实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统

本发明涉及火力发电，尤其涉及实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统。

背景技术：

1、2020年我国可再生能源发电量占比已经达到24％，如可再生能源比例进一步提高，亟需发展灵活可控发电技术，以降低可再生能源时空不稳定的资源禀赋对电网安全造成的冲击，耦合熔盐储热的燃煤发电技术有望支撑可再生能源大规模并网。

2、然而，熔盐储热系统的蒸汽加热熔盐储热技术路线存在窄点温差原理性瓶颈，导致蒸汽能量只能部分的储存在熔盐中，造成能量损失。一方面，熔盐储放热的能量传递过程存在不可逆损耗，导致熔盐储热机组循环效率较低。另一方面，火电机组深度调峰低负荷运行工况下炉膛温度偏低，不利于燃烧器的稳定燃烧；锅炉尾部烟道脱硝温度偏低，不利于nox等污染物清除。

3、相关技术中，具有熔盐储热功能的燃煤火电系统，存在换热器和出热管过多的问题，增加了储热系统成本和复杂度，而且，只利用了中高品位的蒸汽能量，可利用蒸汽温度范围较小，并未完全利用或存储主蒸汽热量，造成抽汽能量浪费，若在储热过程中引入电加热方式，则又会消耗高品位能量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，以解决上述技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，包括锅炉、蒸汽-熔盐换热器、回热器、暖风器以及高压加热器；所述锅炉的出口蒸汽管路包括第一蒸汽管路和第二蒸汽管路，所述第一蒸汽管路通往汽轮机，所述第二蒸汽管路通往所述蒸汽-熔盐换热器的汽水侧入口并设有第一控制阀；所述蒸汽-熔盐换热器的汽水侧出口分为至少两路，其中一路与所述回热器的高温侧入口连通，另一路与所述暖风器的汽水侧入口连通并设有第二控制阀；所述回热器的高温侧出口分为至少两路，其中一路通往所述高压加热器并设有第三控制阀，另一路连通所述暖风器的汽水侧入口并设有第四控制阀，所述暖风器的汽水侧出口通往所述高压加热器。

3、可选地，还包括省煤器、除氧器和给水泵；所述除氧器的出口与给水泵的入口相连，所述给水泵的出口分为至少两路，其中一路与所述高压加热器的管侧入口连通，另一路与所述回热器的入口连通；所述高压加热器的管侧出口与省煤器的入口连通，所述回热器的出口与省煤器的入口连通。

4、可选地，所述回热器的出口管路与所述高压加热器的管侧出口管路合并于同一管路后连通所述省煤器的入口。

5、可选地，还包括送风机，所述送风机的出口与暖风器的空气侧入口相连通，所述暖风器的空气侧出口与空气预热器的空气侧入口相通，所述空气预热器的空气侧出口与锅炉的中炉膛相通。

6、可选地，在所述锅炉的烟道中，所述空气预热器位于所述省煤器的下游。

7、可选地，所述高压加热器的壳侧上游设有减压阀；所述暖风器的汽水侧出口与减压阀的入口连通，所述回热器的高温侧出口与减压阀的入口连通；所述减压阀的出口与高压加热器的壳侧入口连通。

8、可选地，所述暖风器的汽水侧出口管路与所述回热器的高温侧出口管路合并于同一管路后连通所述减压阀的入口。

9、可选地，所述蒸汽-熔盐换热器的盐侧出口与高温熔盐罐连通，所述蒸汽-熔盐换热器的盐侧入口与熔盐泵的出口连通，所述熔盐泵的入口与低温熔盐罐的出口连通。

10、可选地，在串联运行模式下，所述第一控制阀和第四控制阀开启，所述第二控制阀和第三控制阀关闭，所述蒸汽-熔盐换热器的汽水侧、所述回热器的高温侧、所述暖风器的汽水侧相串联。

11、可选地，在并联运行模式下，所述第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀开启，所述第四控制阀关闭，所述回热器的高温侧与所述暖风器的汽水侧相并联且两者一起与所述蒸汽-熔盐换热器的汽水侧相串联。

12、本发明利用蒸汽放热过程能量品质变化原则，巧妙选取蒸汽放热对象，从锅炉抽取部分蒸汽之后，将这部分蒸汽首先利用蒸汽-熔盐换热器对熔盐进行加热，储存高温蒸汽热量，其次通过回热器对给水进行加热，利用给水回收中温蒸汽热量，最后通过暖风器对锅炉供风进行加热，充分利用低温蒸汽热量给锅炉加热送风。这样，一方面在避免换热器窄点温差技术瓶颈的同时，实现了全温段蒸汽能量梯级利用，通过蒸汽品味梯级利用提升储热机组循环效率。另一方面，本发明构建的储热过程通过加热送风，可提升烟气温度，有利于维持火电机组低负荷工况下的脱硝温度，易于清除nox等污染物，也有利于炉膛火焰稳定燃烧。

技术特征：

1.实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，其特征在于，包括锅炉(1)、蒸汽-熔盐换热器(5)、回热器(9)、暖风器(10)以及高压加热器(13)；所述锅炉(1)的出口蒸汽管路包括第一蒸汽管路和第二蒸汽管路，所述第一蒸汽管路通往汽轮机，所述第二蒸汽管路通往所述蒸汽-熔盐换热器(5)的汽水侧入口并设有第一控制阀(4)；所述蒸汽-熔盐换热器(5)的汽水侧出口分为至少两路，其中一路与所述回热器(9)的高温侧入口连通，另一路与所述暖风器(10)的汽水侧入口连通并设有第二控制阀(16)；所述回热器(9)的高温侧出口分为至少两路，其中一路通往所述高压加热器(13)并设有第三控制阀(17)，另一路连通所述暖风器(10)的汽水侧入口并设有第四控制阀(18)，所述暖风器(10)的汽水侧出口通往所述高压加热器(13)。

2.根据权利要求1所述的实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，其特征在于，还包括省煤器(2)、除氧器(14)和给水泵(15)；所述除氧器(14)的出口与给水泵(15)的入口相连，所述给水泵(15)的出口分为至少两路，其中一路与所述高压加热器(13)的管侧入口连通，另一路与所述回热器(9)的入口连通；所述高压加热器(13)的管侧出口与省煤器(2)的入口连通，所述回热器(9)的出口与省煤器(2)的入口连通。

3.根据权利要求2所述的实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，其特征在于，所述回热器(9)的出口管路与所述高压加热器(13)的管侧出口管路合并于同一管路后连通所述省煤器(2)的入口。

4.根据权利要求2所述的实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，其特征在于，还包括送风机(12)，所述送风机(12)的出口与暖风器(10)的空气侧入口相连通，所述暖风器(10)的空气侧出口与空气预热器(3)的空气侧入口相通，所述空气预热器(3)的空气侧出口与锅炉(1)的中炉膛相通。

5.根据权利要求4所述的实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，其特征在于，在所述锅炉(1)的烟道中，所述空气预热器(3)位于所述省煤器(2)的下游。

6.根据权利要求1所述的实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，其特征在于，所述高压加热器(13)的壳侧上游设有减压阀(11)；所述暖风器(10)的汽水侧出口与减压阀(11)的入口连通，所述回热器(9)的高温侧出口与减压阀(11)的入口连通；所述减压阀(11)的出口与高压加热器(13)的壳侧入口连通。

7.根据权利要求6所述的实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，其特征在于，所述暖风器(10)的汽水侧出口管路与所述回热器(9)的高温侧出口管路合并于同一管路后连通所述减压阀(11)的入口。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，其特征在于，所述蒸汽-熔盐换热器(5)的盐侧出口与高温熔盐罐(6)连通，所述蒸汽-熔盐换热器(5)的盐侧入口与熔盐泵(8)的出口连通，所述熔盐泵(8)的入口与低温熔盐罐(7)的出口连通。

9.根据权利要求8所述的实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，其特征在于，在串联运行模式下，所述第一控制阀(4)和第四控制阀(18)开启，所述第二控制阀(16)和第三控制阀(17)关闭，所述蒸汽-熔盐换热器(5)的汽水侧、所述回热器(9)的高温侧、所述暖风器(10)的汽水侧相串联。

10.根据权利要求8所述的实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，其特征在于，在并联运行模式下，所述第一控制阀(4)、第二控制阀(16)和第三控制阀(17)开启，所述第四控制阀(18)关闭，所述回热器(9)的高温侧与所述暖风器(10)的汽水侧相并联且两者一起与所述蒸汽-熔盐换热器(5)的汽水侧相串联。

技术总结本发明公开了实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，包括锅炉、蒸汽‑熔盐换热器、回热器、暖风器以及高压加热器；所述锅炉的第一蒸汽管路通往汽轮机，所述锅炉的第二蒸汽管路通往所述蒸汽‑熔盐换热器的汽水侧入口并设有第一控制阀；所述蒸汽‑熔盐换热器的汽水侧出口分为至少两路，其中一路与回热器的高温侧入口连通，另一路与暖风器的汽水侧入口连通并设有第二控制阀；所述回热器的高温侧出口分为至少两路，其中一路通往所述高压加热器并设有第三控制阀，另一路连通所述暖风器的汽水侧入口并设有第四控制阀。该系统能够实现全温段蒸汽能量梯级利用，有利于维持火电机组低负荷工况下的脱硝温度，也有利于炉膛火焰稳定燃烧。技术研发人员：余雄江,徐进良,苏宏亮,王艳,刘超,谢剑,赵宇炜,梁庚受保护的技术使用者：华北电力大学技术研发日：技术公布日：2024/1/14