灵活高效新型燃煤发电机组的制作方法

本发明涉及燃煤发电，尤其涉及耦合有熔盐储热功能，能够灵活高效地进行调峰，以配合电网消纳风电、光电等新能源，保证电网安全运行的燃煤发电机组。

背景技术：

1、随着新型电力系统的持续建设，高比例新能源逐渐成为电网电量供应主体，新能源机组的随机波动性会对电网的安全稳定运行造成不利影响。大规模新能源消纳需要燃煤机组提供可靠支撑。

2、为进一步提升燃煤机组灵活性，开展灵活性改造，但是设计为带基本负荷运行的煤电机组经过灵活性改造后将运行在非设计工况，机组运行经济性大幅下降。同时，由于机组频繁深度调峰，应力疲劳超过设计极限，机组运行安全性也大幅下降。此外，机组设备在低负荷运行时还存在燃烧不稳定、汽轮机效率下降等问题。

3、解决以上问题的根本途径是提高燃煤发电灵活性，其中重要的技术途径是在传统燃煤发电系统中增加储热和放热功能，在燃煤机组降负荷或低负荷运行时，锅炉燃煤释放热量的一部分用于蒸汽发电，另一部分通过加热熔盐进行储存，在燃煤机组升负荷阶段，锅炉产生的蒸汽和熔盐产生的蒸汽共同驱动汽轮机，实现发电功率的快速升高。

4、现有的火力发电机组在耦合熔盐储能装置之后，虽然能够在一定程度上提升发电机组升负荷和降负荷的响应速度，但是其各组成部分在设计上由于沿袭了传统设计思路，因此，存在较大的局限性，而且，各组成部分之间未能实现深度协调，在及时性、可调性、安全性、稳定性、能量损耗等方面依然存在不足之处，亟待作出进一步改进。

5、例如，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，减弱了熔盐蓄热能力，在升负荷过程中极大的增加了省煤器负荷，对锅炉影响较大。

6、而且，熔盐系统产生的蒸汽温度低于锅炉产生的蒸汽，将熔盐系统产生的蒸汽与锅炉产生的蒸汽混合后，通至高压缸和中压缸的主进汽口，会降低进入高压缸和中压缸主进汽口的能量品位，高品质能源向低品质能源转换过程中存在较大的效率损失，严重影响发电系统的发电效率，而且，主蒸汽温度突变，会影响机组寿命。

7、此外，熔盐系统产生的额外蒸汽汇入高压缸，经汽轮机做功后，直接全部汇入锅炉末级再热器，相当于和锅炉自身产生的蒸汽一同并入锅炉，势必提升锅炉末级再热器的蒸汽流量。锅炉末级再热器的蒸汽流量增加对锅炉的冲击体现在两个方面：

8、一方面，蒸汽流量增加导致汽水侧传热过程增强，传热量增加，传热量增加导致烟气侧被吸收更多热量，烟温降低，进而影响烟道下游各个换热器的烟温水平。

9、另一方面，蒸汽流量增加提高了换热器蒸汽管道的流动阻力，上游换热器汽水流量减小，导致上游各换热器传热水平降低，烟气被吸收的热量减小，烟温升高，壁温升高。

10、以上两方面会打破锅炉原本的热平衡及热负荷分配，使锅炉换热器偏离设计工况运行，效率下降，严重时可能导致换热器超温等安全事故。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种灵活高效新型燃煤发电机组，以全面提升机组调峰范围、调节性能、运行经济性和涉网支撑性能。

2、为实现上述目的，本发明提供一种灵活高效新型燃煤发电机组，包括锅炉、汽轮机、熔盐系统和发电机；所述锅炉设有炉内过热器和炉内再热器；所述汽轮机设有高压缸和中压缸，所述炉内过热器连通所述高压缸的主进汽口，所述炉内再热器连通所述中压缸的主进汽口；所述锅炉的烟道内设有烟气熔盐换热器，所述烟气熔盐换热器用于将低温熔盐罐储存的低温熔盐加热为高温熔盐后储存于高温熔盐罐；所述熔盐系统的放热功率模块从除氧器的本体引流熔盐系统给水并设有独立的熔盐系统给水泵；所述放热功率模块的熔盐蒸汽管路通往所述高压缸和/或中压缸的熔盐蒸汽进汽口，所述高压缸和/或中压缸的熔盐蒸汽进汽口设于其缸体的指定位置，所述指定位置处的主蒸汽的能量级与从所述熔盐蒸汽进汽口通入的熔盐蒸汽的能量级之差在预定范围内。

3、可选地，所述放热功率模块设有熔盐再热器，所述熔盐再热器用于将从所述高压缸的出口引出的部分蒸汽经高温熔盐进行再次加热后通往所述中压缸的熔盐蒸汽进汽口。

4、可选地，所述放热功率模块包括相串联且盐路流向和汽路流向相反的熔盐预热器、第一熔盐相变换热器和第一熔盐过热器，所述熔盐再热器的盐路并联于所述第一熔盐过热器，所述熔盐再热器的汽路串联于所述高压缸的蒸汽出口通往所述中压缸熔盐蒸汽进汽口的蒸汽通路。

5、可选地，所述放热功率模块的出汽端连接有过热蒸汽预存器，所述过热蒸汽预存器用于预先储存由所述放热功率模块产出的过热蒸汽，其连接所述高压缸和/或中压缸的熔盐蒸汽进汽口，以在机组升负荷的初始阶段供应即时蒸汽。

6、可选地，所述熔盐系统给水泵的下游设有至少一个熔盐系统给水加热器，所述熔盐系统给水加热器的汽侧入口与汽轮机的抽汽相连通，所述熔盐系统给水加热器的汽侧出口通往除氧器。

7、可选地，所述除氧器设有第一汽水管路和第二汽水管路，所述第一汽水管路与锅炉给水泵的入口连通，所述第二汽水管路与熔盐系统给水泵的入口连通，所述熔盐系统给水加热器的水侧出口与所述放热功率模块的汽水侧入口连通。

8、可选地，所述高压缸的第一段抽汽供入第一高压加热器，所述高压缸的第二段抽汽供入第二高压加热器，所述中压缸设有第三段抽汽供入第三高压加热器。

9、可选地，所述放热功率模块包括相串联且盐路流向和汽路流向相反的熔盐预热器、第一熔盐相变换热器和第一熔盐过热器；所述过热蒸汽预存器设有用于保温的熔盐流路，所述高温熔盐罐与高温熔盐泵、过热蒸汽预存器、第一熔盐过热器形成第一熔盐循环回路并设有与高温熔盐泵并联的第一熔盐旁路；所述低温熔盐罐与低温熔盐泵、第一熔盐相变换热器、熔盐预热器形成第二熔盐循环回路并设有与低温熔盐泵并联的第二熔盐旁路。

10、可选地，所述放热功率模块设有熔盐再热器，所述熔盐再热器的盐路并联于所述过热蒸汽预存器和第一熔盐过热器，所述熔盐再热器的汽路串联于所述高压缸的蒸汽出口通往所述中压缸熔盐蒸汽进汽口的蒸汽通路。

11、可选地，所述高温熔盐罐的出口连通所述烟气熔盐换热器的入口并设有高温熔盐泵和高温熔盐阀，所述低温熔盐罐的出口连通所述烟气熔盐换热器的入口并设有低温熔盐泵和低温熔盐阀，所述烟气熔盐换热器的出口连通所述高温熔盐罐的入口。

12、可选地，所述充热功率模块包括伴生过热器和伴生再热器；所述伴生过热器和伴生再热器位于所述烟气熔盐换热器的下游，所述伴生过热器旁通于从蒸汽发生器通往炉内过热器的蒸汽通路；所述伴生再热器旁通于从所述高压缸通往炉内再热器的蒸汽通路。

13、可选地，所述伴生过热器的入口管路设有第一过热蒸汽调节阀，从所述蒸汽发生器通往末级过热器的蒸汽通路设有与所述伴生过热器并联的第二过热蒸汽调节阀，其并联汽路的入口连通所述蒸汽发生器的出口，其并联汽路的出口连通末级过热器的入口。

14、可选地，所述伴生过热器的出口管路设有过热蒸汽逆止阀。

15、可选地，所述伴生再热器的入口管路设有第一再热蒸汽调节阀，从所述高压缸通往锅炉末级再热器的蒸汽通路设有与所述伴生再热器并联的第二再热蒸汽调节阀，其并联汽路的入口连通高压缸的出口，其并联汽路的出口连通锅炉末级再热器的入口。

16、可选地，所述伴生再热器的出口管路设有再热蒸汽逆止阀。

17、可选地，还包括烟气循环模块，用于将一部分烟气从所述锅炉的尾部烟道输送至所述锅炉的炉膛。

18、可选地，所述烟气循环模块包括烟气循环管路，所述烟气循环管路连通所述锅炉的尾部烟道与炉膛，并设有烟气再循环风机和烟气流量调节阀。

19、可选地，所述锅炉的烟道包括主烟道和旁设于所述主烟道的支路烟道，所述烟气熔盐换热器设于所述支路烟道；所述支路烟道的入口通过高温取烟烟道和低温取烟烟道分别连接所述主烟道烟气温度不同的两个位置，所述支路烟道的出口通过回烟烟道连接至所述主烟道的尾部。

20、可选地，所述高温取烟烟道内布置有高温烟气挡板，所述低温取烟烟道内布置有低温烟气挡板，所述回烟烟道内布置有支路烟道引风机。

21、可选地，所述充热功率模块利用蒸汽加热代替烟气加热或者与烟气加热并行的方式进行储热，所述充热功率模块配置为从末级过热器的下游分流部分蒸汽并使蒸汽在放热后通往回热器的低压侧入口；所述充热功率模块包括第二熔盐相变换热器和第二熔盐过热器，所述低温熔盐罐的出口与第二熔盐相变换热器的盐侧入口连通并设有低温熔盐泵，所述第二熔盐相变换热器的盐侧出口与第二熔盐过热器的盐侧入口连通，所述第二熔盐过热器的盐侧出口与高温熔盐罐的入口连通。

22、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的主进汽口连通，所述第二蒸汽管路与第二熔盐过热器的汽水侧入口连通，所述第二熔盐过热器的汽水侧出口与第二熔盐相变换热器的汽水侧入口连通，所述第二熔盐相变换热器的汽水侧出口与回热器的低压侧入口连通。

23、可选地，所述回热器的低压侧出口与减压阀的入口连通，所述减压阀的出口与第一高压加热器的疏水段连通，所述第一高压加热器的疏水出口与第二高压加热器的疏水段入口连通，所述第二高压加热器的疏水出口与第三高压加热器的疏水段连通，所述第三高压加热器的疏水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三高压加热器的高压侧入口连通。

24、可选地，所述第三高压加热器的高压给水出口与第二高压加热器的入口连通，所述第二高压加热器的高压给水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给水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炉内过热器的入口连通。

25、可选地，所述高压缸和中压缸的熔盐蒸汽进汽口位于其相邻级结构所对应的缸体区段。

26、优选地，所述锅炉设有燃烧器，所述燃烧器包括中心风通道，以及环绕所述中心风通道的一次风通道，所述一次风通道的第一端与一次风供给管道连通，所述一次风通道的第二端设置有稳燃齿；

27、还包括加热管，所述加热管设置于所述中心风通道的周壁外侧，所述加热管的第一端设置有烟气入口和烟气出口，所述加热管的第二端为闭合端，且所述加热管的第二端延伸至靠近所述稳燃齿的第一端的位置，所述加热管内部形成沿轴向延伸的烟气流道，所述烟气入口和所述烟气出口通过所述烟气流道连通。

28、优选地，所述加热管环绕所述中心风通道设置，所述加热管内部设置有沿轴向延伸的隔离挡板，所述隔离挡板的第一端与所述加热管的第一端的端壁抵接，所述隔离挡板的第二端与所述加热管的第二端的端壁具有间距；

29、所述隔离挡板将所述加热管内部分隔为第一流道和第二流道，所述第一流道的第一端和所述烟气入口连通，所述第一流道的第二端与所述第二流道的第二端连通，所述第二流道的第一端和所述烟气出口连通。

30、优选地，所述加热管内部还设置有一个或多个均流挡板，多个所述均流挡板沿轴向分布，每个所述均流挡板包括多个板部，多个所述板部沿周向间隔分布。

31、优选地，还包括烟气入口管和烟气出口管，所述烟气入口管由外到内穿过所述一次风通道，并与所述烟气入口连通，所述烟气出口管由外到内穿过所述一次风通道，并与所述烟气出口连通。

32、优选地，所述加热管的第二端的端壁沿第一端向第二端的方向倾斜向内延伸。

33、优选地，所述一次风通道的第一端的外侧环绕设置有风箱，所述一次风通道的第二端的外侧由内到外依次环绕设置有二次风通道、三次风通道和四次风通道，所述四次风通道的第一端与所述风箱连通，所述四次风通道的第二端设置有喷口，沿第一端向第二端的方向，所述喷口的直径渐扩。

34、优选地，所述燃烧器的数量为多个，位于同一高度的多个所述燃烧器形成一个燃烧器层，所述锅炉设置有多个所述燃烧器层，还包括多个磨煤机，所述磨煤机的喷煤口与同一所述燃烧器层中、各所述燃烧器的所述一次风供给管道连接，多个所述磨煤机中，一部分所述磨煤机的容量占比大于另外一部分所述磨煤机的容量占比。

35、优选地，所述锅炉包括上行的炉膛，以及下行的尾部烟道，所述炉膛为直通式结构，所述尾部烟道与所述炉膛的上部连通，且该连通处倾斜向下延伸。

36、优选地，所述锅炉的炉内过热器、省煤器和炉内再热器的蛇形管受热面均采用水平设置；所述水冷壁结构、所述省煤器、所述炉内过热器和所述炉内再热器，四者的进口集箱和出口集箱均设置于炉墙的外侧。

37、优选地，所述锅炉的炉内过热器、省煤器以及炉内再热器，三者的进口集箱、出口集箱以及蛇形管均采用单独吊挂的方式安装于所述炉墙；

38、和/或，所述锅炉的炉内过热器、省煤器以及炉内再热器，三者的蛇形管受热面设置有多个疏水放汽孔。

39、优选地，所述锅炉还包括水冷壁结构，所述水冷壁结构包括下部螺旋段水冷壁、中间混合集箱和上部垂直段水冷壁，所述下部螺旋段水冷壁和所述上部垂直段水冷壁通过所述中间混合集箱连接。

40、优选地，还包括张力板、张力板端板和条形连接板，所述张力板设置于所述下部螺旋段水冷壁的管壁外侧，并由上到下延伸至所述中间混合集箱的位置，所述张力板端板设置于所述中间混合集箱的位置，所述条形连接板设置于所述上部垂直段水冷壁的管壁外侧，所述张力板端板连接所述条形连接板和所述张力板。

41、优选地，所述炉内过热器包括依次连通的一级过热器、一级减温器、二级过热器、二级减温器和三级过热器，所述炉内再热器包括依次连通的一级再热器、再热器减温器和二级再热器，所述省煤器、炉内过热器和炉内再热器布置为：

42、由下到上依次分布所述一级过热器、所述三级过热器、所述二级再热器、所述二级过热器、所述一级再热器和所述省煤器。

43、本发明根据温压参数匹配与整体汽水流程设计提出了一种灵活高效的新型燃煤发电机组，该发电机组在运行时，具有降负荷运行、升负荷运行、正常运行三种运行模式。由于采用了烟气直接加热熔盐的储热方式，烟气的热量直接传递给熔盐，热损失小，能量利用率高，直接满足储热需求，能将温度较低的冷盐加热到指定温度，返回到高温熔盐罐储存，为调峰时机组升负荷做准备。当机组升负荷运行时，从除氧器本体相对独立地引出部分流量的水，通过熔盐系统给水泵输入放热功率模块，加热到蒸汽状态，然后通至高压缸和/或中压缸设于某级的熔盐蒸汽进汽口，进入高压缸和/或中压缸内做功，使得进入汽轮机的主蒸汽流量快速增大，机组实现快速升负荷运行，进一步提高了机组升降负荷速度、灵活性和调峰深度。

44、由于放热功率模块给水位置选取为除氧器水箱，同时增加单独的熔盐给水泵对水升压，而非直接自机组给水泵出口取水，可同时满足压力和温度要求。一方面，不需要进行降压，不会造成机组可用能损失，热经济性好；另一方面，有利于熔盐系统给水量、给水压力的自由调节，从而提高机组升负荷运行时的灵活性。

45、经放热功率模块加热后的蒸汽是通至高压缸和/或中压缸的熔盐蒸汽进汽口，并非通至高压缸和中压缸的主进汽口，熔盐蒸汽进汽口为缸体上所设置的熔盐蒸汽进汽口，可将熔盐蒸汽以能量匹配的形式输入高压缸和/或中压缸，因此，不会降低进入高压缸和中压缸主进汽口蒸汽的能量品位，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失，可显著提升发电系统的发电效率，从而进一步提高机组升负荷运行时的灵活性。

46、本发明从储热方式、给水方式、熔盐蒸汽进汽方式等诸多方面对机组进行了全方位的改进，共同构建了全新的储能式燃煤发电机组，改进之后的各组成部分在功能上彼此深度支持和相互关联，具有更加科学合理的协作关系，从而使其作为一个整体能够将所能实现的效果发挥到最优，进而全面提升机组调峰范围、调节性能、运行经济性和涉网支撑性能。