本發(fā)明涉及火力發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種耦合太陽能和熔鹽儲熱的火電機(jī)組能量高效利用系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前我國的資源結(jié)構(gòu)決定了我國主要的電力來源是火力發(fā)電，火力發(fā)電具有穩(wěn)定、高效的優(yōu)點(diǎn)，但隨著煤炭資源短缺，傳統(tǒng)的發(fā)電方式面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)，加速我國電力向低碳、清潔、綠色方向轉(zhuǎn)型，利用太陽能、綠氫等可再生能源代替常規(guī)化石能源發(fā)電已成為必然趨勢。

2、綠氫作為一種清潔能源，具有容易燃燒、燃燒效率高等優(yōu)點(diǎn)，近年來隨著電解水技術(shù)的不斷發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于能源和化工領(lǐng)域，將綠氫與煤粉等傳統(tǒng)化石燃料摻混燃燒可以降低碳排放，，將綠氫摻混到天然氣管道中進(jìn)行輸送，可以代替一部分天然氣的使用。

3、同時隨著大規(guī)模的可再生能源并網(wǎng)發(fā)電，電力系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定運(yùn)行是一個亟需解決的問題，火電機(jī)組能實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。由于火電機(jī)組鍋爐和汽輪機(jī)存在的強(qiáng)耦合關(guān)系，依靠機(jī)組本身很難實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰，當(dāng)機(jī)組冷態(tài)啟動時，鍋爐和汽輪機(jī)內(nèi)部溫度較低，為了保證機(jī)組的正常運(yùn)行需要分別對鍋爐、汽輪機(jī)進(jìn)行暖爐、暖機(jī)操作，目前常用的方法是在鍋爐內(nèi)部進(jìn)行點(diǎn)火升溫，將主蒸汽溫度升高到暖機(jī)所需溫度，再投入汽輪機(jī)使用，采用這種方法會導(dǎo)致機(jī)組啟動時間較長，電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)能力較低、機(jī)組運(yùn)行靈活性較弱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種耦合太陽能和熔鹽儲熱的火電機(jī)組能量高效利用系統(tǒng)，利用太陽能集熱器收集的太陽熱能加熱熔鹽，并將加熱后的不同溫度的熔鹽存儲在對應(yīng)的儲罐里。其中高溫熔鹽與鍋爐出來的蒸汽通過蒸汽-熔鹽換熱器進(jìn)行換熱；中溫熔鹽與提供的空氣通過空氣-熔鹽換熱器進(jìn)行換熱；低溫熔鹽與冷凝器出來的冷凝水通過水-熔鹽換熱器進(jìn)行換熱；此外太陽能光伏陣列通過光電轉(zhuǎn)化將產(chǎn)生的電能電解水，產(chǎn)生的氧氣送入鍋爐使鍋爐進(jìn)行富氧燃燒，產(chǎn)生的氫氣送入鍋爐與煤粉摻混燃燒來降低碳排放。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對太陽能的梯級利用，減少了汽輪機(jī)的抽汽量，縮短了機(jī)組“啟動-并網(wǎng)”過程的時間，大幅提高機(jī)組運(yùn)行靈活性，降低了碳排放，有較大節(jié)能效益。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

3、一種耦合太陽能和熔鹽儲熱的火電機(jī)組能量高效利用系統(tǒng)，包括鍋爐、汽輪機(jī)和回?zé)岢闅庀到y(tǒng)，所述鍋爐用于產(chǎn)生輸入汽輪機(jī)的蒸汽，所述汽輪機(jī)出口連接回?zé)岢闅庀到y(tǒng)，通過再利用汽輪機(jī)產(chǎn)生的不同壓力的蒸汽預(yù)熱冷凝水；還包括太陽能熔鹽多級換熱系統(tǒng)；

4、所述太陽能熔鹽多級換熱系統(tǒng)包括太陽能集熱器、多級換熱系統(tǒng)和泵送系統(tǒng)；所述太陽能集熱器通過泵送系統(tǒng)使太陽能集熱器與多級換熱系統(tǒng)形成閉環(huán)回路；所述泵送系統(tǒng)的輸送的介質(zhì)為熔鹽；至少一級換熱系統(tǒng)通過預(yù)熱進(jìn)入鍋爐的冷凝水，用于減少回?zé)岢闅庀到y(tǒng)中的汽輪機(jī)的抽汽量。

5、進(jìn)一步，所述多級換熱系統(tǒng)為二級換熱系統(tǒng)，其中一級換熱系統(tǒng)用于預(yù)熱冷凝水，另一級換熱系統(tǒng)用于預(yù)熱進(jìn)入鍋爐的空氣。

6、進(jìn)一步，所述多級換熱系統(tǒng)為三級換熱系統(tǒng)，第三級換熱系統(tǒng)用于預(yù)熱進(jìn)入鍋爐的冷凝水，第二級換熱系統(tǒng)用于加熱進(jìn)入鍋爐的空氣，第一級換熱系統(tǒng)用于加熱鍋爐出口的蒸汽，所述通過泵送系統(tǒng)使使太陽能集熱器與第一級換熱系統(tǒng)、第二級換熱系統(tǒng)和第三級換熱系統(tǒng)形成閉環(huán)回路。

7、進(jìn)一步，所述三級換熱系統(tǒng)包括水-熔鹽換熱器、空氣-熔鹽換熱器、蒸汽-熔鹽換熱器、第一儲熱裝置、第二儲熱裝置、第三儲熱裝置；所述太陽能集熱器通過泵送系統(tǒng)與第一儲熱裝置連通；所述第一儲熱裝置通過泵送系統(tǒng)與蒸汽-熔鹽換熱器連通，用于加熱鍋爐出口的蒸汽；所述蒸汽-熔鹽換熱器出口與第二儲熱裝置連通，所述第二儲熱裝置通過泵送系統(tǒng)與空氣-熔鹽換熱器連通，用于加熱進(jìn)入鍋爐的空氣；所述空氣-熔鹽換熱器出口與第三儲熱裝置連通，所述第三儲熱裝置通過泵送系統(tǒng)與水-熔鹽換熱器連通，用于預(yù)熱進(jìn)入鍋爐的冷凝水。

8、進(jìn)一步，所述第一儲熱裝置儲存太陽能集熱器流出的熔鹽；所述第二儲熱裝置儲存蒸汽-熔鹽換熱器出口流出的熔鹽；所述第三儲熱裝置儲存空氣-熔鹽換熱器出口流出的熔鹽；所述第一儲熱裝置儲存內(nèi)的熔鹽溫度大于第二儲熱裝置儲存內(nèi)的熔鹽溫度大于第三儲熱裝置儲存內(nèi)的熔鹽溫度。

9、進(jìn)一步，還包括電解水裝置和太陽能光伏陣列，所述太陽能光伏陣列利用太陽能產(chǎn)生電能；所述電解水裝置利用太陽能光伏陣列產(chǎn)生電能通過電解產(chǎn)生氫氣和氧氣。

10、進(jìn)一步，產(chǎn)生的氧氣輸入鍋爐用于使鍋爐富氧燃燒；產(chǎn)生的氫氣輸入鍋爐，用于與煤粉摻混燃燒。

11、本發(fā)明的有益效果在于：

12、1.本發(fā)明所述的耦合太陽能和熔鹽儲熱的火電機(jī)組能量高效利用系統(tǒng)，通過多級換熱系統(tǒng)中的一級換熱系統(tǒng)通過預(yù)熱進(jìn)入鍋爐的冷凝水，這樣可以減少回?zé)岢闅庀到y(tǒng)中的汽輪機(jī)的抽汽量，現(xiàn)有技術(shù)中冷凝水依次經(jīng)過低壓加熱器和高壓加熱器，其中低壓加熱器和高壓加熱器的換熱一般來自汽輪機(jī)中各級不同壓力的蒸汽，這樣會需要消耗不少汽輪機(jī)中的蒸汽，增加了抽汽量，而本發(fā)明利用太陽熱能加熱熔鹽，利用其中一級換熱系統(tǒng)加熱冷凝水，這樣可以降低高壓加熱器對鍋爐給水的加熱量，從而減少汽輪機(jī)的抽汽量。

13、2.本發(fā)明所述的耦合太陽能和熔鹽儲熱的火電機(jī)組能量高效利用系統(tǒng)，設(shè)置了三級換熱系統(tǒng)，第三級換熱系統(tǒng)用于預(yù)熱進(jìn)入鍋爐的冷凝水，減少汽輪機(jī)的抽汽量；第二級換熱系統(tǒng)利用太陽熱能加熱入爐空氣，迅速提高入爐空氣溫度，使鍋爐點(diǎn)火時燃油充分燃燒，減少燃油量，讓鍋爐快速進(jìn)入暖爐狀態(tài)；第一級換熱系統(tǒng)利用太陽熱能加熱鍋爐出口的蒸汽，使蒸汽在進(jìn)入汽輪機(jī)前溫度進(jìn)一步上升，讓汽輪機(jī)快速進(jìn)入暖機(jī)狀態(tài)。

14、3.本發(fā)明所述的耦合太陽能和熔鹽儲熱的火電機(jī)組能量高效利用系統(tǒng)，通過太陽能光伏陣列得到的電能用于電解水，產(chǎn)生的氧氣送入鍋爐使鍋爐進(jìn)行富氧燃燒，燃燒的更充分，產(chǎn)生的氫氣送入鍋爐與煤粉摻混燃燒，減少了煤粉的使用量，降低了碳排放。該系統(tǒng)可以縮短機(jī)組“啟動-并網(wǎng)”過程的時間，大幅提高機(jī)組運(yùn)行靈活性，降低了碳排放，有較大節(jié)能效益。

技術(shù)特征：

1.一種耦合太陽能和熔鹽儲熱的火電機(jī)組能量高效利用系統(tǒng)，包括鍋爐(1)、汽輪機(jī)(2)和回?zé)岢闅庀到y(tǒng)，所述鍋爐(1)用于產(chǎn)生輸入汽輪機(jī)(2)的蒸汽，所述汽輪機(jī)(2)出口連接回?zé)岢闅庀到y(tǒng)，通過再利用汽輪機(jī)(2)產(chǎn)生的不同壓力的蒸汽預(yù)熱冷凝水；其特征在于，還包括太陽能熔鹽多級換熱系統(tǒng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合太陽能和熔鹽儲熱的火電機(jī)組能量高效利用系統(tǒng)，其特征在于，所述多級換熱系統(tǒng)為二級換熱系統(tǒng)，其中一級換熱系統(tǒng)用于預(yù)熱冷凝水，另一級換熱系統(tǒng)用于預(yù)熱進(jìn)入鍋爐(1)的空氣。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合太陽能和熔鹽儲熱的火電機(jī)組能量高效利用系統(tǒng)，其特征在于，所述多級換熱系統(tǒng)為三級換熱系統(tǒng)，第三級換熱系統(tǒng)用于預(yù)熱進(jìn)入鍋爐(1)的冷凝水，第二級換熱系統(tǒng)用于加熱進(jìn)入鍋爐(1)的空氣，第一級換熱系統(tǒng)用于加熱鍋爐(1)出口的蒸汽，所述通過泵送系統(tǒng)使使太陽能集熱器(15)與第一級換熱系統(tǒng)、第二級換熱系統(tǒng)和第三級換熱系統(tǒng)形成閉環(huán)回路。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的耦合太陽能和熔鹽儲熱的火電機(jī)組能量高效利用系統(tǒng)，其特征在于，所述三級換熱系統(tǒng)包括水-熔鹽換熱器(9)、空氣-熔鹽換熱器(10)、蒸汽-熔鹽換熱器(11)、第一儲熱裝置、第二儲熱裝置、第三儲熱裝置；所述太陽能集熱器(15)通過泵送系統(tǒng)與第一儲熱裝置連通；所述第一儲熱裝置通過泵送系統(tǒng)與蒸汽-熔鹽換熱器(11)連通，用于加熱鍋爐(1)出口的蒸汽；所述蒸汽-熔鹽換熱器(11)出口與第二儲熱裝置連通，所述第二儲熱裝置通過泵送系統(tǒng)與空氣-熔鹽換熱器(10)連通，用于加熱進(jìn)入鍋爐(1)的空氣；所述空氣-熔鹽換熱器(10)出口與第三儲熱裝置連通，所述第三儲熱裝置通過泵送系統(tǒng)與水-熔鹽換熱器(9)連通，用于預(yù)熱進(jìn)入鍋爐(1)的冷凝水。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耦合太陽能和熔鹽儲熱的火電機(jī)組能量高效利用系統(tǒng)，其特征在于，所述第一儲熱裝置儲存太陽能集熱器(15)流出的熔鹽；所述第二儲熱裝置儲存蒸汽-熔鹽換熱器(11)出口流出的熔鹽；所述第三儲熱裝置儲存空氣-熔鹽換熱器(10)出口流出的熔鹽；所述第一儲熱裝置儲存內(nèi)的熔鹽溫度大于第二儲熱裝置儲存內(nèi)的熔鹽溫度大于第三儲熱裝置儲存內(nèi)的熔鹽溫度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耦合太陽能和熔鹽儲熱的火電機(jī)組能量高效利用系統(tǒng)，其特征在于，還包括電解水裝置(25)和太陽能光伏陣列(24)，所述太陽能光伏陣列(24)利用太陽能產(chǎn)生電能；所述電解水裝置(25)利用太陽能光伏陣列(24)產(chǎn)生電能通過電解產(chǎn)生氫氣和氧氣。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耦合太陽能和熔鹽儲熱的火電機(jī)組能量高效利用系統(tǒng)，其特征在于，產(chǎn)生的氧氣輸入鍋爐(1)用于使鍋爐富氧燃燒；產(chǎn)生的氫氣輸入鍋爐(1)，用于與煤粉摻混燃燒。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種耦合太陽能和熔鹽儲熱的火電機(jī)組能量高效利用系統(tǒng)，包括鍋爐、汽輪機(jī)和回?zé)岢闅庀到y(tǒng)，所述鍋爐用于產(chǎn)生輸入汽輪機(jī)的蒸汽，所述汽輪機(jī)出口連接回?zé)岢闅庀到y(tǒng)，還包括太陽能熔鹽多級換熱系統(tǒng)；所述太陽能熔鹽多級換熱系統(tǒng)包括太陽能集熱器、多級換熱系統(tǒng)和泵送系統(tǒng)；所述太陽能集熱器通過泵送系統(tǒng)使太陽能集熱器與多級換熱系統(tǒng)形成閉環(huán)回路；所述泵送系統(tǒng)的輸送的介質(zhì)為熔鹽；至少一級換熱系統(tǒng)通過預(yù)熱進(jìn)入鍋爐的冷凝水，用于減少回?zé)岢闅庀到y(tǒng)中的汽輪機(jī)的抽汽量。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對太陽能的梯級利用，減少了汽輪機(jī)的抽汽量，縮短了機(jī)組“啟動?并網(wǎng)”過程的時間。

技術(shù)研發(fā)人員：段傳俊,張徐東,李思,吳中杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東中實(shí)易通集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30