小粉仓和熔盐储能耦合提高火电厂灵活性的方法及装置

本发明涉及火电厂灵活调峰，尤其涉及小粉仓和熔盐储能耦合提高火电厂灵活性的方法及装置。

背景技术：

1、在化石燃料逐渐枯竭和环境问题不断突显的双重压力下，可再生能源发电成为了电力系统最有前景的选择。然而，可再生能源发电存在间歇性和不稳定性的特点，这些因素导致“弃风”、“弃光”等现象普遍存在。为满足可再生能源的应用与发展，电网对燃煤电厂的灵活调峰能力要求越来越高。然而，现役机组在设计阶段并没有考虑深度调峰，导致燃煤机组在低负荷运行以及快速升降负荷能力方面存在很大的局限性。因此，火电机组灵活性改造是双碳目标下电源转型的大势所趋，更是当务之急。

2、一方面，利用熔盐储能技术实现热电解耦、热能/电能存储及延时再利用等技术，进而提升机组灵活性是较为成熟的方案之一。近年来，熔盐储能技术飞快发展，高温熔盐常压条件下可在600℃及以上保持化学稳定性，这能很好地匹配汽轮机做功的蒸汽温度参数。对于现有熔盐储能技术，利用熔盐放热加热给水生，实现机组的快速调频。而上述技术通过熔盐储能加热锅炉给水、提升锅炉尾部烟气温度等对燃煤机组快速升降负荷能力方面作用有限。

3、另一方面，目前大容量电站锅炉普遍配置直吹式制粉系统，而快速升降负荷能力作为燃煤电厂灵活调峰的一项重要内容，直吹式制粉系统煤粉供应的滞后性严重制约燃煤机组变负荷速率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述背景技术中提出的问题，提供小粉仓和熔盐储能耦合提高火电厂灵活性的方法及装置，以解决现有技术中燃煤火电机组在低负荷运行稳定性以及快速升降负荷能力方面存在的局限性。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、小粉仓和熔盐储能耦合提高火电厂灵活性的方法，包括以下步骤：

4、建立小粉仓灵活储供系统和熔盐储能系统；

5、将小粉仓灵活储供系统与熔盐储能系统同时耦合于燃煤火电机组以增强燃煤火电机组的灵活调峰能力，燃煤火电机组包括燃烧系统、汽水系统和电气系统，其中，将小粉仓灵活储供系统与燃烧系统耦合，同时将熔盐储能系统一端通过熔盐电加模块与发电机相连，另一端通过熔盐-蒸汽换热模块与汽水系统相连；

6、燃煤火电机组稳定负荷运行时，调节小粉仓灵活储供系统内煤粉量保持在第一预设阈值，调节熔盐储能系统热量保持在第二预设阈值；

7、燃煤火电机组快速降负荷过程中，熔盐储能系统通过熔盐电加热模块将发电机的多余电量能量转化为熔盐显热的形式储存，快速降低燃煤火电机组对外负荷，同时小粉仓灵活储供系统将燃烧系统冗余的煤粉储存，快速降低燃烧系统为汽水系统提供的热量，进而降低汽水系统的负荷，当汽水系统降至目标负荷状态时，小粉仓灵活储供系统停止储存煤粉，燃烧系统和汽水系统保持稳定负荷运行，同时熔盐储能系统的熔盐电加模块停止工作，电气系统保持稳定负荷运行，燃煤火电机组完成快速降负荷过程；

8、燃煤火电机组快速升负荷过程中，小粉仓灵活储供系统内的煤粉供应到燃烧系统进行燃烧，快速提高汽水系统的蒸汽生产速度，同时熔盐储能系统通过熔盐-蒸汽换热模块将汽水系统内的部分蒸汽工质与高温熔盐在熔盐-蒸汽换热器内换热，进而缩短汽轮机在灵活调峰过程的响应时间，当汽水系统升至目标负荷状态时，小粉仓灵活储供系统停止向燃烧系统供应煤粉，燃烧系统和汽水系统保持稳定负荷运行，同时熔盐储能系统的熔盐-蒸汽换热模块停止工作，电气系统保持稳定负荷运行，燃煤火电机组完成快速升负荷过程。

9、进一步地，将小粉仓灵活储供系统与燃烧系统的一次风管耦合以缩短燃烧系统燃料供给响应时间，小粉仓灵活储供系统包括依次相连的进口控制阀、气粉分离器、小粉仓和出口控制阀，其中进口控制阀与一次风管的一端相连，出口控制阀与一次风管的另一端相连，气粉分离器通过管路将乏气引入炉膛；

10、燃煤火电机组稳定负荷运行时，获取小粉仓内煤粉含量，若小粉仓内煤粉低于第一预设阈值，关闭出口控制阀，调节进口控制阀保持第一开度阈值，直至小粉仓内煤粉达到第一预设阈值，关闭进口控制阀；

11、燃煤火电机组快速降负荷过程中，出口控制阀保持关闭，增大进口控制阀开度至第二开度阈值，使燃烧系统多余的煤粉储存到小粉仓中，当汽水系统达到目标负荷状态时，关闭进口控制阀；

12、燃煤火电机组快速升负荷过程中，进口控制阀保持关闭，增大出口控制阀开度至第三开度阈值，使小粉仓中的煤粉供应到燃烧系统中，当汽水系统达到目标负荷状态时，关闭出口控制阀。

13、进一步地，将汽水系统中高压缸的出口排出的蒸汽工质分为两个子路，使得高压缸出来的蒸汽工质能够通过蒸汽调节阀一控制的第一子路进入再热器加热后输送到中压缸，也能够通过蒸汽调节阀二控制的第二子路进入到熔盐储能系统的熔盐-蒸汽换热模块中，熔盐-蒸汽换热模块用于将高压缸出来的蒸汽工质加热至第一预设温度范围后输送到中压缸做功，蒸汽工质经第二子路换热后输送到中压缸所需的时间短于经第一子路加热后输送到中压缸所需的时间；

14、同时将发电机产生的电量分为两个电路运送，第一电路为外部电网供电，第二电路为熔盐电加热模块供电；

15、燃煤火电机组稳定负荷运行时，蒸汽调节阀二关闭，熔盐-蒸汽换热模块处于关闭状态，当熔盐储能系统储存的高温熔盐在第二预设阈值以下，控制熔盐电加热模块换至低功率状态运行，直至熔盐储能系统储存的高温熔盐达到第二预设阈值，熔盐电加热模块停止工作；

16、燃煤火电机组快速降负荷过程中，蒸汽调节阀二关闭，熔盐-蒸汽换热模块处于关闭状态，同时控制熔盐电加热模块切换至高功率状态运行，减小第一电路对外部的供电量，使发电机产生的电量更多进入到第二电路，通过熔盐电加热模块将低温熔盐罐内的熔盐加热至第二预设温度范围后泵送直高压熔盐罐存储，当汽水系统达到目标负荷状态时，控制熔盐电加热器切换至低功率状态运行，减小进入第二电路的电量，直至发电机发电量降至目标负荷时，熔盐电加热模块停止工作；

17、燃煤火电机组快速升负荷过程中，熔盐电加热模块处于关闭状态，蒸汽调节阀二开启至第四开度阈值，减小蒸汽调节阀一开度至第五开度阈值，使部分蒸汽工质通过第二子路进入熔盐-蒸汽换热模块加热后直接进入中压缸做功，缩短汽轮机的升负荷响应时间，当汽水系统达到目标负荷状态时，增大蒸汽调节阀一开度至第六开度阈值，同时减小蒸汽调节阀二开度至第七开度阈值，来控制进入熔盐-蒸汽换热模块的蒸汽工质流量，直至蒸汽调节阀一开度调节到第八开度阈值且蒸汽调节阀二减小到关闭状态后，熔盐-蒸汽换热模块停止工作。

18、进一步地，将熔盐-蒸汽换热模块和熔盐电加热模块部分串联形成回路，以实现电能和热能的转换，熔盐-蒸汽换热模块将高温熔盐中的热量传递给蒸汽工质，高温熔盐转换为低温熔盐储存，熔盐电加热模块将低温熔盐经电加热后转换为高温熔盐，使多余电量的能量转化为显热的形式储存。

19、一种小粉仓和熔盐储能耦合提高火电厂灵活性的装置，包括：

20、燃煤火电机组，包括燃烧系统、汽水系统和电气系统；

21、小粉仓灵活储供系统，与燃烧系统耦合，小粉仓灵活储供系统用于将燃烧系统冗余的煤粉进行储存，或小粉仓灵活储供系统将内部储存的煤粉供应到燃烧系统进行燃烧；

22、熔盐储能系统，包括熔盐电加热模块和熔盐-蒸汽换热模块，熔盐电加热模块与发电机相连，熔盐-蒸汽换热模块与汽水系统相连。

23、进一步地，燃烧系统包括原煤斗、给煤机、磨煤机、粗粉分离器、一次风机和空气预热器，原煤斗、给煤机、磨煤机、粗粉分离器依次相连，一次风机出口一路与磨煤机相连输送冷风，另一路经过空气预热器与磨煤机相连输送热风，冷风和热风混合形成的混合风携带煤粉经过粗粉分离器通过一次风管进入炉膛燃烧；

24、小粉仓灵活储供系统包括依次相连的进口控制阀、气粉分离器、小粉仓和出口控制阀，其中进口控制阀与一次风管的一端相连，出口控制阀与一次风管的另一端相连，气粉分离器通过管路将乏气导入炉膛。

25、进一步地，汽水系统包括依次设置的高压缸、再热器、中压缸和低压缸，电气系统包括依次设置的发电机、主变压器、外部电网，所述汽水系统上的高压缸、中压缸和低压缸轴承与发电机同轴相连；

26、熔盐电加热模块包括依次设置的厂用变压器、调功器、熔盐电加热器、低温熔盐泵和低温熔盐罐，其中，厂用变压器、调功器和熔盐电加热器依次相连，低温熔盐罐、低温熔盐泵和熔盐电加热器依次相连，熔盐-蒸汽换热模块包括依次相连的高温熔盐罐、高温熔盐泵和熔盐-蒸汽换热器；

27、其中，高压缸的出口连接有第一子路和第二子路，第一子路通过蒸汽调节阀一控制且末端与再热器的进口相连，再热器的出口与中压缸的进口相连，第二子路通过蒸汽调节阀二控制且末端与熔盐-蒸汽换热器的第一流体进口相连，换热器的第一流体出口和中压缸的进口相连，换热器的第二流体进口与高温熔盐泵相连，换热器的第二流体出口与低温熔盐罐相连，熔盐电加热器中的熔盐进口与低温熔盐泵相连，熔盐电加热器中的熔盐出口与高温熔盐罐相连，发电机通过第一电路与主变压器电性连接，主变压器调节电压后为外部电网供电，发电机通过第二电路与厂用变压器电相连接，通过厂用变压器和调功器分别调节电压和功率后为熔盐电加热器供电。

28、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

29、(1)本发明提供了小粉仓和熔盐储能耦合提高火电厂灵活性的方法及装置。相较于单独采用熔盐储能系统进行调峰，本方案更为灵活。熔盐储能系统设备和熔盐本身价格昂贵，且仅能让汽水系统快速响应，无法提高整个燃煤火电机组的快速响应。现有大容量电站锅炉多配备直吹式制粉系统，存在滞后性。因此，单独依赖熔盐储能系统难以满足火电机组的快速调峰需求。

30、(2)本发明提供的小粉仓和熔盐储能耦合提高火电厂灵活性的方法及装置，将小粉仓灵活储供技术、熔盐储能技术与现有燃煤火电机组进行耦合，组成一种新的系统，通过小粉仓灵活储供系统和熔盐储能系统结合，对现有的燃煤火电机组进行深度调峰，可以满足电网调峰快速响应的需要。

31、(3)本发明提供的小粉仓和熔盐储能耦合提高火电厂灵活性的方法及装置，小粉仓灵活储供系统与燃烧系统耦合，结构简单，可以对现有的燃煤火电机组直接进行改造，相对于采用单一的熔盐储能技术进行调峰，成本低，快速调峰效果更好。

32、(4)本发明提供的小粉仓和熔盐储能耦合提高火电厂灵活性的方法及装置，能够将燃煤火电机组在“波谷”低负荷运行过程冗余煤粉储存于小粉仓灵活储供系统，同时将多余电量能量通过熔盐电加模块转化为熔盐显热储存下来，保证燃煤火电机组在“波谷”时的最小出力，提升燃煤火电机组的安全性和经济性，且不容易造成煤粉的浪费和蒸汽热量的流失，确保燃煤火电机组在低负荷运行稳定，当燃煤火电机组在“波峰”高负荷运行时，小粉仓灵活储供系统与燃烧系统的耦合能缩短煤粉供给时间，使汽水系统更快地响应负荷要求，同时熔盐-蒸汽换热模块汽水系统内的部分蒸汽工质利用高温熔盐加热，进而缩短汽轮机在灵活调峰过程的响应时间，使得电气系统更快响应，二者加和能使整个火电系统响应，更快拓展了机组的调峰范围。