一种带熔盐储热的燃煤机组调峰系统及运行方法

本发明涉及燃煤发电，具体涉及一种带熔盐储热的燃煤机组调峰系统及运行方法，以实现机组的灵活性运行。

背景技术：

1、随着新能源更大规模地发展，发电量占比越来越高，预计到2040年新能源发电量占比将达到40％。清洁能源消纳问题需要未雨绸缪，需要火电机组尤其是煤电机组深挖灵活性调节潜力，积极参与灵活性改造，以促进清洁能源在更大范围的消纳，整体而言，火电灵活性市场前景广阔。目前提高燃煤机组的灵活运行能力至关重要，即需要提高机组的变负荷速率，以应对目前复杂的运行环境，但由于锅炉的惯性较大，使得机组的过热蒸汽和再热蒸汽温度容易超出机组的最大允许温度，另外，在机组变负荷过程中，机组的烟气温度容易失温，导致机组的发电效率降低，更严重会导致机组发生安全事故。目前，仍没有相应的解决方案以满足机组的更优秀的灵活性运行能力以及运行安全性，需要解决的问题如下：(1)当机组在调峰过程中，机组的过热蒸汽温度、再热蒸汽温度和烟气温度需要始终处于机组运行的合理运行范围；(2)当机组在快速变负荷运行过程中，燃煤系统和储热系统需要合理运行，以提高燃煤机组的变负荷能力。

2、因此，针对上述问题，已有学者提出了集成储热系统的燃煤机组，《一种耦合蒸汽储能的燃煤发电系统及运行方法》(申请专利号202210980571.0)已提出了利用蒸汽作为机组的储热方式，但在运行过程中，直接将燃煤锅炉中的蒸汽抽汽进行储存，需要可以承受高温高压的储存设备，会提高整体设备的成本。而且《一种燃煤锅炉烟气与蒸汽联合储热深度调峰系统及运行方法》(专利号202111066086.4)已提出利用再热蒸汽进行储热，提高了机组的变负荷速率，但是由于再热蒸汽加热熔盐储热介质后直接用于加热给水，未能全部发挥再热蒸汽抽汽储热能力，因此机组仍存在改进空间。

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出了一种带熔盐储热的燃煤机组调峰系统及运行方法，可以提高机组的灵活运行能力和发电效率。

2、为了实现上述目的，本发明采取以下使用方案：

3、一种带熔盐储热的燃煤机组调峰系统及运行方法，其特征在于，包括燃煤系统和储热系统：

4、所述燃煤系统包括燃煤锅炉1、高压缸2、中压缸3、低压缸4、发电机5、除氧器6、高压加热器7、低压加热器8、凝汽器9、高温给水换热器10、低温给水换热器11、过热蒸汽-熔盐换热器13、再热蒸汽-熔盐换热器14、凝结水泵p1、给水泵p2、第一阀门v1、第二阀门v2、第三阀门v3、第四阀门v4和第五阀门v5；燃煤锅炉1的过热蒸汽出气端通过第三阀门v9与过热蒸汽-熔盐换热器13的热端入口相连通；燃煤锅炉1的再热蒸汽出气端通过第四阀门v10与再热蒸汽-熔盐换热器14的热端入口相连通；燃煤锅炉1的过热蒸汽出气端和高压缸2相连通；燃煤锅炉1的再热蒸汽出气端和中压缸3相连通；高压缸2的出口分别与燃煤锅炉1和高压加热器7的热端入口相连通；中压缸3的出口通过第一阀门v1与高压加热器7的热端入口相连通；中压缸3的出口与除氧器6和低压缸4相连通；低压缸4的出口与低压加热器8的热端入口相连通；低压缸4的出口与凝汽器9相连通；高压缸2、中压缸3、低压缸4和发电机5共用一个轴承连接；除氧器6的出口经给水泵p2和第二阀门v2与高压加热器7的冷端入口相连通；除氧器6的出口经给水泵p2和第四阀门v4与高温给水换热器10的冷端入口相连通；高压加热器7的冷端出口和高温给水换热器10的冷端出口与燃煤锅炉1相连通；凝汽器9的出口经凝结水泵p1和第三阀门v3与低压加热器8的冷端入口相连；凝汽器9的出口经凝结水泵p1和第五阀门v5与低温给水换热器11的冷端入口相连；低压加热器8的冷端出口和低温给水换热器11的冷端出口与除氧器6的入口相连通；

5、储热系统包括烟气-熔盐换热器12、蒸汽储热罐15、高温熔盐罐16、低温熔盐罐17、高温熔盐泵p3、低温熔盐泵p4、第六阀门v6、第七阀门v7、第八阀门v8、第九阀门v9和第十阀门v10，过热蒸汽-熔盐换热器13和再热蒸汽-熔盐换热器14的热端出口与蒸汽储热罐15的入口相连通；烟气-熔盐换热器12的冷端出口、过热蒸汽-熔盐换热器13的冷端出口和再热蒸汽-熔盐换热器14的冷端出口与高温熔盐罐16的入口相连通；高温熔盐罐16的出口经第七阀门v7和高温熔盐泵p3与高温给水换热器10的热端入口相连通；高温给水换热器10的热端出口与低温给水换热器11的热端入口相连通；低温给水换热器11的热端出口与低温熔盐罐17的入口相连通；过热蒸汽-熔盐换热器13的冷端入口经低温熔盐泵p4和第八阀门v8与低温熔盐罐17的出口相连通；再热蒸汽-熔盐换热器14的冷端入口经低温熔盐泵p4和第八阀门v8与低温熔盐罐17的出口相连通；烟气-熔盐换热器12的冷端入口经低温熔盐泵p4和第八阀门v8与低温熔盐罐17的出口相连通；蒸汽储热罐15的出口经第六阀门v6与高压加热器7的热端入口相连通。

6、所述燃煤系统中，在燃煤锅炉1的过热蒸汽出气端与过热蒸汽-熔盐换热器13的热端入口和高压缸2之间设置过热蒸汽分流器f1；在燃煤锅炉1的再热蒸汽出气端与再热蒸汽-熔盐换热器14的热端入口和中压缸3之间设置再热蒸汽分流器f2；在给水泵p2的出口与高压加热器7的冷端入口和高温给水换热器10的冷端入口之间设置第二给水分流器f5；在凝结水泵p1与低压加热器8的冷端入口和低温给水换热器11的冷端入口之间设置第一给水分流器f4；在燃煤锅炉1与高压加热器7的冷端出口和高温给水换热器10的冷端出口之间设置第一给水合流器m1；在高压加热器7与中压缸3抽气出口和蒸汽储热罐15之间设置蒸汽分流器m3；在除氧器6与低压加热器8的冷端出口和低温给水换热器11的冷端出口之间设置第二给水合流器m2。

7、所述储热系统中，在低温熔盐泵p4的出口与烟气-熔盐换热器12的冷端入口、过热蒸汽-熔盐换热器13的冷端入口和再热蒸汽-熔盐换热器14的冷端入口之间设置熔盐分流器f3；在高温熔盐罐16的入口与烟气-熔盐换热器12的冷端出口、过热蒸汽-熔盐换热器13的冷端出口和再热蒸汽-熔盐换热器14的冷端出口之间设置熔盐合流器m5；在过热蒸汽-熔盐换热器13的热端出口和再热蒸汽-熔盐换热器14的热端出口之间设置蒸汽合流器m4。

8、所述燃煤锅炉1的再热蒸汽出口的蒸汽温度为560～620℃，压力大于2mpa；所述燃煤锅炉1的过热蒸汽出口的蒸汽温度为560～620℃，压力大于10mpa；烟气-熔盐换热器12所处燃煤锅炉1烟道位置处的烟气温度大于560℃；蒸汽储热罐15的储汽压力为3～5mpa。

9、所述储热系统中所使用的熔融盐为53％硝酸钾、40％亚硝酸钠和7％硝酸钠的三元混合硝酸盐，该熔融盐的熔点较低，不易在使用中出现“冻管现象”。

10、所述的烟气和蒸汽储热的燃煤发电机组的运行系统中，燃煤机组需要降负荷运行时，可以分别调节熔盐分流器f3出口的第十一阀门v11、第十二阀门v12和第十三阀门v13以及燃煤锅炉1蒸汽出口的第九阀门v9和第十阀门v10，以控制低温熔盐罐17流出熔盐储热介质的流量以及燃煤锅炉1的抽汽量，从而使得燃煤机组可以更加灵活地运行，以应对燃煤机组复杂的运行环境，而且还可以控制燃煤锅炉1的烟气温度，使燃煤机组安全高效地运行。

11、所述的烟气和蒸汽储热的燃煤发电机组的运行系统中，燃煤机组在降负荷运行时，过热蒸汽和再热蒸汽在加热熔盐储热介质后汇入蒸汽储热罐15，在升负荷时，蒸汽储热罐15中的蒸汽可以替代高、中压缸的抽汽用以加热给水，从而迅速提高燃煤机组的发电量，因此，可以提高机组的变负荷速率。

12、所述燃煤锅炉1使用三烟道烟气挡板调温，烟气-熔盐换热器12可布置于第三烟道，在机组调峰期间，更加合理地利用烟气储热，从而提高燃煤机组的灵活性运行能力。

13、所述的带熔盐储热的燃煤机组调峰系统的运行方法，当燃煤机组正常运行时，打开第一阀门v1、第二阀门v2和第三阀门v3，关闭第四阀门4、第五阀门5、第六阀门6、第七阀门v7、第八阀门v8、第九阀门v9和第十阀门v10，只运行燃煤系统，不运行储热系统；

14、当燃煤机组需要降负荷运行时，在燃煤机组正常运行的基础上，打开第八阀门v8、第九阀门v9和第十阀门v10，低温熔盐罐17中的低温熔盐储热介质流出，并且可以利用低温熔盐泵p4对流出熔盐储热介质的流量进行调节，流出的熔盐储热介质分别进入烟气-熔盐换热器12、过热蒸汽-熔盐换热器13和再热蒸汽-熔盐换热器14，进入烟气-熔盐换热器12中的熔盐储热介质由燃煤锅炉1中的烟气加热，进入过热蒸汽-熔盐换热器13中的熔盐储热介质由燃煤锅炉1的过热蒸汽加热，进入再热蒸汽-熔盐换热器14中的熔盐储热介质由燃煤锅炉1的再热蒸汽加热，熔盐储热介质经加热后都汇入高温熔盐罐16，而过热蒸汽和再热蒸汽经放热后均汇入蒸汽储热罐15进行储存；

15、当燃煤机组需要升负荷运行时，在燃煤机组正常运行的基础上，打开第四阀门4、第五阀门5、第六阀门6和第七阀门v7，关闭第一阀门v1、第三阀门v3和第十四阀门v14，由高温熔盐罐16中的高温熔盐储热介质流出，并且可以利用高温熔盐泵p3对流出熔盐储热介质的流量进行调节，熔盐储热介质先流入高温给水换热器10加热由除氧器6流出的给水，然后流入低温给水换热器11加热由凝汽器9流出的凝结水，熔盐储热介质在放热后流入低温熔盐罐17，并且蒸汽储热罐15中的流出的蒸汽加热给水。

16、本发明的优势是火电机组在降负荷运行时，可以利用烟气和蒸汽加热熔盐储热介质储存在高温熔盐罐16，以实现储热，同时还可以将放热后的蒸汽储存在蒸汽储热罐15中，此方案可以提高机组的降负荷速率，而且还可以控制燃煤锅炉1的烟气温度，使机组安全高效地运行。在升负荷运行时，可以利用高温熔盐罐16中的高温熔盐储热介质加热给水，实现部分替代高压加热器7和低压加热器8，以减少汽缸抽汽量，另外，由蒸汽储热罐15储存的蒸汽加热给水，进一步减少高、中压缸的抽汽量，可以大幅提升燃煤机组的升负荷速率。另外，将加热后的蒸汽储存在蒸汽储热罐15中，可以避免使用高温高压的储存设备，以降低设备成本。

17、相较其他储能介质，熔融盐作为一种成本较低、使用寿命较长、传热和储热性能较好的介质，并且由于硝酸盐的熔点低、腐蚀性较小，在储热中使用的熔融盐通常是硝酸盐混合物。另外，相较两元混合硝酸盐，三元混合硝酸盐(即成分为53％硝酸钾、40％亚硝酸钠和7％硝酸钠)，可以大大降低体系熔点，不易在使用中出现“冻管现象”。