一种提高火电机组调峰负荷范围的熔盐储热系统的制作方法

1.本实用新型属于火力发电技术领域，涉及一种提高火电机组调峰负荷范围的熔盐储热系统。


背景技术：

2.随着以太阳能和风能为代表的可再生能源大量接入电网，电网的稳定和安全将受到极大考验，燃煤火电作为基础负荷和调峰负荷在未来新型电力系统中将扮演新的角色。大规模新能源接入后的新型电力系统需要现有火电机组提升灵活性，以有效控制新能源弃电率，确保实现碳达峰碳中和的目标。为实现上述目标，充分利用存量火电机组实施调频调峰改造，多能互补促进新能源消纳，这其中储能的加入在未来新型电力系统中将发挥重要的作用。
3.但目前火电机组的调峰负荷范围较小，纯凝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的要求。配置储热系统是一条行之有效的提高现有火电机组调峰负荷范围的手段，在深调阶段通过储热系统储存部分能量，在机组高负荷时段放出热量，以实现热量的削峰填谷增加调峰负荷范围。这其中熔盐储热具有热容量大，成本较低的优点被认为有潜力实现大规模低成本的与现有火电机组结合实现机组调峰，但如何配置熔盐储热系统以高效存储热量，实现机组灵活运行是亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种提高火电机组调峰负荷范围的熔盐储热系统，目的在于利用存量火电机组合理配置熔盐储热系统来克服现有技术中火电机组灵活性差的缺点，提高火电机组负荷调峰范围。
5.为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
6.一种提高火电机组调峰负荷范围的熔盐储热系统，包括火电机组、蒸汽管道、二元熔盐储热模块和三元熔盐储热模块，所述二元熔盐储热模块包括蒸汽-二元熔盐第一换热器、蒸汽-二元熔盐第二换热器和二元熔盐储罐单元；
7.所述三元熔盐储热模块包括蒸汽-三元熔盐第一换热器、蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器和三元熔盐储罐单元；
8.所述火电机组的高品质蒸汽口与蒸汽-二元熔盐第一换热器气体端口的热端通过蒸汽管道相连，蒸汽-二元熔盐第一换热器气体端口的冷端通过蒸汽管道与蒸汽-三元熔盐第一换热器气体端口的热端相连，蒸汽-三元熔盐第一换热器气体端口的冷端通过蒸汽管道与火电机组的低品质蒸汽口相连；
9.蒸汽-二元熔盐第一换热器熔盐介质端口的热端与二元熔盐储罐单元的高温熔盐口相连接，蒸汽-二元熔盐第一换热器熔盐介质端口的冷端与二元熔盐储罐单元低温熔盐口相连；
10.蒸汽-三元熔盐第一换热器熔盐介质端口的热端与三元熔盐储罐单元的高温熔盐口相连接，蒸汽-三元熔盐第一换热器熔盐介质端口的冷端与三元熔盐储罐单元的低温熔盐口相连；
11.所述火电机组的高品质蒸汽口与蒸汽-二元熔盐第二换热器气体端口的热端通过蒸汽管道相连，蒸汽-二元熔盐第二换热器气体端口的冷端通过蒸汽管道与蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器气体端口的热端相连，蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器气体端口的冷端通过蒸汽管道与火电机组的低品质蒸汽口相连；
12.蒸汽-二元熔盐第二换热器熔盐介质端口的热端与二元熔盐储罐单元的高温熔盐口相连接，蒸汽-二元熔盐第二换热器熔盐介质端口的冷端与二元熔盐储罐单元的低温熔盐口相连；
13.蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器熔盐介质端口的热端与三元熔盐储罐单元的高温熔盐口相连，蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器熔盐介质端口的冷端与三元熔盐储罐单元的低温熔盐口相连。
14.优选地，火电机组的低品质蒸汽口为低压缸入口、除氧器蒸汽口和低压加热器蒸汽口中的一个或两个。
15.优选地，所述二元熔盐储罐单元包括若干的熔盐储罐，熔盐储罐内设有若干的熔盐泵。
16.优选地，所述三元熔盐储罐单元包括若干的熔盐储罐，熔盐储罐内设置有若干的熔盐泵。
17.优选地，所述熔盐泵为立式长轴泵，插置在熔盐储罐内部。
18.优选地，二元熔盐为硝酸钠和硝酸钾的混合物。
19.优选地，三元熔盐为硝酸钾、硝酸钠和亚硝酸钠的混合物。
20.优选地，二元熔盐储热模块的储热温度区间为560-380℃。
21.优选地，三元熔盐储热模块的储热温度区间为380-150℃。
22.优选地，火电机组为额定容量大于200mw的纯凝机组或供热机组。
23.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
24.本实用新型通过给现有火电机组增加二元熔盐储热模块和三元熔盐储热模块实现机炉解耦，在火电机组要求向下调峰运行时，通过从火电机组引出部分高品质蒸汽依次通过二元和三元熔盐储热模块，利用不同储热介质将热量储存，实现降低火电机组出力的同时将部分热量存储于熔盐储热系统，使锅炉燃烧量不变，汽轮机负荷降低，增加火电机组调峰负荷范围和灵活性。在火电机组不要求向下调峰运行时，又可以通过从火电机组引出部分低品质蒸汽依次通过三元储热模块和二元储热模块，将热量重新返回至火电机组，从而利用熔盐储热系统存储的能量，替代部分燃煤，实现耗煤量不变的条件下火电机组出力的升高，提高机组经济性。
25.此外，熔盐储热系统由熔盐介质协同工作，能实现不同能量品质热量的存储，提高能源利用效率。
附图说明
26.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，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实用新型的某些实施例，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为本实用新型的熔盐储热系统火电机组向下调峰阶段示意图；
28.图2为本实用新型的熔盐储热系统火电机组非向下调峰阶段示意图。
29.其中：1-火电机组；2-二元熔盐储热模块；3-三元熔盐储热模块；21-蒸汽-二元熔盐第一换热器；22-蒸汽-二元熔盐第二换热器；23-二元熔盐储罐单元；31-蒸汽-三元熔盐第一换热器；32-蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器；33-三元熔盐储罐单元。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
32.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。
33.在本实用新型实施例的描述中，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，或者是该实用新型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。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。
34.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。
35.在本实用新型实施例的描述中，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实用新型中的具体含义。
36.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
37.参见图1和图2，本实用新型的熔盐储热系统包括火电机组1、蒸汽管道、二元熔盐储热模块2和三元熔盐储热模块3。所述二元熔盐储热模块2包括蒸汽-二元熔盐第一换热器21、蒸汽-二元熔盐第二换热器22和二元熔盐储罐单元23，所述二元熔盐储罐单元23包括若干熔盐储罐，熔盐储罐内设置若干熔盐泵，所述三元熔盐储热模3块包括蒸汽-三元熔盐第
一换热器31、蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器32和三元熔盐储罐单元33，所述三元熔盐储罐单元33包括若干熔盐储罐，熔盐储罐内设置若干熔盐泵。
38.所述火电机组1的高品质蒸汽口与蒸汽-二元熔盐第一换热器21气体端口的热端通过蒸汽管道相连，蒸汽-二元熔盐第一换热器21气体端口的冷端通过蒸汽管道与蒸汽-三元熔盐第一换热器31气体端口的热端相连，蒸汽-三元熔盐第一换热器31气体端口的冷端通过蒸汽管道与火电机组1的低品质蒸汽口相连，蒸汽-二元熔盐第一换热器21熔盐介质端口的热端与二元熔盐储罐单元23的高温熔盐口相连接，蒸汽-二元熔盐第一换热器21熔盐介质端口的冷端与二元熔盐储罐单元23低温熔盐口相连，蒸汽-三元熔盐第一换热器31熔盐介质端口的热端与三元熔盐储罐单元33的高温熔盐口相连接，蒸汽-三元熔盐第一换热器31熔盐介质端口的冷端与三元熔盐储罐单元33的低温熔盐口相连。
39.所述火电机组1的高品质蒸汽口与蒸汽-二元熔盐第二换热器22气体端口的热端通过蒸汽管道相连，蒸汽-二元熔盐第二换热器22气体端口的冷端通过蒸汽管道与蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器32气体端口的热端相连，蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器32气体端口的冷端通过蒸汽管道与火电机组1的低品质蒸汽口相连，蒸汽-二元熔盐第二换热器22熔盐介质端口的热端与二元熔盐储罐单元23的高温熔盐口相连接，蒸汽-二元熔盐第二换热器22熔盐介质端口的冷端与二元熔盐储罐单元23的低温熔盐口相连，蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器32熔盐介质端口的热端与三元熔盐储罐单元33的高温熔盐口相连，蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器32熔盐介质端口的冷端与三元熔盐储罐单元33的低温熔盐口相连。
40.如图1所示，当火电机组1需要向下调峰时，即机组在负荷降低到50％以下的时段时，启动储热系统，从火电机组1中抽出高品质蒸汽通过二元熔盐储热模块2中蒸汽-二元熔盐第一换热器21换热，同时，二元熔盐储罐单元23中熔盐储罐内的熔盐泵将低温二元熔盐泵入蒸汽-二元熔盐第一换热器21换热后变为高温二元熔盐储存在二元熔盐储罐单元23中高温的熔盐储罐中。经蒸汽-二元熔盐第一换热器21换热后的高品质蒸汽经三元熔盐储热模块3中的蒸汽-三元熔盐第一换热器31再次换热，换热后变为低品质蒸汽返回火电机组1，与此同时，三元熔盐储罐单元33中熔盐储罐上的熔盐泵将低温三元熔盐泵入蒸汽-三元熔盐第一换热器31换热后变为高温三元熔盐并储存在三元熔盐储罐单元33中高温的熔盐储罐中。此时，高品质蒸汽变为低品质蒸汽所释放的热量按照不同比例分别存储于二元熔盐储热模块2和三元熔盐储热模块3。
41.同时从火电机组1中抽出再热高品质蒸汽依次通过二元熔盐储热模块2的蒸汽-二元熔盐第二换热器22和三元熔盐储热模块3的蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器32，换热后变为低品质蒸汽返回火电机组1，同时，二元熔盐储罐单元23中熔盐储罐内的熔盐泵将低温二元熔盐经蒸汽-二元熔盐第二换热器22换热后变为高温二元熔盐储存在二元熔盐储罐单元23中高温的熔盐储罐中，三元熔盐储罐单元33中熔盐储罐内的熔盐泵将低温三元熔盐泵入蒸汽-三元熔盐第二换热器32换热后变为高温三元熔盐储存在三元熔盐储罐单元33中高温的熔盐储罐中。此时，再热高品质蒸汽变为低品质蒸汽所释放的热量按照不同比例分别存储于二元熔盐储热模块2和三元熔盐储热模块3。
42.如图2所示，当火电机组不需要向下调峰时，从火电机组1中抽出低品质蒸汽依次通过三元熔盐储热模块3各个换热器和二元熔盐储热模块2各个换热器，换热后变为高品质
蒸汽返回火电机组，低品质蒸汽变为高品质蒸汽所需要的热量由三元熔盐储热模块3和二元熔盐储热模块2中所存储的热量提供。二元熔盐储罐单元23和三元熔盐储罐单元33中熔盐泵分别将高温二元熔盐和高温三元熔盐泵入换热器与蒸汽换热，变为低温熔盐分别返回各自熔盐储罐单元的低温熔盐的熔盐罐中。
43.实施例1
44.一种提高火电机组调峰负荷范围的熔盐储热系统由二元熔盐储热模块2和三元熔盐储热模块3组成，其中二元熔盐储热模块2包括蒸汽-二元熔盐第一换热器21、蒸汽-二元熔盐第二换热器22和二元熔盐储罐单元23，二元熔盐储罐单元23包括2台熔盐储罐(一台用于储存高温二元熔盐，一台用于储存低温二元熔盐)，熔盐储罐内各设置两台熔盐泵。三元熔盐储热模3块包括蒸汽-三元熔盐第一换热器31、蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器32和三元熔盐储罐单元33，三元熔盐储罐单元包括2台熔盐储罐(一台用于储存高温三元熔盐，一台用于储存低温三元熔盐)，熔盐储罐内各设置两台熔盐泵。所述熔盐泵为立式长轴泵，内设于熔盐储罐内。
45.二元熔盐采用60％硝酸钠和40％硝酸钾的混合物，三元熔盐采用7％硝酸钠、53％硝酸钾和40％硝酸亚钠的混合物。
46.现有火电机组为300mw供热机组，如图1所示，当机组需要向下调峰至20％负荷时，从现有火电机组中抽出约550℃的主蒸汽通过二元熔盐储热模块2中的蒸汽-二元熔盐第一换热器21与低温二元熔盐换热，换热后的低温二元熔盐变为高温二元熔盐储存在二元熔盐储罐单元23中高温的熔盐储罐中，换热后变为400℃的蒸汽进入三元熔盐储热模块3通过蒸汽-三元熔盐第一换热器31与低温三元熔盐换热，换热后的低温三元熔盐变为高温三元熔盐储存在三元熔盐储罐单元33中高温的熔盐储罐中，换热后变为约250℃的低品质蒸汽通过除氧器蒸汽口返回火电机组1，高品质蒸汽变为低品质蒸汽所释放的热量分别存储于二元熔盐储热模块2和三元熔盐储热模块3。
47.同时，从火电机组中抽出约545℃的再热蒸汽通过高品质蒸汽口进入二元熔盐储热模块2，通过蒸汽-二元熔盐第二换热器22与低温二元熔盐换热，换热后的低温二元熔盐变为高温二元熔盐储存在二元熔盐储罐单元23中高温的熔盐储罐中，换热后变为400℃的蒸汽进入三元熔盐储热模块3中的蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器32与低温三元熔盐换热，换热后的低温三元熔盐变为高温三元熔盐储存在三元熔盐储罐单元33中高温的熔盐储罐中，换热后变为300℃的低品质蒸汽通过低压缸口返回火电机组1，再热蒸汽变为低品质蒸汽所释放的热量分别存储于二元熔盐储热模块2和三元熔盐储热模块3。
48.如图2所示，当机组处于55％负荷时，从火电机组的高压加热器抽出约260℃的高压给水通过火电机组1的低品质蒸汽口经三元熔盐储热模块3中的蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器32和与高温三元熔盐换热，换热后的高温三元熔盐变为低温三元熔盐返回到三元熔盐储罐单元33中低温的熔盐储罐中，换热后变为360℃的蒸汽进入二元熔盐储热模块2通过蒸汽-二元熔盐第二换热器22与高温二元熔盐换热，换热后的高温二元熔盐变为低温二元熔盐返回到二元熔盐储罐单元23中低温的熔盐储罐中，换热后变为约535℃的高品质蒸汽通过火电机组1的高品质蒸汽口中的高压缸口进入火电机组1，给水变为高品质蒸汽，所需要的热量由三元熔盐储热模块3和二元熔盐储热模块2中所存储的热量提供。
49.同时从现有火电机组1中抽出约330℃的冷再热蒸汽通过三元熔盐储热模块3中的
蒸汽-三元熔盐第一换热器31与高温三元熔盐换热，换热后的高温三元熔盐变为低温三元熔盐返回到三元熔盐储罐单元33中低温的熔盐储罐中，换热后变为370℃的蒸汽进入二元熔盐储热模块2通过蒸汽-二元熔盐第一换热器21与高温二元熔盐换热，换热后的高温二元熔盐变为低温二元熔盐返回到二元熔盐储罐单元中低温的熔盐储罐中，换热后变为约535℃的高品质蒸汽通过火电机组1中的中压缸口进入火电机组1，低品质蒸汽变为高品质蒸汽所需要的热量由三元熔盐储热模块3和二元熔盐储热模块2中所存储的热量提供。
50.实施例2
51.一种提高火电机组调峰负荷范围的熔盐储热系统由二元熔盐储热模块2和三元熔盐储热模块3组成，其中二元熔盐储热模块2包括蒸汽-二元熔盐第一换热器21、蒸汽-二元熔盐第二换热器22和二元熔盐储罐单元23，二元熔盐储罐单元23包括4台熔盐储罐和6台熔盐泵，4台熔盐储罐内设6台熔盐泵。三元熔盐储热模块3包括蒸汽-三元熔盐第一换热器31、蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器32和三元熔盐储罐单元33，三元熔盐储罐单元33包括4台熔盐储罐，4台熔盐储罐内设6台熔盐泵。
52.二元熔盐采用60％硝酸钠和40％硝酸钾的混合物，三元熔盐采用7％硝酸钠、53％硝酸钾和40％硝酸亚钠的混合物。
53.现有火电机组1为660mw纯凝机组，如图1所示，火电机组1需要向下调峰至30％负荷时，从现有火电机组1中抽出约585℃的主蒸汽通过二元熔盐储热模块2中的蒸汽-二元熔盐第一换热器21与低温二元熔盐换热，换热后的低温二元熔盐变为高温二元熔盐储存在二元熔盐储罐单元23中高温的熔盐储罐中，换热后变为420℃的蒸汽进入三元熔盐储热模块3通过蒸汽-三元熔盐第一换热器31与低温三元熔盐换热，换热后的低温三元熔盐变为高温三元熔盐储存在三元熔盐储罐单元33中高温的熔盐储罐中，换热后变为约315℃的低品质蒸汽通过除氧器蒸汽口返回火电机组1，高品质蒸汽变为低品质蒸汽所释放的热量分别存储于二元熔盐储热模块2和三元熔盐储热模块3。
54.同时，从火电机组1中抽出约570℃的再热蒸汽通过高品质蒸汽口进入二元熔盐储热模块2，通过蒸汽-二元熔盐第二换热器22与低温二元熔盐换热，换热后的低温二元熔盐变为高温二元熔盐储存在二元熔盐储罐单元23中高温的熔盐储罐中，换热后变为410℃的蒸汽进入三元熔盐储热模块3中的蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器32与低温三元熔盐换热，换热后的低温三元熔盐变为高温三元熔盐储存在三元熔盐储罐单元33中高温的熔盐储罐中，换热后变为300℃的低品质蒸汽通过低压缸口返回火电机组1，再热蒸汽变为低品质蒸汽所释放的热量分别存储于二元熔盐储热模块2和三元熔盐储热模块3。
55.如图2所示，当火电机组1处于70％负荷状时，此时为火电机组1向下调峰阶段，从火电机组1的高压加热器抽出约280℃的高压给水通过火电机组的低品质蒸汽口经三元熔盐储热模块3中的蒸汽/给水-三元熔盐第二换热器32和与高温三元熔盐换热，换热后的高温三元熔盐变为低温三元熔盐返回到三元熔盐储罐单元33中低温的熔盐储罐中，换热后变为370℃的蒸汽进入二元熔盐储热模块2通过蒸汽-二元熔盐第二换热器22与高温二元熔盐换热，换热后的高温二元熔盐变为低温二元熔盐返回到二元熔盐储罐单元23中低温的熔盐储罐中，换热后变为约550℃的高品质蒸汽通过火电机组1的高品质蒸汽口中的高压缸口进入火电机组1，给水变为高品质蒸汽所需要的热量由三元熔盐储热模块3和二元熔盐储热模块2中所存储的热量提供。
56.同时从现有火电机组1中抽出约350℃的冷再热蒸汽通过三元熔盐储热模块3中的蒸汽-三元熔盐第一换热器31与高温三元熔盐换热，换热后的高温三元熔盐变为低温三元熔盐返回到三元熔盐储罐单元33中低温的熔盐储罐中，换热后变为375℃的蒸汽进入二元熔盐储热模块2通过蒸汽-二元熔盐第一换热器21与高温二元熔盐换热，换热后的高温二元熔盐变为低温二元熔盐返回到二元熔盐储罐单元23中低温的熔盐储罐中，换热后变为约540℃的高品质蒸汽通过火电机组1中的中压缸口进入火电机组1，低品质蒸汽变为高品质蒸汽所需要的热量由三元熔盐储热模块3和二元熔盐储热模块2中所存储的热量提供。
57.本系统通过增加储热模块实现机炉解耦，在火电机组要求向下调峰运行时，锅炉燃烧量不变，汽轮机负荷降低，利用储热介质将能量储存，增加了机组调峰负荷范围和灵活性。在火电机组不要求向下调峰运行时，可以利用储热系统存储的能量，替代部分燃煤，提高火电机组经济性。
58.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。