熔融盐储热背压机辅助火电黑启动系统

技术领域

本发明涉及熔融盐储热背压机辅助火电黑启动系统，具体涉及构造熔融盐储热背压机辅助火电黑启动系统。

背景技术

近年来，随着储能产业的发展，多种新型储能技术不断突破，在越来越多的场景实现示范应用，主要有储热技术、氢储能技术、电磁储能和飞轮储能等。储热技术属于能量型储能技术，能量密度高、成本低、寿命长、利用方式多样、综合热利用效率高，在可再生能源消纳、清洁供暖及太阳能光热电站储能系统应用领域均可发挥较大作用。近年来，备受关注的储热技术主要有熔融盐储热技术和高温相变储热技术。熔融盐储热技术的主要优点是规模大，方便配合常规燃气机使用，主要应用于大型塔式光热发电系统和槽式光热发电系统。

黑启动(Black-start)，是指当某电力系统因故障导致系统内的电源全部退出运行，处于全“黑”状态时，在不依赖其他系统的外来启动电源的情况下，首先启动本系统内具有自启动能力的机组、实现小范围的供电，再去带动其他无自启动能力的机组逐步启动、恢复供电，随着系统内恢复供电范围的逐渐扩大，最终实现整个系统的恢复正常。

发明内容

本发明提出熔融盐储热背压机辅助火电黑启动系统，构造熔融盐储热背压机辅助火电黑启动系统，当全网失电火电停机，通过熔融盐储热系统向背压机提供热源，背压发电机发电传输至火电厂用电系统，启动类似于：各类油泵、送风机、引风机、循环水泵、给水泵、冷却水泵等各类辅机，最终实现火电机组黑启动。

当火电机组正常运行，背压气轮机驱动气源来自于火电汽轮机，火电汽轮机里的高温、高压水蒸气推动背压气轮机旋转带动背压发电机旋转，发出的电并入火电机组厂用段。火电机组6.3kV厂用电及6.3kV/400V降压变向熔盐加热装置供电，储存在低温罐300℃液态熔融盐通过熔盐加热装置变为600℃高温液态熔融盐储存在高温罐内，600℃高温液态熔融盐通过热驱动装置进入盐-水换热器，将通过升压泵加压至1.2MPa的除氧水加热至符合后端用气设备需求的260℃水蒸气。

当全网失电，火电机组停机，此时发电机解列，机组交流厂用电源完全消失，此时关闭后端用气设备供气阀门，利用液态熔融盐高温罐里液态熔融盐高温余热，加热除氧水，打开背压机气轮机进气阀门，260℃高压水蒸气推动背压气轮机旋转带动背压发电机旋转，背压发电机向6.3kV厂用段设备供电，按照火电启机必须运行的负荷顺序，即一类负荷、二类负荷、三类负荷先后恢复供电，供电给必要的例如：燃料供给、冷却系统、直流系统、事故照明、励磁系统负荷，最终靠背压机发电最终实现火电机组黑启动。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现：

熔融盐储热背压机辅助火电黑启动系统，包括：火电发电厂用供电单元、背压发电单元和黑启动厂用负荷单元；

所述火电发电厂用供电单元1中6.3kV厂用母线向所述背压发电单元熔融盐加热装置、所述黑启动厂用负荷单元中各类负荷供电，所述背压发电单元背压发电系统连接至所述火电发电厂用供电单元中6.3kV厂用母线。

本发明进一步的改进在于，所述火力发电厂用单元包括：气轮机、汽轮机排气阀、发电机、20kV变6.3kV高厂变、6.3kV厂用母线联络开关和6.3kV厂用母线；

所述气轮机通过蒸气管道连接所述发电机，汽轮机带动发电机转子并通过励磁系统产生交流电，所述汽轮机排气阀连接至所述背压气轮机，所述发电机出口连接有所述高厂变高压侧，所述6.3kV厂用母线通过所述6.3kV厂用母线联络开关连接至所述高厂变低压侧。

本发明进一步的改进在于，所述厂用背压发电单元包括：熔融盐加热装置并网开关、熔融盐加热装置降压变、熔融盐加热装置、液态熔融盐低温罐、低温液态熔融盐进水阀、高温液态熔融盐出水阀、液态熔融盐高温罐、高温液态熔融盐热驱动装置、工业用除氧水、除氧水进水阀、除氧水升压泵、盐-水换热器、背压气轮机进气阀、背压气轮机、背压发电机、背压机升压变和背压机并网开关；

所述熔融盐加热装置降压变高压侧通过所述熔融盐加热装置并网开关连接至所述6.3kV厂用母线，所述熔融盐加热装置连接至所述熔融盐加热装置降压变低压侧；

所述液态熔融盐低温罐通过所述低温液态熔融盐进水阀与所述融盐加热装置连接，低温液态熔融盐通过所述融盐加热装置加热后成为高温液态熔融盐，高温液态熔融盐通过所述高温液态熔融盐出水阀进入所述液态熔融盐高温罐，所述液态熔融盐高温罐连接有所述高温液态熔融盐热驱动装置，液态高温熔融盐通过所述液态熔融盐热驱动装置加压后传输所述盐-水换热器，所述工业用除氧水通过所述除氧水进水阀及所述除氧水升压泵进入所述盐-水换热器形成高压除氧水，液态高温熔融盐将工业用高压除氧水加热至260℃以上，形成高压水蒸气，正常情况下传输至厂外用气设备；

所述背压机气轮机连接至所述背压发电机，所述背压机气轮机带动所述背压发电机转子并通过背压励磁系统产生交流电；所述背压发电机出口连接至所述背压机升压变低压侧，所述背压机升压变高压侧通过所述背压机并网开关连接至所述6.3kV厂用母线。

本发明进一步的改进在于，述融盐加热装置采用发热电阻丝和自动判断过零点开关，通过自动判断过零点开关实现所述融盐加热装置功率控制。

本发明进一步的改进在于，所述融盐加热装置属于大功率用电装置，当热驱动装置运行时，能够进一步挖掘火电机组深度调峰能力。

本发明进一步的改进在于，所述背压气轮机气源来自于所述汽轮机和所述盐-水换热器，正常情况下，闭合所述汽轮机排气阀，所述背压气轮机气源来自于所述汽轮机，事故情况下，全网失电，闭合所述背压气轮机进气阀，所述背压气轮机气源来自于所述盐-水换热器。

本发明进一步的改进在于，事故情况下，气轮机无法正常向所述背压气轮机供气，此时关闭所述汽轮机排气阀，所述背压发电单元关闭外输高温蒸气阀门，打开所述背压气轮机进气阀阀门；所述液态熔融盐高温罐保温性能好，能够维持液体熔融盐高温状态2h以上，利用所述液态熔融盐高温罐里液态熔融盐高温余热，加热所述工业用除氧水，260℃高压水蒸气推动所述背压气轮机旋转带动所述背压发电机旋转，产生交流电并入所述6.3kV厂用母线。

本发明进一步的改进在于，所述黑启动厂用负荷单元包括：一类负荷并网开关、一类负荷、二类负荷并网开关、二类负荷、三类负荷并网开关、三类负荷低厂变和三类负荷；

所述一类负荷通过所述一类负荷并网开关接入所述6.3kV厂用母线，所述二类负荷通过所述二类负荷并网开关接入所述6.3kV厂用母线，所述三类负荷低厂变高压侧通过所述三类负荷并网开关连接至所述6.3kV厂用母线，所述三类负荷低厂变低压侧连接有所述三类负荷。

本发明进一步的改进在于，当所述背压发电机向所述6.3kV厂用母线供电时，因为所述背压发电机自身容量不大，6.3kV厂用母线电压不稳，负荷启动冲击电流，导致母线电压暂态下降，极易造成所述一类负荷、二类负荷、三类负荷无法自启动，此时所述一类负荷、二类负荷、三类负荷需要按照火电启机必须运行的负荷顺序先后恢复供电，先启动包括：一次风机、二次风机、引风机、送风机、电动给水泵、凝结水泵、循环水泵、给煤机、给粉机、空气预热器、增压风机、空冷岛冷却风机的所述一类负荷，再启动包括允许短时停电，但停电时间过长，有可能损坏设备或影响正常生产的所述二类负荷；启动所述一类负荷和所述二类负荷能够实现火电机组黑启动，火电机组启机后，再启动所述三类负荷，最终实现靠熔融盐供热、背压机发电最终实现火电机组黑启动。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：

1.本发明背压发电单元中熔热驱动装置采用发热电阻丝和自动判断过零点开关，控制所述熔融盐加热单元中高温罐温度。相关设备成本较低，更适用于熔融盐储热背压机辅助火电黑启动系统。

2.本发明背压发电单元可以运行于正常模式和事故模式，正常模式，所述背压发电单元主要是为了向外部用气设备供给高温蒸气，增加火电厂收入。事故模式下，可以持续给火电机组厂用电供电，实现重要辅机自启动。

3本发明所提熔融盐储热背压机辅助火电黑启动系统在事故情况下，所述背压发电单元向所述火力发电厂用单元中6.3kV厂用母线供电，此时所述黑启动厂用负荷单元中一类负荷、二类负荷、三类负荷需要按照火电启机必须运行的负荷顺序先后恢复供电。

附图说明

图1为熔融盐储热背压机辅助火电黑启动系统图。

附图标记说明：

1—火电发电厂用供电单元；2—背压发电单元；3—黑启动厂用负荷单元。1-1—气轮机；1-2—汽轮机排气阀；1-3—发电机；1-4—20kV变6.3kV高厂变；1-5—6.3kV厂用母线联络开关；1-6—6.3kV厂用母线。2-1—熔融盐加热装置并网开关；2-2—熔融盐加热装置降压变；2-3—熔融盐加热装置；2-4—液态熔融盐低温罐；2-5—低温液态熔融盐进水阀；2-6—高温液态熔融盐出水阀；2-7—液态熔融盐高温罐；2-8—高温液态熔融盐热驱动装置；2-9—工业用除氧水；2-10—除氧水进水阀；2-11—除氧水升压泵；2-12—盐-水换热器；2-13—背压气轮机进气阀；2-14—背压气轮机；2-15—背压发电机；2-16—背压机升压变；2-17—背压机并网开关。3-1—一类负荷并网开关；3-2—一类负荷；3-3—二类负荷并网开关；3-4—二类负荷；3-5—三类负荷并网开关；3-6—三类负荷低厂变；3-7—三类负荷。

具体实施方式

下面通过附图，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，本发明提供的熔融盐储热背压机辅助火电黑启动系统，包括：火电发电厂用供电单元1、背压发电单元2和黑启动厂用负荷单元3；所述火电发电厂用供电单元1中6.3kV厂用母线向所述背压发电单元2熔融盐加热装置、所述黑启动厂用负荷单元3中各类负荷供电，所述背压发电单元2背压发电系统连接至所述火电发电厂用供电单元1中6.3kV厂用母线。

所述火力发电厂用单元1包括：气轮机1-1、汽轮机排气阀1-2、发电机1-3、20kV变6.3kV高厂变1-4、6.3kV厂用母线联络开关1-5和6.3kV厂用母线1-6。

所述厂用背压发电单元2包括：熔融盐加热装置并网开关2-1、熔融盐加热装置降压变2-2、熔融盐加热装置2-3、液态熔融盐低温罐2-4、低温液态熔融盐进水阀2-5、高温液态熔融盐出水阀2-6、液态熔融盐高温罐2-7、高温液态熔融盐热驱动装置2-8、工业用除氧水2-9、除氧水进水阀2-10、除氧水升压泵2-11、盐-水换热器2-12、背压气轮机进气阀2-13、背压气轮机2-14、背压发电机2-15、背压机升压变2-16和背压机并网开关2-17。

所述黑启动厂用负荷单元3包括：一类负荷并网开关3-1、一类负荷3-2、二类负荷并网开关3-3、二类负荷3-4、三类负荷并网开关3-5、三类负荷低厂变3-6和三类负荷3-7。

所述气轮机1-1通过蒸气管道连接所述发电机1-3，汽轮机带动发电机转子并通过励磁系统产生交流电。所述汽轮机排气阀1-2连接至所述背压气轮机2-14，所述发电机1-3出口连接有所述高厂变1-4高压侧，所述6.3kV厂用母线1-6通过所述6.3kV厂用母线联络开关1-5连接至所述高厂变1-4低压侧。

所述熔融盐加热装置降压变2-2高压侧通过所述熔融盐加热装置并网开关连接至所述6.3kV厂用母线1-6，所述熔融盐加热装置2-3连接至所述熔融盐加热装置降压变2-2低压侧。

所述融盐加热装置2-3采用发热电阻丝和自动判断过零点开关，通过自动判断过零点开关实现所述融盐加热装置2-3功率控制。所述融盐加热装置2-3属于大功率用电装置，当热驱动装置运行时，可以进一步挖掘火电机组深度调峰能力。

所述液态熔融盐低温罐2-4通过所述低温液态熔融盐进水阀2-5与所述融盐加热装置2-3连接，低温液态熔融盐通过所述融盐加热装置2-3加热后成为高温液态熔融盐，高温液态熔融盐通过所述高温液态熔融盐出水阀2-6进入所述液态熔融盐高温罐2-7，所述液态熔融盐高温罐2-7连接有所述高温液态熔融盐热驱动装置2-8，液态高温熔融盐通过所述液态熔融盐热驱动装置2-8加压后传输所述盐-水换热器2-12。所述工业用除氧水2-9通过所述除氧水进水阀2-10及所述除氧水升压泵2-11进入所述盐-水换热器2-12形成高压除氧水，液态高温熔融盐将工业用高压除氧水加热至260℃以上，形成高压水蒸气，正常情况下传输至厂外用气设备。

所述背压气轮机2-14气源来自于所述汽轮机1-1和所述盐-水换热器2-1，正常情况下，闭合所述汽轮机排气阀1-2，所述背压气轮机2-14气源来自于所述汽轮机1-1，事故情况下，全网失电，闭合所述背压气轮机进气阀2-13，所述背压气轮机2-14气源来自于所述盐-水换热器2-1。所述背压机气轮机2-14连接至所述背压发电机2-15，所述背压机气轮机2-14带动所述背压发电机2-15转子并通过背压励磁系统产生交流电。所述背压发电机2-15出口连接至所述背压机升压变2-16低压侧，所述背压机升压变2-16高压侧通过所述背压机并网开关2-17连接至所述6.3kV厂用母线1-6。

事故情况下，气轮机1-1无法正常向所述背压气轮机2-14供气，此时关闭所述汽轮机排气阀1-2，所述背压发电单元关闭外输高温蒸气阀门，打开所述背压气轮机进气阀2-14阀门。所述液态熔融盐高温罐2-7保温性能好，可以维持液体熔融盐高温状态2h以上，利用所述液态熔融盐高温罐2-7里液态熔融盐高温余热，加热所述工业用除氧水2-9，260℃高压水蒸气推动所述背压气轮机2-14旋转带动所述背压发电机2-15旋转，产生交流电并入所述6.3kV厂用母线1-6。

所述一类负荷3-2通过所述一类负荷并网开关3-1接入所述6.3kV厂用母线1-6，所述二类负荷3-4通过所述二类负荷并网开关3-3接入所述6.3kV厂用母线1-6，所述三类负荷低厂变3-6高压侧通过所述三类负荷并网开关3-5连接至所述6.3kV厂用母线1-6，所述三类负荷低厂变3-6低压侧连接有所述三类负荷3-7。当所述背压发电机2-15向所述6.3kV厂用母线1-6供电时，因为所述背压发电机2-15自身容量不大，6.3kV厂用母线电压不稳，负荷启动冲击电流，导致母线电压暂态下降，极易造成所述一类负荷3-2、二类负荷3-4、三类负荷3-7无法自启动，此时所述一类负荷3-2、二类负荷3-4、三类负荷3-7需要按照火电启机必须运行的负荷顺序先后恢复供电，先启动包括：一次风机、二次风机、引风机、送风机、电动给水泵、凝结水泵、循环水泵、给煤机、给粉机、空气预热器、增压风机、空冷岛冷却风机等的所述一类负荷3-2，再启动包括允许短时停电，但停电时间过长，有可能损坏设备或影响正常生产的所述二类负荷3-3。启动所述一类负荷3-2和所述二类负荷3-3可以实现火电机组黑启动，火电机组启机后，再启动所述三类负荷3-7，最终实现靠熔融盐供热、背压机发电最终实现火电机组黑启动。