一种基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统的制作方法

1.本实用新型属于能源储存和利用技术领域，尤其涉及一种基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统。


背景技术：

2.在环境污染和能源危机问题日益突出的背景下，实现可再生能源的大规模利用，同时提高能源利用效率已成为全球共同关注的焦点。通过储能技术，不仅可以提高新能源发电的消纳能力，也可以提高能源的综合利用效率，削峰填谷，真正实现能源的梯级利用。储热技术具有储能容量大、储存周期长、成本低且运行安全可靠，没有任何污染排放等优点，相比其它储能技术，储热更适合大规模储能的需求。储热技术有望在清洁供热、火电调峰、清洁能源消纳等方面迎来较大的发展空间和机遇。二氧化碳系统具有优异的储能能力，因为二氧化碳临界点(7.39mpa和31.4℃)相对空气(3.77mpa和-140.5℃)容易到达，无毒、不易燃、安全等级为a1，且超临界二氧化碳(s-co2)具有优良的热力学性质：粘度小、密度大、导热性能好，系统寄生能耗也相对较低其中，但是二氧化碳储能系统体积较大，储能能力有限；熔盐储热技术蓄热方式灵活，是目前大规模中高温储热技术的首选，是提高清洁能源发电比例、推动雾霾治理的一种重要技术，熔盐材料具有“四高三低”的优势，使储热系统具有适用范围广、绿色环保、安全稳定等优点，可广泛应用于火电灵活性改造、清洁供热、可再生能源消纳等领域。熔盐解决调峰和削弱机炉耦合二氧化碳储能，利用熔盐系统与其互补，并储存压缩热，提高储能容量。
3.熔盐储热是一种显热储热技术，利用熔盐在升温或降温过程中的温差而实现热能存储，在整个工作温度范围内，熔盐始终保持液态。国内应用较多的低温熔盐材料—hites熔盐熔点约为142℃，最佳工作温度范围建议250～550℃。一般工业中采用的熔盐熔点温度较高，为了避免发生冻堵，整个传热储热体系都需要有严格的保温和伴热措施。液态熔盐在不断循环的储热和放热的过程中，会在储热罐和循环管道内发生不同程度的泄漏，需要定期补充液态熔盐。
4.现有技术中，二氧化碳循环系统中的二氧化碳经多级压缩后会产生多余热量，且需要通过冷凝器将二氧化碳降温后才能存入二氧化碳储罐，导致其中蕴含的热能完全损失，浪费能源。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统，通过熔盐体系储热耦合二氧化碳循环可使用存储的余热对火电机组冷凝水回路进行加热，省掉一般耦合系统中使用火电机组汽轮机中抽气来加热给水或供热的操作，有效提高火电机组调峰能力；同时，整个耦合系统使用多个换热器，在给二氧化碳发电系统提供相同数量和品质的热量时，明显降低了熔盐经换热后的温度和
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损失，提高了系统的
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效率和热效率。
6.为达到上述目的，本实用新型实施例提出了一种基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统，包括：
7.二氧化碳循环系统回路，所述二氧化碳循环系统回路包括依次连通的第一二氧化碳储罐的出口、第一换热器冷侧、第一透平、第二透平、第二换热器冷侧、第三透平、第三换热器冷侧、第四换热器热侧、第一冷凝器、第二二氧化碳储罐、第四换热器冷侧、第四透平、第五换热器热侧、第五透平、第六换热器热侧、第六透平、第七换热器热侧、第一换热器热侧、第二冷凝器和第一二氧化碳储罐的入口；所述第四透平连接电动机和发电机；所述第五换热器的冷侧连通火电机组冷凝水回路；
8.熔盐储热系统回路，所述熔盐储热系统回路包括依次连通的熔盐冷罐的出口、第七换热器冷侧、第六换热器冷侧、熔盐热罐、第三换热器热侧、第二换热器热侧和熔盐冷罐的入口。
9.本实用新型实施例的基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统，通过熔盐体系储热耦合二氧化碳循环可使用存储的余热对火电机组冷凝水回路进行加热，省掉一般耦合系统中使用火电机组汽轮机中抽气来加热给水或供热的操作，有效提高火电机组调峰能力；同时，整个耦合系统使用多个换热器，在给二氧化碳发电系统提供相同数量和品质的热量时，明显降低了熔盐经换热后的温度和
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损失，提高了系统的
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效率和热效率。
10.另外，根据本实用新型上述实施例提出的基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统，还可以具有如下附加的技术特征：
11.在本实用新型的一些实施例中，所述火电机组冷凝水回路包括冷凝水储罐，所述冷凝水储罐的出口依次连通所述第五换热器冷侧和冷凝水储罐的入口。
12.在本实用新型的一些实施例中，所述的基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统，还包括熔盐换热器；所述熔盐换热器的冷侧的入口连通所述第五换热器冷侧的出口，所述熔盐换热器的冷侧的出口连通所述火电机组冷凝水回路的入口；所述熔盐换热器热侧的入口连通所述熔盐热罐的出口；所述熔盐换热器热侧的出口连通所述第三换热器热侧的入口。
13.在本实用新型的一些实施例中，所述的基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统，还包括蒸汽换热器，所述蒸汽换热器的热侧入口连通所述熔盐热罐的出口，所述蒸汽换热器的热侧出口连通所述第三换热器热侧的入口；所述蒸汽换热器冷侧连通火电机组的蒸汽回路。
14.在本实用新型的一些实施例中，所述的基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统，其特征在于，还包括熔盐换热器；所述熔盐换热器的冷侧的入口连通所述第五换热器冷侧的出口，所述熔盐换热器的冷侧的出口连通所述火电机组冷凝水回路的入口；所述熔盐换热器热侧的入口连通所述蒸汽换热器的热侧出口；所述熔盐换热器热侧的出口连通所述第三换热器热侧的入口。
15.在本实用新型的一些实施例中，所述蒸汽换热器和熔盐换热器均为管壳式换热器。
16.在本实用新型的一些实施例中，所述第一二氧化碳储罐的出口与所述第一换热器冷侧的连通管线上安装有第一稳压阀。
17.在本实用新型的一些实施例中，所述第二二氧化碳储罐出口与第四换热器冷侧的
连通管线上安装有第二稳压阀。
18.在本实用新型的一些实施例中，所述第二冷凝器和第一冷凝器均为水冷式冷凝器。
19.在本实用新型的一些实施例中，所述第一换热器、第二换热器、第三换热器、第四换热器和第五换热器、第六换热器和第七换热器均为管壳式换热器。
20.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
21.本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
22.图1是根据本实用新型一个实施例的基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统的结构示意图。
23.附图标记：
24.1-发电机；2-电动机；3-第四透平；4-第五换热器；5-第五透平；6-第六换热器；7-第六透平；8-第七换热器；9-第一换热器；10-第二冷凝器；11-第一二氧化碳储罐；12-第一稳压阀；13-蒸汽换热器；14-第一透平；15-第二换热器；16-第二透平；17-第三换热器；18
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第三透平；19-第四换热器；20-第一冷凝器；21-第二二氧化碳储罐；22-第二稳压阀；23
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熔盐冷罐；24-熔盐热罐；25-熔盐换热器；26-冷凝水储罐；27-火电机组的蒸汽回路。
具体实施方式
25.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
26.本实用新型实施例所涉及到的装置(各换热器、透平、冷凝器、稳压阀、发电机、电动机等)，如无特殊说明，均为可通过商业途径获得的装置。
27.下面结合附图来描述本实用新型实施例的基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统。
28.图1是根据本实用新型一个实施例的基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统的结构示意图。
29.如图1所示，本实用新型实施例的基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统，包括二氧化碳循环系统回路和熔盐储热系统回路；二氧化碳循环系统回路包括依次连通的第一二氧化碳储罐11的出口、第一换热器9冷侧、第一透平14、第二透平16、第二换热器15冷侧、第三透平18、第三换热器17冷侧、第四换热器19热侧、第一冷凝器20、第二二氧化碳储罐21、第四换热器19冷侧、第四透平3、第五换热器4热侧、第五透平5、第六换热器6热侧、第六透平7、第七换热器8热侧、第一换热器9热侧、第二冷凝器10 和第一二氧化碳储罐11的入口；第四透平3连接电动机2和发电机1；第五换热器4的冷侧连通火电机组冷凝水回路；熔盐储热系统回路包括依次连通的熔盐冷罐23的出口、第七换热器8冷侧、第六换热器6冷侧、熔盐热罐24、第三换热器17热侧、第二换热器15 热侧和熔盐冷罐23的入口。
30.本实用新型实施例的基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统，通过熔盐体系储热耦合二氧化碳循环可使用存储的余热对火电机组冷凝水回路进行加热，省掉一般耦合系统中使用火电机组汽轮机中抽气来加热给水或供热的操作，有效提高火电机组调峰能力；同时，整个耦合系统使用多个换热器，在给二氧化碳发电系统提供相同数量和品质的热量时，明显降低了熔盐经换热后的温度和
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损失，提高了系统的
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效率和热效率。
31.可选的，火电机组冷凝水回路包括冷凝水储罐26，冷凝水储罐26的出口依次连通第五换热器4冷侧和冷凝水储罐26的入口。
32.为了减少能源浪费，同时对二氧化碳循环系统回路加热后的火电机组冷凝水再行加热，提高冷凝水的温度，在一些实施例中，本实用新型基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统还包括熔盐换热器25；熔盐换热器25的冷侧的入口连通第五换热器4冷侧的出口，熔盐换热器25的冷侧的出口连通火电机组冷凝水回路的入口；熔盐换热器25热侧的入口连通熔盐热罐24的出口；熔盐换热器25热侧的出口连通第三换热器17热侧的入口。这样，可以借助熔盐储热系统回路对火电机组冷凝水回路二次加热。
33.为了减少能源浪费，充分利用熔盐储热系统回路中的热量，在另一些实施例中，本实用新型基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统，还包括蒸汽换热器13，蒸汽换热器13的热侧入口连通熔盐热罐24的出口，蒸汽换热器13的热侧出口连通第三换热器 17热侧的入口；蒸汽换热器13冷侧连通火电机组的蒸汽回路。蒸汽热可用来加热火电机组中的水及用来供热，提高火电机组效率；高温蒸汽作为燃煤电厂发电过程的中间产品，使用成本又较用电降低，熔盐储热系统运行经济性大大提高。在又一些实施例中，为了同时加热火电机组的蒸汽回路和二氧化碳循环系统回路加热后的火电机组冷凝水，本实用新型基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统还包括熔盐换热器25；熔盐换热器25 的冷侧的入口连通第五换热器4冷侧的出口，熔盐换热器25的冷侧的出口连通火电机组冷凝水回路的入口；熔盐换热器25热侧的入口连通蒸汽换热器13的热侧出口；熔盐换热器 25热侧的出口连通第三换热器17热侧的入口。第六换热器6的熔盐出口(冷侧的出口) 连接熔盐热罐24，熔盐热罐24的熔盐出口连接蒸汽换热器13和熔盐换热器25，对火电机组冷凝水系统及二氧化碳系统进行供热，熔盐换热器25的低温熔盐出口连接低熔盐冷罐 23，熔盐冷罐23的熔盐出口连接熔盐加热器第七换热器8，有效防止了熔盐对管路的冻堵问题。
34.可选的，在本实用新型中，各换热器的类型不限，只要可以实现两种介质换热即可，各换热器的类型可以相同，也可以不同。例如，在一些实施例中，第一换热器9、第二换热器15、第三换热器17、第四换热器19、第五换热器4、第六换热器6、第七换热器8、蒸汽换热器13和熔盐换热器25均采用管壳式换热器。
35.可选的，在本实用新型中，二氧化碳循环系统回路和熔盐储热系统回路中各构件之间的连通方式均为管线连通，且可根据需要在相应管线上安装阀门。为了保证压力的稳定，在第一二氧化碳储罐11的出口与第一换热器9冷侧的连通管线上安装有第一稳压阀12，第二二氧化碳储罐21出口与第四换热器19冷侧的连通管线上安装有第二稳压阀22。稳压阀在管线上的安装方式为现有技术，不再赘述。
36.可选的，第二冷凝器10和第一冷凝器20均为水冷式冷凝器。
37.以系统中同时设置蒸汽换热器13和熔盐换热器25的情形为例，本实用新型实施例的基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统的工作原理为：
38.二氧化碳循环系统中，发电机1带动电动机2工作，进而推动第四透平3对来自第二二氧化碳储罐21(低压罐)的液态二氧化碳进行一级压缩，一级压缩后的部分热量通过第五换热器4来加热火电机组冷凝水回路，后一级压缩后的二氧化碳继续由第五透平5进行压缩，多余热量经由第六换热器6来通过熔盐储热系统进行储热，二级压缩后的二氧化碳由第六透平7继续压缩，后也由第七换热器8通过熔盐储热系统进行储热，三级压缩后的二氧化碳经过第一换热器9后通过第二冷凝器10再存入第一二氧化碳储罐11(高压罐)。
39.熔盐储热系统中，熔盐从熔盐冷罐23中流出，分别经过第六换热器6、第七换热器8 对冷盐进行加热，后流入熔盐热罐24中进行储存，熔盐热罐24中的熔盐在需要使用时，需要先流经蒸汽换热器23对火电机组的蒸汽回路27进行加热，后流经熔盐换热器25对火电机组冷凝水回路进行再次加热，也可通过第二换热器15、第三换热器17对降压后的二氧化碳循环系统进行加热，换热后的熔盐再次流回熔盐冷罐23。
40.火电机组冷凝水回路中，冷凝水由冷凝水储罐26流出，首先通过第五换热器4与一级压缩后的二氧化碳进行换热进行首次加热，当热量不足时，通过熔盐换热器25，经熔盐储热系统进行加热，后再流回冷凝水储罐26。
41.火电机组的蒸汽回路27中，水蒸气经由火电机组的蒸汽回路27流出，后流入蒸汽换热器13，通过来自熔盐热罐24中的熔盐对气体进行加热，加热后继续流回火电机组的蒸汽回路27处。
42.整个工作过程中，二氧化碳循环系统和熔盐储热系统一起储能，储热时二氧化碳循环系统使用电能来压缩二氧化碳，使用熔盐储热系统进行交联储存火电机组中的压缩热，二氧化碳循环系统储量较大，但二氧化碳循环系统占地较大，受场地限制，可能会出现储能量不足的情况，此时熔盐储存蒸气热量和压缩热；释能时，熔盐储存的热将释放传递给二氧化碳，以此来节省掉火电机组中的抽气的热量，增加了火电机组发电峰值。
43.综上所述，本实用新型实施例的基于熔盐储热和二氧化碳循环耦合的火电机组系统，将熔盐储热技术与二氧化碳循环系统及火电机组进行了有效的结合，有效利用热电解耦，为减少能源浪费、大大提高系统运行经济性及火电机组调峰深度，提供了一种优化设计方案。
44.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
45.此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
46.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
47.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
48.在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
49.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。