实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统

技术领域

本发明涉及火力发电技术领域，尤其涉及实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统。

背景技术

2020年我国可再生能源发电量占比已经达到24％，如可再生能源比例进一步提高，亟需发展灵活可控发电技术，以降低可再生能源时空不稳定的资源禀赋对电网安全造成的冲击，耦合熔盐储热的燃煤发电技术有望支撑可再生能源大规模并网。

然而，熔盐储热系统的蒸汽加热熔盐储热技术路线存在窄点温差原理性瓶颈，导致蒸汽能量只能部分的储存在熔盐中，造成能量损失。一方面，熔盐储放热的能量传递过程存在不可逆损耗，导致熔盐储热机组循环效率较低。另一方面，火电机组深度调峰低负荷运行工况下炉膛温度偏低，不利于燃烧器的稳定燃烧；锅炉尾部烟道脱硝温度偏低，不利于NOx等污染物清除。

相关技术中，具有熔盐储热功能的燃煤火电系统，存在换热器和出热管过多的问题，增加了储热系统成本和复杂度，而且，只利用了中高品位的蒸汽能量，可利用蒸汽温度范围较小，并未完全利用或存储主蒸汽热量，造成抽汽能量浪费，若在储热过程中引入电加热方式，则又会消耗高品位能量。

发明内容

本发明的目的在于提供实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统，包括锅炉、蒸汽-熔盐换热器、回热器、暖风器以及高压加热器；所述锅炉的出口蒸汽管路包括第一蒸汽管路和第二蒸汽管路，所述第一蒸汽管路通往汽轮机，所述第二蒸汽管路通往所述蒸汽-熔盐换热器的汽水侧入口并设有第一控制阀；所述蒸汽-熔盐换热器的汽水侧出口分为至少两路，其中一路与所述回热器的高温侧入口连通，另一路与所述暖风器的汽水侧入口连通并设有第二控制阀；所述回热器的高温侧出口分为至少两路，其中一路通往所述高压加热器并设有第三控制阀，另一路连通所述暖风器的汽水侧入口并设有第四控制阀，所述暖风器的汽水侧出口通往所述高压加热器。

可选地，还包括省煤器、除氧器和给水泵；所述除氧器的出口与给水泵的入口相连，所述给水泵的出口分为至少两路，其中一路与所述高压加热器的管侧入口连通，另一路与所述回热器的入口连通；所述高压加热器的管侧出口与省煤器的入口连通，所述回热器的出口与省煤器的入口连通。

可选地，所述回热器的出口管路与所述高压加热器的管侧出口管路合并于同一管路后连通所述省煤器的入口。

可选地，还包括送风机，所述送风机的出口与暖风器的空气侧入口相连通，所述暖风器的空气侧出口与空气预热器的空气侧入口相通，所述空气预热器的空气侧出口与锅炉的中炉膛相通。

可选地，在所述锅炉的烟道中，所述空气预热器位于所述省煤器的下游。

可选地，所述高压加热器的壳侧上游设有减压阀；所述暖风器的汽水侧出口与减压阀的入口连通，所述回热器的高温侧出口与减压阀的入口连通；所述减压阀的出口与高压加热器的壳侧入口连通。

可选地，所述暖风器的汽水侧出口管路与所述回热器的高温侧出口管路合并于同一管路后连通所述减压阀的入口。

可选地，所述蒸汽-熔盐换热器的盐侧出口与高温熔盐罐连通，所述蒸汽-熔盐换热器的盐侧入口与熔盐泵的出口连通，所述熔盐泵的入口与低温熔盐罐的出口连通。

可选地，在串联运行模式下，所述第一控制阀和第四控制阀开启，所述第二控制阀和第三控制阀关闭，所述蒸汽-熔盐换热器的汽水侧、所述回热器的高温侧、所述暖风器的汽水侧相串联。

可选地，在并联运行模式下，所述第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀开启，所述第四控制阀关闭，所述回热器的高温侧与所述暖风器的汽水侧相并联且两者一起与所述蒸汽-熔盐换热器的汽水侧相串联。

本发明利用蒸汽放热过程能量品质变化原则，巧妙选取蒸汽放热对象，从锅炉抽取部分蒸汽之后，将这部分蒸汽首先利用蒸汽-熔盐换热器对熔盐进行加热，储存高温蒸汽热量，其次通过回热器对给水进行加热，利用给水回收中温蒸汽热量，最后通过暖风器对锅炉供风进行加热，充分利用低温蒸汽热量给锅炉加热送风。这样，一方面在避免换热器窄点温差技术瓶颈的同时，实现了全温段蒸汽能量梯级利用，通过蒸汽品味梯级利用提升储热机组循环效率。另一方面，本发明构建的储热过程通过加热送风，可提升烟气温度，有利于维持火电机组低负荷工况下的脱硝温度，易于清除NOx等污染物，也有利于炉膛火焰稳定燃烧。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统的结构示意图。

图中：

1.锅炉2.省煤器3.空气预热器4.第一控制阀5.蒸汽-熔盐换热器6.高温熔盐罐7.低温熔盐罐8.熔盐泵9.回热器10.暖风器11.减压阀12.送风机13.高压加热器14.除氧器15.给水泵16.第二控制阀17.第三控制阀18.第四控制阀。

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实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统的结构示意图。

如图所示，在一种具体实施例中，本发明所提供的燃煤火电储热系统，主要由锅炉、蒸汽-熔盐换热器、回热器、暖风器以及高压加热器、省煤器、除氧器、给水泵等部分通过管路连接组成，并在管路上设有相应的控制，通过控制阀可以调节燃煤火电储热系统的工作模式，以及对各组成部分的精细化调节，从而实现不同的功能，实现对抽汽能量的充分利用。

具体地，锅炉1的出口蒸汽分为两路，一路去往汽轮机(图中未示出)，另一路通过第一控制阀4与蒸汽-熔盐换热器5的汽水侧入口连通，蒸汽-熔盐换热器5的汽水侧出口也分为两路，一路与回热器9高温侧入口连通，另一路通过第二控制阀16与暖风器10的汽水侧连通。

回热器9的高温侧出口也分为两路，一路通过第四控制阀18与暖风器10的汽水侧入口连通，另一路通过第三控制阀17与减压阀11的入口连通，暖风器10的汽水侧出口也与减压阀11的入口连通，也就是说，暖风器10的汽水侧出口管路与回热器9的高温侧出口管路合并于同一管路后连通减压阀11的入口，减压阀11出口与高压加热器13的壳侧入口连通。

在实际工程当中，高压加热器13的数量可以有多个，例如，一级高压加热器、二级高压加热器、三级高压加热器等等，本实施例仅示出了处于末级的高压加热器13。

除氧器14的出口与给水泵15的入口相连，给水泵15出口也分为两路，一路与高压加热器13的管侧入口连通，另一路与回热器9的入口连通，高压加热器13的管侧出口与省煤器2的入口连通，回热器9的出口也与省煤器2的入口连通，也就是说，回热器9的出口管路与高压加热器13的管侧出口管路合并于同一管路，然后连通省煤器2的入口。

低温熔盐罐7与熔盐泵8的入口连通，熔盐泵8的出口与蒸汽-熔盐换热器5的盐侧入口连通，蒸汽-熔盐换热器5的盐侧出口与高温熔盐罐6的入口连通。当锅炉降负荷运行时，分流出的部分蒸汽通过蒸汽-熔盐换热器5，此时，低温熔盐罐7中的熔盐经过蒸汽-熔盐换热器5之后，被蒸汽加热，吸收蒸汽的高温能量，然后进入高温熔盐罐6进行储能，待锅炉升负荷运行时，再通过放热模块释放所储存的热能。

在锅炉的烟道中，空气预热器3位于省煤器2的下游，送风机12的出口与暖风器10的空气侧入口相通，暖风器10的空气侧出口与空气预热器3的空气侧入口相通，空气预热器3的空气侧出口与锅炉1中炉膛相通,。

上述燃煤火电储热系统具有两种工作模式，下面分别对这两种工作模式和调节方式分别进行说明。

第一种为串联运行模式：

在此模式下，第一控制阀4、第四控制阀18开启，第二控制阀16、第三控制阀17关闭，主蒸汽部分高品位能量存储于高温熔盐罐6中，中等品味能量通过回热器9回到系统给水部分，低品位能量通过暖风器10加热空气，为锅炉1在低负荷运行状态下进行暖炉。

第二种为并联运行模式：

在此模式下，第一控制阀4、第二控制阀16、第三控制阀17开启，第四控制阀18关闭，主蒸汽部分高品位能量存储于高温熔盐罐6中，回热器9与暖风器10并联运行，不仅可以实现串联运行中的相关功能，而且通过调节进入二者的汽水流量，可以实现热量的合理分配，实现风烟系统中送风温度的调节。

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，蒸汽-熔盐换热器的数量为两个或三个，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

该燃煤火电储热系统构建了耦合熔盐储热的蒸汽能量梯级利用的汽水流程，蒸汽热量按照匹配冷源温度区间原则分为多个部分，高温蒸汽依次加热熔盐、主给水和进炉膛冷风，通过对管路上控制阀的调节，可实现蒸汽热量分配方式的切换，例如蒸汽热量可分别以串联和并联方式分配给回热器与空气预热器，克服了换热器窄点温差限制，实现了蒸汽能量梯级利用，在储热过程中可提升锅炉烟气温度，补偿低负荷工况的脱硝温度，并加热炉膛进风，利于锅炉在低负荷工况下燃烧器进行稳定的燃烧。

以上对本发明所提供的实现蒸汽能量梯级储存及利用的燃煤火电储热系统进行了详细介绍。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。