耦合储热的机组启动系统及方法与流程

本发明涉及火力发电，尤其涉及耦合有熔盐储热功能的发电机组启动系统。本发明还涉及耦合有熔盐储热功能的发电机组启动方法。

背景技术：

1、随着新型电力系统的持续建设，新能源电力占比逐步提升，大规模新能源消纳需要燃煤机组灵活运行，除机组快速深度变负荷外，机组的启、停也是灵活运行的重要内容。

2、目前，火电机组的启动过程可以分为锅炉上水、点火升温、汽机冲转、并网升负荷等步骤。其中，锅炉上水及点火升温过程受金属壁温温度变化速率限制，通常需要较长的时间，待蒸汽参数满足要求后才能进行汽机冲转，同时汽机冲转过程也需要一定时间进行暖机。因此，机组启动过程通常需要消耗3～8小时，无法实现快速启动，难以满足电网对机组灵活运行的需求。

3、熔盐储热技术是目前国际上最为主流的新型储热蓄能技术之一，具有成本低、热容高、安全性好等优点，在一种相关技术中，利用储热系统产生蒸汽通入高压加热器加热给水，通过提高给水温度和炉膛温度减少点火后的升温时间。但是，该方案仅减少了锅炉上水及点火升温过程的时间，并未实现启动过程中锅炉与汽轮机的解耦，难以大幅缩短启动时间。

4、在另一种相关技术中，利用熔融盐储热系统储存的热量来提高主蒸汽的温度，通过锅炉与储热系统联合加热蒸汽，减少了点火升温时间，但是未能实现锅炉与汽轮机解耦，汽轮机仍需要等待锅炉蒸汽参数达到要求后才能开始冲转。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供耦合储热的机组启动系统。该系统将熔盐系统与机组联合运行，根据熔盐储热罐的蓄热状态，利用储热系统直接产生蒸汽冲车，实现机组启动过程中锅炉与汽轮机的解耦，从而大幅缩短机组启动耗时，提升机组运行灵活性。

2、本发明的目的在于提供用于所述耦合储热的机组启动系统的启动方法。

3、为实现上述目的，本发明提供耦合储热的机组启动系统，包括锅炉、汽轮机和熔盐系统；所述锅炉设有给水泵、过热器和再热器，所述汽轮机设有高压缸、中压缸和低压缸，所述熔盐系统设有热熔盐罐、冷熔盐罐、熔盐储能模块和熔盐释能模块；所述熔盐释能模块包括熔盐放热单元和熔盐再热单元，所述给水泵的下游设有连接所述熔盐放热单元水侧进口的分流管道，所述高压缸的蒸汽出口连接熔盐再热单元的蒸汽入口；所述熔盐放热单元的蒸汽出口分为两路，一路连接所述高压缸与熔盐再热单元相连接的管道，另一路连接所述锅炉的主蒸汽管道；所述熔盐再热单元的蒸汽出口连接所述锅炉的再热蒸汽管道，所述熔盐再热单元的蒸汽出口设有连接低压缸排汽管道的第一旁通管道；所述锅炉的主蒸汽管道设有连接所述再热器蒸汽入口的第二旁通管道，所述再热蒸汽管道设有连接低压缸排汽管道的第三旁通管道，所述第三旁通管道位于熔盐再热蒸汽汇入点的上游。

4、在一种实施方式中，所述熔盐放热单元包括预热器、蒸发器和熔盐过热器，所述预热器的汽水侧出口连接所述蒸发器的汽水侧入口，所述蒸发器的汽水侧出口连接所述熔盐过热器的汽水侧入口，所述熔盐过热器的盐侧入口连接所述热熔盐罐，所述熔盐过热器的盐侧出口连接所述蒸发器的盐侧入口，所述蒸发器的盐侧出口连接所述预热器的盐侧入口，所述预热器的盐侧出口连接所述冷熔盐罐。

5、在一种实施方式中，所述熔盐再热单元包括低压熔盐再热器和高压熔盐再热器，所述低压熔盐再热器的汽水侧出口连接所述高压熔盐再热器的汽水侧入口，所述高压熔盐再热器的盐侧入口连接所述热熔盐罐，所述高压熔盐再热器的盐侧出口连接所述低压熔盐再热器的入口，所述低压熔盐再热器的出口连接所述冷熔盐罐。

6、在一种实施方式中，所述熔盐放热单元的蒸汽出口与主蒸汽管道的汇入点位于所述第二旁通管道引出点的下游。

7、在一种实施方式中，所述给水泵下游的分流管道设有第一控制阀，所述热熔盐罐的出口管道设有熔盐泵和第二控制阀。

8、在一种实施方式中，所述第二旁通管道设有第三控制阀，所述熔盐放热单元的蒸汽出口与主蒸汽管道相连接的管道上设有第四控制阀。

9、在一种实施方式中，所述所述熔盐放热单元的蒸汽出口与熔盐再热单元相连接的管道上设有第五控制阀，所述高压缸通往所述再热器的管道上设有第六控制阀，所述第三旁通管道设有第七控制阀。

10、在一种实施方式中，所述第二旁通管道设有位于所述第三控制阀下游的第八控制阀，所述熔盐再热单元的蒸汽出口与再热蒸汽管道相连接的管道上设有第九控制阀。

11、在一种实施方式中，所述第一旁通管道设有第十控制阀，所述第三旁通管道设有位于所述第七控制阀下游的第十一控制阀，所述第一旁通管道设有位于所述第十控制阀下游的第十二控制阀。

12、为实现上述另一目的，本发明还提供一种耦合储热的机组启动方法，用于上述任一项技术方案所述的耦合储热的机组启动系统，包括：、

13、机组启动时，熔盐系统通过熔盐放热单元和熔盐再热单元对水进行加热产生蒸汽，并将蒸汽汇入再热蒸汽管道，然后汇入低压缸排汽管道，之后进入凝汽器并凝结为水，从而完成工质循环；

14、待蒸汽温度和压力满足冲车条件后，关闭熔盐放热单元蒸汽出口与熔盐再热单元蒸汽入口的连接、高压缸通往再热器的管道以及第一旁通管道，使熔盐放热单元输出的蒸汽汇入锅炉主蒸汽管道，蒸汽进入高压缸冲车，高压缸排汽流向熔盐再热单元，熔盐再热单元产生的再热蒸汽汇入锅炉再热蒸汽管道，并进入中压缸和低压缸，之后低压缸排汽进入凝汽器并凝结为水；

15、在利用熔盐系统产生的蒸汽冲车的同时，锅炉具备点火条件，在点火初期，给水经过热器产生的过热蒸汽进入锅炉再热器，再热器输出的再热蒸汽经过第三旁通管道进入凝汽器，完成工质循环；

16、当过热器输出的过热蒸汽的蒸汽温度、压力与熔盐系统产生的蒸汽一致时，减小从过热器进入再热器的旁通蒸汽流量，使过热器进入主蒸汽管道的流量增大，并减少熔盐放热单元进入主蒸汽管道的流量，实现过热蒸汽的并汽，减少熔盐再热单元并入再热蒸汽管道的流量，增大高压缸进入再热器的流量，实现再热蒸汽的并汽；

17、然后逐渐减少熔盐系统产生的蒸汽量，逐步提高锅炉产生蒸汽的占比，最终将熔盐系统产生的蒸汽完全退出，完成热源切换。

18、本发明所提供的耦合储热的机组启动系统和方法，在机组启动时，熔盐系统通过高温熔盐与给水进行换热产生蒸汽，待蒸汽温度压力满足冲车条件后进入汽轮机完成汽机冲转；与此同时，锅炉进行上水点火及升温升压过程，待锅炉产生的蒸汽温度压力与熔盐系统产生的蒸汽温度、压力接近时，进行并汽操作，并汽完成后逐步减少熔盐系统蒸汽量，逐步过渡到锅炉维持汽机转速。如此，通过熔盐系统实现启动过程锅炉与汽轮机的解耦，实现了锅炉点火与汽机冲转的同步并行操作，大幅缩短了机组启动时间，提升了机组运行灵活性。而且，由于熔盐系统产生的蒸汽可以流经锅炉再热器，在锅炉点火初期能够有效解决锅炉再热器干烧问题，提高再热器的设备安全与使用寿命。

技术特征：

1.耦合储热的机组启动系统，包括锅炉、汽轮机和熔盐系统；所述锅炉设有给水泵(25)、过热器(28)和再热器(29)，所述汽轮机设有高压缸(31)、中压缸(32)和低压缸(33)，所述熔盐系统设有热熔盐罐(41)、冷熔盐罐(43)、熔盐储能模块和熔盐释能模块；其特征在于，所述熔盐释能模块包括熔盐放热单元和熔盐再热单元，所述给水泵(25)的下游设有连接所述熔盐放热单元水侧进口的分流管道，所述高压缸(31)的蒸汽出口连接熔盐再热单元的蒸汽入口；所述熔盐放热单元的蒸汽出口分为两路，一路连接所述高压缸(31)与熔盐再热单元相连接的管道，另一路连接所述锅炉的主蒸汽管道；所述熔盐再热单元的蒸汽出口连接所述锅炉的再热蒸汽管道，所述熔盐再热单元的蒸汽出口设有连接低压缸排汽管道的第一旁通管道；所述锅炉的主蒸汽管道设有连接所述再热器蒸汽入口的第二旁通管道，所述再热蒸汽管道设有连接低压缸排汽管道的第三旁通管道，所述第三旁通管道位于熔盐再热蒸汽汇入点的上游。

2.根据权利要求1所述的耦合储热的机组启动系统，其特征在于，所述熔盐放热单元包括预热器(51)、蒸发器(52)和熔盐过热器(53)，所述预热器(51)的汽水侧出口连接所述蒸发器(52)的汽水侧入口，所述蒸发器(52)的汽水侧出口连接所述熔盐过热器(53)的汽水侧入口，所述熔盐过热器(53)的盐侧入口连接所述热熔盐罐(41)，所述熔盐过热器(53)的盐侧出口连接所述蒸发器(52)的盐侧入口，所述蒸发器(52)的盐侧出口连接所述预热器(51)的盐侧入口，所述预热器(51)的盐侧出口连接所述冷熔盐罐(43)。

3.根据权利要求2所述的耦合储热的机组启动系统，其特征在于，所述熔盐再热单元包括低压熔盐再热器(61)和高压熔盐再热器(62)，所述低压熔盐再热器(61)的汽水侧出口连接所述高压熔盐再热器(62)的汽水侧入口，所述高压熔盐再热器(62)的盐侧入口连接所述热熔盐罐(41)，所述高压熔盐再热器(62)的盐侧出口连接所述低压熔盐再热器(61)的盐侧入口，所述低压熔盐再热器(61)的盐侧出口连接所述冷熔盐罐(43)。

4.根据权利要求3所述的耦合储热的机组启动系统，其特征在于，所述熔盐放热单元的蒸汽出口与主蒸汽管道的汇入点位于所述第二旁通管道引出点的下游。

5.根据权利要求4所述的耦合储热的机组启动系统，其特征在于，所述给水泵(25)下游的分流管道设有第一控制阀(1)，所述热熔盐罐(41)的出口管道设有熔盐泵(42)和第二控制阀(2)。

6.根据权利要求5所述的耦合储热的机组启动系统，其特征在于，所述第二旁通管道设有第三控制阀(3)，所述熔盐放热单元的蒸汽出口与主蒸汽管道相连接的管道上设有第四控制阀(4)。

7.根据权利要求6所述的耦合储热的机组启动系统，其特征在于，所述所述熔盐放热单元的蒸汽出口与熔盐再热单元相连接的管道上设有第五控制阀(5)，所述高压缸(31)通往所述再热器(29)的管道上设有第六控制阀(6)，所述第三旁通管道设有第七控制阀(7)。

8.根据权利要求7所述的耦合储热的机组启动系统，其特征在于，所述第二旁通管道设有位于所述第三控制阀(3)下游的第八控制阀(8)，所述熔盐再热单元的蒸汽出口与再热蒸汽管道相连接的管道上设有第九控制阀(9)。

9.根据权利要求8所述的耦合储热的机组启动系统，其特征在于，所述第一旁通管道设有第十控制阀(10)，所述第三旁通管道设有位于所述第七控制阀(7)下游的第十一控制阀(11)，所述第一旁通管道设有位于所述第十控制阀(10)下游的第十二控制阀(12)。

10.耦合储热的机组启动方法，用于上述权利要求1至9中任一项所述的耦合储热的机组启动系统，包括：

技术总结本发明公开了耦合储热的机组启动系统和方法，该系统包括锅炉、汽轮机和熔盐系统；所述锅炉设有给水泵、过热器和再热器，所述熔盐系统设有熔盐释能模块；所述熔盐释能模块包括熔盐放热单元和熔盐再热单元；所述熔盐放热单元的蒸汽出口分为两路，一路通往熔盐再热单元，另一路连接锅炉的主蒸汽管道；所述熔盐再热单元的蒸汽出口连接锅炉的再热蒸汽管道，所述熔盐再热单元的蒸汽出口设有连接低压缸排汽管道的第一旁通管道；所述锅炉的主蒸汽管道设有连接再热器蒸汽入口的第二旁通管道，所述再热蒸汽管道设有连接低压缸排汽管道的第三旁通管道。该系统可实现机组启动过程中锅炉与汽轮机的解耦，从而大幅缩短机组启动耗时，提升机组运行灵活性。技术研发人员：秦天牧,刘少杰,牛玉广,王庆华,王孝伟,江凯军,张光明,杜鸣,梁庚,邱天,胡阳,吴恒运,侯宗余,陈钢,刘吉臻受保护的技术使用者：北京怀柔实验室技术研发日：技术公布日：2024/1/15