一种火电厂高低温储热调峰系统及方法

技术领域

本发明涉及火电厂调峰技术，尤其涉及一种火电厂高低温储热调峰系统及方法。

背景技术

随着传统化石能源的巨大消耗，人们面对日益严峻的能源与环境问题。新的能源技术革命要从提高能源利用效率以及优化能源消费结构着手。火电是我国最主要的电力供应来源，清洁高效灵活运行已经成为火电行业转型发展的重要目标。随着我国光伏、风电等非稳定新能源比例的持续扩大，高比例风电和光伏发电的波动性与随机性将对电力系统灵活性调峰提出更高要求，同时其电力电子装置并网带来的系统低惯量与安全稳定问题，使得电力系统为消纳高比例可再生能源将付出更高的成本。目前传统火力发电仍占主要份额，是电力系统可靠性的基石，因此火电厂灵活性调峰改造市场需求持续扩大。

此外，为满足日益增长的冬季供暖需求、缓解部分城市区域供热中供热热源不足的问题，新建较多热电厂。但供暖负荷和电力负荷不同步，造成锅炉低热负荷稳燃困难或者高热负荷蒸汽浪费等问题。提高我国供暖地区供热电厂在采暖季运行的调峰能力也是火电灵活性改造的目标之一。

电力装机结构和电力消费结构正在发生着重大变革。火电机组的运行目标从追求高效节能逐渐转变为注重提升机组的灵活性，增加机组深度调峰及快速启停能力。实施火电灵活性改造不仅仅是火电企业自身生存发展的需要，更是推进整个电力能源生产及消费革命的必然要求。

目前，国内外较为成熟的火电灵活性改造技术主要有：机组本体调峰改造、低负荷协调控制优化、等离子/微油助燃技术以及热电联产机组热电解耦技术等。但仍面临改造运行成本高、热电利用效率低、煤耗显著增加、调峰范围有限等问题。

发明内容

本发明针以上火电厂灵活改造中存在的问题，提出了一种高低温混热储热调峰系统及方法，以降低储热成本，提高热利用效率，提升机组快速爬坡以及快速启停的能力。本发明具体方案如下：

一种火电厂高低温储热调峰系统，包括高温储热装置、低温储热装置、锅炉系统、汽轮机系统。所述高温储热装置和低温储热装置具有冷端和热端，储热装置的冷端流入或流出低温换热工质，热端流入或者流出高温换热工质。所述锅炉系统的给水进口与所述高温储热装置的冷端水工质接口相连，锅炉系统的高温蒸汽出口与所述高温储热装置的热端水工质接口相连。所述汽轮机系统包括汽轮机、凝汽器、回热加热器、给水泵。所述锅炉系统的高温蒸汽出口与所述汽轮机进口相连，所述汽轮机抽汽口与所述回热加热器的抽汽进口相连，所述汽轮机排汽口与所述凝汽器进汽口相连，所述凝汽器凝结水出口与给水泵进口相连，所述给水泵出口与所述回热加热器的给水进口相连，所述回热加热器的给水出口与所述锅炉系统的给水进口相连。所述低温储热装置的冷端水工质接口与所述回热加热器的给水进口相连，所述低温储热装置的热端水工质接口与所述回热加热器的给水出口相连。

作为优选，所述回热加热器分为高压回热加热器、除氧器、低压回热加热器，三者依次串联连接，即低压回热加热器的给水出口连接除氧器的给水进口，除氧器的给水出口连接高压加热器的给水进口。

进一步，所述低温储热装置中的储热介质为显热储热、热化学储热或者相变储热中的一种或者多种，所述高温储热装置中的储热介质为显热储热、热化学储热或者相变储热中的一种或者多种。

作为优选，所述高温储热装置为熔盐储热装置，包括高温熔盐储罐、低温熔盐储罐、熔盐/水工质换热器，高温熔盐储罐连接所述熔盐/水工质换热器的热端熔盐工质接口，所述熔盐/水工质换热器的冷端熔盐工质接口连接所述低温熔盐储罐，所述锅炉系统的给水进口连接所述熔盐/水工质换热器的冷端水工质接口，所述熔盐/水工质换热器的热端水工质接口连接所述锅炉系统的高温蒸汽出口。所述低温储热装置具供热功能，即具有供热水工质的进口和出口，低温供热水工质从所述供热水工质的进口进入，经过所述低温储热装置加热后从所述供热水工质出口流出，为热用户提供热源。

此外，本发明还提出了一种火电厂高低温储热调峰方法，包括高温储热装置、低温储热装置、锅炉系统、汽轮机系统，所述汽轮机系统包括回热加热器。回热加热器利用汽轮机的抽汽加热给水，提高系统效率。所述高温储热装置利用所述锅炉系统的高温蒸汽进行储热，高温蒸汽冷凝后作为给水重新进入锅炉加热产生高温蒸汽，高温储热装置将锅炉系统产生富余的蒸汽热能存储起来，避免锅炉低负荷燃烧不稳定及停炉等问题的发生。当高温储热装置放热时，所述回热加热器出口的部分给水进入高温储热装置，产生高温蒸汽，进入所述锅炉系统继续加热或者直接进入所述汽轮机进行做功。因此，高温储热装置能够将给水直接产生高温蒸汽，降低了锅炉热负荷，快速提升系统的电负荷，保证锅炉高效率运行。所述低温储热装置利用所述汽轮机系统中的回热加热器出口的给水进行储热，冷却后的给水重新进入所述回热加热器的给水进口。当低温储热装置进行储热时，需要更多的汽轮机抽汽对给水进行加热，加热后的给水将热量在低温储热装置中进行存储，可以大幅增加汽轮机的抽气量，降低汽轮机的做功输出，满足低电力负荷时的要求。当低温储热装置进行放热时，即一部分给水进入所述低温储热装置，另一部分给水进入回热加热器，经过两者加热后的给水共同作为锅炉系统和高温储热装置的给水。低温储热装置加热部分给水，减少了进入回热加热器的给水量，从而降低了汽轮机的蒸汽抽汽量，可提高汽轮机做功输出，满足电力负荷增大时的需求。同时低温储热装置可以对外进行供热，即所述低温储热装置可加热对外供热的水工质，加热后的水工质作为对外热用户的热源，提高对外供热的灵活性。

作为优选，所述高温储热装置采用熔盐储热装置。该熔盐储热装置包括高温熔盐储罐、低温熔盐储罐、熔盐/水工质换热器；储热时，锅炉系统的高温蒸汽在所述熔盐/水工质换热器中加热从所述低温熔盐储罐出来的低温熔盐，冷却后的凝结水进入所述锅炉系统的给水进口，加热后的高温熔盐进入所述高温熔盐储罐；放热时，从所述高温熔盐储罐出来的高温熔盐在所述熔盐/水工质换热器中加热给水产生高温蒸汽，高温蒸汽进入所述汽轮机系统或进入所述锅炉系统进一步加热后再进入汽轮机系统，冷却后的低温熔盐进入所述低温熔盐储罐。

本发明中所述汽轮机是指利用高温高压水蒸汽做功的装置，又称为蒸汽透平；所述回热加热器是指利用汽轮机中的抽汽加热给水的装置；所述锅炉系统是指利用燃料燃烧加热给水生成高温蒸汽的装置；所述熔盐/水工质换热器是指换热器的冷热两侧工质分别为熔盐和水，利用熔盐和水工质的温差进行热交换的装置；所述凝汽器是指将汽轮机排气冷却凝结成液态水的装置。

本发明将火电厂发电系统中的不同品位的热能进行高低温梯级存储，锅炉系统产生的高温水蒸汽利用高温储热装置（熔盐介质）进行储存，热量释放时可产生高温水蒸汽进行快速升负荷发电；经过回热系统加热后的给水温度相对较低，可利用低温储热装置进行存储热量，当需要提升电负荷或者对外供热负荷时，可利用低温储热装置快速升负荷。通过高低温梯级储热可有效降低热量存储和释放时的㶲损，提高热利用效率和变负荷速率，降低储热成本。

附图说明

图1是具体实施例1的示意图；

图2是具体实施例2的示意图。

图中：1-高温储热装置；2-锅炉系统；3-凝结水循环泵；4-凝结水阀；5-给水循环泵；6-低温储热装置；7-回热加热器；8-给水循环阀；9-给水泵；10-凝汽器；11-汽轮机；12-发电机；13-熔盐/水工质换热器；14-低温熔盐储罐；15-高温熔盐储罐。

具体实施方式

实施例1

本发明提出一种火电厂高低温储热调峰系统，如图1所示，包括高温储热装置1、锅炉系统2、低温储热装置6、回热加热器7、凝汽器10、汽轮机11、发电机12。当高温储热装置1和低温储热装置6都不工作时，由锅炉系统2产生的高温蒸汽进入汽轮机11做功，并带动发电机12发电，汽轮机11的排汽进入凝汽器10，凝结成液态水，经过给水泵9升压，进入回热加热器7，回热加热器7利用汽轮机11的抽汽加热给水，提高给水温度，给水进入锅炉系统2后被加热产生高温蒸汽，重新进入汽轮11做功。

当高温储热装置1进行储热时，关闭凝结水阀4，从锅炉系统2产生的部分高温蒸汽从高温储热装置1的热端进入，高温蒸汽释放热量变成凝结水，并加热储热装置1中的储热介质，凝结水通过凝结水循环泵3重新进入锅炉系统的给水进口。当高温储热装置1进行放热时，打开凝结水阀4，一部分给水进入高温储热装置1的冷端，经过高温储热装置1加热后生成高温蒸汽，进入汽轮机11做功。利用高温储热装置1进行储热或者放热可快速改变进入汽轮机11的蒸汽量，从而迅速调节汽轮机11的输出功，提高系统的变工况响应速率。

当低温储热装置6进行储热时，打开给水循环阀8，从回热加热器7出来的一部分给水经过给水循环泵5进入低温储热装置6热端，经过低温储热装置6冷却后的给水从低温储热装置6冷端流出，经过给水循环阀8与给水泵9出口的给水混合，再进入回热加热器7进行加热。当低温储热装置6进行放热时，从给水泵9出来的部分给水通过给水循环阀8，进入低温储热转置6冷端，经过低温储热装置6加热后，从低温储热装置6热端流出，与从回热加热器7出来的给水混合，共同作为锅炉系统2和高温储热装置1的给水。此外，低温储热装置6具备对外供热功能，供热水工质从低温储热装置6的供热工质进口进入，经过低温储热装置6加热后，从低温储热装置6的供热工质出口流出，向热用户提供热源。低温储热装置6能够快速调节汽轮机11的抽汽量，从而快速调节汽轮机11的功率，并且利用低温储热装置6对外进行供热，减少㶲损，提高供热灵活性。

实施例2

在实施例1的基础上，高温储热装置1为一种熔盐储热装置，如图2所示，包括低温熔盐储罐14、熔盐/水工质换热器13、高温熔盐储罐15。当熔盐储热装置储热时，低温熔盐从低温熔盐储罐14流出，进入熔盐/水工质换热器13被从锅炉系统2出来的高温蒸汽加热，加热后的高温熔盐进入高温熔盐储罐15，高温蒸汽冷却成凝结水，经过凝结水循环泵3进入锅炉系统2进口作为锅炉给水。当熔盐储热装置放热时，一部分锅炉系统2的进口给水进入熔盐/水工质换热器13中被从高温熔盐储罐15流出的高温熔盐加热，产生的高温蒸汽进入汽轮机11做功，冷却后的低温熔盐进入低温熔盐储罐14。低温熔盐储罐的熔盐温度为200-300℃，高温熔盐储罐的熔盐温度可达500-600℃。冷热熔盐的大温差可大幅提高熔盐的储热密度。低温储热装置的储热温度在300℃以下，满足工业蒸汽以及居民供暖的需求。

上述具体实施例1和实施例2仅是本发明的部分实施案例，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员对相关技术特征作出等同的更改或替换的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。本说明书未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。