一种汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统及调峰方法与流程

1.本发明属于深度调峰领域，涉及一种汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统及调峰方法。


背景技术：

2.新能源风、光发电装机规模迅猛发展，发电量占比不断提升，电力系统急需大比例灵活电源改善电源结构，缓解系统调峰压力，来解决新能源电力消纳问题。
3.现有的火电机组灵活性改造主要受限于锅炉调峰深度有限、机组经济性和安全性不足等问题。频繁、大幅度地调节会缩减火电机组使用寿命，并导致收益较低；低负荷率下长期运行使得机组的安全性、经济性和环保性均大幅降低，与节能降耗的整体目标不符。电源侧储能技术则可以实现能源整合，提高能源系统调峰能力，但目前火电机组储热技术多为汽机侧民用供暖蓄热，如热水罐、低温相变储热等，储能规模有限，非供暖期不能发挥调峰作用，也无法提供稳定的高温工业用蒸汽。电化学储能则存在安全性、寿命周期等方面的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术中火电机组储热技术受环境因素影响大，在非供暖期不能发挥调峰作用的问题，提供一种汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统及调峰方法。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明提出的一种汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统，包括锅炉、高压熔盐加热器、热罐、冷罐、低压熔盐换热器、低压缸、中压缸和高压缸；
7.锅炉中的主蒸汽一路进入高压熔盐加热器，另一路进入高压缸做功，高压熔盐加热器与高压缸中的排汽共同进入锅炉产生再热蒸汽；再热蒸汽一路进入低压熔盐加热器对熔盐加热处理，另一路进入中压缸做功，低压熔盐加热器中的排汽与中压缸中的排汽汇合进入低压缸做功后经过冷凝结构送入锅炉；
8.从冷罐中导出的熔盐经过低压熔盐加热器加热后进入高压熔盐加热器进行二次加热，将二次加热后的熔盐导入热罐储存，实现热能储存。
9.优选地，在冷罐与低压熔盐换热器之间设有低温熔盐泵。
10.优选地，所述冷凝结构包括凝汽器和除氧器；
11.低压缸排出的低温蒸汽进入凝汽器处理，将处理后的液态水导入除氧器后送入锅炉产生主蒸汽。
12.优选地，在锅炉与除氧器之间设有给水泵。
13.优选地，在凝汽器与除氧器之间设有凝水泵。
14.优选地，热灌的出口依次连接有高温蒸汽发生器和低温蒸汽发生器；
15.热灌中的高温熔盐经过高温蒸汽发生器及低温蒸汽发生器进行热交换后形成低温熔盐，将低温熔盐导入冷罐。
16.优选地，在热罐与高温蒸汽发生器之间设有高温熔岩泵。
17.优选地，除氧器的另一出口与低温蒸汽发生器相连，低温蒸汽发生器的另一出口与高温蒸汽发生器相连，高温蒸汽发生器的另一出口与中压缸相连。
18.优选地，在除氧器与低温蒸汽发生器之间安装有加压泵。
19.本发明提出的一种汽轮机-熔盐储热并联深度调峰方法，包括如下步骤：
20.主蒸汽进入高压熔盐加热器和高压缸做功后，将高压熔盐加热器与高压缸中的排汽共同导入锅炉，产生再热蒸汽；
21.再热蒸汽进入低压熔盐加热器和中压缸后，低压熔盐加热器中的排汽与中压缸中的排汽汇合进入低压缸后经过冷凝结构进入锅炉继续产生主蒸汽；
22.冷罐中的熔盐经过低压熔盐加热器加热后进入高压熔盐加热器，高压熔盐加热器对熔盐进行二次加热，最终将二次加热后的熔盐导入热罐储存，实现热能储存。
23.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
24.本发明提出的一种汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统，同时抽取主蒸汽和再热蒸汽，仅利用其显热加热熔盐，压力下降后分别汇入高压缸排汽和中压缸排汽，回到原热力系统。相当于蒸汽一熔盐加热器分别与汽轮机的高压缸和中压缸并联运行。因为进入锅炉的给水和低温再热蒸汽流量保持不变，蒸汽参数匹配，不对锅炉的燃烧造成任何影响，抽取的蒸汽比例原则上不受限制，储能容量可以做的更大。由于是利用蒸汽自身的压力克服蒸汽加热器的阻力，不需要另外增加水泵或增压机，不增加厂用电。
25.本发明提出的一种汽轮机-熔盐储热并联深度调峰方法，通过锅炉产生主蒸汽和再热蒸汽，再将主蒸汽和再热蒸汽分别导入高温熔盐加热器和低压熔盐加热器，将冷罐中的熔盐送入低压熔盐加热器处理后，再进入高温熔盐加热器中进行二次加热，最终存储在热灌中，实现热储能。
附图说明
26.为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
27.图1为本发明的汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统图。
28.其中：1-锅炉，2-高压熔盐换热器，3-热罐，4-冷罐，5-低温熔盐泵，6-低温蒸汽发生器，7-低压熔盐换热器，8-高温蒸汽发生器，9-高温熔盐泵，10-低压缸，11-中压缸，12-高压缸，13-凝汽器，14-凝水泵，15-除氧器，16-给水泵，17-加压泵。
具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护
的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
32.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
34.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“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，或一体地连接；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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
36.本发明提出的一种汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统，如图1所示，分为储能、释能两种运行方式。锅炉1中的主蒸汽一路进入高压熔盐加热器2，另一路进入高压缸12做功，高压熔盐加热器2与高压缸12中的排汽共同进入锅炉1产生再热蒸汽；再热蒸汽一路进入低压熔盐加热器7对熔盐加热处理，另一路进入中压缸11做功，低压熔盐加热器7中的排汽与中压缸11中的排汽汇合进入低压缸10做功后经过冷凝结构送入锅炉1；从冷罐4中导出的熔盐经过低压熔盐加热器7加热后进入高压熔盐加热器2进行二次加热，将二次加热后的熔盐导入热罐3储存，实现热能储存。在冷罐4与低压熔盐换热器7之间设有低温熔盐泵5。
37.冷凝结构包括凝汽器13和除氧器15，在锅炉1与除氧器15之间设有给水泵16，在凝汽器13与除氧器15之间设有凝水泵14。低压缸10排出的低温蒸汽进入凝汽器13处理，将处理后的液态水导入除氧器15后送入锅炉1产生主蒸汽。除氧器15的另一出口与低温蒸汽发生器6相连，低温蒸汽发生器6的另一出口与高温蒸汽发生器8相连，高温蒸汽发生器8的另一出口与中压缸11相连。在除氧器15与低温蒸汽发生器6之间安装有加压泵17。
38.热灌3的出口依次连接有高温蒸汽发生器8和低温蒸汽发生器6，热灌3中的高温熔盐经过高温蒸汽发生器8及低温蒸汽发生器6进行热交换后形成低温熔盐，将低温熔盐导入冷罐4。在热罐3与高温蒸汽发生器8之间设有高温熔岩泵9。
39.本发明提出的一种汽轮机-熔盐储热并联深度调峰方法，包括如下步骤：
40.步骤1、主蒸汽进入高压熔盐加热器2和高压缸12做功后，将高压熔盐加热器2与高压缸12中的排汽共同导入锅炉1，产生再热蒸汽；
41.步骤2、再热蒸汽进入低压熔盐加热器7和中压缸11后，低压熔盐加热器7中的排汽与中压缸11中的排汽汇合进入低压缸10后经过冷凝结构进入锅炉1继续产生主蒸汽；
42.步骤3、冷罐4中的熔盐经过低压熔盐加热器7加热后进入高压熔盐加热器2，高压熔盐加热器2对熔盐进行二次加热，最终将二次加热后的熔盐导入热罐3储存，实现热能储存。
43.其中，电厂热力循环过程为：液态水从除氧器15中经给水泵16送入锅炉1，产生高温高压的主蒸汽，随后进入汽轮机高压缸12膨胀做功，同时温度和压力下降，随后再次进入锅炉1，温度和压力再次升高，产生再热蒸汽。再热蒸汽依次进入中压缸11和低压缸10进行膨胀做功，最后进入凝汽器13，被冷凝为液态，经凝水泵14流入除氧器15，从而完成一个循环。
44.将熔盐储热与汽轮机高、中压缸并联后，系统运行方式如下：
45.储能状态时，主蒸汽被抽取一部分，进入高压熔盐加热器2，温度和压力下降至高压缸12的排汽状态，并与高压缸12的排汽共同进入锅炉1，产生再热蒸汽。被抽取的主蒸汽未进入高压缸12做功，而进入高压熔盐加热器2被冷却，从而加热从低压熔盐加热器7过来的熔盐。再热蒸汽也被抽取一部分，进入低压熔盐加热器7被冷却，在低压熔盐换热器7中的再热蒸汽被冷却至中压缸11的排汽的温度和压力，从冷罐4出来的熔盐被加热，随后进入高压熔盐加热器2进一步被加热，最后进入热罐3储存。从低压熔盐加热器7出来后与中压缸11的排汽混合，共同进入低压缸10做功。即，主蒸汽经高压熔盐换热器2降温后，保持参数与高压缸12排汽相同；再热蒸汽经低压熔盐换热器7降温后，保持参数与中压缸11排汽相同。因此，高压熔盐换热器2与汽轮机高压缸12并联，低压熔盐换热器7与低压缸10并联。
46.储能状态时，主蒸汽和再热蒸汽均被抽取一定量，用于加热熔盐，因此机组发电功率下降，同时用于发电的热量被储存于熔盐中。主蒸汽和再热蒸汽分别在高压熔盐加热器2和低压熔盐加热器7被冷却，温度压力下降后分别汇入高压缸排汽和中压缸排汽，回到原热力系统，相当于高压熔盐加热器2与高压缸12并联、低压熔盐加热器7与低压缸10并联运行。因此进入锅炉的给水和低温再热蒸汽流量保持不变，蒸汽参数匹配，不对锅炉的燃烧造成任何影响，抽取的蒸汽比例原则上不受限制，储能容量可以做的更大。因为由于是利用蒸汽自身的压力克服蒸汽加热器的阻力，不需要另外增加水泵或增压机，不增加厂用电。
47.释能状态下，高温熔盐从热罐3经高温熔盐泵9依次进入高温蒸汽发生器8和低温蒸汽发生器6，最后进入冷罐4，完成热能释放。在高温蒸汽发生器8和低温蒸汽发生器6的另一侧，除氧器15的液态水经加压泵17依次进入低温蒸汽发生器6和高温蒸汽发生器8，产生的蒸汽保持与再热蒸汽相同，共同进入中压缸11和低压缸10，将熔盐储存的热能转化为电能，增加机组发电功率。同时，热罐3中储存的高温熔盐通过高温熔盐泵9依次经过高温蒸汽发生器8和低温蒸汽发生器6，最后进入冷罐4储存。
48.本发明提出的一种汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统，具有如下优点：1)、采取同时抽取主蒸汽和高温再热蒸汽，仅利用其显热加热熔盐，压力下降后分别汇入高压缸12排汽和中压缸11排汽，回到原热力系统。相当于蒸汽一熔盐加热器分别与汽轮机的高压缸12和中压缸11并联运行。因为进入锅炉1的给水和低温再热蒸汽流量保持不变，蒸汽参数匹配，不对锅炉的燃烧造成任何影响，抽取的蒸汽比例原则上不受限制，储能容量可以做的更大。由于是利用蒸汽自身的压力克服蒸汽加热器的阻力，不需要另外增加水泵或增压机，不增加厂用电。2)、带有熔盐储能的太阳能热发电的蒸汽发生器技术已有成熟的应用，储能系统产生的蒸汽可返回原热力系统中的高温再热蒸汽系统，增加原汽轮机中、低压缸发电出
力。从低加后的凝结水引出水源，增压泵扬程较小、蒸发器承压设计压力也较小，相比返回主蒸汽系统，减少了设备投资。3)、储能系统产生的蒸汽也可根据用户的需要提供特定参数的工业蒸汽供热。对于有工业供热需求的火电机组，机组低负荷调峰时很难提供稳定的工业蒸汽。配备高温熔盐储能系统后，按目标蒸汽的参数、流量设计蒸汽发生系统，可不受调峰负荷限制的“热电解耦”方式提供稳定的高温工业蒸汽。4)、满足低负荷高品质工业蒸汽需求，提高机组供热的稳定性和经济性；避免机组长时间运行在负荷阶段，提高机组运行效率，减少机组损耗。
49.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统，其特征在于，包括锅炉(1)、高压熔盐加热器(2)、热罐(3)、冷罐(4)、低压熔盐换热器(7)、低压缸(10)、中压缸(11)和高压缸(12)；锅炉(1)中的主蒸汽一路进入高压熔盐加热器(2)，另一路进入高压缸(12)做功，高压熔盐加热器(2)与高压缸(12)中的排汽共同进入锅炉(1)产生再热蒸汽；再热蒸汽一路进入低压熔盐加热器(7)对熔盐加热处理，另一路进入中压缸(11)做功，低压熔盐加热器(7)中的排汽与中压缸(11)中的排汽汇合进入低压缸(10)做功后经过冷凝结构送入锅炉(1)；从冷罐(4)中导出的熔盐经过低压熔盐加热器(7)加热后进入高压熔盐加热器(2)进行二次加热，将二次加热后的熔盐导入热罐(3)储存，实现热能储存。2.根据权利要求1所述的汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统，其特征在于，在冷罐(4)与低压熔盐换热器(7)之间设有低温熔盐泵(5)。3.根据权利要求1所述的汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统，其特征在于，所述冷凝结构包括凝汽器(13)和除氧器(15)；低压缸(10)排出的低温蒸汽进入凝汽器(13)处理，将处理后的液态水导入除氧器(15)后送入锅炉(1)产生主蒸汽。4.根据权利要求3所述的汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统，其特征在于，在锅炉(1)与除氧器(15)之间设有给水泵(16)。5.根据权利要求3所述的汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统，其特征在于，在凝汽器(13)与除氧器(15)之间设有凝水泵(14)。6.根据权利要求3所述的汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统，其特征在于，热灌(3)的出口依次连接有高温蒸汽发生器(8)和低温蒸汽发生器(6)；热灌(3)中的高温熔盐经过高温蒸汽发生器(8)及低温蒸汽发生器(6)进行热交换后形成低温熔盐，将低温熔盐导入冷罐(4)。7.根据权利要求6所述的汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统，其特征在于，在热罐(3)与高温蒸汽发生器(8)之间设有高温熔岩泵(9)。8.根据权利要求6所述的汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统，其特征在于，除氧器(15)的另一出口与低温蒸汽发生器(6)相连，低温蒸汽发生器(6)的另一出口与高温蒸汽发生器(8)相连，高温蒸汽发生器(8)的另一出口与中压缸(11)相连。9.根据权利要求8所述的汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统，其特征在于，在除氧器(15)与低温蒸汽发生器(6)之间安装有加压泵(17)。10.一种汽轮机-熔盐储热并联深度调峰方法，其特征在于，采用权利要求1～9中任意一项所述的汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统，包括如下步骤：主蒸汽进入高压熔盐加热器(2)和高压缸(12)做功后，将高压熔盐加热器(2)与高压缸(12)中的排汽共同导入锅炉(1)，产生再热蒸汽；再热蒸汽进入低压熔盐加热器(7)和中压缸(11)后，低压熔盐加热器(7)中的排汽与中压缸(11)中的排汽汇合进入低压缸(10)后经过冷凝结构进入锅炉(1)继续产生主蒸汽；冷罐(4)中的熔盐经过低压熔盐加热器(7)加热后进入高压熔盐加热器(2)，高压熔盐加热器(2)对熔盐进行二次加热，最终将二次加热后的熔盐导入热罐(3)储存，实现热能储存。

技术总结
本发明公开了一种汽轮机-熔盐储热并联深度调峰系统及调峰方法，属于深度调峰领域。同时抽取主蒸汽和再热蒸汽，仅利用其显热加热熔盐，压力下降后分别汇入高压缸排汽和中压缸排汽，回到原热力系统。相当于蒸汽一熔盐加热器分别与汽轮机的高压缸和中压缸并联运行。因为进入锅炉的给水和低温再热蒸汽流量保持不变，蒸汽参数匹配，不对锅炉的燃烧造成任何影响，抽取的蒸汽比例原则上不受限制，储能容量可以做的更大。由于是利用蒸汽自身的压力克服蒸汽加热器的阻力，不需要另外增加水泵或增压机，不增加厂用电。满足低负荷高品质工业蒸汽需求，提高机组供热的稳定性和经济性；避免机组长时间运行在负荷阶段，提高机组运行效率，减少机组损耗。少机组损耗。少机组损耗。


技术研发人员：贺茂群 宫玉柱 曹振理 张丁凡 孟桂祥 黄伟
受保护的技术使用者：苏州西热节能环保技术有限公司
技术研发日：2023.01.12
技术公布日：2023/6/26