一种用于中小型战备及民生热源燃煤机组碳减排的工艺路线及形成的新系统的制作方法

1.本发明属于改造燃煤机组的技术领域，特别是一种用于中小型战备及民生热源燃煤机组碳减排的工艺路线及形成的新系统。


背景技术：

2.长期以来, 煤电是保障我国电力供应安全的主体电源。截至 2019 年年底, 我国煤电装机 10. 4 亿千瓦、发电量 4. 56 万亿千瓦
·
时, 分别占总装机、总发电量的 51. 8% 和 62. 2% 。目前我国发电和供热行业二氧化碳排放量占全国排放量的比重超过 40%，是全国二氧化碳排放的重点行业。
3.电力行业是煤炭消耗的主要行业之一，深入实施煤电节能减排升级改造，火电供电煤耗持续下降。对供电煤耗在 300 克标准煤/千瓦时以上的燃煤机组，应加快创造条件实施节能改造，对无法改造的机组逐步淘汰关停。
4.但有些中小型燃煤机组涉及到民生供暖或工业蒸汽，且作为所在地区唯一、不可替代民生热源燃煤机组，或涉及战备原因不能关停需保证应急启用的功能，若对这些燃煤机组进行关停对民生影响较大，或直接影响战备应急启用的功能，当前政府采取的政策是暂时豁免关停这些中小型燃煤机组。但因中小型燃煤机组的效率比较低、煤耗比较高，其碳排放量相对比较大，这些燃煤机组的被豁免关停对实现碳达峰碳中和目标影响比较大。
5.如何在不影响民生供暖或工业蒸汽需要及战备应急启用功能的情况下，实现这些中小型燃煤机组的碳减排碳中和，这个问题具有重大的社会和经济意义。
6.发明专利cn114440204a公开了一种改造备用煤电机组的工艺路线及形成的新系统的技术方案，采用该技术方案改造煤电机组形成的新系统在煤电机组应急启用期间发挥煤电机组的正常启用功能，在煤电机组长期停用期间发挥绿色储能功能。该发明专利虽然解决了中小型燃煤机组战备应急启用和碳中和的问题，但因其并不涉及民生热源的问题，并不能解决在保证满足民生热源及战备应急启用需要的前提下实现碳中和问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是在解决在保证满足民生热源及战备应急启用需要的前提下以最经济的成本实现因战备及民生热源原因豁免关停中小型燃煤机组的碳减排问题。
8.本发明的技术方案如下：一种用于中小型战备及民生热源燃煤机组碳减排的工艺路线及形成的新系统，其特征在于：其工艺路线包括以下步骤：第一步，新建绿色供热工程，满足民生热源的需求1）新建电储能熔盐系统（8）；外部电网（4）中的电通过电缆（5）进入电储能熔盐系统（8），在电储能熔盐系统（8）
中在电的作用下低温熔盐被加热成为高温熔盐，电能以热的形式储存在电储能熔盐系统（8）中；2）在上述电储能熔盐系统（8）基础上新建的熔盐供暖系统（10）和/或熔盐工业蒸汽系统（11）；所述的熔盐供暖系统（10）和/或熔盐工业蒸汽系统（11）分别并联接入原热力管路（13）连接原外部用热需求（14）；上述电储能熔盐系统（8）中的高温熔盐在熔盐泵的作用下通过熔盐管路（12）被泵入新建的熔盐供暖系统（10）和/或熔盐工业蒸汽系统（11），在新建的熔盐供暖系统（10）和/或熔盐工业蒸汽系统（11）中高温熔盐与水进行热交换生成热源，所生成的热源在泵的作用下通过热力管路（13）供入原外部用热需求（14），实现对外供暖和/或供工业蒸汽；第二步，在上述新建绿色供热工程的基础上，改造燃煤机组成为备用兼绿色储能一体化电站，实现燃煤机组碳减排的目标1）在上述电储能熔盐系统（8）的基础上新建熔盐高温高压水蒸气生成系统（9）；2）以电储能熔盐系统（8）和熔盐高温高压水蒸气生成系统（9）连接一起与原燃煤机组的燃煤锅炉系统（1）并联；电储能熔盐系统（8）通过熔盐管路（12）在熔盐泵的作用下将高温熔盐泵入熔盐高温高压水蒸气生成系统（9），在熔盐高温高压水蒸气生成系统（9）中高温熔盐与水进行热交换生成用来发电的高温高压水蒸气；3）上述新建的熔盐高温高压水蒸气生成系统（9）接入原燃煤机组的蒸汽发电系统（2）；熔盐高温高压水蒸气生成系统（9）中的高温高压水蒸气进入蒸汽发电系统（2），推动其内的汽轮机发电，所发的电通过电缆（5）及输配电系统（3）供入外部电网（4）；第三步，形成新系统在满足对外供暖和/或工业蒸汽的需求和战备应急启用的前提下，实现燃煤机组的碳减排目标，新增绿色储能电站的功能；第四步，关闭新增加系统设备，不影响原燃煤机组发挥战备应急启用功能和满足原外部用热需求（4）。
9.以上前2步依次顺序实施，第一步是基础和前提；新建电储能熔盐系统（8）储存高温熔盐的温度应能满足使熔盐高温高压水蒸气生成系统（9）中产生的高温高压水蒸气参数达到用来发电的要求，其储存高温熔盐的质量应能满足外部用热需求（14）和绿色储能电站两方面的需要量。
10.其所形成的新系统包括：至少一个电储能熔盐系统，至少一个熔盐供暖系统和/或熔盐工业蒸汽系统，至少一个熔盐高温高压水蒸气生成系统，至少一个燃煤锅炉系统，至少一个蒸汽发电系统，至少一个输配电系统；电储能熔盐系统通过熔盐管路与熔盐供暖系统和/或熔盐工业蒸汽系统连接；电储能熔盐系统通过熔盐管路与熔盐高温高压水蒸气生成系统连接；熔盐高温高压水蒸气生成系统通过主蒸汽管路和回水管路与蒸汽发电系统连接；燃煤锅炉系统通过主蒸汽管路和回水管路与蒸汽发电系统连接；熔盐高温高压水蒸气生成系统与燃煤锅炉系统并联；主蒸汽管路与回水管路并联；蒸汽发电系统通过电缆与输配电系统连接；输配电系统通过电缆与电储能熔盐系统连接；
多个电储能熔盐系统之间并联；多个熔盐供暖系统和/或熔盐工业蒸汽系统之间并联；多个熔盐高温高压水蒸气生成系统之间并联；多个燃煤锅炉系统之间并联；多个蒸汽发电系统之间并联；多个输配电系统之间并联。
11.上述的输配电系统通过电缆与外部电网连接。
12.上述的燃煤锅炉系统通过热力管路与外部用热需求连接。
13.上述的熔盐供暖系统和/或熔盐工业蒸汽系统通过热力管路与外部用热需求连接。
14.进一步，上述技术方案中，所述的电储能熔盐系统包括至少一个熔盐电加热器、至少一个高温熔盐储罐、至少一个低温熔盐储罐；低温熔盐储罐通过熔盐管路、熔盐泵与熔盐电加热器连接；熔盐电加热器通过熔盐管路、熔盐泵与高温熔盐储罐连接；多个熔盐电加热器之间并联；多个高温熔盐储罐之间并联；多个低温熔盐储罐之间并联；通过熔盐泵为熔盐的流动提供动力；熔盐优选采用低熔点四元熔盐，该熔盐参数为熔点94 ℃、分解温度628 ℃、蓄热密度为199 kwh/t 。
15.上述技术方案中，所述的电储能熔盐系统和熔盐高温高压水蒸气生成系统连接一起与燃煤锅炉系统并联，在功能上发挥相同的作用；产生的高温高压水蒸气的参数与燃煤锅炉系统的一致或接近。
16.上述技术方案中，所述的主蒸汽管路内水蒸气的参数与燃煤锅炉系统的一致或接近，高温高压水蒸气从熔盐高温高压水蒸气生成系统流向蒸汽发电系统，推动蒸汽发电机进行发电。
17.上述技术方案中，所述的回水管路可以是多个回水管路，其内流动的是水蒸气和/或冷凝水，流动的方向从蒸汽发电系统流向熔盐高温高压水蒸气生成系统；主蒸汽管路和回水管路构成工艺水工质在熔盐高温高压水蒸气生成系统和蒸汽发电系统之间循环的回路。
18.上述技术方案中，所述的输变电系统通过电缆与外部电网连接；能源来自于外部电网的电，外部电网的电是水电、风电或光伏电；外部电网的电是绿电；外部电网的电是谷电。
19.上述技术方案具体实施运行过程为：1）非战备应急启用时，关闭燃煤锅炉系统采用来自外部电网经过输变电系统的水电、风电或光伏电等绿电或谷电通过熔盐电加热器加热来自低温熔盐储罐里的低温熔盐，低温熔盐的温度从200 ℃升高到560 ℃变为高温熔盐，采用熔盐泵将560 ℃的高温熔盐通过熔盐管路泵入高温熔盐储罐中进行储存。
20.当对外供暖时，储存在高温熔盐储罐中560 ℃的高温熔盐通过熔盐管路在熔盐泵的作用下进入熔盐供暖系统，在熔盐供暖系统中高温熔盐与工艺水进行热交换；热交换后，560 ℃的高温熔盐变为200 ℃的低温熔盐，工艺水变为水蒸气；低温熔盐通过熔盐管路在熔盐泵的作用下进入低温熔盐储罐，水蒸气通过热力管路在泵的作用下进入外部用热需求。
21.当对外供工业蒸汽时，储存在高温熔盐储罐中560 ℃的高温熔盐通过熔盐管路在
熔盐泵的作用下进入熔盐工业蒸汽系统，在熔盐工业蒸汽系统中高温熔盐与工艺水进行热交换；热交换后，560 ℃的高温熔盐变为200 ℃的低温熔盐，工艺水变为高温中压水蒸汽；低温熔盐通过熔盐管路在熔盐泵的作用下进入低温熔盐储罐，高温中压的水蒸汽的水蒸气通过热力管路在泵的作用下进入外部用热需求。
22.当发挥绿色储能电站功能对外供电时，储存在高温熔盐储罐中560 ℃的高温熔盐通过熔盐管路在熔盐泵的作用下进入熔盐高温高压水蒸气生成系统，在熔盐高温高压水蒸气生成系统中高温熔盐与来自回水管路的水蒸气和/或冷凝水进行热交换；热交换后，560 ℃的高温熔盐变为200 ℃的低温熔盐，来自回水管路7的水蒸气和/或冷凝水变为高温高压的水蒸汽；低温熔盐通过熔盐管路在熔盐泵的作用下进入低温熔盐储罐，高温高压的水蒸汽通过主蒸汽管路进入蒸汽发电系统中推动其内的汽轮发电机发电，发过电的水蒸气和/或冷凝水通过回水管路在泵的作用下回到熔盐高温高压水蒸气生成系统中；蒸汽发电系统发出的电通过电缆及输配电系统供入外部电网。
23.2）战备应急启用时，关闭电储能熔盐系统熔盐供暖系统和/或熔盐工业蒸汽系统、熔盐高温高压水蒸气生成系统处于非运行状态，燃煤锅炉系统应急启用，蒸汽发电系统和输配电系统正常运行；燃煤锅炉系统采用燃烧煤粉产生的热量，与水进行热交换，通过热力管路满足外部用热需求，产生的高温高压水蒸气通过主蒸汽管路进入蒸汽发电系统中推动其内的汽轮发电机发电，发过电的水蒸气和/或冷凝水通过回水管路在泵的作用下回到燃煤锅炉系统中；蒸汽发电系统发出的电通过电缆及输配电系统供入外部电网。
24.本发明与现有技术相比，具有如下优点及突出性的技术效果：保证满足民生热源需求和战备应急启动功能的前提下，实现因民生热源及战备原因豁免关停中小型燃煤机组的碳减排碳中和目标；因战备需要应急启用燃煤机组时，燃煤机组能正常启用，能保证满足正常的外部用热需求；避免造成大量煤电资本的沉没，减少煤电行业就业岗位的减少；改造后形成的系统可以消纳水电、风电或光伏电，成为绿电的的“蓄水池”。
附图说明
25.图1是燃煤机组改造前的结构示意图。
26.图2是采用本发明技术方案改造燃煤机组后形成新系统的结构示意图。
27.图中：1、燃煤锅炉系统；2、蒸汽发电系统；3、输变电系统；4、外部电网；5、电缆；6、主蒸汽管路；7、回水管路；8、电储能熔盐系统；9、熔盐高温高压水蒸气生成系统；10、熔盐供暖系统；11、熔盐工业蒸汽系统；12、熔盐管路；13、热力管路；14、外部用热需求。
28.具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：图1为燃煤机组改造前的结构示意图，燃煤机组由燃煤锅炉系统1、蒸汽发电系统2和输变电系统3组成；燃煤锅炉系统1分别通过主蒸汽管路6和回水管路7与蒸汽发电系统2连接；主蒸汽管路6与回水管路7并联；燃煤锅炉系统1通过热力管路与外部用热需求连接；
蒸汽发电系统1通过电缆5与输变电系统3连接；燃煤锅炉系统1通过热力管路13与熔盐供暖系统10和/或熔盐工业蒸汽系统11连接。
30.输变电系统3通过电缆5与外部电网4连接。
31.燃煤锅炉系统1通过热力管路13与外部用热需求14连接。
32.图2是采用本发明技术方案改造燃煤机组后形成新系统的结构示意图，改造后形成的新系统包括：至少一个电储能熔盐系统8，至少一个熔盐供暖系统10和/或熔盐工业蒸汽系统11，至少一个熔盐高温高压水蒸气生成系统9，至少一个燃煤锅炉系统1，至少一个蒸汽发电系统2，至少一个输配电系统3；电储能熔盐系统8通过熔盐管路12与熔盐供暖系统10和/或熔盐工业蒸汽系统11连接；电储能熔盐系统8通过熔盐管路12与熔盐高温高压水蒸气生成系统9连接；熔盐高温高压水蒸气生成系统9通过主蒸汽管路6和回水管路7与蒸汽发电系统2连接；燃煤锅炉系统1通过主蒸汽管路6和回水管路7与蒸汽发电系统2连接；熔盐高温高压水蒸气生成系统9与燃煤锅炉系统1并联；主蒸汽管路6与回水管路7并联；蒸汽发电系统2通过电缆5与输配电系统3连接；输配电系统3通过电缆5与电储能熔盐系统8连接；多个电储能熔盐系统8之间并联；多个熔盐供暖系统10和/或熔盐工业蒸汽系统11之间并联；多个熔盐高温高压水蒸气生成系统9之间并联；多个蒸汽发电系统2之间并联；多个输配电系统3之间并联。
33.输配电系统3通过电缆5与外部电网4连接。
34.熔盐供暖系统10和/或熔盐工业蒸汽系统11通过热力管路13与外部用热需求14连接。
35.所述的电储能熔盐系统8包括熔盐电加热器、高温熔盐储罐、低温熔盐储罐；低温熔盐储罐通过熔盐管路、熔盐泵与熔盐电加热器连接；熔盐电加热器通过熔盐管路、熔盐泵与高温熔盐储罐连接；通过熔盐泵为熔盐的流动提供动力。
36.熔盐优选采用低熔点四元熔盐，该熔盐参数为熔点94 ℃、分解温度628 ℃、蓄热密度为199 kwh/t ；加热熔盐的能源采用水电、风电或光伏电；加热熔盐的能源采用绿电；加热熔盐的能源采用谷电。
37.以改造50mw因民生热源及战备原因豁免关停中小型燃煤机组碳减排的工艺路线及形成的新系统为例具体说明下面：1）非战备应急启用时，关闭燃煤锅炉系统采用来自外部电网4经过输变电系统3的水电、风电或光伏电等绿电或谷电通过熔盐电加热器加热来自低温熔盐储罐里的低温熔盐，低温熔盐的温度从200 ℃升高到560 ℃变为高温熔盐，采用熔盐泵将560 ℃的高温熔盐通过熔盐管路泵入高温熔盐储罐中进行储存。
38.当对外供暖时，储存在高温熔盐储罐中560 ℃的高温熔盐通过熔盐管路在熔盐泵的作用下进入熔盐供暖系统10，在熔盐供暖系统10中高温熔盐与20℃的工艺水进行热交换；热交换后，560 ℃的高温熔盐变为200 ℃的低温熔盐，20℃的工艺水变为120℃的水蒸气；低温熔盐通过熔盐管路在熔盐泵的作用下进入低温熔盐储罐，120℃的水蒸气通过热力管路在泵的作用下进入外部用热需求。
39.当对外供工业蒸汽时，储存在高温熔盐储罐中560 ℃的高温熔盐通过熔盐管路在
熔盐泵的作用下进入熔盐工业蒸汽系统11，在熔盐工业蒸汽系统11中高温熔盐与20℃的工艺水进行热交换；热交换后，560 ℃的高温熔盐变为200 ℃的低温熔盐，20℃的工艺水变为温度300℃，压力1.0mpa的水蒸汽；低温熔盐通过熔盐管路在熔盐泵的作用下进入低温熔盐储罐，温度300℃，压力1.0mpa的水蒸汽的水蒸气通过热力管路在泵的作用下进入外部用热需求。
40.当发挥绿色储能电站功能对外供电时，储存在高温熔盐储罐中560 ℃的高温熔盐通过熔盐管路在熔盐泵的作用下进入熔盐高温高压水蒸气生成系统9，在熔盐高温高压水蒸气生成系统9中高温熔盐与来自回水管路7的水蒸气和/或冷凝水进行热交换；热交换后，560 ℃的高温熔盐变为200 ℃的低温熔盐，来自回水管路7的水蒸气和/或冷凝水变为温度540℃，压力12.7mpa的水蒸汽；低温熔盐通过熔盐管路在熔盐泵的作用下进入低温熔盐储罐，温度540℃，压力12.7mpa的水蒸汽通过主蒸汽管路6进入蒸汽发电系统2中推动其内的汽轮发电机发电，发过电的水蒸气和/或冷凝水通过回水管路7在泵的作用下回到熔盐高温高压水蒸气生成系统9中；蒸汽发电系统2发出的电通过电缆5及输配电系统3供入外部电网4。
41.2）战备应急启用时，关闭电储能熔盐系统8熔盐供暖系统10和/或熔盐工业蒸汽系统11、熔盐高温高压水蒸气生成系统9处于非运行状态，燃煤锅炉系统1应急启用，蒸汽发电系统3和输配电系统3正常运行；燃煤锅炉系统1采用燃烧煤粉产生的热量，与水进行热交换，通过热力管路13满足外部用热需求14，产生的高温高压水蒸气通过主蒸汽管路6进入蒸汽发电系统2中推动其内的汽轮发电机发电，发过电的水蒸气和/或冷凝水通过回水管路7在泵的作用下回到燃煤锅炉系统1中；蒸汽发电系统2发出的电通过电缆5及输配电系统3供入外部电网4。
42.以上对本发明一个实施例进行了具体的说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认定为用于限定本发明的实施范围。凡是依本发明申请范围所做的任何简单修改、等同变化与改型，均应仍处于本发明的专利涵盖范围之内。