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直接吸收锅炉烟气热量的熔盐储热系统及控制方法

文献发布时间:2024-04-18 19:44:28


直接吸收锅炉烟气热量的熔盐储热系统及控制方法

技术领域

本发明涉及熔盐储热技术领域,尤其涉及设于电站锅炉或工业锅炉,以直接吸收锅炉烟气热量的熔盐储热系统。本发明还涉及控制所述熔盐储热系统的方法。

背景技术

在能源电力领域,需要逐渐提高风能、太阳能等可再生能源在一次能源中的占比,减小化石能源的占比。然而风能、太阳能等可再生能源具有随机性与波动性的特点,电网无法实现大规模的消纳,导致弃风弃光现象时有发生。

通过在燃煤发电机组中增设大型储热系统,提升其运行灵活性,是解决弃风弃光问题的关键技术路径之一。其中,熔盐储热系统由于技术成熟度较高,得到广泛关注。此外,在工业锅炉领域,增设储热系统吸收锅炉热量并灵活供应有用热需求的用户,成为提升经济性的重要措施。

然而,熔盐储热系统绝大多数采取蒸汽加热熔盐的方式,此种方式存在多种弊端:首先,熔盐储热温度低。这是由于,当熔盐吸收高温蒸汽显热与潜热时,由于蒸汽相变段换热过程存在窄点温差,熔盐温度提升偏小;当熔盐仅吸收高温蒸汽显热时,熔盐温度受限于蒸汽的温度,且由于蒸汽温降较小,导致蒸汽流量偏大。其次,从技术原理角度考虑,蒸汽加热熔盐的方式中,热量自锅炉烟气传递给蒸汽,进一步传递给熔盐,存在中间环节,系统整体增加了

对此,采用烟气直接加热熔盐的方式可以在一定程度上解决采用蒸汽加热熔盐的弊端,但是,采用烟气直接加热熔盐又会带来新的技术问题:

其一,为了提高锅炉运行灵活性,熔盐储热系统仅在部分时段运行在储热模式,而烟气-熔盐换热器固定在锅炉烟道内,难以实现熔盐储热系统在不同运行模式之间进行切换。

其二,锅炉的换热面中,大部分用于加热水,仅有小部分加热熔盐,当锅炉偏离设计工况运行时,可能导致熔盐吸热量有限,不能满足储热需求

其三,常规的熔盐储热系统中熔盐为单相液态,在一定温度范围内运行,当温度低于凝固点时,熔盐发生凝固;而温度太高会导致熔盐发生分解。

发明内容

本发明的目的在于提供直接吸收锅炉烟气热量的熔盐储热系统。该熔盐储热系统能够提高熔盐储热温度、提升锅炉及储热系统的安全性,通过运行调节装置保证熔盐储热系统在全工况范围内的运行模式切换并满足储热功率需求,提升锅炉运行灵活性。

本发明的另一目的在于提供用于所述熔盐储热系统的控制方法。

为实现上述目的,本发明提供直接吸收锅炉烟气热量的熔盐储热系统,包括锅炉和配设于所述锅炉的熔盐储热系统,所述熔盐储热系统包括低温熔盐罐、高温熔盐罐和第一换热器,所述锅炉设有主烟道和并联于主烟道的旁路烟道;所述第一换热器为烟气-熔盐换热器,其设于所述旁路烟道内,所述旁路烟道内布置有第一烟气挡板;所述低温熔盐罐和高温熔盐罐的出口分别连接所述烟气-熔盐换热器的入口,所述烟气-熔盐换热器的出口连接所述高温熔盐罐的入口;所述主烟道内设有第二换热器并布置有第二烟气挡板,所述第二换热器为烟气-水换热器或烟气-汽换热器。

可选地,所述锅炉设有烟气再循环管道,所述烟气再循环管道的一端连接锅炉尾部烟道,另一端连接锅炉炉膛,且所述烟气再循环管道设有烟气再循环风机。

可选地,所述烟气再循环管道设有烟气再循环管道支路,所述烟气再循环管道设有位于烟气分支点下游的第一烟气调节阀,所述烟气再循环管道支路设有第二烟气调节阀。

可选地,所述低温熔盐罐与烟气-熔盐换热器相连接的熔盐管路设有低温熔盐泵和低温熔盐阀门。

可选地,所述高温熔盐泵与烟气-熔盐换热器相连接的熔盐管路设有高温熔盐泵和高温熔盐阀门。

可选地,所述低温熔盐罐装设有电加热设备,所述低温熔盐罐和高温熔盐罐的外表面均敷设有保温材料。

为实现上述另一目的,本发明提供一种熔盐储热系统控制方法,用于控制上述技术方案所述的直接吸收锅炉烟气热量的熔盐储热系统,包括:

当系统不需要储存热量时,启动高温熔盐泵使高温熔盐罐内的熔盐流经烟气-熔盐换热器并返回高温熔盐罐,同时,停止驱动低温熔盐罐内的熔盐流入烟气-熔盐换热器,使熔盐储热系统在保温模式下运行;同时,调小第一烟气挡板,调大第二烟气挡板,使大量烟气流过第二换热器;

当系统需要储存热量时,启动低温熔盐泵使低温熔盐罐内的熔盐流经烟气-熔盐换热器后进入高温熔盐罐,同时,停止驱动高温熔盐罐内的熔盐流入烟气-熔盐换热器,使熔盐储热系统在储热模式下运行;同时,调大第一烟气挡板,调小第二烟气挡板,使大量烟气流过烟气-熔盐换热器。

进一步地,在保温模式下,若旁路烟道进口烟气温度偏高,则开启烟气再循环风机及第二烟气调节阀,保护烟气-熔盐换热器管壁不超温。

进一步地,在储热模式下,通过开启烟气再循环风机与第一烟气调节阀,调节锅炉内辐射换热量与对流换热量比例,以调节烟气-熔盐换热器的吸热量。

进一步地,通过电加热的方式对低温熔盐罐进行保温。

本发明所提供的直接吸收锅炉烟气热量的熔盐储热系统及其控制方法,在锅炉设备上增设旁路烟道,并在旁路烟道内装设烟气-熔盐换热器,不仅使熔盐直接吸收高温烟气热量,提高了熔盐储热系统温度,提升了储热能量品位;同时,可实现熔盐储热系统在储热、保温模式的灵活切换,以及吸热功率的调节,可有效提升锅炉的运行灵活性,与传统的熔盐储热系统及其控制方法相比,具有系统结构简单,控制方法完善、合理,易于实施等优点,可广泛应用于电站锅炉与工业锅炉。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的直接吸收锅炉烟气热量的熔盐储热系统的结构示意图。

图中:

1.低温熔盐罐2.低温熔盐泵3.低温熔盐阀门4.高温熔盐罐5.高温熔盐泵6.高温熔盐阀门7.烟气-熔盐换热器8.熔盐管路9.旁路烟道10.第一烟气挡板11.第二烟气挡板12.烟气再循环管道13.烟气再循环风机14.烟气再循环管道支路15.第一烟气调节阀16.第二烟气调节阀17.烟气-水换热器18.主烟道

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直接吸收锅炉烟气热量的熔盐储热系统的结构示意图。

如图所示,在一种具体实施例中,本发明所提供的直接吸收锅炉烟气热量的熔盐储热系统,主要由锅炉和配设于锅炉的熔盐储热系统两大部分组成,其中,熔盐储热系统设有低温熔盐罐1、高温熔盐罐4和第一换热器,锅炉设有主烟道18和并联于主烟道18的旁路烟道9,第一换热器为烟气-熔盐换热器7,其设于旁路烟道9的内部,旁路烟道9内布置有第一烟气挡板10,且第一烟气挡板10位于烟气-熔盐换热器7的下游,低温熔盐罐1和高温熔盐罐4的出口分别连接气-熔盐换热器7的入口,烟气-熔盐换热器7的出口连接高温熔盐罐4的入口,主烟道18内设有第二换热器并布置有第二烟气挡板11,第二换热器可以是烟气-水换热器17或烟气-汽换热器(图中未示出)。

具体地,一路熔盐管路依次将低温熔盐罐1、低温熔盐泵2、低温熔盐阀门3、烟气-熔盐换热器7、高温熔盐罐4串联连接;同时,另一路熔盐管路自高温熔盐罐4出口引出,依次经过高温熔盐泵5、高温熔盐阀门6,连接至烟气-熔盐换热器7入口。

低温熔盐罐1的出口与低温熔盐泵2的入口连接,低温熔盐泵2的出口与烟气-熔盐换热器7的入口连接;烟气-熔盐换热器7的出口与高温熔盐罐4的入口连接,高温熔盐罐4的出口与高温熔盐泵5的入口连接,高温熔盐泵5的出口与高温熔盐阀门6的入口连接,高温熔盐阀门6的出口与烟气-熔盐换热器7的入口连接,以上连接通过熔盐管路8实现。

低温熔盐阀门3、高温熔盐阀门6可为电动闸阀;低温熔盐泵2、高温熔盐泵5为液下泵,可为变频泵。

旁路烟道9的入口与出口分别连接至锅炉的某一段主烟道18的入口与出口,形成并联连接,某一段主烟道18内布置有烟气-水换热器17或烟气-汽换热器,烟气-熔盐换热器7布置在旁路烟道9内。

旁路烟道9内,在烟气-熔盐换热器7出口处,布置有第一烟气挡板10;在与旁路烟道9并联的主烟道18内,烟气-水换热器17或烟气-汽换热器的出口处,布置有第二烟气挡板11。

烟气再循环管道12自锅炉尾部烟道空气预热器前引出,连接至炉膛,之间布置有烟气再循环风机13与第一烟气调节阀15;烟气再循环管道支路14自烟气再循环风机13与第一烟气调节阀15之间引出,连接至旁路烟道9入口处,之间布置有第二烟气调节阀16,烟气再循环管道支路14的出口与第二烟气调节阀16的入口连接,第二烟气调节阀16的出口与旁路烟道9的入口连接。

低温熔盐罐1装设有电加热设备,低温熔盐罐1和高温熔盐罐4的外表面均敷设有保温材料。

上述直接吸收锅炉烟气热量的熔盐储热系统可实现储热、保温两种运行模式,并通过第一烟气挡板、第二烟气挡板与烟气再循环管路实现熔盐储热系统吸热功率的调节、烟气-熔盐换热器的超温保护。

具体地,通过开启低温熔盐泵2与低温熔盐阀门3,关闭高温熔盐泵5与高温熔盐阀门6,可实现高温熔盐储热系统在储热模式下运行;通过第一烟气挡板10与第二烟气挡板11调节旁路烟道9内的烟气量,实现储热模式下熔盐储热系统储热功率的调节。

通过开启高温熔盐泵5与高温熔盐阀门6,关闭低温熔盐泵2与低温熔盐阀门3,可实现高温熔盐储热系统在保温模式下运行;通过第一烟气挡板10与第二烟气挡板11调节旁路烟道9内的烟气量,实现保温模式下熔盐储热系统吸热功率的调节。

还可以通过调节烟气再循环风机13、第一烟气调节阀15、第二烟气调节阀16对旁路烟道的入口烟气的温度进行调节,配合熔盐储热系统在储热与保温运行模式之间的切换以及在储热或保温运行模式下的正常运行。

其控制方法和工作过程如下:

当系统不需要储存热量时,熔盐储热系统在保温模式下运行,此时,高温熔盐泵5与高温熔盐阀门6处于开启状态,低温熔盐泵2与低温熔盐阀门3处于关闭状态,少量的熔盐自高温熔盐罐4流入烟气-熔盐换热器7,吸收热量,用于高温熔盐罐的保温;同时,开启低温熔盐罐1的电加热装置,为低温熔盐罐保温;同时,调小第一烟气挡板10,调大第二烟气挡板11,使大量烟气流过烟气-水换热器或烟气-汽换热器17;同时,若旁路烟道进口烟气温度偏高,可开启烟气再循环风机13及第二烟气调节阀16,保护烟气-熔盐换热器管壁不超温。

当系统需要储存热量时,熔盐储热系统在储热模式下运行,此时,关闭高温熔盐泵5与高温熔盐阀门6,开启低温熔盐泵2与低温熔盐阀门3,使大量低温熔盐自低温熔盐罐1流入烟气-熔盐换热器7,吸收烟气热量后进入高温熔盐罐4,实现热量存储;同时,调大第一烟气挡板10,适当调小第二烟气挡板11,使大量烟气流过烟气-熔盐换热器7;同时,可开启烟气再循环风机13与第一烟气调节阀15,调节锅炉内辐射换热量与对流换热量比例,调节烟气-熔盐换热器吸热量。

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,将第一烟气挡板10设于烟气-熔盐换热器7的上游,或者,将第二烟气挡板11设于烟气-水换热器17的上游,等等。由于可能实现的方式较多,这里就不再一一举例说明。

本发明在传统锅炉内增设一段旁路烟道9,与既有主烟道18并联,其内布置烟气-熔盐换热器7,烟气-熔盐换热器7通过熔盐管路8与低温熔盐罐1及高温熔盐罐4相连,旁路烟道9与既有主烟道18内均布置有烟气挡板,同时还设有烟气再循环风机13、管路及调节阀等。

运行时,通过控制熔盐管路8的阀门,熔盐储热系统可实现储热、保温两种运行模式;通过烟气挡板与烟气再循环风机13及调节阀,可实现熔盐储热系统不同运行模式下吸热功率的调节以及对烟气-熔盐换热器的超温保护。

本发明能够实现熔盐直接吸收高温烟气热量,提高熔盐储热系统温度,提升储热能量品位,且控制方法完善、合理,易于实施,可广泛应用于电站锅炉与工业锅炉,提升锅炉的运行灵活性。

以上对本发明所提供的直接吸收锅炉烟气热量的熔盐储热系统及控制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。

技术分类

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