CN115749998A - 烟气及新能源弃电耦合加热熔盐的装置系统及应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种烟气及新能源弃电耦合加热熔盐的装置系统及应用方法，所述装置系统包括熔盐循环模块和蒸汽循环模块；所述熔盐循环模块包括依次循环连接的第一熔盐储存装置、烟气换热装置、第二熔盐储存装置、蒸发装置和冷却水换热装置；所述烟气换热装置与第二熔盐储存装置之间还设置有电加热装置；所述电加热装置与新能源发电装置相连。本发明采用火力发电机组中产生的烟气及新能源弃电与熔盐储热储能系统耦合，简化换热流程，提高了换热效率，减小了发电机组的调峰负荷调整压力，提高发电机组的调峰灵活性，而且避免锅炉频繁变负荷运行，提高锅炉的寿命，具有大规模推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及熔盐储能技术领域，尤其涉及一种烟气及新能源弃电耦合加热熔盐的装置系统及应用方法。
背景技术
电力的生产、传输、消纳是一种动态的平衡，随着用户侧的负荷不断变化，发电侧的负荷需要做出相应的调整以适应不同的需求。但是，目前我国发电机组的灵活性较差，纯凝发电机组实际调峰能力一般为额定容量的50％左右，供热机组在供热期的调峰能力仅为额定容量的20％左右，无法满足未来新型电力系统对灵活性调峰的要求，因此需要对发电机组进行升级改造。
储能技术是解决可再生能源波动性和间歇性、提供调峰服务、提高电力系统安全稳定性的关键技术之一。熔盐储热技术已经成为一种重要的储能技术，在许多领域发挥着重要的作用，熔盐储热技术具有安全、高效、操作简单、无废弃物的优势和运行成本较低的优点，将熔盐储热系统与火力发电机组耦合，可以在调峰时段将多余的热储存在高温熔盐中，一方面避免了热力系统中锅炉的频繁变负荷运行，另一方面提高了发电机组的灵活性调峰能力。
CN111853749A公开了一种用于满足电厂机组深度调峰要求的储热系统及储热方法，所述储热系统包括高温熔盐储罐(1)，高温熔盐储罐一端通过管道A(16)依次与高温熔盐泵(6)、给水熔盐换热器(3)连接，给水熔盐换热器通过管道B(13)与低温流量、温度和压力监测装置(5)连接，低温流量、温度和压力监测装置通过管道B与低温熔盐储罐(2)一端连接，低温熔盐储罐另一端通过管道D(14)与低温熔盐泵(4)、高温流量、温度和压力监测装置(7)连接，可以满足电厂机组深度调峰要求的储热系统。
CN114592934A公开了一种基于高低参数组合熔盐实现火电机组改造的系统及方法，低温熔盐采用三元硝酸盐，高温熔盐采用三元碳酸盐，储能阶段分别从主蒸汽管道和热再管道引出蒸汽，通过盐-汽换热主蒸汽放热后回至冷再管道，再热蒸汽放热后回至除氧器，可将调峰深度下调至10％额定负荷以下，同时配置的熔盐电加热器具备大功率的用电负荷，可实现机组的快速调频；释能阶段从高压加热器出口引出高压给水，通过梯级换热产生高品位蒸汽最后回至热再管道进入中压缸做功，实现机组调峰。
CN114216108A公开了一种混合加热熔盐储热调峰系统，包括过热器、再热器、主蒸汽控制阀、高压缸、再热蒸汽控制阀、中压缸、低压蒸汽控制阀、低压缸、发电机、电开关、回热加热器、除氧器、给水泵、凝汽器、凝结水泵、蒸汽压力水换热器、压力水泵、常压水罐、压力水罐、高温熔盐泵、蒸汽熔盐换热器、电加热器、低温熔盐泵、低温熔盐储罐、高温熔盐储罐、熔盐压力水换热器、风力发电机组、阀门。本系统将机组降负荷调峰过剩的热量和电量、及风力发电及光伏发电过剩的电量储存在高温熔盐中；在机组升负荷过程中，用高温熔盐加热压力水产生高温压力水或者高温高压蒸汽，进入原机组热力系统增加机组发电功率，实现火电厂灵活性深度调峰。
但上述系统还存在换热流程较复杂的问题，而且换热效率还需进一步提高。
因此，开发一种换热流程简单、换热效率更高的烟气及新能源弃电耦合加热熔盐的装置系统及应用方法具有重要意义。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种烟气及新能源弃电耦合加热熔盐的装置系统及应用方法，通过采用火力发电机组中产生的烟气及新能源弃电与熔盐储热储能系统耦合，简化换热流程，提高了换热效率，而且可以提高发电机组的调峰响应能力；同时可以避免锅炉频繁变负荷运行，提高锅炉的寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种烟气及新能源弃电耦合加热熔盐的装置系统，所述装置系统包括熔盐循环模块和蒸汽循环模块；
所述熔盐循环模块包括依次循环连接的第一熔盐储存装置、烟气换热装置、第二熔盐储存装置、蒸发装置和冷却水换热装置；所述烟气换热装置与第二熔盐储存装置之间还设置有电加热装置；所述电加热装置与新能源发电装置相连。
本发明所述的烟气及新能源弃电耦合加热熔盐的装置系统在降负荷调峰时，可以用烟气加热熔盐，把烟气的热量存储下来；在升负荷调峰时，熔盐中的热量用于加热蒸汽，蒸汽在透平发电机组中膨胀做功发电。而且高温熔盐可耐受700℃高温，实现储热与超超临界发电机组蒸汽热力参数的匹配，发电机组的高温烟气而非蒸汽来直接加热高温熔盐，换热流程简单、换热效率更高。所述装置系统可以应用在超超临界发电机组的灵活性升级改造。
优选地，所述蒸汽循环模块包括与蒸发装置依次连接的透平发电机组和冷却塔。
优选地，所述蒸汽循环模块还包括增压泵。
优选地，所述增压泵设置在蒸发装置和冷却水换热装置之间。
优选地，所述新能源发电装置包括光伏发电装置和风力发电装置。
第二方面，本发明还提供一种如第一方面所述的烟气及新能源弃电耦合加热熔盐装置系统的应用方法，所述应用方法包括充能过程和释能过程。
优选地，所述充能过程包括：第一熔盐储存装置中的第一熔盐依次经烟气换热装置和电加热装置被加热后，进入第二熔盐储存装置中存储。
本发明所述的烟气及新能源弃电耦合加热熔盐装置系统的应用方法中的充能过程，即系统降负荷调峰过程，可以采用燃煤锅炉的烟气或燃气锅炉的烟气在烟气换热装置中加热第一熔盐，可以在原本的燃煤锅炉装置系统或燃气锅炉装置系统的基础上，在锅炉烟气侧新增加一个旁路，实现烟气加热熔盐。本发明中的电加热装置采用的是新能源弃电，将与烟气换热后的熔盐进一步加热，完成充能过程。本发明中的释能过程，即系统降升荷调峰过程，关闭烟气旁路，使其全部用于加热蒸汽，同时用充能过程中的被加热的熔盐来加热蒸汽，在透平发电机组中膨胀做功发电。本发明所述应用方法以高温熔盐作为中间储能介质，可以将锅炉和汽轮机解耦运行，在机组需要深度调峰时将部分能量以热能的方式中间储存，在其他时段将储存的能量再以热能的方式回送至机组热力系统。可以减小发电机组的调峰负荷调整压力，机组运行负荷范围可维持较高效率，提高发电机组的调峰灵活性，为发电机组带来额外的辅助服务收益。
优选地，所述第一熔盐经过烟气换热装置后的温度为600～700℃，例如可以是600℃、620℃、650℃、680℃、690℃或700℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，进入烟气换热装置的烟气温度为900℃以上，例如可以是900℃、910℃、930℃、950℃、970℃或1000℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所述释能过程包括：第二熔盐储存装置中的第二熔盐依次经蒸发装置和冷却水换热装置，将热量传递给蒸汽，蒸汽在透平发电机组中膨胀做功发电。
优选地，所述蒸汽的温度为600℃以上，例如可以是600℃、610℃、620℃、630℃、650℃或700℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述应用方法包括充能过程和释能过程；
所述充能过程包括：第一熔盐储存装置中的第一熔盐在烟气换热装置中，与进入烟气换热装置温度为900℃以上的烟气换热后，温度为600～700℃，之后进入电加热装置被加热，最后进入第二熔盐储存装置中存储；
所述释能过程包括：第二熔盐储存装置中的第二熔盐依次经蒸发装置和冷却水换热装置，将热量传递给蒸汽，温度为600℃以上的蒸汽在透平发电机组中膨胀做功发电。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的烟气及新能源弃电耦合加热熔盐的装置系统设计合理，使用发电机组的高温烟气而非蒸汽来直接加热高温熔盐，换热流程简单、换热效率更高；同时增加新能源弃电对熔盐进一步加热，提高整个系统的调峰能力；
(2)本发明提供的烟气及新能源弃电耦合加热熔盐装置系统的应用方法可应用燃煤锅炉烟气或燃气锅炉烟气进行换热，可以减小发电机组的调峰负荷调整压力，机组运行负荷范围可维持较高效率，提高发电机组的调峰灵活性，具有大规模推广应用前景。
附图说明
图1是实施例1中烟气及新能源弃电耦合加热熔盐的装置系统的结构示意图。
图2是实施例1中燃煤锅炉装置系统的结构示意图。
图3是实施例2中燃气锅炉装置系统的结构示意图。
图中：1-第一熔盐储存装置；2-烟气换热装置；3-第二熔盐储存装置；4-冷却水换热装置；5-蒸发装置；6-增压泵；7-冷却塔；8-透平发电机组；9-光伏发电装置；10-风力发电装置；11-电加热装置；12-炉膛；13-汽包；14-第一过热器；15-第二过热器；16-空气预热器；17-调压装置；18-燃烧室；19-燃气轮机；20-余热锅炉。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本领域技术人员理应了解的是，本发明中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本发明的主要发明点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型进可以自行增设布局，本发明对此不做特殊要求和具体限定。
实施例1
本实施例提供一种烟气及新能源弃电耦合加热熔盐的装置系统，其结构示意图如图1所示。
所述装置系统包括熔盐循环模块和蒸汽循环模块；
所述熔盐循环模块包括依次循环连接的第一熔盐储存装置1、烟气换热装置2、第二熔盐储存装置3、蒸发装置5和冷却水换热装置4；所述烟气换热装置2与第二熔盐储存装置3之间还设置有电加热装置11；所述电加热装置11与新能源发电装置相连。
所述蒸汽循环模块包括与蒸发装置5依次连接的透平发电机组8和冷却塔7。
所述蒸汽循环模块还包括增压泵6。所述增压泵7设置在蒸发装置5和冷却水换热装置4之间。
所述新能源发电装置包括光伏发电装置9和风力发电装置10。
本实施例还提供一种上述烟气及新能源弃电耦合加热熔盐装置系统的应用方法，所述应用方法采用燃煤锅炉的烟气加热熔盐，燃煤锅炉装置系统的结构示意图如图2所示。
所述燃煤锅炉装置系统包括炉膛12、汽包13、第一过热器14、第二过热器15和空气预热器16。燃煤进入炉膛燃烧，汽包内的水被加热，产生饱和蒸汽，依次经过第一过热器14和第二过热器15，产生主蒸汽。炉膛2产生的一部分烟气依次经过第一过热器14和第二过热器15与饱和蒸汽换热后，继续进入空气预热器16与空气换热，最后排到烟囱；空气经过空气预热器16后进入炉膛12；炉膛12产生的另一部分烟气通过旁路经过烟气换热装置2，加热熔盐。
所述应用方法包括充能过程和释能过程；
所述充能过程包括：第一熔盐储存装置1中的第一熔盐在烟气换热装置2中，与进入烟气换热装置2的温度为900℃的燃煤锅炉旁路的烟气换热后，温度为700℃，之后进入电加热装置11被加热，最后进入第二熔盐储存装置3中存储；其中，电加热装置11与光伏发电装置9和风力发电装置10相连，利用弃电对熔盐进行进一步加热；
所述释能过程包括：第二熔盐储存装置3中的第二熔盐依次经蒸发装置5和冷却水换热装置4，将热量传递给蒸汽，温度为600℃以上的蒸汽在透平发电机组8中膨胀做功发电。
实施例2
本实施例提供一种烟气及新能源弃电耦合加热熔盐的装置系统，所述装置系统与实施例1相同。
本实施例还提供一种上述烟气及新能源弃电耦合加热熔盐装置系统的应用方法，所述应用方法采用燃气锅炉的烟气加热熔盐，燃煤锅炉装置系统的结构示意图如图2所示。
所述燃气锅炉装置系统包括调压装置17、燃烧室18、燃气轮机19和余热锅炉20。燃气经过调压装置17进入燃烧室18，产生的排气进入燃气轮机19。燃气轮机19产生的一部分烟气经过余热锅炉20，将液体水加热为蒸汽，另一部分烟气通过旁路经过烟气换热装置2，加热熔盐后，进入空气预热器16与空气换热，最后排到烟囱。空气经过空气预热器16后进入燃烧室18。
所述应用方法包括充能过程和释能过程；
所述充能过程包括：第一熔盐储存装置1中的第一熔盐在烟气换热装置2中，与进入烟气换热装置2的温度为1000℃的燃气锅炉旁路的烟气换热后，温度为600℃，之后进入电加热装置11被加热，最后进入第二熔盐储存装置3中存储；其中，电加热装置11与光伏发电装置9和风力发电装置10相连，利用弃电对熔盐进行进一步加热；
所述释能过程包括：第二熔盐储存装置3中的第二熔盐依次经蒸发装置5和冷却水换热装置4，将热量传递给蒸汽，温度为700℃以上的蒸汽在透平发电机组8中膨胀做功发电。
综上所述，本发明提供的烟气及新能源弃电耦合加热熔盐的装置系统设计合理，采用火力发电机组中产生的烟气及新能源弃电与熔盐储热储能系统耦合，简化换热流程，提高了换热效率，可以减小发电机组的调峰负荷调整压力，机组运行负荷范围可维持较高效率，提高发电机组的调峰灵活性，避免锅炉频繁变负荷运行，提高锅炉的寿命，具有大规模推广应用前景。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种烟气及新能源弃电耦合加热熔盐的装置系统，其特征在于，所述装置系统包括熔盐循环模块和蒸汽循环模块；
所述熔盐循环模块包括依次循环连接的第一熔盐储存装置、烟气换热装置、第二熔盐储存装置、蒸发装置和冷却水换热装置；所述烟气换热装置与第二熔盐储存装置之间还设置有电加热装置；所述电加热装置与新能源发电装置相连。
2.根据权利要求1所述的装置系统，其特征在于，所述蒸汽循环模块包括与蒸发装置依次连接的透平发电机组和冷却塔。
3.根据权利要求1或2所述的装置系统，其特征在于，所述蒸汽循环模块还包括增压泵；
优选地，所述增压泵设置在蒸发装置和冷却水换热装置之间。
4.根据权利要求1～3任一项所述的装置系统，其特征在于，所述新能源发电装置包括光伏发电装置和风力发电装置。
5.一种如权利要求1～4任一项所述的烟气及新能源弃电耦合加热熔盐装置系统的应用方法，其特征在于，所述应用方法包括充能过程和释能过程。
6.根据权利要求5所述的应用方法，其特征在于，所述充能过程包括：第一熔盐储存装置中的第一熔盐依次经烟气换热装置和电加热装置被加热后，进入第二熔盐储存装置中存储。
7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于，所述第一熔盐经过烟气换热装置后的温度为600～700℃。
8.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于，进入烟气换热装置的烟气温度为900℃以上。
9.根据权利要求5～8任一项所述的应用方法，其特征在于，所述释能过程包括：第二熔盐储存装置中的第二熔盐依次经蒸发装置和冷却水换热装置，将热量传递给蒸汽，蒸汽在透平发电机组中膨胀做功发电。
10.根据权利要求9所述的应用方法，其特征在于，所述蒸汽的温度为600℃以上。
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