一种基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统及运行方法与流程

本发明属于燃煤机组节能降耗领域，涉及一种基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统及运行方法。

背景技术：

1、新能源发电的随机性、波动性和不确定性将给电网安全运行带来巨大挑战，电力供应缺口正在扩大。为保障电力的可靠供应，必须建设与新能源配套的灵活性电源，目前最经济有效的方式是推动煤电灵活性改造，充分发挥煤电的兜底和压舱石作用。

2、热电联产机组热负荷大多比较稳定，以热定电的传统运行方式，发电量和供热量存在线性相关的耦合关系，导致机组调峰能力不能满足电网深度调峰的要求。热电解耦是火电供热机组实现深度调峰的必然选择。火电机组普遍按照额定负荷设计，一般运行在50-100％额定负荷、1-2％的爬坡速率。通过灵活性改造，部分机组能实现20-30％额定负荷运行，爬坡速率达到2-3％。传统提高火电机组快速变负荷能力的方式基本上以利用锅炉侧蓄能的机炉协调控制模式为主，目前燃煤机组的升负荷速率普遍在1.5％～3％pe。但是，低负荷下机组循环效率大幅下降，继续提高爬坡速率则受到制粉和金属壁温的制约，仅依靠煤电机组自身的改造难以进一步提高灵活性。

3、近几年利用凝结水储能和供热机组热网蓄能来深度提高机组快速变负荷能力变成新的热点。凝结水蓄能这种调节方式直接受到除氧器水箱水位和凝结水阀门开度限制，导致机组负荷提升能力有限；热网储能系统可以在短时间内利用热网储能，并不会对热用户产生较大影响，但热网储能有限，最终也需要燃料来补充满足负荷需求。

4、目前储热技术在煤电机组中应用的研究也不少，以熔盐储热为主。熔盐储热系统分为两种，一种为电加热熔盐，该方式能量转换效率较低；另一种为蒸汽加热熔盐，但由于蒸汽与熔盐换热过程中窄点温差的存在，熔盐无法被加热至较高温度，以不含锂二元硝酸盐为例，17.75mpa，540℃的主蒸汽最高把熔盐加热至430℃左右；如果仅利用蒸汽显热部分，可以将熔盐加热至高温，但同时浪费了蒸汽的潜热，经济性差。传统的双罐熔盐储热系统有熔盐冻堵的风险，且熔盐管道、阀门和熔盐泵价格昂贵，初投资和运行费用高额，经济性差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统及运行方法，以解决现有技术中热网储能能力有限，难以满足负荷要求的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统，包括汽轮机蒸汽循环发电系统和相变蓄热器；

4、所述汽轮机蒸汽循环发电系统包括锅炉，锅炉的蒸汽输出端连接有汽轮机组，汽轮机组的排汽连接有凝汽器，凝汽器的冷凝水输出端连接有低压加热器，低压加热器的出水端连接有除氧器，除氧器的出水端连接有高压加热器，高压加热器的出水端和锅炉的蒸汽进气管道连接；

5、相变蓄热器的蒸汽输入管道和锅炉的蒸汽输出管道连通，相变蓄热器的蒸汽输出管道同时连通至汽轮机组和换热首站；相变蓄热器的排水管道和除氧器的进水管道连通；除氧器的出水管道通过两个分支连接至相变蓄热器的进水管道；

6、相变蓄热器内设置有若干个并联的相变蓄热单元，每一个相变蓄热单元有独立的流体流动管道，流体流动管道上安装有阀门；顺着流体流动的方向，每一个相变蓄热单元内依次设置有第三级相变材料、第二级相变材料和第一级相变材料。

7、本发明的进一步改进在于：

8、优选的，每一个相变蓄热单元的流体流动管道为蛇形。

9、优选的，第一级相变材料由33wt％的nacl和67wt％的cacl2组成；第二级相变材料为nano3；第三级相变材料由55.4wt％的lino3、4.5wt％的nano3和40.1wt％的kcl组成。

10、优选的，相变蓄热器的蒸汽输入管道上设置有第一电动截止阀。

11、优选的，相变蓄热器连通至汽轮机组的蒸汽输出管道上设置有第二电动截止阀，相变蓄热器连通至换热首站的蒸汽输出管道上设置有第三电动截止阀。

12、优选的，相变蓄热器的排水管道上设置有第四电动截止阀。

13、优选的，除氧器出水管道和相变蓄热器进水管道的连接分支上均设置有阀门和增压泵。

14、优选的，所述高压加热器包括三级高压加热器。

15、优选的，所述低压加热器包括三级低压加热器。

16、优选的，包括四类运行模式：。

17、常规运行模式：汽轮机组蒸汽循环发电系统进行燃煤发电；

18、多级相变蓄热系统储热，在系统低负荷运行或者深调时段，从锅炉的过热器输出的过热蒸汽分为两股，一股进入汽轮机组做功发电；另一股进入相变蓄热器，过热蒸汽在相变蓄热器换热后，被冷却为过冷水流入至除氧器中；

19、快速升负荷：在收到快速升负荷指令时，锅炉按正常速率的％pe出力；除氧器出口的给水分为两股，一股流体经过高压加热器，返回锅炉，完成燃煤发电机组汽水循环；另一股给水进入相变蓄热器，给水在相变蓄热器内完成热交换过程，形成过热蒸汽输入至汽轮机组；

20、热电解耦：在机组供暖季，除氧器出口的给水分为两股，一股流体经过高压加热器，返回锅炉，完成燃煤发电机组汽水循环；另一股给水进入相变蓄热器，给水在相变蓄热器内完成热交换过程，形成蒸汽，蒸汽进入换热首站。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、本发明公开了一种基于多级相变蓄热技术的燃煤电厂储能系统及运行方法，该储能系统在传统的汽轮机蒸汽循环发电系统中加入了相变蓄热器，相变蓄热器和锅炉以及蒸汽机组均连通，产生对应的热交换，同时相变蓄热器为多级相变蓄热器，多级相变蓄热器由多个相变蓄热单元组成，每个蓄热单元进出口均设有电动截止阀，进入多级相变蓄热器的流体首先进入一根母管，由母管内流出后分配给各个多级相变蓄热单元，流体在多级相变蓄热器内完成热交换后，汇入到母管流出多级相变蓄热器。可以通过开启/关闭每个多级相变蓄热单元的电动截止阀来控制多级相变蓄热单元的投入使用个数；来使多级相变蓄热器出口的蒸汽温度满足供热需求，实现热电解耦。

23、进一步的，传统提高火电机组快速变负荷能力的方式基本上以利用锅炉侧蓄能的机炉协调控制模式为主，目前燃煤机组的升负荷速率普遍在1.5％～3％pe。本系统采用多级相变蓄热系统，在机组升负荷期间，多级相变蓄热系统加热部分高压给水，高压给水吸热成为过热蒸汽后进入高压缸某一级进行做功，辅助锅炉提高机组升负荷速率，升负荷速率可达到6％pe。深度调峰期间，从锅炉过热器出口引出部分过热蒸汽进入多级相变蓄热器中，过热蒸汽与多级相变材料进行热交换，过热蒸汽被冷却成过冷水，最终回到除氧器中。进入汽轮机内做功的蒸汽量减少，使机组的发电量降低。不仅维持了锅炉的稳定燃烧，还降低了机组的发电量，可以实现机组0-100％负荷全梯度调峰。

技术特征：

1.一种基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统，其特征在于，包括汽轮机蒸汽循环发电系统和相变蓄热器(16)；

2.根据权利要求1所述的一种基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统，其特征在于，每一个相变蓄热单元的流体流动管道为蛇形。

3.根据权利要求1所述的一种基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统，其特征在于，第一级相变材料(16-2)由33wt％的nacl和67wt％的cacl2组成；第二级相变材料(16-3)为nano3；第三级相变材料(16-4)由55.4wt％的lino3、4.5wt％的nano3和40.1wt％的kcl组成。

4.根据权利要求1所述的一种基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统，其特征在于，相变蓄热器(16)的蒸汽输入管道上设置有第一电动截止阀(18)。

5.根据权利要求1所述的一种基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统，其特征在于，相变蓄热器(16)连通至汽轮机组的蒸汽输出管道上设置有第二电动截止阀(19)，相变蓄热器(16)连通至换热首站(26)的蒸汽输出管道上设置有第三电动截止阀(20)。

6.根据权利要求1所述的一种基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统，其特征在于，相变蓄热器(16)的排水管道上设置有第四电动截止阀(21)。

7.根据权利要求1所述的一种基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统，其特征在于，除氧器(11)出水管道和相变蓄热器(16)进水管道的连接分支上均设置有阀门和增压泵。

8.根据权利要求1所述的一种基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统，其特征在于，所述高压加热器包括三级高压加热器。

9.根据权利要求1所述的一种基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统，其特征在于，所述低压加热器包括三级低压加热器。

10.一种权利要求1所述基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统的运行方法为，其特征在于，包括四类运行模式：

技术总结
本发明公开了一种基于多级相变蓄热的燃煤电厂储能系统及运行方法，该储能系统在传统的汽轮机蒸汽循环发电系统中加入了相变蓄热器，相变蓄热器和锅炉以及蒸汽机组均连通，产生对应的热交换，同时相变蓄热器为多级相变蓄热器，多级相变蓄热器由多个相变蓄热单元组成，每个蓄热单元进出口均设有电动截止阀，流体在多级相变蓄热器内完成热交换后，汇入到母管流出多级相变蓄热器。本发明可以通过开启或关闭每个多级相变蓄热单元的电动截止阀来控制多级相变蓄热单元的投入使用个数；使得多级相变蓄热器出口的蒸汽温度满足供热需求，实现热电解耦。

技术研发人员：杨珍帅,万超,荆涛,韩立,邹洋,李高潮,贾明晓,王明勇,杨凯旋
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15