一种具备灵活调峰功能的三介质锅炉及储能系统

本发明涉及一种新型的梯级利用热能的三介质锅炉，且能利用介质的储换热特性作为储能系统参与灵活调峰，具体为一种具备灵活调峰功能的三介质锅炉及储能系统。

背景技术：

1、随着各种新能源技术迅猛发展，在新型电力系统中占的比例越来越大，然而其随天气、季节等波动性大的特点也给电网造成了巨大的负担，弃风弃光等现象在各地频繁出现，此外全国总用电量和峰值负荷也在逐年提高，电源侧和负荷侧的时间错配问题，给电力系统提出了更高的要求。

2、近年来，迎峰度夏时段的限电、缺电频发，让大家意识到装机总量最高的火电机组作为基础性负荷的角色至关重要，作为高耗能行业代表的化纤企业由于工艺需求，对导热油和蒸汽的需求量都较大，都有自备的热电联产机组，锅炉部分都是单一蒸汽工质运行，在使用导热油时需要经过蒸汽循环加热导热油，且机组“以热定电”的特性和速率调节慢的特性导致其调节能力有限，无法满足电网的调峰需求，而作为热工质的导热油上限温度一般低于300℃，高温蒸汽则因为压力较高而难以储存。

3、熔盐储热技术作为一种新型储能技术，储热介质熔盐具有高温度上限，且储热密度较高，安全高效。现有机组耦合熔盐储热技术主要为以下两种：1、抽取蒸汽加热熔盐进行储热，容易造成整个汽水循环不平衡，导致再热器超温等情况，且熔盐加热温度上限难以达到，熔盐温宽利用率低；2、利用自发电通过电加热的形式加热熔盐储能，但是从热转电再到电转热的过程，造成大量能量损失。

技术实现思路

1、本发明的目的在于一种具备灵活调峰功能的三介质锅炉及储能系统，在常规的单一蒸汽工质的锅炉基础上，增加了熔盐和导热油工质，通过合理的布置，充分利用梯级能量，同时加热蒸汽、熔盐和导热油，除满足正常用蒸汽和导热油需求外，还能够利用熔盐和导热油的储换热特性，增加熔盐储罐和导热油储罐，变为一种新型储能系统，在不影响机组整体安全运行前提下，增大机组负荷调节能力，可满足电网的灵活调峰需求。此外，通过增加烟道隔墙和烟气挡板门，能够灵活调节通过熔盐换热器和再热器的烟气流量分配，在常规运行模式和调峰模式之间切换。

2、本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种具备灵活调峰功能的三介质锅炉及储能系统，包括锅炉系统，汽轮机系统、熔盐储热系统、导热油储热系统、换热器系统，所述的锅炉系统沿烟气流动方向依次为炉膛、水冷壁、下降管、汽包、过热器、再热器、熔盐加热器、烟道隔墙、烟道挡板门、导热油加热器、省煤器；所述的汽轮机系统包括依次连接于转轴上的高压缸和中压缸；所述的熔盐储热系统包括冷盐罐、热盐罐、冷盐泵、热盐泵和熔盐储热调节阀门，所述熔盐储热调节阀门包括第一调节阀和第二调节阀；所述的导热油储热系统包括冷导热油罐、热导热油罐、冷导热油泵、热导热油泵和导热油储热调节阀门，所述的导热油储热调节阀门包括第四调节阀和第五调节阀；所述的换热器系统包括熔盐-导热油换热器，导热油-汽水换热器和熔盐-汽水换热器和换热器调节阀门，所述的换热器调节阀门包括第三调节阀、第六调节阀、第七调节阀和第八调节阀。

3、在上述的具备灵活调峰功能的三介质锅炉及储能系统中，所述的锅炉系统中汽包通过下降管与水冷壁进口连接，所述的水冷壁出口与汽包蒸汽进口连接，所述的汽包内有汽水分离器，汽水分离器饱和蒸汽出口与过热器进口连接，所述的过热器出口与汽轮机系统高压缸进口连接；所述的再热器的进口与高压缸的出口连接，所述的再热器将高压缸排出的低温低压蒸汽加热成低压高温蒸汽，再热器的出口与中压缸的进口连接；所述的熔盐加热器的熔盐侧进口经第一调节阀和冷盐泵与冷盐罐连接，熔盐加热器的熔盐侧出口与热盐罐连接；锅炉尾部烟道由烟道隔墙分隔，在锅炉深度方向形成双烟道结构，所述的烟道挡板门置于再热器和熔盐加热器烟气出口侧；所述的导热油加热器导热油侧进口经第四调节阀和冷导热油泵与冷导热油罐连接，所述的导热油加热器导热油侧出口与热导热油罐连接；所述的省煤器进口与给水连接，所述的省煤器出口经过管道与汽包给水管连接。

4、在上述的具备灵活调峰功能的三介质锅炉及储能系统中，所述的烟道隔墙用于将尾部烟道分隔，两侧分别为再热器和熔盐加热器，所述的烟道挡板门可通过控制装置控制两侧的通流面积，控制经过再热器和熔盐加热器的烟气量，其开度调节范围为10°～80°。

5、在上述的具备灵活调峰功能的三介质锅炉及储能系统中，所述的熔盐换热器中流通的熔盐选用二元盐，二元盐包括60％kno3和40％nano3，二元盐的温升范围为290-570℃，导热油换热器中流通的导热油选用矿物型导热油，矿物型导热油为长链烷烃和环烷烃的混合物，上限温度为300℃，在烟气流通的过程中实现梯级能量的吸收利用。

6、在上述的具备灵活调峰功能的三介质锅炉及储能系统中，所述的汽轮机系统中高压缸的进口与过热器的出口连接，所述的高压缸的出口与再热器的进口连接，所述的中压缸的进口第一路与再热器出口连接，所述的中压缸的进口另一路与熔盐-汽水换热器的汽水侧出口连接，所述的中压缸的出口用于与低压缸进口连接。

7、在上述的具备灵活调峰功能的三介质锅炉及储能系统中，所述的熔盐储热系统中冷盐罐进口一路与熔盐-导热油换热器熔盐侧出口连接，所述的冷盐罐进口另一路与熔盐-汽水换热器熔盐侧出口连接，所述的冷盐罐出口经冷盐泵和第一调节阀与熔盐加热器进口连接，所述的热盐罐进口与熔盐加热器出口连接，所述的热盐罐的出口一路经热盐泵和第三调节阀与熔盐-导热油换热器熔盐侧进口连接，所述的热盐罐的出口另一路经热盐泵和第八调节阀与熔盐-汽水换热器熔盐侧进口连接。所述的冷盐罐与热盐罐之间通过第二调节阀连接，用以实现熔盐的初始加热循环以及冷盐罐与热盐罐之间的低流量循环加热。

8、在上述的具备灵活调峰功能的三介质锅炉及储能系统中，所述熔盐储热系统中，熔盐管道上设有用于防止熔盐在管道中凝结的电伴热系统。

9、在上述的具备灵活调峰功能的三介质锅炉及储能系统中，所述的导热油储热系统中冷导热油罐进口一路与生产工艺冷导热油来流连接，所述的冷导热油罐(21)进口另一路与导热油-汽水换热器导热油侧出口连接，且经第六调节阀与熔盐-导热油换热器导热油侧进口旁通，所述的冷导热油罐出口经冷导热油泵和第四调节阀与导热油加热器进口连接，所述的热导热油罐进口与导热油加热器出口连接，所述的热导热油罐出口一路经热导热油泵和第七调节阀与导热油-汽水换热器导热油侧进口连接，所述的热导热油罐出口另一路热导热油泵与生产工艺连接，且与熔盐-导热油换热器导热油侧出口旁通，冷导热油罐与热导热油罐之间通过第五调节阀连接，用以实现导热油初始加热循环。

10、在上述的具备灵活调峰功能的三介质锅炉及储能系统中，所述的换热器系统中熔盐-导热油换热器熔盐侧进口经第三调节阀与热盐泵出口连接，所述的熔盐-导热油换热器熔盐侧出口与冷盐罐进口连接，所述的熔盐-导热油换热器导热油侧进口经第六调节阀与冷导热油回流连接，所述的熔盐-导热油换热器导热油侧出口与热导热油泵出口到生产工艺主流旁通连接；所述的导热油-汽水换热器导热油侧进口经第七调节阀与热导热油罐到生产工艺主流旁通连接，所述的导热油-汽水换热器导热油侧出口汇入生产工艺冷导热油回流，所述的导热油-汽水换热器汽水侧进口与给水连接，汽水侧出口与熔盐-汽水换热器汽水侧进口连接，所述的熔盐-汽水换热器熔盐侧进口经第八调节阀与热盐泵出口连接，所述的盐-汽水换热器熔盐侧出口与冷盐罐进口连接，所述的熔盐-汽水换热器汽水侧出口与中压缸进口连接。

11、在上述的具备灵活调峰功能的三介质锅炉及储能系统中，所述的换热器系统中熔盐-导热油换热器为板式换热器，导热油-汽水换热器和熔盐-汽水换热器均为管壳式换热器，导热油和熔盐在壳侧流动，汽水在管侧流动。

12、本发明提供了一种新型的三介质锅炉，为化纤企业提供蒸汽和导热油的同时，还集成了具有高温宽范围的高温熔盐，利用导热油和熔盐的储换热特性，并增加相关换热器，使机组同时具备储能系统的特征，能够在有需求的时候提供相应的调峰服务。此外通过烟气挡板门的烟气流量调节和熔盐、导热油流量的调节，实现烟气热量的梯级利用，储换热效率高，且不影响机组的正常运行。主要运行模式如下：

13、常规模式运行，不参与电网调峰时，调节烟气挡板门开度，熔盐加热器一侧的开度控制在10°，再热器一侧的开度为80°，第二调节阀打开，熔盐流量减少，熔盐小流量循环加热，补充散热损失此时换热器系统不工作。在此运行模式下，当生产工艺过程导热油流量需求有改变时，热盐罐储存的热量可通过熔盐-导热油加热器加热导热油。

14、调峰降负荷模式运行时，调节烟气挡板门开度，熔盐加热器一侧的开度根据需要调大，再热器一侧的开度调小，增大通过熔盐加热器的烟气流量比例，增大通过熔盐加热器的熔盐流量，减小通过导热油加热器的导热油流量，需要注意的是导热油流量并不是按照负荷等比例降低，因省煤器中给水吸热量减少，为保持排烟温度维持在合理区间内，流经导热油换热器的导热油流量需要在负荷比例基础上增加一定量。三介质锅炉能够显著降低机组负荷而不影响锅炉正常运行，在调峰降负荷运行过程中，热盐罐储热量增加，且在储热的过程中，换热效率极高。

15、调峰顶负荷模式运行时，保持常规运行模式下的烟气挡板门开度，生产工艺负荷可削减时，换热器系统中导热油-汽水换热器和熔盐-汽水换热器处于工作模式，一部分给水在导热油-汽水换热器中被加热至饱和蒸汽，在熔盐-汽水换热器中被加热至过热蒸汽，进入中压缸做功，极大增大机组负荷；生产工艺负荷不能削减时，换热器系统中熔盐-汽水换热器处于工作模式，只用熔盐加热蒸汽到过热蒸汽，但是机组提升负荷幅度较前者稍低。

16、与现有技术比，本发明独创性提出三介质锅炉的想法和设计，且充分利用熔盐和导热油的储换热特性，使其能够作为储能系统参与电网调峰，更好地适应新型电力系统的需要，利用负荷调节能力参与到电力辅助服务市场交易中，提高机组收益，且能够提高电力、导热油和蒸汽等的保供能力。