快速调峰燃煤发电系统及运行方法

本发明涉及燃煤发电，尤其涉及耦合有熔盐储热功能的快速调峰燃煤发电系统。

背景技术：

1、随着风能、光伏发电成本的不断降低，大规模可再生能源利用成为趋势。目前，我国可再生能源发电量占比已经达到24％，而火力发电的发电量占比已经下降到近70％。

2、然而可再生能源存在利用小时数低、稳定性差等短时间内难以解决的问题。为了保障电网的稳定性，火力发电机组需要尽可能提高灵活性以大规模消纳新能源，然而，传统的火力发电机组升降负荷速度慢、灵活性差、调峰深度低，机炉之间的刚性约束难以打破，很难满足电网的快速调峰需求。

3、通过在火力发电系统中耦合熔盐储能装置可以有效提高火力发电机组的升降负荷速度、灵活性和调峰深度。

4、熔盐是指熔融态下的液体盐，工程中使用的熔盐通常指无机盐熔体。熔盐具有高沸点、低粘度、低蒸汽压力和高体积热的特点，是一种优良的传热储热介质，熔盐储能技术即利用熔盐在升温和降温过程中的温差实现热能存储。

5、由于熔盐储能具有调峰能力更强、适合大规模应用、使用寿命长、经济效益更优、安全环保等诸多优势，因此，其通常与光热发电联系在一起。

6、熔盐储热调峰方案的原理是在火电机组发电过程中，通过熔盐吸热/放热功能实现蒸汽的收集与利用。与普通的火力发电机组相比，熔盐储热调峰方案增加了储热系统，主要由储热功率模块、储热能量模块和放热功率模块组成。

7、当机组需要降负荷调节时，启动储热功率模块，锅炉产生的部分过热蒸汽和再热蒸汽通过储热功率模块对冷盐罐中的冷熔盐进行加热，之后将其储存在热盐罐中。

8、当机组需要升负荷调节时，热盐罐中的高温熔盐通过放热功率模块进行放热，产生的蒸汽回到汽轮机进行发电，之后再将释热后的熔盐储存在冷温罐中。

9、火力发电机组利用熔盐的特性，将光热发电与熔盐蓄热储能技术相结合，增强火电机组灵活性，提升电网对可再生能源的兼容性。

10、然而，现有的火力发电机组在耦合熔盐储能装置之后，大都采用在锅炉内部设置换热器的方式进行负荷调节，机炉耦合程度较高，不利于锅炉侧安全运行。

11、还有一些技术方案在升负荷过程中将取水位置选在锅炉下联箱，水温近饱和，抬升了冷盐罐最低温度，减弱熔盐蓄热能力，在升负荷过程时极大增加了省煤器负荷，对锅炉影响较大。

12、此外，这些技术方案还存在汽水回路复杂，不便于储热系统整体的运行维护，多次能量转换导致能量品位低，储热系统效率低等技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种快速调峰燃煤发电系统，以在进一步提高机组升降负荷速度、灵活性和调峰深度的同时，解决上述技术问题。

2、本发明的另一目的在于提供一种用于所述的快速调峰燃煤发电系统的运行方法。

3、为实现上述目的，本发明提供一种快速调峰燃煤发电系统，包括电站汽水发电系统和熔盐储热系统；所述电站汽水发电系统包括锅炉和汽轮机；所述锅炉设有省煤器、蒸汽发生器、以及末级过热器；所述汽轮机设有高压缸、中压缸、低压缸；所述熔盐储热系统包括高温熔盐储罐、低温熔盐罐以及充热功率模块、放热功率模块；所述充热功率模块包括第一相变换热器和第一过热器，所述放热功率模块包括预热器、第二相变换热器和第二过热器；所述放热功率模块还包括再热器，所述再热器的盐侧入口与所述第二过热器的盐侧入口连通，所述再热器的盐侧出口与所述第二相变换热器的盐侧入口连通；所述高压缸的出口设有第一出口管路，所述第一出口管路与所述再热器的汽水侧入口连通，所述再热器的汽水侧出口与所述中压缸的侧向进汽口连通。

4、可选地，所述锅炉设有锅炉再热器，所述高压缸的出口设有第二出口管路，所述第二出口管路与所述锅炉再热器的入口连通，所述锅炉再热器的出口与所述中压缸的主进汽口连通。

5、可选地，所述末级过热器的出口分为至少两路，包括第一蒸汽管路和第二蒸汽管路；所述第一蒸汽管路与所述高压缸连通，所述高压缸的出口设有第三出口管路，所述第三出口管路与第一高压加热器的低压侧入口连通。

6、可选地，所述第二蒸汽管路通过第一控制阀与第一过热器的汽水侧入口连通，所述第一过热器的汽水侧出口与第一相变换热器的汽水侧入口连通，所述第一相变换热器的汽水侧出口与回热器的低压侧入口连通，所述回热器的低压侧出口与减压阀的入口连通。

7、可选地，所述减压阀的出口与第一高压加热器的低压侧连通，所述第一高压加热器的低压侧出口与第二高压加热器的低压侧入口连通，所述第二高压加热器的低压侧出口与除氧器的入口连通；所述除氧器的出口与给水泵的入口连通，所述给水泵的出口与第二高压加热器的高压侧入口连通。

8、可选地，第二高压加热器的高压侧出口与第一高压加热器的入口连通，所述第一高压加热器的出口与回热器的高压侧入口连通，所述回热器的高压侧出口与省煤器的入口连通，所述省煤器的出口与蒸汽发生器连通，所述蒸汽发生器的出口与末级过热器的入口连通。

9、可选地，所述回热器的出口分为至少两路，包括第一汽水管路和第二汽水管路，所述第一汽水管路与省煤器的入口连通，所述第二汽水管路通过第二控制阀与预热器的汽水侧入口连通，所述预热器的汽水侧出口与第二相变换热器的汽水侧入口连通，所述第二相变换热器的汽水侧出口与第二过热器的汽水侧入口连通，所述第二过热器的汽水侧出口与高压缸的侧向进汽口连通。

10、可选地，所述低温熔盐罐的出口与低温熔盐泵的入口连通，所述低温熔盐泵的出口与第一相变换热器的盐侧入口连通，所述第一相变换热器的盐侧出口与第一过热器的盐侧入口连通，所述第一过热器的盐侧出口与高温熔盐罐的入口连通。

11、可选地，所述高温熔盐罐的出口与高温熔盐泵的入口连通，所述高温熔盐泵的出口分为至少两路，一路与第二过热器的盐侧入口连通，另一路与第三控制阀的入口接通，所述第三控制阀的出口与再热器的盐侧入口连通；所述第二过热器的盐侧出口与第二相变换热器的盐侧入口连通，所述第二相变换热器的盐侧出口与预热器的盐侧入口连通，所述预热器的盐侧出口与低温熔盐罐连通。

12、为实现上述另一目的，本发明提供一种快速调峰燃煤发电系统运行方法，用于上述任一项所述的快速调峰燃煤发电系统，包括：

13、机组降负荷运行时，启动充热功率模块，使其处于工作状态，将末级过热器输出的部分蒸汽旁通至第一过热器，减小进入汽轮机的蒸汽流量，同时通过对熔盐进行加热，实现蒸汽热量的存储；

14、机组升负荷运行时，启动放热功率模块，使其处于工作状态，从省煤器的上游引出部分流量的水，通过预热器、第二相变换热器、第二过热器加热到过热蒸汽状态，然后通至高压缸的侧向进汽口，高压缸的部分排汽经过再热器再次加热后通至中压缸的侧向进汽口内做功；

15、机组正常运行时，充热功率模块和放热功率模块同时关闭，熔盐储热系统与电站汽水发电系统解除耦合，汽轮机独立运行。

16、本发明为了提高机组灵活性，根据温压参数匹配与整体汽水流程设计提出了一种快速调峰燃煤发电系统，在运行时，具有降负荷运行、升负荷运行、正常运行三种运行模式。当机组降负荷运行时，由蒸汽发生器侧与熔盐储热系统的充热功率模块共同完成，蒸汽发生器产生的部分蒸汽按照一定比例旁通到充热功率模块的第一过热器，同时蒸汽发生器侧逐渐降低负荷，两者共同作用，减小进入汽轮机的蒸汽流量，实现蒸汽热量的存储功能。当机组升负荷运行时，从省煤器上游引出的部分流量的水，通过预热器、第二相变换热器、第二过热器，加热到蒸汽状态，通至高压缸设于某级的侧向进汽口，进入高压缸内做功，高压缸做功后的部分排汽经再热器再次加热后，通至中压缸设于某级的侧向进汽口，进入中压缸内做功，同时蒸汽发生器侧同步逐渐提升负荷，两者共同作用，使得汽轮机主蒸汽流量快速增大，机组实现快速升负荷运行。

17、该发电系统设有与第二过热器并联的再热器，工作时，可以将高压缸做功后的部分排汽另行引出一路至再热器，由再热器对此路蒸汽进行加热，然后再输入中压缸的侧向进汽口，由于再热器是利用熔盐所储存的热能对蒸汽进行加热，因此，与此路蒸汽返回锅炉进行加热的方式相比，储热系统与锅炉耦合程度较低，可以减少调峰过程对锅炉汽水系统及热负荷的冲击，利于锅炉侧安全运行，并克服了锅炉厚壁元件及制粉系统对调峰速率的固有限制，使机组具备快速升降负荷的功能，在实际应用中更加具有普适性。

18、而且，经再热器加热后的蒸汽是通至中压缸的侧向进汽口，并非通至中压缸的主进汽口，经放热功率模块加热后的蒸汽是通至高压缸的侧向进汽口，并非高压缸的主进汽口，因此，不会降低进入中压缸和高压缸主进汽口的能量品位，避免了因蒸汽混合而导致高品质能源向低品质能源转换过程造成的效率损伤，可显著提升发电系统的发电效率。