基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统及方法

技术领域

本发明涉及火力发电机组技术领域，尤其涉及基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统。本发明还涉及基于母管制熔盐储放热的火电机组运行方法。

背景技术

电力系统是国家关键基础设施，一旦发生大面积停电事件，可能引发跨领域连锁反应，导致重大经济财产损失，危及国家安全。

2019年英国“8.9”停电、2020年美国加州停电、2021年美国德州停电等重大停电事故，暴露出新能源占比过高、电网调峰能力不足等问题对电网安全稳定运行产生的重大影响。提高火电机组出力灵活性，能够有效解决电力系统调节能力不足问题，提高高比例新能源条件下的供电保障能力，发挥互联电网对新能源出力的尺度平滑作用，有力促进新能源消纳水平大幅提升。

熔盐液态温度区间与火力发电厂热力系统运行温度区间重合度高，满足火电储放热工作要求。火电机组增设熔盐系统，将从机组吸收的热量转移释放至汽轮机、工业抽汽或供热，可提升机组灵活性运行能力。例如，机组升负荷期间，熔盐放热产生蒸汽，汇入汽轮机做功，可以提升机组升负荷速率；机组降负荷期间，熔盐吸收机组热量，可以提升机组降负荷速率；机组深调运行时，熔盐吸收机组热量，可以进一步降低机组调峰深度。

相关技术大都着力于将熔盐系统应用于单台机组，如吸收火电机组的哪部分热量、熔盐热量如何梯级利用、热力系统如何设计等等，然而，结合火电机组的实际布局，电厂一般包含两台、四台甚至更多数量的单元制机组，倘若每台机组配备一套熔盐系统，将大大增加投资成本，而且，各机组的熔盐系统分别独立运行，导致火电厂能量流利用的灵活性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统。该系统不仅可以有效降低成本，而且能够实现全厂能量流的时空交换，提升能量配置的灵活性。

本发明的目的在于提供一种基于母管制熔盐储放热的火电机组运行方法。

为实现上述目的，本发明提供一种基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统，包括至少两台火电机组和一套公用的熔盐系统；所述熔盐系统包括冷盐罐、热盐罐、熔盐吸热换热器和熔盐放热换热器，所述熔盐吸热换热器用于将所述冷盐罐储存的熔盐与来自所述火电机组的载热工质进行热量交换，并将加热后的熔盐储存于所述热盐罐；所述熔盐放热换热器用于将所述热盐罐储存的熔盐与取自所述火电机组的旁路给水进行热量交换，并将产生的蒸汽输入所述火电机组的汽轮机，经过热量交换的熔盐储存于所述冷盐罐。

在一种实施方式中，所述熔盐吸热换热器为设于各所述火电机组的烟气-熔盐换热器，其通过高温烟气与熔盐进行热量交换；所述冷盐罐的熔盐出口母管设有熔盐分流支路，各所述熔盐分流支路分别连接各所述烟气-熔盐换热器的熔盐入口，所述热盐罐的熔盐入口母管设有熔盐汇流支路，各所述熔盐汇流支路分别连接各所述烟气-熔盐换热器的熔盐出口。

在一种实施方式中，所述高温烟气的温度范围为550℃-800℃。

在一种实施方式中，所述熔盐吸热换热器通过高温蒸汽与熔盐进行热量交换；各所述火电机组分别设有取汽支路，所述取汽支路分别连接所述熔盐吸热换热器的进汽母管，所述熔盐吸热换热器的出汽母管设有用于回流低温蒸汽的回汽支路，各所述回汽支路分别连接所述火电机组的热力系统。

在一种实施方式中，所述高温蒸汽的温度范围为250℃-500℃。

在一种实施方式中，所述熔盐放热换热器的汽水侧设有进水母管和产汽母管，各所述火电机组在其给水泵下游分别设有用于分流出旁路给水的给水分流支路，所述给水分流支路连接所述熔盐放热换热器的进水母管，以将旁路给水汇流至所述进水母管；所述熔盐放热换热器的产汽母管设有蒸汽分流支路，各所述蒸汽分流支路分别连接所述火电机组的汽轮机。

在一种实施方式中，所述产汽母管设有供汽支路，并通过所述供汽支路汇入工业供汽管路。

在一种实施方式中，所述冷盐罐的熔盐出口连接所述熔盐吸热换热器的熔盐入口并设有冷盐泵，所述熔盐吸热换热器的熔盐出口连接所述热盐罐的熔盐入口，所述热盐罐的熔盐出口连接所述熔盐放热换热器的熔盐入口并设有热盐泵，所述熔盐放热换热器的熔盐出口连接所述冷盐罐。

在一种实施方式中，所述熔盐放热换热器包括熔盐放热换热器预热段、熔盐放热换热器蒸发段和熔盐放热换热器过热段。

为实现上述另一目的，本发明提供一种基于母管制熔盐储放热的火电机组运行方法，用于上述任一项技术方案所述的基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统，包括下述一种、两种或多种运行方式：

当收到调度降负荷指令，进行单台机组、两台机组或多台机组同时降负荷，启动熔盐储热模式，由所述熔盐吸热换热器通过熔盐吸收降负荷机组的热量，提升机组降负荷速率；

当收到调度升负荷指令，进行单台机组、两台机组或多台机组同时升负荷，启动熔盐放热模式，由所述熔盐放热换热器通过熔盐放出热量，加热旁路给水，并将产生的过热蒸汽输入升负荷机组的汽轮机中做功，提升机组升负荷速率；

当有机组冷态启动时，采用临机辅助蒸汽或本机启动锅炉产生的辅助蒸汽进行锅炉的热态冲洗，启动熔盐放热模式，由所述熔盐放热换热器通过熔盐加热本机旁路给水产生蒸汽，进行汽轮机冲车；调节旁路给水压力、流量，调节熔盐进入熔盐放热换热器的流量，逐步提升蒸汽参数，满足机组冲车参数后进入汽轮机冲转；待机组的锅炉蒸汽品质合格且参数满足要求后，将锅炉主蒸汽并入汽轮机，降低旁路给水与熔盐流量，逐步将汽轮机进汽切换至主蒸汽；

当单台机组超低负荷运时，启动熔盐储热模式，由所述熔盐吸热换热器通过熔盐吸收单台机组的热量，使单台机组的发电出力降低；

当有机组快速启停时，在停机阶段，若电负荷降至设定负荷后，则启动熔盐储热模式，同时快速降低汽轮发电机组的电负荷，在启动阶段，则启动熔盐放热模式，机组的锅炉通过所述熔盐放热换热器放热产生的热水进行上水，缩短锅炉启动点火时间；

当有机组低负荷运行时，启动熔盐放热模式，将所述熔盐放热换热器产出的高温蒸汽，汇入工业供汽管路。

本发明所提供的基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统及方法，从发电厂的全厂视角进行考虑，将熔盐系统设计为至少两台火电机组的公用系统，通过公用化的熔盐系统进行储热和放热，可实现提升机组降负荷速率、提升机组升负荷速率、辅助机组冷态启动、助力单台机组超低负荷运行、加速机组启停、保障工业供汽等多种功能。本发明可以省去多台熔盐系统的重复性设备，降低投资成本；熔盐系统可直接从多台机组获取热量，减少熔盐系统停机维护的次数，而且，将熔盐系统独立设计为公用系统，可实现全厂能量流的时空交换，提升能量配置的灵活性，有利于提升全厂能量的利用效率。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的另一种基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统的结构示意图。

图中：

1.冷盐罐；2.热盐罐；3.热盐泵；4.冷盐泵；5.熔盐吸热换热器；6.机组释放给熔盐系统的热量；7.熔盐放热换热器预热段；8.熔盐放热换热器蒸发段；9.熔盐放热换热器过热段；10.一号机组给水泵；11.二号机组给水泵；12.二号机组汽轮机；13.一号机组汽轮机；14.一号机组调门；15.二号机组调门；16.一号机组锅炉；17.二号机组锅炉；18.三号机组给水泵；19.三号机组汽轮机；20.三号机组调门；21.三号机组锅炉；22.四号机组给水泵；23.四号机组汽轮机；24.四号机组调门；25.四号机组锅炉。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、内、外”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统的结构示意图。

如图所示，在一种具体实施例中，本发明所提供的基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统，设有两台火电机组和一套公用的熔盐系统。

熔盐系统主要由冷盐罐1、热盐罐2、熔盐吸热换热器5和熔盐放热换热器等组成，冷盐罐1用于存放低温熔盐，罐内冷盐温度为270℃-320℃，热盐罐2用于存放高温熔盐，罐内热盐温度为450℃-550℃。

冷盐罐1的熔盐出口连接熔盐吸热换热器5的熔盐入口并设有冷盐泵4，冷盐泵4用于将冷盐从冷盐罐1打出，进行熔盐吸热，熔盐吸热换热器5的熔盐出口连接热盐罐2的熔盐入口，热盐罐2的熔盐出口连接熔盐放热换热器的熔盐入口并设有热盐泵3，热盐泵3用于将热盐从热盐罐2打出，进行熔盐放热，熔盐放热换热器的熔盐出口连接冷盐罐1。

熔盐放热换热器包括熔盐放热换热器预热段7、熔盐放热换热器蒸发段8和熔盐放热换热器过热段9。

熔盐吸热换热器5用于将冷盐罐1储存的熔盐与来自火电机组的载热工质进行热量交换，并将加热后的熔盐储存于热盐罐2；熔盐放热换热器用于将热盐罐2储存的熔盐与取自火电机组的旁路给水进行热量交换，并将产生的蒸汽输入火电机组的汽轮机，经过热量交换的熔盐储存于冷盐罐1。

图中的附图标记6表示机组释放给熔盐系统的热量，该热量可以由一台机组提供，也可以由两台机组同时提供，可以是锅炉内抽取的高温烟气，也可以是汽机内抽取的高温蒸汽。

也就是说，来自火电机组的载热工质可以是高温烟气或高温蒸汽，下面分别进行说明。

具体地，若采用高温烟气对熔盐进行加热，则熔盐吸热换热器5为设于各火电机组的烟气-熔盐换热器(图中未示出)，其通过高温烟气与熔盐进行热量交换，高温烟气的温度范围为550℃-800℃。

冷盐罐1的熔盐出口母管设有熔盐分流支路，各熔盐分流支路分别连接各烟气-熔盐换热器的熔盐入口，热盐罐2的熔盐入口母管设有熔盐汇流支路，各熔盐汇流支路分别连接各烟气-熔盐换热器的熔盐出口。

运行时，冷盐罐1中的熔盐从熔盐分流支路进入各台机组的烟气-熔盐换热器中，由高温烟气加热熔盐，吸热后沿熔盐汇流支路汇集至热盐罐2的熔盐入口母管，进入热盐罐2进行储存。

若采用高温蒸汽对熔盐进行加热，则熔盐吸热换热器5通过高温蒸汽与熔盐进行热量交换，高温蒸汽的温度范围为250℃-500℃。

各火电机组分别设有取汽支路，取汽支路分别连接熔盐吸热换热器5的进汽母管，熔盐吸热换热器5的出汽母管设有用于回流低温蒸汽的回汽支路，各回汽支路分别连接火电机组的热力系统。

运行时，从每台机组抽取的蒸汽汇集至熔盐吸热换热器5的进汽母管，同熔盐进行热量交换，经过换热形成的低温蒸汽从回汽支路返回机组的热力系统。

熔盐放热换热器具有熔盐放热换热器预热段7、熔盐放热换热器蒸发段8和熔盐放热换热器过热段9，其中，盐放热换热器预热段7用于进行熔盐与机组汽水系统的换热，将熔盐热量放出，产生高温水；熔盐放热换热器蒸发段8用于进行熔盐与机组汽水系统的换热，将熔盐热量放出，产生饱和蒸汽；熔盐放热换热器过热段9用于进行熔盐与机组汽水系统的换热，将熔盐热量放出，产生过热蒸汽。

熔盐放热换热器的汽水侧设有进水母管和产汽母管，各火电机组在其给水泵下游分别设有用于分流出旁路给水的给水分流支路，给水分流支路连接熔盐放热换热器的进水母管，以将旁路给水汇流至进水母管；熔盐放热换热器的产汽母管设有蒸汽分流支路，各蒸汽分流支路分别连接火电机组的汽轮机。

在本实施例中，一号机组给水泵10用于将一号机组汽轮机13给水送至一号机组锅炉16加热；二号机组给水泵11用于将二号机组汽轮机12给水送至二号机组锅炉17加热；一号机组调门14用于调节进入一号机组汽轮机13的流量，改变一号机组负荷，二号机组调门15用于调节进入二号机组汽轮机12的流量，改变二号机组负荷。

实际运行时，热盐经热盐泵3打出，依次进入熔盐放热换热器过热段9、熔盐放热换热器蒸发段8、熔盐放热换热器预热段7，进行热量交换后进入冷盐罐1；冷盐经冷盐泵4打出，进入熔盐吸热换热器5，进行热量交换后进入热盐罐2。

一号机组给水泵10与二号机组给水泵11后均设计有给水分流支路，两台机组的旁路给水经给水分流汇至进水母管，依次进入熔盐放热换热器预热段7、熔盐放热换热器蒸发段8、熔盐放热换热器过热段9，产生过热蒸汽，随后经产汽母管及各蒸汽分流支路进入一号机组汽轮机13、二号机组汽轮机12进行做功。

熔盐放热过程：热盐经热盐泵3打出后，通过熔盐放热换热器与来自机组的给水进行热量交换，热盐放热后温度降低成为冷盐，给水吸热后相变形成过热蒸汽。冷盐经管道回流至冷盐罐1，过热蒸汽经管道进入汽轮机做功。

熔盐吸热过程：冷盐经冷盐泵4打出后，通过熔盐吸热换热器5与来自机组的载热工质进行热量交换。冷盐吸热后温度升高成为热盐，经管道回流至热盐罐2。载热工质进行放热，若采用高温烟气作为载热工质，则放热后形成低温烟气进入锅炉尾部烟道；若采用高温蒸汽作为载热工质，则放热后形成低温蒸汽回到机组热力系统。

请参考图2，图2为本发明实施例所提供的另一种基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统的结构示意图。

如图所示，在另一实施例中，所提供的基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统设有四台火电机组和一套熔盐系统，也就是说，第二实施例与第一实施例的不同之处在于，在第一实施例的基础上，以并列的方式进一步增加了三号机组与四号机组，三号机组设有三号机组给水泵18、三号机组汽轮机19、三号机组调门20、三号机组锅炉21，四号机组设有四号机组给水泵22、四号机组汽轮机23、四号机组调门24、四号机组锅炉25；三号机组与四号机组和熔盐系统在盐路、水路、汽路上的连接方式，与一号机组和二号机组基本相同，在此省略相同的文字说明，请参考上文。

此外，熔盐放热换热器的产汽母管还可以连接供汽支路，以通过供汽支路将高温蒸汽汇入工业供汽管路。

上述基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统，主要由以下一种、两种或多种运行模式，具体如下：

第一种：机组降负荷-熔盐储热

当收到调度降负荷指令时，进行单台机组、两台机组或多台机组同时降负荷，启动熔盐储热模式，吸收机组热量。若熔盐系统储存锅炉烟气的热量，则冷盐将进入降负荷机组中的烟气-熔盐换热器吸收烟气热量；若熔盐系统储存汽轮机蒸汽的热量，则将降负荷机组的蒸汽引入进汽母管后进入蒸汽-熔盐换热器，加热熔盐。通过熔盐吸收机组热量，提升机组降负荷速率。

第二种：机组升负荷-熔盐放热

当收到调度升负荷指令时，进行单台机组、两台机组或多台机组同时升负荷，启动熔盐放热模式，向机组释放热量。将升负荷机组给水泵后给水旁路引入熔盐放热换热器，利用热盐放出热量，加热给水，产生过热蒸汽。过热蒸汽经产汽母管进入升负荷机组汽轮机中做功，提升机组升负荷速率。

第三种：机组冷态启动-熔盐放热

当机组冷态启动时，汽轮机暖机时间长，可通过熔盐放热提早进行汽轮机冲车。进行熔盐放热辅助机组冷态启动时，可采用临机辅助蒸汽或本机启动锅炉产生得辅助蒸汽进行锅炉的热态冲洗，通过熔盐加热本机旁路给水产生蒸汽，进行汽轮机冲车。调节旁路给水压力、流量，调节热盐进入熔盐放热换热器的流量，逐步提升蒸汽参数，满足机组冲车参数后进入汽轮机冲转。保持熔盐产生蒸汽的参数稳定，依次开展汽轮机摩检、低速暖机、中速暖机后，冲车并维持机组运行，例如3000rpm。待锅炉蒸汽品质合格且参数满足要求后，将锅炉主蒸汽并入汽轮机，降低旁路给水与熔盐流量，逐步将汽轮机进汽切换至主蒸汽。

第四种：单台机组超低负荷运行-熔盐储热

对于单台机组来说，母管制熔盐系统的储热能力较大，在全厂深度调峰运行时，可依靠熔盐系统实现单台机组的超低负荷运行。在实际应用时，采用母管制熔盐系统吸收单台机组的热量，使得机组的电出力降低。可通过热力计算，提前核定好机组单台机组超低负荷运行时间。

第五种：机组快速启停-熔盐储放热

机组快速启停是指类似燃机夜停日启的两班制工作模式，即十二点后进行停机，早上六点前启动并网。停机阶段，电负荷降至一定负荷后，如25％额定负荷，可切换至熔盐储热，同时快速降低汽轮发电机组的电负荷。启动时，汽轮机处于极热态，锅炉可通过熔盐放热产生的热水进行上水，极大地缩短了锅炉启动点火时间。

第六种：工业供汽-熔盐放热

实际生产中，火电厂往往会给周边工业区进行供汽，部分工业用汽流量不大但参数要求高，需要小流量的高温蒸汽。但是在机组实际运行中，抽汽口的蒸汽参数变化较大，尤其是火电深调运行背景下，蒸汽品质下降明显。

为了保障蒸汽品质，电厂会在再热管道开孔抽汽，但会造成大的能量损失。熔盐系统可在机组低负荷时放热，形成高温蒸汽，掺入工业抽汽，在满足工业用汽稳定需求的同时，通过将全厂机组降负荷能量填补至抽汽能量上，也提升了能量利用效率。

上述实施例仅是本发明的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

本发明所提供的基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统和方法，具有如下技术效果：

1)提升机组AGC(自动发电控制)响应速率。机组升、降负荷时，得益于熔盐储放热的介入，可大幅提升机组AGC响应速率，提升电力系统调节速率。

2)提升机组启停速率。熔盐放热可进行汽轮机暖机及锅炉暖锅，可一定程度缩减机组冷态或热态启动时间。

3)保障工业供汽稳定。熔盐放热产生的高温蒸汽可以掺入工业用汽抽汽母管中，提升蒸汽品质，保障热用户需求。

4)熔盐系统投资省、维护简单。母管制熔盐系统的设计可以省去多台熔盐系统的重复性设备，降低熔盐投资成本。在实际运行中，熔盐系统需要吸收热量进行保温，除全厂停机，母管制熔盐系统均可直接从机组获取热量，极大减少熔盐系统停机维护的次数。

5)提升全厂能量利用效率。母管制熔盐系统从厂级统筹考虑，有利于优化全厂能量流，提升能量利用效率。

以上对本发明所提供的基于母管制熔盐储放热的火电机组运行系统和方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。