一种双介质储热型调峰热力发电系统及储释热方法与流程

1.本发明属于发电领域，特别涉及一种双介质储热型调峰热力发电系统及储释热方法。


背景技术：

2.在我国碳达峰、碳中和的重大战略背景下，全面推进新能源发电大规模开发和高质量发展，预计到2030年，我国风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。其中风电、光伏发电的波动性大，与电负荷的峰谷需求难匹配，从而导致电力系统调峰压力显著增大。目前电力调峰的主要机组还是热力发电机组，但是热力发电机组由于受到锅炉这一关键设备最低稳燃负荷制约，在电网用电低谷期间，火电机组难以持续维持在低负荷工况运行，极大影响了火电机组的调峰能力。特别是在新能源发电比例的不断增长，热力发电机组的比例相对下降，电网对热力发电机组调峰深度提出更高的要求。因此需要采用技术手段，提高机组深度调峰的能力。
3.热力发电机组参与调峰的深度主要受到锅炉稳定燃烧的限制，解决的途径分为两类，一是同通过锅炉的本体改造，尤其是燃烧系统的稳燃改造，降低锅炉稳定燃烧负荷，达到深度调峰的目的；二是采用技术手段将锅炉过剩的热量进行利用，比如采用合理的供热方式或者是储能方式。同时，两种途径同时使用则更能提升机组调峰的深度。
4.储能方面的技术主要有抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、电化学储能、储热等方式，主要以势能、机械能、电能和热能的形式进行存储。在热力发电厂中，储热是一种比较适宜的储能形式。熔融盐储能系统已经在太阳能光热发电站中有成熟的商业应用，储热温度也与热力发电机组的温度匹配，是一种比较适宜的高品位热量储能方式。另外，水的比热容较大，在低温储热应用具有优势，适合存储低品位的热量。
5.采用双介质储热，双罐熔融盐储高品位热量，水罐储低品位热量，对锅炉过剩能量进行存储，达到机组锅炉和汽轮机最低稳定运行负荷的平衡，并在非低谷用电期间释放热量，加热蒸汽，驱动汽轮机做功，从而在较小的能量损失情况下，达到热力发电机组深度、快速、灵活调峰的目的。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提出一种双介质储热型调峰热力发电系统及储释热方法。
7.本发明提出一种双介质储热型调峰热力发电系统，所述系统包括锅炉1、汽轮机2、发电机3、凝汽器4、凝结水泵5、低压加热器组6、除氧器7、给水泵8、高压加热器组9、高温熔盐罐12、低温熔盐罐10、低温熔盐泵11、高温熔盐泵13、第一汽盐换热器14、第二汽盐换热器15、第三汽盐换热器16、第四汽盐换热器17、相变换热器18、水盐换热器19、第五汽盐换热器20、汽水换热器21、水罐22、热水泵23、供热水泵24、水水换热器25；具体组成结构如下：锅炉1的过热器1-1通过蒸汽管道与汽轮机2的高压缸2-1入口相连接，高压缸2-1的出口与锅炉1的再热器1-2入口连接，再热器1-2的出口与汽轮机2的中压缸2-2入口连接；汽轮机2通过机
械方式与发电机3连接，汽轮机2的低压缸2-3排汽连接至凝汽器4，凝汽器4的凝结水通过管道连接凝结水泵5，再通过管道依次连接到低压加热器组6、除氧器7、给水泵8和高压加热器9，最后通过管道连接到锅炉1，实现蒸汽动力循环；低温熔盐罐10用管道连接低温熔盐泵11，然后连接第三汽盐换热器16，第三汽盐换热器16熔盐出口管道分成两路，一路连接第二汽盐换热器15，另一路连接第一汽盐换热器14；第一汽盐换热器14熔盐出口通过管道连接到高温熔盐罐12；第二汽盐换热器15熔盐出口通过管道连接到高温熔盐罐12；第一汽盐换热器14的蒸汽入口端通过管道连接到锅炉1的过热器1-1出口，第一汽盐换热器14的蒸汽出口端通过管道连接到锅炉1的再热器1-2的入口；第二汽盐换热器15的进汽端经管道连接至锅炉1的再热器1-2出口，蒸汽出口经管道依次连接至第三汽盐换热器16、汽水换热器21和水罐22；第二汽盐换热器15蒸汽出口通过管道连接至低压缸2-3入口；第三汽盐换热器16的汽侧出口有管道连接至除氧器7；高温熔盐罐12用管道连接高温熔盐泵13，高温熔盐泵13出口管道分两路：一路连接到第四汽盐换热器17，另外一路由管道连接到第五汽盐换热器20，第四汽盐换热器17熔盐出口管道和第五汽盐换热器20熔盐出口管道合并后依次连接相变换热器18和水盐换热器19，最后通过管道连接到低温熔盐罐10。第五汽盐换热器20的蒸汽进口端经管道连接到汽轮机2的高压缸2-1排汽管道，第五汽盐换热器20的蒸汽出口端连接到中压缸2-2的蒸汽入口端；水盐换热器19的进水端由管道连接到给水泵8的出口管道，水盐换热器19的出水端由管道依次连接到相变换热器18、第四汽盐换热器17和高压缸2-1；水罐22由管道依次连接热水泵23、汽水换热器21和除氧器7。
8.进一步地，所述系统还包括汽水换热器21热水出口和汽水换热器21的入口之间设置的管道。
9.进一步地，水罐22由管道依次连接供热水泵24和水水换热器25，并连接回水罐22。
10.进一步地，凝结水泵5出口有管道连接至水罐22。
11.可选地，汽轮机2的低压缸2-3排汽连接至凝汽器4，凝汽器4的凝结水通过管道连接凝结水泵5，再通过管道依次连接到低压加热器组6、除氧器7、给水泵8和高压加热器组9，最后通过管道连接到锅炉1，实现蒸汽动力循环。
12.所述一种双介质储热型调峰热力发电系统，从锅炉1过热器1-1流出的蒸汽，分为两路，一路进入汽轮机2高压缸2-1做功，另外一路进入第一汽盐换热器14加热熔融盐，然后返回到锅炉再热器1-2入口；锅炉再热器1-2出口蒸汽分为两路，一路进入汽轮机中压缸2-2做功，另外一路顺次流经第二汽盐换热器15、第三汽盐换热器16和汽水换热器21放出热量后汇入水罐22；第二汽盐换热器15出口蒸汽进入低压缸2-3继续做功；低温熔盐罐10中的低温熔盐经低温熔盐泵11升压并经过第三汽盐换热器16后，分为两路：一路流经第二汽盐换热器15与蒸汽逆向换热后流至高温熔盐罐12，另外一路流经第一汽盐换热器14吸收热量后流至高温熔盐罐12；水罐22中的水经过热水泵23升压后进入汽水换热器21吸热，吸热后的热水一部分进入除氧器7，另一部分进入水罐22；实现所述系统热量的存储流程。
13.所述一种双介质储热型调峰热力发电系统，所述系统的高温熔盐罐12中存储的高温熔融盐，经过高温熔盐泵13升压后，分为两路：第一路顺次进入第四汽盐换热器17，放出熔融盐的热量，然后经第四汽盐换热器17熔盐出口流出；第二路进入第五汽盐换热器20，放出熔融盐热量，经第五汽盐换热器20熔盐出口流出；第四汽盐换热器17熔盐出口流出的熔融盐与第五汽盐换热器20熔盐出口流出的熔融盐混合后，顺次经过相变换热器18和水盐换
热器19，放出熔融盐的热量，形成的低温熔融盐，流至低温熔盐罐10；这两路熔融盐流程实现熔融盐的放热流程；来自给水泵8的锅炉给水，首先流经水盐换热器19进行预热，预热后的水流经相变换热器18蒸发成蒸汽，蒸汽再流经第四汽盐换热器17进行过热，生成的过热蒸汽与锅炉过热器1-1生产的过热蒸汽混合并送到汽轮机2的高压缸2-1进行做功；来自高压缸2-1的排汽进入第五汽盐换热器20吸收熔融盐热量后，温度升高，与锅炉再热器1-2出口蒸汽混合并送入中压缸2-2进行做功；水罐22中的热水经过热水泵23升压后，进入除氧器，释放热水中的热量；水罐22中的热水经过供热水泵24升压后，经过水水换热器25放出热量；以上流程实现所述系统的热量释放流程。
14.所提出的一种双介质储热型调峰热力发电系统储释热方法，使用如上任一项所述的发电系统，锅炉1稳定燃烧负荷大于汽轮机2的负荷需求时，采用熔融盐和水双介质储热的方式，把锅炉1输出热量多于汽轮机2需求的部分存储起来；在汽轮机2热量需求高于锅炉1稳定燃烧负荷时把存储在熔融盐和水中的热量释放出来，熔盐热量加热给水和蒸汽生成高温蒸汽，送入汽轮机2做功，水的热量送入除氧器7加热给水，或者送入水水换热器25进行供热；热量存储过程采用由第一汽盐换热器14、第二汽盐换热器15、第三汽盐换热器16、汽水换热器21以及连接管道组成的储热系统与由高压缸2-1、中压缸2-2、低压缸2-3以及连接管道组成的汽轮机系统并联方式，锅炉1的过热器1-1和再热器1-2出口蒸汽分别送到汽轮机2做功和熔融盐储热及热水储热；热量的释放过程采用包括过热器1-1、再热器1-2的锅炉系统和包括第四汽盐换热器17、相变换热器18、水盐换热器19和第五汽盐换热器20及连接管道的熔盐锅炉系统的并联方式，锅炉过热器1-1出口蒸汽和第四汽盐换热器17出口蒸汽混合进入汽轮机高压缸2-1做功；锅炉再热器1-2出口蒸汽和第五汽盐换热器20出口蒸汽混合进入中压缸2-2做功，来自水罐22的热水则进入除氧器7混合放热。
15.所述一种双介质储热型调峰热力发电系统储释热方法，高品位热量储热过程分为两部分：第一部分为锅炉1过热器1-1出口的过热蒸汽进入第一汽盐换热器14，放热后的蒸汽返回再热器1-2入口，低温熔融盐从低温熔盐罐10经低温熔盐泵11升压后经过第三汽盐换热器16进入第一汽盐换热器14，吸热后的高温熔盐流入高温熔盐罐12存储；第二部分为锅炉1的再热器1-2出口的再热蒸汽顺次进入第二汽盐换热器15和第三汽盐换热器16放热，低温熔融盐从低温熔盐罐10经低温熔盐泵11升压后逆流顺次进入第三汽盐换热器16和第二汽盐换热器15，吸热后的高温熔盐流入高温熔盐罐12存储；第二汽盐换热器15出口部分蒸汽能够通过管道进入低压缸2-3做功；第三汽盐换热器16出口蒸汽经过汽水换热器21冷却后与凝结水泵5出口的凝结水混合后将低品位热量存储于水罐22；部分第三汽盐换热器16出口蒸汽直接进入除氧器7。
16.所述一种双介质储热型调峰热力发电系统储释热方法，高品位热量释热过程分为两部分：第一部分为高温熔盐罐12的高温熔盐经高温熔盐泵13升压后顺次流经第四汽盐换热器17、相变换热器18和水盐换热器19,放出热量后的低温熔盐流入低温熔盐罐10；来自给水泵8的给水顺次流经水盐换热器19、相变换热器18和第四汽盐换热器17吸收热量，生成过热蒸汽，与锅炉过热器1-1生成的过热蒸汽混合后送入汽轮机高压缸2-1入口；第二部分为高温熔盐罐12的高温熔盐经高温熔盐泵13升压后流入第五汽盐换热器20，然后顺次流经相变换热器18和水盐换热器19，放出热量后的低温熔盐流入低温熔盐罐10；来自高压缸2-1的排汽经过第五汽盐换热器20吸收热量后进入中压缸2-2做功；低品位热量的释放有两种方
式：方式一为热水从水罐22经热水泵23升压后进入除氧器7；方式二为水罐22的热水经过供热水泵24升压后送入水水换热器25放热，热量用于供热，回水返回水罐22。
17.本发明的有益效果：
18.本发明是一种双介质储热型调峰热力发电系统及储释热方法，热力发电系统具有蒸汽动力循环和熔融盐储热系统的双工质系统结构，能够实现热力发电的深度、快速和灵活调峰。本发明能够在锅炉和汽轮机最低稳定运行负荷不匹配的情况下，将锅炉高于汽轮机负荷需求的部分高品位热量以高温的形式存储于熔融盐储热系统，低品位热量存储于水罐，实现热力发电机组以汽轮机最低负荷给电网供电，达到热力发电机组深度调峰的目的。在电网负荷低谷期间，通过储能系统与汽轮发电机组的并列运行，大幅度提升了热力发电机组快速降负荷能力。在电网负荷费低谷期间，通过储能系统与锅炉系统的并列运行，大幅度提升了热力发电机组快速升负荷能力。由于储热温度与汽轮机发电机组的主汽、再热汽温度匹配，能够极大减少锅炉热量的做功能力损失。本发明不但适用于新建具有深度调峰能力的热力发电系统，也能够用于现有热力发电系统的深度调峰改造。
附图说明
19.图1是一种双介质储热型深度灵活调峰热力发电系统结构形式示意图。
20.图中，1锅炉、1-1过热器、1-2再热器、2汽轮机、2-1高压缸、2-2中压缸、2-3低压缸、3发电机、4凝汽器、5凝结水泵、6低压加热器组、7除氧器、8给水泵、9高压加热器组、10低温熔盐罐、11低温熔盐泵、12高温熔盐罐、13高温熔盐泵、14第一汽盐换热器、15第二汽盐换热器、16第三汽盐换热器、17第四汽盐换热器、18相变换热器、19水盐换热器、20第五汽盐换热器、21汽水换热器、22水罐、23热水泵、24供热水泵、25水水换热器。
具体实施方式
21.本发明提出一种双介质储热型深度灵活调峰热力发电系统及储释热方法。
22.下面结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明。
23.实施例1
24.图1是一种储热型深度灵活调峰热力发电系统结构形式示意图，系统由锅炉1、汽轮机2、凝汽器4、发电机3、凝结水泵5、低压加热器组6、除氧器7、给水8、高压加热器组9、高温熔盐罐12、低温熔盐罐10、低温熔盐泵11、高温熔盐泵13、第一汽盐换热器14、第二汽盐换热器15、第四汽盐换热器17、水盐换热器19、第三汽盐换热器16、相变换热器18、第五汽盐换热器20、汽水换热器21、水罐22、热水泵23、供热水泵24、水水换热器25以及管道、其它阀门及附件组成。
25.本实施例系统的结构和连接关系：锅炉1的过热器1-1通过蒸汽管道与汽轮机2的高压缸2-1入口相连接，高压缸2-1的出口与锅炉1的再热器1-2入口连接，再热器1-2的出口与汽轮机2的中压缸2-2入口连接；汽轮机2通过机械方式与发电机3连接，汽轮机2的低压缸2-3排汽连接至凝汽器4，凝汽器4的凝结水通过管道连接凝结水泵5，再通过管道依次连接到低压加热器组6、除氧器7、给水泵8和高压加热器组9，最后通过管道连接到锅炉1，实现蒸汽动力循环；低温熔盐罐10用管道连接低温熔盐泵11，然后连接第三汽盐换热器16，第三汽盐换热器16熔盐出口管道分成两路，一路连接第二汽盐换热器15，另一路连接第一汽盐换
热器14。第一汽盐换热器14熔盐出口通过管道连接到高温熔盐罐12。第二汽盐换热器15熔盐出口通过管道连接到高温熔盐罐12。第一汽盐换热器14的蒸汽入口端通过管道连接到锅炉1的过热器1-1出口，第一汽盐换热器14的蒸汽出口端通过管道连接到锅炉1的再热器1-2的入口；第二汽盐换热器15的进汽端经管道连接至锅炉1的再热器1-2出口，第二汽盐换热器15的蒸汽出口经管道依次连接至第三汽盐换热器16、汽水换热器21和水罐22；第二汽盐换热器15出口蒸汽通过管道连接至低压缸2-3入口；第三汽盐换热器16的汽侧出口有管道连接至除氧器7；高温熔盐罐12用管道连接高温熔盐泵13。高温熔盐泵13出口管道分两路：一路顺次连接到第四汽盐换热器17，另外一路由管道连接到第五汽盐换热器20。第四汽盐换热器17熔盐出口管道和第五汽盐换热器20熔盐出口管道合并后依次连接相变换热器18和水盐换热器19，最后通过管道连接到低温熔盐罐10。第五汽盐换热器20的蒸汽进口端经管道连接到汽轮机2的高压缸2-1排汽管道，第五汽盐换热器20的蒸汽出口端连接到中压缸2-2的蒸汽入口端；水盐换热器19的进水端由管道连接到给水泵8的出口管道，水盐换热器19的出水端由管道依次连接到相变换热器18、第四汽盐换热器17和高压缸2-1；水罐22由管道依次连接热水泵23、汽水换热器21和除氧器7。汽水换热器21热水出口和汽水换热器21的入口之间设置管道连接。水罐22由管道依次连接供热水泵24和水水换热器25，并连接回水罐22；凝结水泵5出口有管道连接至水罐22。
26.本实施例的储热工质流程：从锅炉1过热器1-1流出的蒸汽，分为两路，一路进入汽轮机2高压缸2-1做功，另外一路进入第一汽盐换热器14加热熔融盐，然后返回到锅炉再热器1-2入口；锅炉再热器1-2出口蒸汽分为两路，一路进入汽轮机中压缸2-2做功，另外一路顺次流经第二汽盐换热器15、第三汽盐换热器16和汽水换热器21放出热量后汇入水罐22；第二汽盐换热器15出口蒸汽进入低压缸2-3继续做功；低温熔盐罐10中的低温熔盐经低温熔盐泵11升压并经过第三汽盐换热器16后，分为两路：一路流经第二汽盐换热器15与蒸汽逆向换热后流至高温熔盐罐12，另外一路流经第一汽盐换热器14吸收热量后流至高温熔盐罐12；水罐22中的水经过热水泵23升压后进入汽水换热器21吸热，吸热后的一部分热水进入除氧器7，一部分进入水罐22；实现系统热量的存储流程。
27.本实施例的释热工质流程：所述系统的高温熔盐罐12中存储的高温熔融盐，经过高温熔盐泵13升压后，分为两路：第一路顺次进入第四汽盐换热器17，放出熔融盐的热量，然后经第四汽盐换热器17熔盐出口流出。第二路进入第五汽盐换热器20放出熔融盐热量，经第五汽盐换热器20熔盐出口流出。第四汽盐换热器17熔盐出口流出的熔融盐与第五汽盐换热器20熔盐出口流出的熔融盐混合后，顺次经过相变换热器18和水盐换热器19，放出熔融盐的热量，形成的低温熔融盐，流至低温熔盐罐10；这两路熔融盐流程实现熔融盐的放热流程；来自给水泵8的锅炉给水，首先流经水盐换热器19进行预热，预热后的水流经相变换热器18蒸发成蒸汽，蒸汽再流经第四汽盐换热器17进行过热，生成的过热蒸汽与锅炉过热器1-1生产的过热蒸汽混合并送到汽轮机2的高压缸2-1进行做功；来自高压缸2-1的排汽进入第五汽盐换热器20吸收熔融盐热量后，温度升高，与锅炉再热器1-2出口蒸汽混合并送入中压缸2-2进行做功；水罐22中的热水经过热水泵23升压后，进入除氧器，释放热水中的热量；水罐22中的热水经过供热水泵24升压后，经过水水换热器25放出热量；以上流程实现所述系统的热量释放流程。
28.本实施例的储释热方法：锅炉1稳定燃烧负荷大于汽轮机2的负荷需求时，采用熔
融盐和水双介质储热的方式，把锅炉1输出热量多于汽轮机2需求的部分存储起来；在汽轮机2热量需求高于锅炉1稳定燃烧负荷时把存储在熔融盐和水中的热量释放出来，熔盐热量加热给水和蒸汽生成高温蒸汽，送入汽轮机2做功，水的热量送入除氧器7加热给水，也可以送入水水换热器25进行供热；热量存储过程采用由第一汽盐换热器14、第二汽盐换热器15、第三汽盐换热器16、汽水换热器21以及连接管道组成的储热系统与由高压缸2-1、中压缸2-2、低压缸2-3以及连接管道组成的汽轮机系统并联方式，锅炉1的过热器1-1和再热器1-2出口蒸汽分别送到汽轮机2做功和熔融盐储热及热水储热；热量的释放过程采用包括过热器1-1、再热器1-2的锅炉系统和包括第四汽盐换热器17、相变换热器18、水盐换热器19和第五汽盐换热器20及连接管道的熔盐锅炉系统的并联方式，锅炉过热器1-1出口蒸汽和第四汽盐换热器17出口蒸汽混合进入汽轮机高压缸2-1做功；锅炉再热器1-2出口蒸汽和第五汽盐换热器20出口蒸汽混合进入中压缸2-2做功，来自水罐22的热水则进入除氧器7混合放热。该方法解决锅炉和汽轮机最低稳定运行负荷不同的矛盾，能够按照汽轮机2的最低负荷进行深度调峰，并减少调峰期间的热量损失，提高燃料利用率。
29.本实施例的储热方式：高品位热量储热过程分为两部分：第一部分为锅炉1过热器1-1出口的过热蒸汽进入第一汽盐换热器14，放热后的蒸汽温度与高压缸2-1的出口温度匹配，混合后的蒸汽返回再热器1-2入口，170℃低温熔融盐从低温熔盐罐10经低温熔盐泵11升压后经过第三汽盐换热器16后进入第一汽盐换热器14，吸热后530℃的高温熔盐流入高温熔盐罐12存储；第二部分为锅炉1的再热器1-2出口的再热蒸汽顺次进入第二汽盐换热器15和第三汽盐换热器16放热，170℃低温熔融盐从低温熔盐罐10经低温熔盐泵11升压后逆流顺次进入第三汽盐换热器16和第二汽盐换热器15，吸热后530℃的高温熔盐流入高温熔盐罐12存储；第二汽盐换热器15出口部分蒸汽能够进入低压缸2-3做功；第三汽盐换热器16出口蒸汽经过汽水换热器21冷却后与凝结水泵5出口的凝结水混合后将低品位热量存储于水罐22；部分第三汽盐换热器16出口蒸汽直接进入除氧器7。
30.本实施例的释热方式：高品位热量释热过程分为两部分：第一部分为高温熔盐罐12的530℃高温熔盐经高温熔盐泵13升压后顺次流经第四汽盐换热器17、相变换热器18和水盐换热器19,放出热量后170℃的低温熔盐流入低温熔盐罐10；来自给水泵8的给水顺次流经水盐换热器19、相变换热器18和第四汽盐换热器17吸收热量，生成过热蒸汽，与锅炉过热器1-1生成的过热蒸汽混合后送入汽轮机高压缸2-1入口；第二部分为高温熔盐罐12的530℃高温熔盐经高温熔盐泵13升压后流入第五汽盐换热器20，然后顺次流经相变换热器18和水盐换热器19，放出热量后170℃的低温熔盐流入低温熔盐罐10；来自高压缸2-1的排汽经过第五汽盐换热器20吸收热量后进入中压缸2-2做功；低品位热量的释放有两种方式：方式一为热水从水罐22经热水泵23升压后进入除氧器7；方式二为水罐22的热水经过供热水泵24升压后送入水水换热器25放热，热量用于供热，回水返回水罐22。
31.本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。