全实现燃煤机组的锅炉和汽轮机的解耦，使得燃煤机组的最低电负荷率仍然在15％左右。因此为了进一步降低锅炉最低稳燃负荷下的燃煤机组的电负荷率，甚至实现机组的零输出，进而促进电网消纳更多的可再生能源电力，亟需对燃煤发电机组进行高效灵活协同运行的技术改造。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种多热源梯级加热的灵活高效燃煤发电系统及运行方法，该系统包括燃煤发电系统和与其耦合的多热源熔盐储热系统；该系统在储热过程中，在保证锅炉最低稳燃负荷条件下，将燃煤发电系统的部分再热蒸汽分流至熔盐储热系统，利用再热蒸汽潜热段的热量对低温熔盐罐的熔盐进行加热，加热后的熔盐一部分存贮于中温熔盐罐，另一部分熔盐则分别通过再热蒸汽显热段的热量和电加热器进一步提高其温度后存贮于高温熔盐罐，通过多热源之间的合理匹配，不仅提高了燃煤机组的深度调峰能力，还有效提高了熔盐储热系统的热经济性；该系统在释热过程中，在不增加锅炉负荷的条件下，将燃煤发电系统的部分凝结水分流至熔盐储热系统进行加热，进而迅速增加汽轮机内的蒸汽通流量，提高了燃煤发电机组的变负荷速率。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种多热源梯级加热的灵活高效燃煤发电系统，包括燃煤发电系统和与其耦合的熔盐储热系统的储热回路和释热回路；

4、所述燃煤发电系统包括锅炉1、汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3、汽轮机低压缸4、发电机5、凝汽器6、凝结水泵7、低压加热器8、除氧器9、给水泵10和高压加热器11；锅炉1的主蒸汽出口与汽轮机高压缸2的蒸汽进口相连；汽轮机高压缸2的抽汽出口与高压加热器11的蒸汽进口相连，汽轮机高压缸2的蒸汽出口与锅炉1的再热蒸汽进口相连；锅炉1的再热蒸汽出口分为两路，一路通往再热蒸汽分流阀17，另一路与汽轮机中压缸3蒸汽进口相连；汽轮机中压缸3的抽汽出口与除氧器9的蒸汽进口相连，汽轮机中压缸3的蒸汽出口与汽轮机低压缸4的蒸汽进口相连；汽轮机低压缸4的抽汽出口与低压加热器8的蒸汽进口相连，汽轮机低压缸4的蒸汽出口与凝汽器6的进汽口相连；凝汽器6的水工质出口经凝结水泵7与低压加热器8的水工质进口相连通；低压加热器8的水工质出口分为两路，一路通往凝结水分流阀24，另一路与除氧器9的水工质进口相连；除氧器9的水工质出口经给水泵10与高压加热器11的水工质进口相连；高压加热器11的水工质出口与锅炉1的给水入口相连；汽轮机高压缸2、汽轮机中压缸3和汽轮机低压缸4通过转轴进行连接，并共同驱动发电机5对外输出电功率；

5、所述熔盐储热系统的储热回路包括低温熔盐罐12、低温熔盐泵13、中温熔盐罐15、高温熔盐罐19、再热蒸汽分流阀17、第一蒸汽-熔盐换热器14、第二蒸汽-熔盐换热器16和电加热器18；由再热蒸汽分流阀17分流的部分再热蒸汽依次经过第二蒸汽-熔盐换热器16和第一蒸汽-熔盐换热器14换热后汇入除氧器9的水工质进口；低温熔盐罐12的熔盐出口经低温熔盐泵13与第一蒸汽-熔盐换热器14的熔盐入口相连；第一蒸汽-熔盐换热器14的熔盐出口分为三路，第一路与中温熔盐罐15的熔盐入口相连，第二路与第二蒸汽-熔盐换热器16的熔盐入口相连，第三路则与电加热器18的熔盐入口相连；第二蒸汽-熔盐换热器16的熔盐出口与电加热器18的熔盐出口汇合后共同与高温熔盐罐19的熔盐入口相连；

6、所述熔盐储热系统的释热回路包括中温熔盐泵22、高温熔盐泵20、凝结水分流阀24、凝结水旁路水泵25、第一水-熔盐换热器21和第二水-熔盐换热器23；由凝结水分流阀24分流的部分凝结水经凝结水旁路水泵25与第二水-熔盐换热器23的水工质进口相连；第二水-熔盐换热器23的水工质出口分为两路，一路汇入除氧器9的水工质进口，另一路则经第一水-熔盐换热器21加热后汇入锅炉1的给水入口；高温熔盐罐19的熔盐出口经高温熔盐泵20与第一水-熔盐换热器21的熔盐入口相连；中温熔盐罐15的熔盐出口经中温熔盐泵22与第一水-熔盐换热器21的熔盐出口汇合后共同与第二水-熔盐换热器23的熔盐入口相连；第二水-熔盐换热器23的熔盐出口与低温熔盐罐12的入口相连。

7、进一步地，所述第一蒸汽-熔盐换热器14、第二蒸汽-熔盐换热器16、第一水-熔盐换热器21和第二水-熔盐换热器23均为间壁式水-熔盐换热器。

8、进一步地，所述再热蒸汽分流阀17的最大蒸汽分流流量为再热蒸汽总量的70％。

9、进一步地，所述电加热器18所消耗的电能来源包括电网需求低谷期富裕的可再生能源电力或者燃煤发电系统在深度调峰期间无法上网的电力。

10、进一步地，所述熔盐储热系统使用同一种熔点低且分解温度高的熔盐；所述低温熔盐罐12的温度为115℃～120℃；所述中温熔盐罐15的温度为180℃～190℃；所述高温熔盐罐19的温度为300℃～450℃。

11、一种多热源梯级加热的灵活高效燃煤发电系统的运行方法，具体如下：

12、1)当燃煤发电系统以低负荷运行时，开启再热蒸汽分流阀17，通过再热蒸汽分流阀17调节流经第二蒸汽-熔盐换热器16和第一蒸汽-熔盐换热器14的蒸汽流量，同时启动低温熔盐泵13，利用再热蒸汽潜热段的热量加热低温熔盐罐12的熔盐至中温熔盐罐15的储热温度；进而根据高温熔盐罐19的温度设置，将经第一蒸汽-熔盐换热器14加热后的熔盐流量分为三路，第一部分熔盐分流至第二蒸汽-熔盐换热器16，利用再热蒸汽显热段的热量进一步提高其温度后送至高温熔盐罐19存储，第二部分熔盐送至电加热器18，利用燃煤发电系统的输出电力进一步提高其温度后送至高温熔盐罐19存储，剩余部分的熔盐送至中温熔盐罐15进行存储；此阶段的运行目标为：在保证锅炉最低稳燃负荷的条件下，通过分流再热蒸汽储热以及电加热储热的方式降低燃煤发电系统对外输出电功率。

13、2)当燃煤发电系统需要迅速提高负荷时，开启凝结水分流阀24，并启动凝结水旁路水泵25、高温熔盐泵20和中温熔盐泵22，通过水-熔盐换热器23利用熔盐中存储的热量对分流的凝结水进行加热，加热后的凝结水一部分汇入除氧器9的水工质进口，另一部分凝结水则通过水-熔盐换热器21进一步提高温度后汇入锅炉1的给水入口；此阶段的运行目标为：在不增加锅炉负荷的条件下，通过熔盐加热旁路凝结水，迅速增加汽轮机内的蒸汽通流量，提高燃煤发电系统的变负荷速率。

14、和现有技术相比较，本发明的优点如下：

15、(1)本发明通过在燃煤发电系统中集成多热源熔盐储热系统，可显著降低燃煤发电系统的最小电负荷率并实现燃煤发电系统对外零输出，甚至可通过熔盐储热消纳电网过剩的可再生能源电量。

16、(2)本发明通过多罐多热源熔盐储热系统实现能量梯级利用，充分利用再热蒸汽显热段的高温和电加热器提高熔盐温度，有效减少了再热蒸汽与熔盐换热过程的能量损失，并且减少了熔盐储热系统的熔盐使用量，降低了系统的投资成本。

17、(3)本发明采用熔盐储热系统加热凝结水旁路，可以迅速增加汽轮机内的蒸汽通流量，提高了燃煤发电系统的变负荷速率。

18、(4)本发明对燃煤机组的改造只涉及旁路管道和熔盐换热器，系统简单可实现独立投运独立退出，在新建机组及在役机组均可使用。