一种基于蒸汽加热熔盐蓄热的火电机组热电解耦系统及方法与流程

本发明涉及一种火电机组发电与供热协同调峰技术，主要适用于不同容量火力发电机组，包括燃煤、生物质、燃气联合循环等火电供热机组。

背景技术：

目前电网峰谷差日益增大，电力系统调峰压力也日渐加大，以浙江省为例，2018年浙江电网统调口径最大峰谷差达2886万千瓦，随着宾金、宁绍、浙福等特高压输电工程的投运及浙江新能源发电装机的增加，浙江电网对调节的灵活性与可靠性要求越来越高。为发挥大机组节能环保优势，绝大部分火电机组本身设计或者后期改造为发电、供热两用机组，从而替代大型火电机组周边的小型供热采暖或者工业蒸汽锅炉，提高了整个社会的能源利用效率，大幅度减少了污染物排放。

随着火电机组参与供热，减少了火电机组调峰能力，并且随着新能源发电装机增加，迫切需要进一步挖掘火电机组的调峰能力，以保证电网安全稳定运行，火电供热机组的深度调峰运行是发展的必然。

目前火电供热机组主要通过对运行数据分析、现场试验等方式，对机组进行调节优化，挖掘机组调峰能力，以浙江省火电机组为例，绝大部分火电机组向周边供应1.6mpa工业蒸汽，300mw等级火电机组为保证蒸汽供应品质，最低运行负荷需控制220mw。即使通过关小汽轮机中压进汽阀协同参与调节再热冷段蒸汽压力，造成300mw等级火电供热最低运行负荷由原来的120mw提高至180mw。由于参与工业供热，减少了300mw等级火电纯凝机组60～100mw调峰能力，降低了300mw等级火电纯凝机组在发电市场竞争力。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，为提高火电供热机组调峰能力或者提高供热安全性，提供一种基于蒸汽加热熔盐蓄热的火电机组热电解耦系统及方法，挖掘现有火电供热机组发电、供热调峰负荷能力，降低机组发电负荷，提高机组供热负荷范围，拓宽机组调峰负荷范围，提高机组运行灵活性。

基于蒸汽加热熔盐蓄热的火电机组热电解耦系统，包括高温熔盐罐、高温熔盐泵、低温熔盐罐、低温熔盐泵、蒸汽显热换热器、熔盐蒸汽过热器、熔盐蒸汽发生器、锅炉再热器、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、工业用户、除氧器和水泵；低温熔盐罐的输出端通过低温熔盐泵连接蒸汽显热换热器的输入端，蒸汽显热换热器的输出端连接高温熔盐罐的输入端；锅炉再热器的输出端连接蒸汽显热换热器的输入端，蒸汽显热换热器的输出端连接工业用户；高温熔盐罐的输出端通过高温熔盐泵连接熔盐蒸汽过热器和熔盐蒸汽发生器的输入端，熔盐蒸汽过热器和熔盐蒸汽发生器的输出端连接低温熔盐罐的输入端；除氧器的输出端通过水泵连接熔盐蒸汽发生器和熔盐蒸汽过热器的输入端，熔盐蒸汽发生器和熔盐蒸汽过热器的输出端连接工业用户；锅炉再热器的输出端连接汽轮机中压缸，锅炉再热器的输入端连接汽轮机高压缸。

作为优选：高温熔盐罐输出高温熔盐，低温熔盐罐输出低温熔盐，锅炉再热器输出锅炉再热器出口蒸汽即高温蒸汽，除氧器输出饱和除氧水。

基于蒸汽加热熔盐蓄热的火电机组热电解耦系统的熔盐蓄放热方法，包括以下步骤：

1)当火电供热机组要求降低发电负荷时，熔盐蓄放热系统调整到蓄热模式：打开锅炉再热器的出口阀抽取高温蒸汽至蒸汽显热换热器，低温熔盐通过低温熔盐泵从低温熔盐罐输送至蒸汽显热换热器与锅炉再热器出口蒸汽进行换热，加热后的高温熔盐储存至高温熔盐罐中，同时加热熔盐后的蒸汽温度降至工业蒸汽参数供至工业用户；

2)当火电供热机组要求增加供热量时，熔盐蓄放热系统调整到放热模式：高温熔盐通过高温熔盐泵从高温熔盐罐输送至熔盐蒸汽过热器和熔盐蒸汽发生器，从除氧器抽取饱和除氧水通过水泵升压后，饱和除氧水在熔盐蒸汽发生器和熔盐蒸汽过热器中被高温熔盐加热发生相变，饱和除氧水转为过热蒸汽供至工业用户，高温熔盐转为低温熔盐存至低温熔盐罐中。

作为优选：所述步骤1)中，锅炉再热器出口蒸汽由于部分被抽至加热熔盐，汽轮机中压缸的进汽量减少了。

作为优选：所述步骤1)中，低温熔盐与锅炉再热器出口蒸汽只在蒸汽显热换热器换热且蒸汽不发生相变，低温熔盐变成高温熔盐储存在高温熔盐罐，高温蒸汽变成中温蒸汽作为供热蒸汽。

作为优选：所述步骤2)中，高温熔盐与饱和除氧水在熔盐蒸汽发生器和熔盐蒸汽过热器换热后发生相变产生中温蒸汽，作为供热蒸汽。

作为优选：所述步骤2)中，饱和除氧水通过水泵增压，水泵出口压力由供热蒸汽压力决定，水泵出口压力高于供热蒸汽压力。

本发明的有益效果是：

(1)与现有关小汽轮机中压进汽阀运行方案相比，本发明减少了中压进汽阀节流损失，提高了汽轮机运行安全可靠性。

(2)与现有蓄热式电锅炉调峰技术相比，本发明避免了高品质电力转化为蒸汽带来能耗高的问题。

(3)本发明不进行锅炉及汽轮机改造，只增加了一套熔盐蓄放热系统，实现了火电机组完全热电解耦，解除了因保证供热蒸汽参数限制，拓宽了机组调峰负荷范围，提高了机组灵活性。

附图说明

图1是本发明实施例中基于蒸汽加热熔盐蓄热的火电机组热电解耦系统流程图。

附图标记说明：1-高温熔盐罐，2-高温熔盐泵，3-低温熔盐罐，4-低温熔盐泵，5-蒸汽显热换热器，6-熔盐蒸汽过热器，7-熔盐蒸汽发生器，8-锅炉再热器，9-汽轮机高压缸，10-汽轮机中压缸，11-工业用户，12-除氧器，13-水泵。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

如图1所示，所述的基于蒸汽加热熔盐蓄热的火电机组热电解耦系统，包括高温熔盐罐1、高温熔盐泵2、低温熔盐罐3、低温熔盐泵4、蒸汽显热换热器5、熔盐蒸汽过热器6、熔盐蒸汽发生器7、锅炉再热器8、汽轮机高压缸9、汽轮机中压缸10、工业用户11、除氧器12、水泵13。低温熔盐罐3的输出端通过低温熔盐泵4连接蒸汽显热换热器5的输入端，蒸汽显热换热器5的输出端连接高温熔盐罐1的输入端。锅炉再热器8的输出端连接蒸汽显热换热器5的输入端，蒸汽显热换热器5的输出端连接工业用户11。高温熔盐罐1的输出端通过高温熔盐泵2连接熔盐蒸汽过热器6和熔盐蒸汽发生器7的输入端，熔盐蒸汽过热器6和熔盐蒸汽发生器7的输出端连接低温熔盐罐3的输入端。除氧器12的输出端通过水泵13连接熔盐蒸汽发生器7和熔盐蒸汽过热器6的输入端，熔盐蒸汽发生器7和熔盐蒸汽过热器6的输出端连接工业用户11。锅炉再热器8的输出端连接汽轮机中压缸10，锅炉再热器8的输入端连接汽轮机高压缸9。

当火电供热机组要求降低发电负荷时，熔盐蓄放热系统调整到蓄热模式：打开锅炉再热器8的出口阀抽取高温蒸汽至蒸汽显热换热器5，低温熔盐通过低温熔盐泵4从低温熔盐罐3输送至蒸汽显热换热器5与锅炉再热器出口蒸汽进行换热，加热后的高温熔盐储存至高温熔盐罐1中，锅炉再热器出口蒸汽由于部分被抽至加热熔盐，减少汽轮机中压缸10的进汽量，从而实现了减少发电机组的发电功率，同时加热熔盐后的蒸汽温度降至工业蒸汽参数供至工业用户11。

当火电供热机组要求增加供热量时，熔盐蓄放热系统调整到放热模式：高温熔盐通过高温熔盐泵2从高温熔盐罐1输送至熔盐蒸汽过热器6和熔盐蒸汽发生器7，从除氧器12抽取饱和除氧水通过水泵13升压后，饱和除氧水在熔盐蒸汽发生器7和熔盐蒸汽过热器6中被高温熔盐加热发生相变，饱和除氧水转为过热蒸汽供至工业用户11，高温熔盐转为低温熔盐存至低温熔盐罐3中，解决了火电机组因为发电负荷低导致供热参数或者供热量达不到要求的问题。

采用锅炉再热器出口蒸汽(也称为再热热段蒸汽)加热熔盐蓄热，熔盐放热把除氧器12出口或者进口的饱和除氧水化为过热蒸汽，熔盐放热产生的过热蒸汽以及加热熔盐后的蒸汽直接供应工业用户11，实现蒸汽熔盐蓄热调峰发电，提高供热安全性。

低温熔盐与再热热段蒸汽只在蒸汽显热换热器5逆向换热且蒸汽不发生相变，低温熔盐变成高温熔盐储存在高温熔盐罐1，高温蒸汽变成中温蒸汽作为供热蒸汽。

高温熔盐与饱和除氧水在熔盐蒸汽发生器7、熔盐蒸汽过热器6换热后发生相变产生中温蒸汽，作为供热蒸汽。

饱和除氧水需通过水泵13增压，水泵出口压力由供热蒸汽压力决定，水泵出口压力略高于供热蒸汽压力。

通过蒸汽加热熔盐，熔盐加热饱和除氧水，实现火电机组发电与供热互相协同调峰。

实施例：

以一台330mw亚临界火电机组为例，在额定发电工况下发电功率为330mw，高压缸排汽(再热冷段蒸汽)压力为4.15mpa、温度为326℃，高压缸排汽流量为908t/h。锅炉再热器产生的高温蒸汽(再热热段蒸汽)压力为3.70mpa、温度为540℃，设计一套容量为76mwh基于蒸汽加热熔盐蓄热的火电机组热电解耦系统，该套系统产汽量为40t/h、连续产汽时间5h，产汽并入工业蒸汽供应管道上。

其中蒸汽显热换热器换热面积1060㎡，熔盐蒸汽发生器700㎡，熔盐蒸汽过热器30㎡，低温、高温熔盐泵设计流量300t/h，水泵设计流量40t/h、设计扬程80m，低温、高温熔盐罐半径6m、高9m，熔盐1400t，整个系统占地面积300㎡，工程总投资约1800万。

蓄热流程：540℃高压蒸汽从锅炉再热器8出口以120t/h流量引至蒸汽显热换热器5，130℃低温熔盐通过低温熔盐泵4从低温熔盐罐3以300t/h流量输送至蒸汽显热换热器5与锅炉再热器出口蒸汽进行换热，熔盐加热至400℃储存在高温熔盐罐1中，高温蒸汽在蒸汽显热换热器5换热后温度降至热用户参数，供至工业用户11。

放热流程：400℃高温熔盐通过高温熔盐泵2从高温熔盐罐1以300t/h流量输送至熔盐蒸汽发生器7、熔盐蒸汽过热器6，从除氧器12出水口引出40t/h饱和除氧水通过水泵13输送至熔盐蒸汽发生器7、熔盐蒸汽过热器6产生1.8mpa、260℃的蒸汽，产生的蒸汽供至工业用户11。

一套容量为76mwh基于蒸汽加热熔盐蓄热的火电机组热电解耦系统，该套系统产汽量为40t/h、连续产汽时间5h，相当于24mwh发电量，按每调峰mwh电力盈利350元计算，该套系统每天充放两次，每次可获得0.84万元调峰奖励，每天可获得1.68万元调峰奖励，每年按250天计算，每年有助于消纳1200万kwh可再生电力，每年可获得420万元收益，整个投资可在4年收回，经济及社会效益明显。