CN114812247B - 耦合储热的高灵活性燃煤发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明了公开了一种耦合储热的高灵活性燃煤发电系统，通过储热和锅炉的耦合，进行机炉解耦。储热系统主要包括高低温熔盐储罐、汽水/熔盐换热器、熔盐泵及阀门组成。提出了燃煤发电系统高灵活性运行方法。当机组需降负荷运行时，将锅炉蒸汽的一部分旁通到汽水/低温熔盐换热器，减小进入汽轮机的蒸汽流量，并实现蒸汽热量的储存。当机组需升负荷运行时，从锅炉下联箱引出的部分水流量，通过高温熔盐/汽水换热器，加热到蒸汽状态，返回到末级过热器，快速增大汽轮机主蒸汽流量，实现机组快速升负荷运行。本发明提出的耦合储热系统及负荷调节方法，具有快速灵敏的特点，对于支撑太阳能、风能等新能源的大比例接入电网具有重要意义。

Description

耦合储热的高灵活性燃煤发电系统

技术领域

本发明属于火力发电技术领域，具体为一种耦合储热的高灵活性燃煤发电系统。

背景技术

煤炭是我国基础能源，是稳定经济、提高能源自主保障能力的压舱石。在我国已探明的化石能源资源储量中，煤炭占94％左右，尽管煤炭消费比例逐步降低，在相当长时间内煤炭基础能源地位不会发生根本改变。

我国能源消费增量主要来自清洁能源，以风能和太阳能为主的新能源具有随机性和间歇性缺点，实现大规模消纳新能源，亟需大幅提高燃煤发电灵活性。传统朗肯循环燃煤机组，汽轮机调节快、锅炉调节慢，调节速率不匹配，在升降负荷方面先天不足。现有水蒸气燃煤发电升降负荷速率为2％额定负荷/分钟，远不能满足新能源发展的需求。

熔融盐储热技术已广泛应用于太阳能光热发电系统，将熔融盐储热系统作为缓冲热源与传统水蒸汽机组耦合，可实现“机炉解耦”运行，解决了锅炉、汽轮机调节速率不匹配的难题，避免了锅炉低负荷下燃烧器熄火等安全事故，有助于提升机组调峰深度和调峰速率。

因此，急需一种将熔融盐储热技术与燃煤发电系统耦合储热的高灵活性系统，以匹配目前电网负荷升降速率变快的需求。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种耦合储热的高灵活性燃煤发电系统，其特征在于，包括：汽包、下联箱、下降管、水冷壁、高温熔盐/汽水过热器、高温熔盐/汽水发生器、屏式过热器、末级过热器、末级再热器、低温再热器、高温熔盐泵、高温熔盐储罐、第二阀、高压缸、中压缸、低压缸、凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器、汽水/低温熔盐换热器、低温熔盐泵、低温熔盐储罐、第一阀和发电机；其中，低温熔盐储罐出口与低温熔盐泵入口连通，低温熔盐泵出口与汽水/低温熔盐换热器的熔盐侧入口连通，汽水/低温熔盐换热器的熔盐侧出口与高温熔盐储罐入口连通，高温熔盐储罐出口与高温熔盐泵入口连通，高温熔盐泵出口与高温熔盐/汽水过热器的熔盐侧入口连通，高温熔盐/汽水过热器的熔盐侧出口与高温熔盐/汽水发生器的熔盐侧入口连通，高温熔盐/汽水发生器的熔盐侧出口与低温熔盐储罐入口连通；

末级过热器出口蒸汽分为两路，一路通过第二阀与汽水/低温熔盐换热器的汽水侧入口连通，汽水/低温熔盐换热器的汽水侧出口与高压加热器低压侧入口连通；另一路与高压缸入口连通，高压缸的蒸汽出口与低温再热器入口连通，低温再热器出口与末级再热器入口连通，末级再热器出口与中压缸的蒸汽入口连通，中压缸的蒸汽出口与低压缸的蒸汽入口连通；低压缸排气与凝汽器入口连通，凝汽器出口与凝结水泵入口连通，凝结水泵出口与低压加热器的水侧入口连通；

下联箱饱和水出口分为两路，一路饱和水加热蒸发后与汽包入口连通，另一路饱和水通过第一阀与高温熔盐/汽水发生器汽水侧入口连通，高温熔盐/汽水发生器汽水侧出口与高温熔盐/汽水过热器汽水侧入口连通，高温熔盐/汽水过热器汽水侧出口与屏式过热器出口汇合后与末级过热器入口连通。

所述高压加热器低压侧出口与除氧器疏水入口连通，除氧器疏水出口与给水泵入口连通，给水泵出口与高压加热器管侧入口连通；高压加热器管侧出口与省煤器的入口相连通，省煤器出口与汽包的入口连通，高压缸的抽汽口与高压加热器的低压侧入口相连，中压缸的抽汽口与除氧器的蒸汽入口相连，低压缸的抽汽口与低压加热器的低压侧入口相连；

所述下联箱出口的饱和水通过水冷壁与汽包连通。

在额定负荷运行时：第二阀和第一阀在均处于关闭状态；

高压加热器管侧出口的工质，先经省煤器加热后进入汽包进行汽水分离，再由汽包蒸汽出口流出的蒸汽依次经冷却壁、屏式过热器和末级过热器加热后，进入高压缸做功，然后继续进入低温再热器和末级再热器加热后，依次进入中压缸和低压缸做功；最后，由低压缸的排气进入凝汽器；凝汽器出口的冷凝水吸收低压加热器吸热后进入除氧器，最后经给水泵增压和高压加热器吸热后返回锅炉；高压缸的抽汽进入高压加热器的低压侧，经过给水冷却后变成疏水，进入除氧器，与给水汇，中压缸的抽汽进入除氧器、低压缸的抽汽进入低压加热器后冷凝汇至的出口。

当电网降负荷时：第二阀打开；

从末级过热器出口的管路上抽取一定比例的过热蒸汽，进入汽水/低温熔盐换热器，与来自低温熔盐储罐的低温熔盐进行换热，过热蒸汽冷却后进入高压加热器低压侧；由低温熔盐泵抽出的低温熔盐经吸热后，储存于高温熔盐储罐中。

当电网升负荷时：第一阀打开；

抽取部分下联箱内的饱和水，依次进入高温熔盐/汽水发生器和高温熔盐/汽水过热器，与来自高温熔盐储罐的高温熔盐进行两次换热，饱和水过热蒸发后与屏式过热器出口的过热蒸汽汇合，进入末级过热器继续加热，再进入高压缸做功，高温熔盐依次经高温熔盐/汽水过热器和高温熔盐/汽水发生器放热后储存于低温熔盐储罐中。

所述省煤器设置在锅炉的尾部烟道内。

所述低温再热器设置在锅炉的尾部烟道内。

所述屏式过热器、末级过热器和末级再热器设置在锅炉水平烟道内。

所述下联箱出口饱和水经过加热蒸发后进入汽包入口处的温度为300℃-360℃。

饱和水加热蒸发的方式为通过设置于锅炉内的水冷壁。

本发明的有益效果在于：

1.分考虑到了汽水抽汽点和汇入点的温压范围以及熔盐使用温度范围，实现“机炉解耦”运行。

2.解决了锅炉、汽轮机调节速率不匹配的难题，避免了锅炉低负荷下燃烧器熄火等安全事故，有助于提升机组调峰深度和调峰速率。

3.通过调节第二阀/第一阀的开度来匹配电网的降/升负荷率，调节低温熔盐泵和高温熔盐泵的频率来控制冷却汽和过热汽的温度，操作简单、方便。实现了燃煤发电系统调峰的高效灵活。

附图说明

图1为本发明一种耦合储热的高灵活性燃煤发电系统实施例的流程示意图。

其中：1-汽包，2-下联箱，3-下降管，4-水冷壁，5-高温熔盐/汽水过热器，6-高温熔盐/汽水发生器，7-屏式过热器，8-末级过热器，9-末级再热器，10-低温再热器，11-省煤器，12-高温熔盐泵，13-高温熔盐储罐，14-第二阀，15-高压缸，16-中压缸，17-低压缸，18-凝汽器，19-凝结水泵，20-低压加热器，21-除氧器，22-给水泵，23-高压加热器，24-汽水/低温熔盐换热器，25-低温熔盐泵，26-低温熔盐储罐，27-第一阀，28-发电机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示的本发明实施例，包括：汽包1、下联箱2、下降管3、水冷壁4、高温熔盐/汽水过热器5、高温熔盐/汽水发生器6、屏式过热器7、末级过热器8、末级再热器9、低温再热器10、省煤器11、高温熔盐泵12、高温熔盐储罐13、第二阀14、高压缸15、中压缸16、低压缸17、凝汽器18、凝结水泵19、低压加热器20、除氧器21、给水泵22、高压加热器23、汽水/低温熔盐换热器24、低温熔盐泵25、低温熔盐储罐26、第一阀27和发电机28；其中，低温熔盐储罐26出口与低温熔盐泵25入口连通，低温熔盐泵25出口与汽水/低温熔盐换热器24的熔盐侧入口连通，汽水/低温熔盐换热器24的熔盐侧出口与高温熔盐储罐13入口连通，高温熔盐储罐13出口与高温熔盐泵12入口连通，高温熔盐泵12出口与高温熔盐/汽水过热器5的熔盐侧入口连通，高温熔盐/汽水过热器5的熔盐侧出口与高温熔盐/汽水发生器6的熔盐侧入口连通，高温熔盐/汽水发生器6的熔盐侧出口与低温熔盐储罐26入口连通。

末级过热器8出口蒸汽分为两路，一路通过第二阀14与汽水/低温熔盐换热器24的汽水侧入口连通，汽水/低温熔盐换热器24的汽水侧出口与高压加热器23低压侧入口连通；另一路与高压缸15入口连通，高压缸15的蒸汽出口与低温再热器10入口连通，低温再热器10出口与末级再热器9入口连通，末级再热器9出口与中压缸16的蒸汽入口连通，中压缸16的蒸汽出口与低压缸17的蒸汽入口连通；低压缸17排气与凝汽器18入口连通，凝汽器18出口与凝结水泵19入口连通，凝结水泵19出口与低压加热器20的水侧入口连通，高压缸15的抽汽口与高压加热器23的低压侧入口相连，中压缸16的抽汽口与除氧器21的蒸汽入口相连，低压缸17的抽汽口与低压加热器20的低压侧入口相连。

下联箱2饱和水出口分为两路，一路通过水冷壁4与汽包1连通，一路通过第一阀27与高温熔盐/汽水发生器6汽水侧入口连通，高温熔盐/汽水发生器6汽水侧出口与高温熔盐/汽水过热器5汽水侧入口连通，高温熔盐/汽水过热器5汽水侧出口与屏式过热器7出口汇合后与末级过热器8入口连通。

高压加热器23低压侧出口与除氧器21疏水入口连通，除氧器21疏水出口与给水泵22入口连通，给水泵22出口与高压加热器23管侧入口连通；高压加热器23管侧出口与省煤器11的入口相连通，省煤器11出口与汽包1的入口连通，汽包1的蒸汽出口与屏式过热器7入口连通，汽包1的液态水出口经下降管3与下联箱2入口连通，由汽包1的液态水出口流出的液态水依次经下降管、下集箱进入锅炉内的冷却壁4吸热蒸发至300℃-360℃后，然后再次进入汽包1，重复前述的汽水分离过程。

省煤器11和低温再热器10设置在锅炉的尾部烟道内，屏式过热器7、末级过热器8和末级再热器9设置在锅炉水平烟道内，下联箱2具体为锅炉压力水冷壁下联箱。

本发明所述的燃煤发电系统的高灵活性运行方法包括以下工况：

亚临界水蒸气发电系统在额定负荷运行时，第二阀14和第一阀27在均处于关闭状态，此时

高压加热器23管侧出口的工质，先经省煤器11加热后进入汽包1进行汽水分离，再由汽包1蒸汽出口流出的蒸汽依次经屏式过热器7和末级过热器8加热后，进入高压缸15做功，然后继续进入低温再热器10和末级再热器9加热后，依次进入中压缸16和低压缸17做功；最后，由低压缸17的排气进入凝汽器18；凝汽器18出口的冷凝水吸收低压加热器20吸热后进入除氧器21，最后经给水泵22增压和高压加热器23吸热后返回锅炉；高压缸15的抽汽进入高压加热器23的低压侧，经过给水冷却后变成疏水，进入除氧器21，与给水汇合，中压缸16的抽汽进入除氧器21、低压缸17的抽汽进入低压加热器20的低压侧后冷凝汇至18的出口，末级过热器8和末级再热器9出口的温度为500-600℃之间。

当电网降负荷时，第二阀14打开，从末级过热器8出口的管路上抽取一定比例(0-60％)的过热蒸汽，温度为500-600℃之间，进入汽水/低温熔盐换热器24，与来自低温熔盐储罐26的低温熔盐进行换热，过热蒸汽冷却后进入高压加热器23低压侧；由低温熔盐泵25抽出的低温熔盐经24吸热后，储存于高温熔盐储罐13中。其他部分与额定负荷运行时的工作流程相同。降负荷后回到额定负荷运行的状态。

当电网升负荷时，第一阀27打开，抽取一定比例(0-60％)下联箱2内的饱和水，温度为350-373℃之间依次进入高温熔盐/汽水发生器6和高温熔盐/汽水过热器5，与来自高温熔盐储罐13的高温熔盐进行两次换热，饱和水过热蒸发后与屏式过热器7出口的过热蒸汽汇合，温度为450-550℃之间，进入末级过热器8继续加热，再进入高压缸12做功，高温熔盐依次经高温熔盐/汽水过热器5和高温熔盐/汽水发生器6放热后储存于低温熔盐储罐26中。其他部分与额定负荷运行时的工作流程相同。升负荷后回到额定负荷运行的状态。

Claims (10)

1.一种耦合储热的高灵活性燃煤发电系统，其特征在于，包括：汽包（1）、下联箱（2）、下降管（3）、水冷壁（4）、高温熔盐/汽水过热器（5）、高温熔盐/汽水发生器（6）、屏式过热器（7）、末级过热器（8）、末级再热器（9）、低温再热器（10）、高温熔盐泵（12）、高温熔盐储罐（13）、第二阀（14）、高压缸（15）、中压缸（16）、低压缸（17）、凝汽器（18）、凝结水泵（19）、低压加热器（20）、除氧器（21）、给水泵（22）、高压加热器（23）、汽水/低温熔盐换热器（24）、低温熔盐泵（25）、低温熔盐储罐（26）、第一阀（27）和发电机（28）；其中，低温熔盐储罐（26）出口与低温熔盐泵（25）入口连通，低温熔盐泵（25）出口与汽水/低温熔盐换热器（24）的熔盐侧入口连通，汽水/低温熔盐换热器（24）的熔盐侧出口与高温熔盐储罐（13）入口连通，高温熔盐储罐（13）出口与高温熔盐泵（12）入口连通，高温熔盐泵（12）出口与高温熔盐/汽水过热器（5）的熔盐侧入口连通，高温熔盐/汽水过热器（5）的熔盐侧出口与高温熔盐/汽水发生器（6）的熔盐侧入口连通，高温熔盐/汽水发生器（6）的熔盐侧出口与低温熔盐储罐（26）入口连通；

末级过热器（8）出口蒸汽分为两路，一路通过第二阀（14）与汽水/低温熔盐换热器（24）的汽水侧入口连通，汽水/低温熔盐换热器（24）的汽水侧出口与高压加热器（23）低压侧入口连通；另一路与高压缸（15）入口连通，高压缸（15）的蒸汽出口与低温再热器（10）入口连通，低温再热器（10）出口与末级再热器（9）入口连通，末级再热器（9）出口与中压缸（16）的蒸汽入口连通，中压缸（16）的蒸汽出口与低压缸（17）的蒸汽入口连通；低压缸（17）排气与凝汽器（18）入口连通，凝汽器（18）出口与凝结水泵（19）入口连通，凝结水泵（19）出口与低压加热器（20）的水侧入口连通；

下联箱（2）饱和水出口分为两路，一路饱和水加热蒸发后与汽包（1）入口连通，另一路饱和水通过第一阀（27）与高温熔盐/汽水发生器（6）汽水侧入口连通，高温熔盐/汽水发生器（6）汽水侧出口与高温熔盐/汽水过热器（5）汽水侧入口连通，高温熔盐/汽水过热器（5）汽水侧出口与屏式过热器（7）出口汇合后与末级过热器（8）入口连通。

2.根据权利要求1所述的一种耦合储热的高灵活性燃煤发电系统，其特征在于，所述高压加热器（23）低压侧出口与除氧器（21）疏水入口连通，除氧器（21）疏水出口与给水泵（22）入口连通，给水泵（22）出口与高压加热器（23）管侧入口连通；高压加热器（23）管侧出口与省煤器（11）的入口相连通，省煤器（11）出口与汽包（1）的入口连通，高压缸（15）的抽汽口与高压加热器（23）的低压侧入口相连，中压缸（16）的抽汽口与除氧器（21）的蒸汽入口相连，低压缸（17）的抽汽口与低压加热器（20）的低压侧入口相连。

3.根据权利要求2所述的一种耦合储热的高灵活性燃煤发电系统，其特征在于，在额定负荷运行时：第二阀（14）和第一阀（27）在均处于关闭状态；

高压加热器（23）管侧出口的工质，先经省煤器（11）加热后进入汽包（1）进行汽水分离，再由汽包（1）蒸汽出口流出的蒸汽依次经屏式过热器（7）和末级过热器（8）加热后，进入高压缸（15）做功，然后继续进入低温再热器（10）和末级再热器（9）加热后，依次进入中压缸（16）和低压缸（17）做功；最后，由低压缸（17）的排气进入凝汽器（18）；凝汽器（18）出口的冷凝水吸收低压加热器（20）吸热后进入除氧器（21），最后经给水泵（22）增压和高压加热器（23）吸热后返回锅炉；高压缸（15）的抽汽进入高压加热器（23）的低压侧，经过给水冷却后变成疏水，进入除氧器（21），与给水汇，中压缸（16）的抽汽进入除氧器（21）、低压缸（17）的抽汽进入低压加热器（20）后冷凝汇至凝汽器（18）的出口。

4.根据权利要求3所述的一种耦合储热的高灵活性燃煤发电系统，其特征在于，当电网降负荷时：第二阀（14）打开；

从末级过热器（8）出口的管路上抽取一定比例的过热蒸汽，进入汽水/低温熔盐换热器（24），与来自低温熔盐储罐（26）的低温熔盐进行换热；过热蒸汽冷却后进入高压加热器（23）低压侧，由低温熔盐泵（25）抽出的低温熔盐经汽水/低温熔盐换热器（24）吸热后，储存于高温熔盐储罐（13）中。

5.根据权利要求3所述的一种耦合储热的高灵活性燃煤发电系统，其特征在于，当电网升负荷时：第一阀（27）打开；

抽取部分下联箱（2）内的饱和水，依次进入高温熔盐/汽水发生器（6）和高温熔盐/汽水过热器（5），与来自高温熔盐储罐（13）的高温熔盐进行两次换热，饱和水过热蒸发后与屏式过热器（7）出口的过热蒸汽汇合，进入末级过热器（8）继续加热，再进入高压缸（15）做功，高温熔盐依次经高温熔盐/汽水过热器（5）和高温熔盐/汽水发生器（6）放热后储存于低温熔盐储罐（26）中。

6.根据权利要求3所述的一种耦合储热的高灵活性燃煤发电系统，其特征在于，所述省煤器（11）设置在锅炉的尾部烟道内。

7.根据权利要求1所述的一种耦合储热的高灵活性燃煤发电系统，其特征在于，所述低温再热器（10）设置在锅炉的尾部烟道内。

8.根据权利要求1所述的一种耦合储热的高灵活性燃煤发电系统，其特征在于，所述屏式过热器（7）、末级过热器（8）和末级再热器（9）设置在锅炉水平烟道内。

9.根据权利要求1所述的一种耦合储热的高灵活性燃煤发电系统，其特征在于，所述下联箱（2）出口饱和水经过加热蒸发后进入汽包（1）入口处的温度为300℃-360℃。

10.根据权利要求9所述的一种耦合储热的高灵活性燃煤发电系统，其特征在于，饱和水加热蒸发的方式为通过设置于锅炉内的水冷壁（4）。

Images