一种蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统及方法

1.本发明属于火电调峰技术领域，具体涉及一种蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电厂调峰系统及方法。

背景技术：

2.熔盐储热是近年来储能技术中的研究热点，将熔盐储热与煤电炉机系统进行耦合，利用熔盐储热/释热过程对机组负荷进行调控，是实现煤电机组灵活调峰的有效途径之一。例如中国专利cn 113669715 b公开了一种适用于再热机组蒸汽加热熔盐的储能调峰系统，该系统采用熔盐热罐和冷罐双罐布置，将锅炉高压蒸汽的热量储存在高温熔盐中，可以使锅炉的输出功率与汽轮机组的发电功率实现解耦，以满足电网对机组调峰能力的需求。但是传统熔盐储能技术多采用双罐布置模式，每一个储罐体积被设计为能够存储整个电站储热介质的容量，而实际运行中在同一时间内每个储罐实际熔盐量不会超过其设计体积的一半，造成电站储热成本很高，熔盐储罐占据储热系统总投资达到20％以上。同时，双罐熔盐系统中熔盐的储热和换热过程在罐体和换热器中分离进行，因此还需要配备熔盐泵、熔盐电加热器、伴热系统等多种辅助设备，系统复杂且失效点多。
3.此外，目前将熔盐储能技术应用于火电调峰的技术方案中，大多是直接利用电厂的高温高压蒸汽来加热熔盐。例如中国专利cn 108426238 a，公开了一种利用主蒸汽加热的火电厂熔盐蓄热供热系统，其利用锅炉主蒸汽通过熔盐换热器对熔盐进行加热。但是火电厂的锅炉蒸汽通常为高参数蒸汽，目前常用的管壳式换热器受高温高压换热介质的限制，要做到超临界换热非常困难。而如果将锅炉蒸汽的参数降低后再进入换热器，例如采用减温减压阀，则会浪费锅炉产生的高品位蒸汽，造成能量的浪费。

技术实现要素：

4.基于上述背景，本发明公开了一种蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统及方法。在用电需求低谷或供热需求低时，保持锅炉全负荷运行，利用主蒸汽引射汽轮机乏汽，通过蒸汽引射器混合后进入若干熔盐单罐，将蒸汽的热量储存在高温熔盐中，在用电需求高峰或供热需求高时，将高温熔盐用于加热锅炉给水或市政供暖回水。本发明能够应用于纯凝式火电机组或背压式火电机组。
5.本发明解决的技术问题通过以下技术方案来实现：
6.一种蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统，火电调峰系统包括主机单元和蒸汽引射单元，所述主机单元包括再热器、过热器、高压缸、中压缸、低压缸、凝汽器、低压加热器、除氧器和高压加热器，所述火电调峰系统还包括熔盐储热单元；所述蒸汽引射单元包括主蒸汽调节阀、乏汽调节阀和蒸汽引射器；所述熔盐储热单元包括若干熔盐单罐、分离器、蒸汽增压泵、给水增压泵，若干熔盐单罐以并联形式连接在蒸汽引射器和分离器之间。
7.进一步，蒸汽引射单元中，蒸汽引射器的主流入口与主蒸汽调节阀相连，主蒸汽调节阀与来自过热器的任一主蒸汽管道相连；蒸汽引射器的次流入口与乏汽调节阀相连，乏
汽调节阀与来自低压缸的一路乏汽管道相连；蒸汽引射器的混合蒸汽出口与熔盐单罐的蒸汽入口相连。
8.进一步，熔盐储热单元中的熔盐单罐的蒸汽入口均与蒸汽引射器的混合蒸汽出口相连，熔盐单罐的蒸汽出口与分离器相连；熔盐单罐的水侧入口与来自低压加热器的锅炉给水相连，熔盐单罐的水侧出口与进入除氧器的给水管路相连；分离器的水侧出口与给水增压泵相连，给水增压泵与进入除氧器的给水管路相连；分离器的汽侧出口与蒸汽增压泵相连，蒸汽增压泵与高压缸的排汽管道相连。
9.进一步，熔盐单罐呈一体式圆柱形结构，熔盐单罐内部设置储热换热管、释热换热管和隔板，熔盐单罐的罐体内填充熔盐；其中储热换热管置于隔板内侧，用于加热熔盐的储热换热管内部流过高温蒸汽，储热换热管与蒸汽入口、蒸汽出口相连；释热换热管置于隔板外侧，用于冷却熔盐的释热换热管内部流过给水，释热换热管与水侧入口和水侧出口相连。
10.进一步，隔板的形状与熔盐单罐的形状相匹配。
11.进一步，熔盐单罐的数量不少于两个。
12.一种蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰方法，采用上述的蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统，火电调峰方法应用于纯凝式火电机组或背压式火电机组，具体方法如下：
13.在纯凝式火电机组中，通过调节汽轮机的蒸汽量改变机组出力，实现电力调峰：在用电低谷时，开启主蒸汽调节阀，使一部分主蒸汽流入蒸汽引射器的主流入口，开启乏汽调节阀，使一部分乏汽进入蒸汽引射器的次流入口，进入蒸汽引射器的两部分蒸汽混合后，通过混合蒸汽出口进入并联的若干熔盐单罐进行换热，使得熔盐单罐内的低温熔盐被加热成高温熔盐，将蒸汽的热量储存在高温熔盐中；在用电高峰时，关闭主蒸汽调节阀和乏汽调节阀，保持锅炉正常运行，来自低压加热器的锅炉给水进入熔盐单罐内与高温熔盐进行换热，产生的热水进入除氧器，从而减少高压加热器从高压缸的抽汽量，进而使汽轮机输出功率增加，实现电力调峰；
14.在背压式火电机组中，当需要进行热电解耦时，通过调节主蒸汽的流量实现热电解耦：在供热需求低时，开启主蒸汽调节阀，使一部分主蒸汽流入蒸汽引射器的主流入口，开启乏汽调节阀，使一部分乏汽进入蒸汽引射器的次流入口，混合后的蒸汽通过混合蒸汽出口后进入熔盐单罐进行换热，使得熔盐单罐内的低温熔盐被加热成高温熔盐，将蒸汽的热量储存在高温熔盐中；供热需求大时，关闭主蒸汽调节阀和乏汽调节阀，保持锅炉正常运行，热用户回水进入熔盐单罐内与高温熔盐进行换热，产生的高温热水送入热用户满足供热需求；当需要进行电力调峰时，采用纯凝式火电机组的调节方法，改变汽轮机抽汽量，调节汽轮机功率输出，以满足电厂调峰需求。
15.与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
16.本发明的熔盐储热单元利用多个熔盐单罐并联，通过熔盐单罐内填充的熔盐进行热量的储热和释热过程，实现了火电机组的电力调峰和热电解耦，提高了火电机组的灵活性；储换热一体式熔盐单罐相对于传统熔盐储热的双罐系统，具有投资成本低，系统简单的优点；蒸汽引射器的使用实现了蒸汽能量的梯级利用，提高了能源利用率，达到了节能的目的。
附图说明
17.图1为本发明实施例提供的纯凝式火电机组调峰系统示意图；
18.图2为本发明实施例提供的背压式火电机组热电解耦系统示意图；
19.图3为储换热一体式熔盐单罐示意图；
20.图4为图3中的a-a剖视图。
21.图中：1为主机单元，2为蒸汽引射单元，3为熔盐储热单元，10为热网水换热器，11为再热器，12为过热器，13为高压缸，14为中压缸，15为低压缸，16为凝汽器，17为低压加热器，18为除氧器，19为高压加热器，21为主蒸汽调节阀，22为乏汽调节阀，23为蒸汽引射器，31为熔盐单罐，311为蒸汽入口，312为蒸汽出口，313为水侧入口，314水侧出口，315为储热换热管，316为释热换热管，317为隔板，318为熔盐，32为分离器，33为蒸汽增压泵，34为给水增压泵，35为热用户回水，36为热用户。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明做详细说明，以下实施例仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的思想内做任何修改或等同替换，均在本发明的保护范围之内。
23.本发明实施例提供了一种蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统及方法，该方法可应用于纯凝式火电机组或背压式火电机组。
24.如图1和图2所示，本发明公开了一种蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统，该系统包括主机单元1、蒸汽引射单元2和熔盐储热单元3。
25.进一步地，结合图1和图2，主机单元1具体包括再热器11、过热器12、高压缸13、中压缸14、低压缸15、凝汽器16或热网水换热器10、低压加热器17、除氧器18、高压加热器19；蒸汽引射单元2具体包括主蒸汽调节阀21、乏汽调节阀22、蒸汽引射器23；熔盐储热单元3具体包括熔盐单罐31、分离器32、蒸汽增压泵33、给水增压泵34。
26.具体地，如图1和2所示，所述蒸汽引射单元2中，蒸汽引射器23的主流入口231与主蒸汽调节阀21相连，主蒸汽调节阀21与来自过热器12的一路主蒸汽管道相连；蒸汽引射器23的次流入口232与乏汽调节阀22相连，乏汽调节阀22与来自低压缸15的一路乏汽管道相连；蒸汽引射器23的混合蒸汽出口233与熔盐单罐31的蒸汽入口311相连。蒸汽引射单元中的蒸汽引射器利用高压主蒸汽抽取汽轮机乏汽，此设备代替了传统减温减压阀的部分功能，同时实现了蒸汽能量的梯级利用，提高了能源利用率，达到了节能的目的。
27.同样，如图1和2所示，在所示实施例中，熔盐储热单元3中包含若干熔盐单罐31，若干熔盐单罐31以并联形式连接在蒸汽引射器23和分离器32之间，熔盐单罐31的数量不少于两个，本实施例中熔盐单罐31的数量为3个，在实际使用时可根据实际需求调整数量；蒸汽引射器23的混合蒸汽出口233与各个熔盐单罐31的蒸汽入口311相连，熔盐单罐31的蒸汽出口312与分离器32相连；熔盐单罐31水侧入口313与来自低压加热器17的锅炉给水相连，熔盐单罐31的水侧出口314与进入除氧器18的给水管路相连。分离器32的水侧出口321与给水增压泵34相连，给水增压泵34与进入除氧器18的给水管路相连；分离器32的汽侧出口322与蒸汽增压泵33相连，蒸汽增压泵33与高压缸13的排汽管道相连。
28.进一步地，如图1和2所示，所述熔盐储热单元3中采用多个圆柱形熔盐单罐31集成
并联的形式，所需熔盐单罐的个数可根据所需储热功率进行设置。熔盐储热单元采用多个熔盐单罐集成并联的形式，所需熔盐单罐的个数根据所需储热功率进行设置，相比于双罐系统，单罐储热系统其自身具有结构简单、紧凑、使用方便、维护成本低等优点，具有良好的经济性能。
29.具体地，如图3所示，所述熔盐单罐31采用储热换热一体式单罐结构，内部结构包括储热换热管315、释热换热管316、隔板317、熔盐318，隔板317的形状与熔盐单罐31的形状相匹配。在本实施例中，熔盐单罐31采用圆柱形结构，其中储热换热管315置于隔板317内侧，储热换热管315内部流过高温蒸汽用于加热熔盐，储热换热管315与蒸汽入口311和蒸汽出口312相连；释热换热管316置于隔板317外侧，释热换热管316内部流过给水用于冷却熔盐，释热换热管316与水侧入口313和水侧出口314相连，在本实施例中，储热换热管315和释热换热管316呈螺旋状分别置于隔板317的内侧和外侧；熔盐318填充于整个熔盐单罐31。
30.本发明还公开了一种蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰方法，采用上述的蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统，火电调峰方法应用于纯凝式火电机组或背压式火电机组，具体调节工作过程如下：
31.参考图1，所述纯凝式火电机组调峰系统具体工作过程如下：在用电低谷时，开启主蒸汽调节阀21，使一部分主蒸汽流入蒸汽引射器23的主流入口231，开启乏汽调节阀22，使一部分乏汽进入蒸汽引射器23的次流入口232，混合后的蒸汽通过混合蒸汽出口233后进入熔盐单罐31进行换热，使得熔盐单罐31内的低温熔盐被加热成高温熔盐，将蒸汽的热量储存在高温熔盐中；换热后的蒸汽或水进入分离器32，在分离器32内完成汽水分离，分离后的水通过水侧出口321经给水增压泵34增压后进入到除氧器18，分离后的蒸汽通过汽侧出口322后经蒸汽增压泵33增压后与高压缸13排汽混合进入再热器11。主蒸汽与乏汽在蒸汽引射器23中混合后进入熔盐储热单元3，同时实现主蒸汽与乏汽的能量的梯级利用。另一部分主蒸汽则按照电厂原有的工作方式进入汽轮机中进行做功，即主蒸汽依次进入高压缸13、中压缸14、低压缸做功15，另一部分乏汽进入凝汽器16。在用电高峰时，关闭主蒸汽调节阀21和乏汽调节阀22，保持锅炉正常运行，来自低压加热器17的锅炉给水进入熔盐单罐31内与高温熔盐进行换热，产生的热水进入除氧器18，从而减少高压加热器19从高压缸13的抽汽量，进而使汽轮机输出功率增加，实现电力调峰。
32.参考图2，所述背压式火电机组热电解耦系统具体工作过程如下：当需要进行热电解耦时，可以通过调节主蒸汽的流量实现热电解耦：在供热需求低时，开启主蒸汽调节阀21，使一部分主蒸汽流入蒸汽引射器23的主流入口231，开启乏汽调节阀22，使一部分乏汽进入蒸汽引射器23的次流入口232，混合后的蒸汽通过混合蒸汽出口233后进入熔盐单罐31进行换热，使得熔盐单罐31内的低温熔盐被加热成高温熔盐，将蒸汽的热量储存在高温熔盐中，换热后的蒸汽或水进入分离器32，在分离器32内完成汽水分离，分离后的水通过水侧出口321经给水增压泵34增压后进入到除氧器18，分离后的蒸汽通过汽侧出口322后经蒸汽增压泵33增压后与高压缸13排汽混合进入再热器11。主蒸汽与乏汽在蒸汽引射器23中混合后进入熔盐储热单元3，同时实现主蒸汽与乏汽的能量的梯级利用。另一部分主蒸汽则按照电厂原有的工作方式进入汽轮机中进行做功，即主蒸汽依次进入高压缸13、中压缸14、低压缸15做功。另一部分乏汽进入热网水换热器10对热用户回水进行加热。在供热需求大时，关闭主蒸汽调节阀21和乏汽调节阀22，保持锅炉正常运行，热用户回水35进入熔盐单罐31内
与高温熔盐进行换热，产生的高温热水送入热用户36满足供热需求。当需要进行电力调峰时，采用纯凝式火电机组的调节方法，改变汽轮机抽汽量，调节汽轮机功率输出，以满足电厂调峰需求。
33.参考图3，所述熔盐单罐具体工作过程如下：储热时，热流体流经储热换热管315与隔板317内侧的熔盐进行换热，隔板317内侧的熔盐被加热后温度升高、密度减小，与隔板317外侧的低温熔盐形成自然对流，实现储热过程。释热时，冷流体流经释热换热管316与隔板317外侧的熔盐进行换热，隔板317外侧的熔盐被吸热后温度降低、密度增大，与隔板317内侧的高温熔盐形成自然对流，实现释热过程。
34.此外，本发明实施例中，熔盐储热单元可采用多个熔盐单罐集成并联的形式，所需熔盐单罐的个数可根据所需储热功率进行设置，相比于传统的双罐系统，本发明的火电调峰系统中采用的多个熔盐单罐并联构成的单罐储热系统，具有结构简单、紧凑、使用方便、维护成本低等优点，具有良好的经济性能。
35.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：

1.一种蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统，所述火电调峰系统包括主机单元(1)和蒸汽引射单元(2)，所述主机单元(1)包括再热器(11)、过热器(12)、高压缸(13)、中压缸(14)、低压缸(15)、凝汽器(16)、低压加热器(17)、除氧器(18)和高压加热器(19)，其特征在于，所述火电调峰系统还包括熔盐储热单元(3)；所述蒸汽引射单元(2)包括主蒸汽调节阀(21)、乏汽调节阀(22)和蒸汽引射器(23)；所述熔盐储热单元(3)包括若干熔盐单罐(31)、分离器(32)、蒸汽增压泵(33)、给水增压泵(34)，若干熔盐单罐(31)以并联形式连接在蒸汽引射器(23)和分离器(32)之间。2.按照权利要求1所述的蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统，其特征在于，所述蒸汽引射单元(2)中，蒸汽引射器(23)的主流入口(231)与主蒸汽调节阀(21)相连，主蒸汽调节阀(21)与来自过热器(12)的任一主蒸汽管道相连；蒸汽引射器(23)的次流入口(232)与乏汽调节阀(22)相连，乏汽调节阀(22)与来自低压缸(15)的一路乏汽管道相连；蒸汽引射器(23)的混合蒸汽出口(233)与熔盐单罐(31)的蒸汽入口(311)相连。3.按照权利要求1所述的一种蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统，其特征在于，所述熔盐储热单元(3)中的熔盐单罐(31)的蒸汽入口(311)均与蒸汽引射器(23)的混合蒸汽出口(233)相连，熔盐单罐(31)的蒸汽出口(312)与分离器(32)相连；熔盐单罐(31)的水侧入口(313)与来自低压加热器(17)的锅炉给水相连，熔盐单罐(31)的水侧出口(314)与进入除氧器(18)的给水管路相连；所述分离器(32)的水侧出口(321)与给水增压泵(34)相连，给水增压泵(34)与进入除氧器(18)的给水管路相连；所述分离器(32)的汽侧出口(322)与蒸汽增压泵(33)相连，蒸汽增压泵(33)与高压缸(13)的排汽管道相连。4.按照权利要求1所述的蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统，其特征在于，所述熔盐单罐(31)呈一体式圆柱形结构，熔盐单罐(31)内部设置储热换热管(315)、释热换热管(316)和隔板(317)，熔盐单罐(31)的罐体内填充熔盐；其中储热换热管(315)置于隔板(317)内侧，用于加热熔盐的储热换热管(315)内部流过高温蒸汽，储热换热管(315)与蒸汽入口(311)、蒸汽出口(312)相连；释热换热管(316)置于隔板(317)外侧，用于冷却熔盐的释热换热管(316)内部流过给水，释热换热管(316)与水侧入口(313)和水侧出口(314)相连。5.根据权利要求4所述的蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统，其特征在于，所述隔板(317)的形状与熔盐单罐(31)的形状相匹配。6.根据权利要求1所述的蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统，其特征在于，所述熔盐单罐(31)的数量不少于两个。7.一种蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰方法，其特征在于，采用如权利要求1～6任一权利要求所述的蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统，其特征在于，所述火电调峰方法应用于纯凝式火电机组或背压式火电机组，具体方法如下：在纯凝式火电机组中，通过调节汽轮机的蒸汽量改变机组出力，实现电力调峰：在用电低谷时，开启主蒸汽调节阀(21)，使一部分主蒸汽流入蒸汽引射器(23)的主流入口(231)，开启乏汽调节阀(22)，使一部分乏汽进入蒸汽引射器(23)的次流入口(232)，进入蒸汽引射器(23)的两部分蒸汽混合后，通过混合蒸汽出口(233)进入并联的若干熔盐单罐(31)进行换热，使得熔盐单罐(31)内的低温熔盐被加热成高温熔盐，将蒸汽的热量储存在高温熔盐中；在用电高峰时，关闭主蒸汽调节阀(21)和乏汽调节阀(22)，保持锅炉正常运行，来自低压加热器(17)的锅炉给水进入熔盐单罐(31)内与高温熔盐进行换热，产生的热水进入除氧
器(18)，从而减少高压加热器(19)从高压缸(13)的抽汽量，进而使汽轮机输出功率增加，实现电力调峰；在背压式火电机组中，当需要进行热电解耦时，通过调节主蒸汽的流量实现热电解耦：在供热需求低时，开启主蒸汽调节阀(21)，使一部分主蒸汽流入蒸汽引射器(23)的主流入口(231)，开启乏汽调节阀(22)，使一部分乏汽进入蒸汽引射器(23)的次流入口(232)，混合后的蒸汽通过混合蒸汽出口(233)后进入熔盐单罐(31)进行换热，使得熔盐单罐(31)内的低温熔盐被加热成高温熔盐，将蒸汽的热量储存在高温熔盐中；供热需求大时，关闭主蒸汽调节阀(21)和乏汽调节阀(22)，保持锅炉正常运行，热用户回水(35)进入熔盐单罐(31)内与高温熔盐进行换热，产生的高温热水送入热用户(36)满足供热需求；当需要进行电力调峰时，采用纯凝式火电机组的调节方法，改变汽轮机抽汽量，调节汽轮机功率输出，以满足电厂调峰需求。

技术总结

本发明公开了一种蒸汽引射器耦合单罐熔盐储热的火电调峰系统及方法，属于火电调峰技术领域。该系统包括：过热器、再热器、高压缸、中压缸、低压缸、凝汽器、低压加热器、除氧器、高压加热器、蒸汽引射器、储换热一体式熔盐单罐、分离器、蒸汽增压泵、给水增压泵。在用电需求低谷或供热需求低时，利用主蒸汽引射汽轮机排汽，通过蒸汽引射器混合后进入熔盐单罐，将蒸汽的热量储存在高温熔盐中；在用电需求高峰或供热需求高时，将高温熔盐用于加热锅炉给水或市政供暖回水。该方法可实现电力调峰和热电解耦的目的，同时熔盐单罐的使用可有效避免传统双罐系统投资高、设备复杂的缺点，而蒸汽引射器则可实现蒸汽能源的梯级利用，达到节能的目的。达到节能的目的。达到节能的目的。