一种耦合熔盐储能系统及方法与流程

本发明涉及熔盐储能，具体是一种耦合熔盐储能系统及方法。

背景技术：

1、热电联产机组具备供电、供汽功能，是提高燃煤电厂自身热效率和经济性、实现节能减排的有效手段。然而随着我国能源结构调整的不断升级，对传统燃煤机组深度调峰能力的要求也逐步提高。在此背景下，热电联产机组的运行也存在一些问题。首先，随着城镇化迅速推进带来的集中供热面积飞升，热电机组通常以“以热定电”的方式运行，为满足供热则机组电负荷只能维持在较高水平，即调峰能力受到限制。其次，在新能源电力不足或需火电机组提高发电量的用电峰值时段，热电联产机组因抽汽供热要求而不能实现电力满发，即顶峰能力受到限制。另一方面，即使某些热电联产机组根据实际供热供电情况在低负荷时能满足供热，其最低电负荷也受到锅炉最低稳燃负荷的限制，不能进一步降低机组负荷，无法获得更高的调峰收益。

2、为此，亟待开展热电联产机组的灵活性改造。传统的灵活性改造多数是对锅炉本体或汽机进行改造以适应深度调峰要求，对锅炉或汽机的性能造成一定影响，不利于整个系统的高效节能运行。耦合储能系统能够实现机组热电解耦，提高机组灵活性。而随着社会经济的发展，当前热电联产机组大多需要为园区或用户提供较高参数、多参数的工业蒸汽，但传统的水储热技术无法满足工业供汽需求。

3、熔盐储能可以实现机组热电解耦并提供工业蒸汽，但在利用锅炉高温蒸汽加热熔盐储热时，由于机组汽源参数多样化，水工质取水点参数多样化，熔盐储能与燃煤机组的方案构型存在多种方案。

4、储热过程汽源可选主蒸汽储热，热再蒸汽储热，冷再蒸汽储热，四抽蒸汽储热，但不同的汽源可利用的热量区间不同，主蒸汽压力较高可利用其潜热和凝结热，热再与四抽蒸汽压力低，其饱和温度接近熔盐温度下限，较难利用其凝结热。

5、储热后蒸汽去向也有多种选择，可储热减压外供，可冷凝后进入机组热力系统，也可储热后去往汽机中低压缸继续做功。但为保证锅炉再热器安全，要求主蒸汽抽汽储热后大部分需要回到冷再，且保持一定的过热度；汽轮机高压缸和中压缸采用对称布置方式，为了平衡轴向推力，不允许主蒸汽和再热蒸汽抽汽偏差过大；在调峰时间段汽机运行在最低负荷，为保证低压缸最小流量，允许储热蒸汽抽汽量也有限制。

6、放热过程中，熔盐蒸汽发生系统给水可考虑常温除盐水，也可考虑采用低加出口取水，或除氧器出口取水，或高加出口取水。不同的取水点，熔盐蒸发系统给水温度不同，所需蒸发功率与储热容量也不相同。

7、新增熔盐储能系统后，因熔盐凝固点较高，需考虑合理的预热启动系统，保证熔盐储能系统运行的安全可靠性。同时因熔盐储能系统的耦合，锅炉与汽机运行在不同负荷，需考虑锅炉与汽机参数的匹配性和运行的安全性。

8、因此，熔盐储能系统与燃煤机组的耦合，需要综合考虑储热需求，外供蒸汽参数，选取合适的汽源储热与储热后的蒸汽参数与去向，选取合适的取水点用于熔盐蒸汽发生系统产生蒸汽，确定合理的系统运行模式实现机组热热电解耦与外供蒸汽，保障系统运行的高效安全可靠。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供了一种耦合熔盐储能系统及方法，解决现有技术存在的难以实现机组热热电解耦与外供蒸汽、难以保障系统运行的高效安全可靠等问题。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

3、一种耦合熔盐储能系统，包括依次连接的锅炉、汽机、熔盐换热器、熔盐储罐、熔盐蒸汽发生系统、除氧器，除氧器与锅炉、汽机、熔盐蒸汽发生系统分别连接。

4、作为一种优选的技术方案，汽机包括高压缸、中压缸、低压缸，熔盐换热器包括主蒸汽-熔盐换热器、热再蒸汽-熔盐换热器、四抽蒸汽-熔盐换热器，熔盐储罐包括低温熔盐储罐、高温熔盐储罐；

5、锅炉与高压缸连接，锅炉、中压缸、低压缸依次连接，锅炉与主蒸汽-熔盐换热器、热再蒸汽-熔盐换热器分别连接，低温熔盐储罐与主蒸汽-熔盐换热器、热再蒸汽-熔盐换热器、四抽蒸汽-熔盐换热器分别连接；

6、还包括高压蒸汽联箱、低压蒸汽联箱，热再蒸汽-熔盐换热器、高压蒸汽联箱、熔盐蒸汽发生系统依次连接，四抽蒸汽-熔盐换热器、低压蒸汽联箱、熔盐蒸汽发生系统依次连接。

7、作为一种优选的技术方案，低温熔盐储罐上连接有低温熔盐泵，高温熔盐储罐上连接有高温熔盐泵。

8、作为一种优选的技术方案，熔盐蒸汽发生系统包括第一预热器、第二预热器、蒸发器、汽包、过热器，第一预热器与应急除氧器、第二预热器分别连接，第二预热器、蒸发器、过热器依次连接，汽包与蒸发器、过热器分别连接，高温熔盐储罐与过热器连接，低温熔盐泵与第二预热器连接。

9、作为一种优选的技术方案，凝汽器、凝结水泵、低压加热器组、除氧器、给水泵、高压加热器组，低压缸、凝汽器、凝结水泵、低压加热器组、除氧器、给水泵、高压加热器组、锅炉依次连接；

10、熔盐蒸汽发生系统还包括应急除氧器、熔盐系统水泵，第一预热器、熔盐系统水泵、除氧器依次连接，应急除氧器与除氧器连接。

11、一种耦合熔盐储能方法，采用所述的一种耦合熔盐储能系统，机组供热工况时，储能系统为纯储热模式：

12、锅炉负荷高于汽机负荷，抽取锅炉出口主蒸汽进入主蒸汽-熔盐换热器，释放高温显热加热熔盐，放热降温后的主蒸汽经减压调整参数后满足锅炉再热器入口蒸汽参数要求，送入再热器冷端入口回到锅炉参与炉内换热；剩余主蒸汽进入汽机高压缸做功；

13、同时抽取外供高压蒸汽所需流量的热再蒸汽送入热再蒸汽-熔盐换热器释放高温显热加热熔盐，放热降温后的热再蒸汽进入高压蒸汽联箱外供；锅炉出口未抽出用于加热熔盐的热再蒸汽则进入汽机中压缸做功；

14、从汽机的中压缸排气抽取部分四抽蒸汽，流量与外供所需低压蒸汽流量相同，进入四抽蒸汽-熔盐换热器加热熔盐降温后进入低压蒸汽联箱外供低压蒸汽；

15、低温熔盐储罐中的熔盐由低温熔盐泵根据热量匹配分别输送至主蒸汽-熔盐换热器、热再蒸汽-熔盐换热器、四抽蒸汽-熔盐换热器，在熔盐换热器中分别被主蒸汽、热再蒸汽、四抽蒸汽加热后混合进入高温熔盐储罐，完成熔盐储热过程。

16、一种耦合熔盐储能方法，采用所述的一种耦合熔盐储能系统，机组深度调峰阶段时，储能系统为边储热边放热模式：

17、汽机运行在最小负荷，锅炉负荷高于汽机负荷；抽取锅炉出口部分主蒸汽进入主蒸汽-熔盐换热器，释放高温显热加热熔盐，放热降温后的主蒸汽经减压参数调整后满足锅炉再热器入口蒸汽参数要求，送入再热器冷端入口回到锅炉参与炉内换热；剩余主蒸汽进入汽机高压缸做功；

18、同时抽取外供低压蒸汽所需流量的热再蒸汽送入热再蒸汽-熔盐换热器，释放高温显热加热熔盐，放热降温后的热再蒸汽进入低压蒸汽联箱直接外供；锅炉出口未抽出用于加热熔盐的热再蒸汽则进入汽机中压缸做功；

19、若汽机中压缸排汽参数达不到外供蒸汽压力需求，此时不再进行四抽抽汽；同时熔盐系统水泵抽取除氧器给水，经熔盐系统水泵输送，首先进入第一预热器被汽包饱和汽预热至熔盐凝固点以上，进入第二预热器被熔盐加热，而后在蒸发器中接受熔盐热量并蒸发产生饱和蒸汽，汽水混合物经自然循环进入汽包，在汽包中汽水分离后，蒸汽进入过热器被熔盐进一步加热成为过热蒸汽进入高压蒸汽联箱对外供应；

20、高温熔盐储罐中的熔盐由高温熔盐泵输送进入蒸汽发生系统，高温熔盐依次经过过热器、蒸发器和第二预热器释放热量加热水/蒸汽，降温后的熔盐回到低温熔盐储罐，完成熔盐放热过程。

21、一种耦合熔盐储能方法，采用所述的一种耦合熔盐储能系统，当机组顶峰时段时，储能系统为纯放热模式：

22、熔盐系统水泵抽取机组除氧器给水，依次经第二预热器、汽包，蒸发器、过热器，然后变为高压过热蒸汽；一部分进入高压蒸汽联箱外供高压蒸汽，一部分减压后进入低压蒸汽联箱外供低压蒸汽；高温熔盐依次经过热器、蒸发器、第二预热器释放热量加热水/蒸汽，降温后的熔盐回到低温熔盐储罐，完成熔盐放热过程。

23、一种耦合熔盐储能方法，采用所述的一种耦合熔盐储能系统，当加机组非停时：

24、通过熔盐系统上水泵为应急除氧器上水，汽包产生饱和汽进入应急除氧器完成除盐水的除氧与升温，后经熔盐系统水泵依次送入第一预热器、第二预热器、汽包、蒸发器，过热器，变为高压过热蒸汽；一部分进入高压蒸汽联箱外供高压蒸汽，一部分减压后进入低压蒸汽联箱外供低压蒸汽，实现机组非停工况外供蒸汽的保障。

25、一种耦合熔盐储能方法，采用所述的一种耦合熔盐储能系统，储热系统冷态启动阶段时：

26、通过熔盐系统上水泵为应急除氧器上冷水，同时引入机组除氧器热水，在应急除氧器内混合，通过熔盐系统水泵为第一预热器，第二预热器，汽包，蒸发器上热水预热；

27、预热至熔盐凝固点以上，则启动低温熔盐泵将低温熔盐送入过热器，蒸发器，第二预热器，产生饱和蒸汽进入过热器，然后进入高压蒸汽联箱、低压蒸汽联箱，再进入主蒸汽-熔盐换热器、热再蒸汽-熔盐换热器、四抽蒸汽-熔盐换热器，然后经抽汽管道，完成过热器，高压蒸汽联箱、低压蒸汽联箱，储热主蒸汽-熔盐换热器、热再蒸汽-熔盐换热器、四抽蒸汽-熔盐换热器、抽汽管道的预热。

28、本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

29、1)新增熔盐储热系统后，通过储热后的蒸汽和熔盐蒸发系统产汽，能够实现机组热电解耦，并且使机组在深度调峰和顶峰发电时均能满足对外供汽；

30、2)在供热工况，锅炉和汽机均运行在较高负荷，主蒸汽储热后返回冷再保证锅炉运行安全；热再储热后对外提供高压力参数蒸汽，四抽储热后对外提供低压力等级参数蒸汽，实现能量的梯级利用和高低压两种等级参数蒸汽的外供；

31、3)在机组调峰阶段，锅炉运行在高负荷，汽机运行在调峰目标负荷，主蒸汽和热再蒸汽用于加热熔盐进行储热，热再储热后直接对外提供低压参数蒸汽，减少熔盐蒸发系统功率需求，进而减小熔盐储热量需求，熔盐储热系统通过蒸发系统产生高压参数蒸汽外供；

32、4)熔盐蒸发系统给水取自机组除氧器，提高蒸发系统给水温度，减少蒸发系统功率与储热容量；

33、5)熔盐蒸发系统内设置第一预热器，在机组低负荷工况，给水温度低于熔盐凝固的温度时，通过蒸发系统汽包饱和汽提升蒸发系统给水温度。

34、6)机组调峰阶段，汽机运行在低负荷，压力参数降低，锅炉运行在较高负荷，蒸汽流量较大，通过汽机中调门改造，提高机组运行压力，保证锅炉系统的安全性；

35、7)冷态启动阶段，熔盐储能系统通过系统上水与机组除氧器取水混合进行第一预热器，第二预热器，蒸发器，汽包的预热；通过低温熔盐循环产生饱和汽进入过热器，蒸汽联箱，储热换热器，抽汽管道，完成过热器，蒸汽联箱，储热换热器，抽汽管道的预热；

36、8)储热系统热备用状态，储热系统通过抽小流量主蒸汽/热再蒸汽/四抽蒸汽，使得主蒸汽/热再蒸汽/四抽蒸汽储热换热器处于热态，减小设备启停次数，提高设备使用安全性；

37、9)机组非停时间段，熔盐蒸汽发生系统可对外提供蒸汽，实现机组保供。