[發(fā)明專利]一種燃煤發(fā)電機組單罐熔融鹽斜溫層儲熱系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010022917.7
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111102549A
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙東明;趙志國;秦校軍;劉明義;姚帥;周宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國華能集團有限公司;中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: F22B1/06
• 分類號: F22B1/06;F28D20/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李曉曉

本發(fā)明公開一種燃煤發(fā)電機組單罐熔融鹽斜溫層儲熱系統(tǒng)及方法，包括熔融鹽斜溫層儲熱罐、第一換熱器和第二換熱器；熔融鹽斜溫層儲熱罐頂部熔融鹽出口分別連通第一換熱器和第二換熱器；熔融鹽斜溫層儲熱罐底部出口連通第一換熱器，第一換熱器的出口連通熔融鹽斜溫層儲熱罐的入口；第一換熱器的蒸汽入口連通汽輪機高壓缸和汽輪機低壓缸，第一換熱器的蒸汽出口連通汽輪機低壓缸的蒸汽入口和鍋爐的入口；第二換熱器的熔融鹽出口連通熔融鹽斜溫層儲熱罐底部的熔融鹽入口，第二換熱器連通供熱系統(tǒng)；本發(fā)明所述的系統(tǒng)有助于實現(xiàn)對電網(wǎng)負荷變化的快速響應(yīng)，能夠有效提高機組運行的靈活性和調(diào)峰能力，有助于提高機組長期穩(wěn)定運行的能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于火力發(fā)電和儲能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燃煤發(fā)電機組單罐熔融鹽斜溫層儲熱系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

熔融鹽屬于一種“吸熱-儲熱”一體化的儲熱材料，它是指處于熔融態(tài)的鹽，包括無機鹽、氧化物熔體以及熔融有機物等種類。通常所指的熔融鹽是無機鹽，其中最常用的兩類鹽是硝酸鹽和碳酸鹽。熔融鹽具有成本低、化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在吸熱過程中可以保持液態(tài)無相變、熱容大和換熱系數(shù)高等特點。

單罐斜溫層儲熱采用一個儲熱罐，通常利用熔融鹽或?qū)嵊蛢Υ鏌崃?，具有成本低、系統(tǒng)簡單的優(yōu)點。冷熱流體處于同一個儲熱罐體內(nèi)，單一流體在不同溫度的密度差形成的浮力維持熱分層并分離高低溫流體區(qū)域。當(dāng)高溫流體在罐的上部被高溫泵抽出，經(jīng)過換熱器放熱冷卻后，由罐的下部進入罐內(nèi)，或者當(dāng)?shù)蜏亓黧w在罐的下部被低溫泵抽出，經(jīng)系統(tǒng)加熱后，由罐的上部進入罐內(nèi)時，在罐的中間會存在一個溫度梯度很大而且很薄的自然分層，即斜溫層。斜溫層以上區(qū)域流體保持高溫(低密度)，斜溫層以下區(qū)域流體保持低溫(高密度)，隨著高溫流體的不斷排出，斜溫層會上下移動，排出的高溫流體在放熱開始階段能夠保持恒溫，當(dāng)斜溫層到達罐的頂部或底部時，排出的高溫流體的溫度會發(fā)生顯著變化。

美國專利US4124061所述了一種太陽能熱發(fā)電站使用液體-固體混合儲熱的單罐斜溫層儲熱系統(tǒng)，儲熱罐內(nèi)采用固體儲熱介質(zhì)，換熱流體上下流經(jīng)固體顆粒填充層，與固體介質(zhì)直接換熱，且系統(tǒng)運行時罐內(nèi)溫度分布從上往下呈斜溫層特征。此系統(tǒng)結(jié)合了液體良好的熱傳輸性能與固體儲熱的低成本優(yōu)點，進一步降低了儲熱成本。但是，局部紊流引起高、低溫流體之間的混合很難抑制，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定運行調(diào)控困難。

國內(nèi)專利CN103292486B所述了一種太陽能熱發(fā)電用單罐-雙罐復(fù)合儲熱系統(tǒng)及儲熱方法，儲熱系統(tǒng)與太陽能熱發(fā)電技術(shù)緊密結(jié)合，所述的單罐-雙罐復(fù)合儲熱系統(tǒng)，相對于雙罐儲熱系統(tǒng)，有效降低了系統(tǒng)成本，但是系統(tǒng)設(shè)計和操作規(guī)程比較復(fù)雜。

隨著我國可再生能源發(fā)電比例的快速增長，電網(wǎng)的波動性和不穩(wěn)定性增加，電網(wǎng)對火力發(fā)電參與調(diào)峰的次數(shù)和品質(zhì)要求不斷增加，國家對煤耗的降低標準要求也越來越嚴，并且工業(yè)園區(qū)用熱和冬季北方地區(qū)采暖對熱量的需求量比較大。負荷的劇烈波動帶來了巨大的安全隱患，影響汽輪機發(fā)電系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行，對發(fā)電機組的安全性要求越來越高。

但是，傳統(tǒng)的火力發(fā)電機組存在運行方式和控制方式難以實現(xiàn)對負荷的快速響應(yīng)，難以解決機組的穩(wěn)定運行，難以實時保證用戶側(cè)對熱量的需求等問題，為了提高機組運行的靈活性和調(diào)峰能力，有效降低系統(tǒng)成本，實時滿足用戶側(cè)的用熱需求，采用了單罐熔融鹽斜溫層儲熱系統(tǒng)及方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種燃煤發(fā)電機組單罐熔融鹽斜溫層儲熱系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能夠提高火力發(fā)電機組的靈活性和調(diào)峰能力，能夠?qū)崟r滿足用戶側(cè)的用熱需求。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種燃煤發(fā)電機組單罐熔融鹽斜溫層儲熱系統(tǒng)，包括熔融鹽斜溫層儲熱罐、第一換熱器、第二換熱器、汽輪機高壓缸、汽輪機低壓缸、高溫泵、低溫泵以及鍋爐；熔融鹽斜溫層儲熱罐頂部高溫熔融鹽出口分別連通第一換熱器和第二換熱器的熔融鹽入口；熔融鹽斜溫層儲熱罐底部低溫熔融鹽出口連通第一換熱器的熔融鹽入口，第一換熱器的熔融鹽出口連通熔融鹽斜溫層儲熱罐底部的低溫熔融鹽入口；