摘(zhai)要:本文設(she)計(ji)了一種(zhong)燃煤(mei)機組耦合熔鹽儲(chu)熱系統(tong)新型技(ji)術方(fang)案(an)(an)(an),依托某新建(jian)350MW超臨界(jie)機組靈(ling)活性(xing)調(diao)峰(feng)項目,提出采用(yong)抽(chou)(chou)汽(qi)+電(dian)加熱聯(lian)合式加熱熔鹽的(de)技(ji)術路線(xian)。為(wei)提高系統(tong)效率并最大化利用(yong)高溫(wen)蒸汽(qi)攜帶的(de)熱量(liang),抽(chou)(chou)取(qu)的(de)主(zhu)汽(qi)采用(yong)部分(fen)凝(ning)結釋放潛熱加熱熔鹽的(de)方(fang)案(an)(an)(an),抽(chou)(chou)取(qu)的(de)主(zhu)汽(qi)未(wei)凝(ning)結部分(fen)與熔鹽換(huan)熱后回到(dao)再熱器(qi)冷段,解決了因抽(chou)(chou)主(zhu)汽(qi)流量(liang)過多導致的(de)再熱器(qi)壁溫(wen)超溫(wen)問題,該(gai)方(fang)案(an)(an)(an)不需要對現有機組方(fang)案(an)(an)(an)做任(ren)何改動,在保(bao)證系統(tong)安(an)全穩定高效運(yun)行(xing)的(de)同時,能夠使機組實現從(cong)30%THA負(fu)荷降至(zhi)20%THA負(fu)荷的(de)深調(diao)目標(biao)。
引言
火(huo)電作(zuo)為(wei)中國(guo)電力(li)供應(ying)的(de)(de)基礎(chu)電力(li),以(yi)其(qi)發電靈(ling)(ling)活(huo)、供電穩定等(deng)優勢在(zai)新舊能源的(de)(de)轉換和更替(ti)過程(cheng)中起著“壓艙石(shi)”和“頂梁柱”的(de)(de)作(zuo)用(yong),但現(xian)有(you)火(huo)電機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)(zu)(zu)靈(ling)(ling)活(huo)性(xing)受限于深(shen)調能力(li)有(you)限、機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)(zu)(zu)安(an)全(quan)(quan)性(xing)和經濟性(xing)不足等(deng)問題存在(zai)技術(shu)瓶頸。隨著熔鹽(yan)儲(chu)(chu)熱技術(shu)在(zai)新能源領域的(de)(de)成熟應(ying)用(yong),通(tong)過將熔鹽(yan)儲(chu)(chu)熱與(yu)傳統火(huo)電機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)(zu)(zu)耦合,可以(yi)有(you)效(xiao)解決火(huo)電機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)(zu)(zu)深(shen)度調峰(feng)、熱電解耦的(de)(de)技術(shu)難(nan)題[1]。本文以(yi)某新建350MW超臨界機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)(zu)(zu)作(zuo)為(wei)研究對象,在(zai)保證(zheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)(zu)(zu)安(an)全(quan)(quan)穩定運行的(de)(de)情(qing)況下,為(wei)使機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)(zu)(zu)達到20%THA深(shen)度調峰(feng)能力(li),提(ti)出(chu)一種全(quan)(quan)新的(de)(de)火(huo)電機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)(zu)(zu)耦合熔鹽(yan)儲(chu)(chu)熱技術(shu)方案來拓寬機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)(zu)(zu)出(chu)力(li)范圍。
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機組概況
本(ben)文新(xin)建(jian)350MW機(ji)組(zu)鍋(guo)爐(lu)為超(chao)臨(lin)界參數變(bian)壓(ya)直流(liu)煤(mei)粉爐(lu),單(dan)爐(lu)膛、一(yi)次再熱(re)(re)、切圓燃(ran)(ran)燒(shao)、Π型布置(zhi)方式,鍋(guo)爐(lu)設計最低穩燃(ran)(ran)負(fu)(fu)荷(he)為30%THA。受鍋(guo)爐(lu)最低穩燃(ran)(ran)負(fu)(fu)荷(he)限制,鍋(guo)爐(lu)安(an)全穩定(ding)運行(xing)(xing)工況(kuang)(kuang)范圍在(zai)BMCR-30%THA負(fu)(fu)荷(he)之間,設計工況(kuang)(kuang)下主蒸汽出口(kou)參數為572℃/25.73MPa,再熱(re)(re)蒸汽出口(kou)參數為572℃/5.748MPa。為滿足(zu)電廠20%THA的深(shen)調需求,考慮為原機(ji)組(zu)配備(bei)一(yi)套(tao)熔(rong)鹽(yan)儲(chu)熱(re)(re)系(xi)統(tong),深(shen)調階段熔(rong)鹽(yan)儲(chu)熱(re)(re)投運的基(ji)準工況(kuang)(kuang)對(dui)應(ying)為機(ji)組(zu)30%THA負(fu)(fu)荷(he),鍋(guo)爐(lu)側能夠(gou)保持30%THA負(fu)(fu)荷(he)穩定(ding)運行(xing)(xing),汽輪發電機(ji)側運行(xing)(xing)負(fu)(fu)荷(he)深(shen)調至20%THA。
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系統方案描述
目前,燃煤機組耦合熔鹽儲熱(re)系統加熱(re)熔鹽的技術路線主要分為三類:
第一類(lei)是從(cong)鍋爐(lu)側(ce)抽(chou)取一定溫(wen)度(du)的煙氣來加熱熔鹽,由于與鍋爐(lu)本體(ti)耦(ou)合程度(du)較深,從(cong)系統(tong)復雜程度(du)、系統(tong)控制和安全性(xing)方(fang)面(mian)考慮目前此路線還不成熟(shu);
第二(er)類是采(cai)用(yong)廠用(yong)電直接(jie)加(jia)熱熔鹽降低上網電量來達到(dao)深(shen)調目的(de),此技(ji)術路線系統(tong)簡單目前國內(nei)已有示范(fan)項目投(tou)運,但系統(tong)效(xiao)率偏低;
第三(san)類是(shi)采用抽汽顯熱或潛熱來加熱熔鹽[2]。
本(ben)機組(zu)(zu)經過(guo)(guo)與汽輪機廠配(pei)合(he),為保證高排不超(chao)溫(wen),同(tong)時分別抽取主、再熱(re)(re)(re)(re)蒸汽流(liu)量加熱(re)(re)(re)(re)熔鹽,最多能使機組(zu)(zu)從30%THA降至24.5%THA負荷(he)(he),不能再通過(guo)(guo)抽汽來進(jin)一步降低負荷(he)(he)。針對此情(qing)況,本(ben)文提出一種抽汽+電加熱(re)(re)(re)(re)聯(lian)合(he)式(shi)加熱(re)(re)(re)(re)熔鹽的(de)系統方(fang)案,該方(fang)案能夠實現(xian)機組(zu)(zu)深(shen)調(diao)負荷(he)(he)達到20%THA,同(tong)時在(zai)確保汽輪機安全穩(wen)定運行的(de)前提下,避免(mian)由于(yu)抽取主汽流(liu)量過(guo)(guo)多導致的(de)鍋(guo)爐再熱(re)(re)(re)(re)器超(chao)溫(wen)問題,同(tong)時保證儲放熱(re)(re)(re)(re)系統效率處于(yu)較高水平。
本文熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)方案采用(yong)抽(chou)(chou)汽(qi)+電(dian)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)聯合式(shi)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)的(de)(de)技(ji)術路線。抽(chou)(chou)汽(qi)蓄(xu)能模塊方案為同時抽(chou)(chou)取主(zhu)蒸(zheng)汽(qi)和再(zai)(zai)熱(re)(re)(re)(re)熱(re)(re)(re)(re)段(duan)蒸(zheng)汽(qi),抽(chou)(chou)取的(de)(de)主(zhu)蒸(zheng)汽(qi)流量中的(de)(de)一(yi)部分用(yong)于(yu)凝結(jie)(jie)釋(shi)放潛熱(re)(re)(re)(re)來加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan),凝結(jie)(jie)后去往(wang)給水管道(dao)(dao)與(yu)給水混合,剩下的(de)(de)主(zhu)蒸(zheng)汽(qi)抽(chou)(chou)汽(qi)量與(yu)熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)經減(jian)溫(wen)減(jian)壓后去往(wang)再(zai)(zai)熱(re)(re)(re)(re)器冷段(duan)管道(dao)(dao),用(yong)于(yu)彌補由于(yu)主(zhu)蒸(zheng)汽(qi)抽(chou)(chou)汽(qi)引起的(de)(de)再(zai)(zai)熱(re)(re)(re)(re)器流量的(de)(de)減(jian)少,主(zhu)、再(zai)(zai)熱(re)(re)(re)(re)蒸(zheng)汽(qi)按一(yi)定比(bi)例抽(chou)(chou)取保(bao)證(zheng)汽(qi)輪機高、中壓缸(gang)進(jin)汽(qi)流量匹配,從而使機組(zu)發電(dian)負荷從30%THA降(jiang)至(zhi)24.5%THA,機組(zu)在24.5%THA至(zhi)20%THA的(de)(de)負荷區(qu)間采用(yong)電(dian)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)方式(shi)。高溫(wen)熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)放熱(re)(re)(re)(re)用(yong)于(yu)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)除(chu)氧(yang)器出口給水產(chan)生過熱(re)(re)(re)(re)蒸(zheng)汽(qi),為保(bao)證(zheng)儲(chu)放熱(re)(re)(re)(re)系(xi)統(tong)效率,考慮將(jiang)產(chan)生的(de)(de)過熱(re)(re)(re)(re)蒸(zheng)汽(qi)送(song)往(wang)再(zai)(zai)熱(re)(re)(re)(re)器冷段(duan)管道(dao)(dao)進(jin)入鍋爐(lu)再(zai)(zai)熱(re)(re)(re)(re)系(xi)統(tong),工藝(yi)系(xi)統(tong)如圖(tu)1所(suo)示。
圖1 工藝系統圖
本(ben)方案熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)儲(chu)熱(re)(re)系(xi)(xi)統設(she)(she)備包(bao)含(han)熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)換(huan)熱(re)(re)器(qi)A、熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)換(huan)熱(re)(re)器(qi)B、相變(bian)換(huan)熱(re)(re)器(qi)、熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)換(huan)熱(re)(re)器(qi)C和(he)熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)換(huan)熱(re)(re)器(qi)D,熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)電加(jia)熱(re)(re)器(qi),高(gao)低(di)溫(wen)熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)立式儲(chu)罐各1臺。熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)放(fang)熱(re)(re)系(xi)(xi)統設(she)(she)備包(bao)含(han)預熱(re)(re)器(qi)、蒸發器(qi)、汽(qi)包(bao)和(he)過熱(re)(re)器(qi)各1臺,系(xi)(xi)統中包(bao)含(han)熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)泵、熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)閥、電伴熱(re)(re)等相關輔機設(she)(she)備。為確保系(xi)(xi)統安(an)全穩(wen)定運行,本(ben)方案采用成熟度較高(gao)的Hitec 三(san)元熔(rong)(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(7%NaNO3+40%NaNO2+53%KNO3)作為蓄熱(re)(re)介質。
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計算結果及分析
本系統(tong)方案儲熱(re)(re)(re)(re)基準(zhun)工況(kuang)設(she)定為(wei)(wei)(wei)30%THA,根據汽(qi)(qi)(qi)機熱(re)(re)(re)(re)平(ping)衡圖(tu),30%THA負荷主汽(qi)(qi)(qi)參(can)數(shu)(shu)為(wei)(wei)(wei)520℃/7.782MPa,再(zai)(zai)熱(re)(re)(re)(re)蒸汽(qi)(qi)(qi)參(can)數(shu)(shu)為(wei)(wei)(wei)520℃/1.454MPa。根據系統(tong)方案抽(chou)汽(qi)(qi)(qi)蓄能調峰(feng)區間(jian)為(wei)(wei)(wei)30%~24.5%THA,為(wei)(wei)(wei)滿足調峰(feng)要求,同時(shi)抽(chou)取主、再(zai)(zai)熱(re)(re)(re)(re)蒸汽(qi)(qi)(qi),經(jing)(jing)過(guo)(guo)核算(suan)主汽(qi)(qi)(qi)抽(chou)汽(qi)(qi)(qi)量為(wei)(wei)(wei)72t/h,其(qi)中32t/h蒸汽(qi)(qi)(qi)用(yong)于釋放顯熱(re)(re)(re)(re)和潛熱(re)(re)(re)(re)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽冷凝為(wei)(wei)(wei)水,經(jing)(jing)過(guo)(guo)循環泵加(jia)壓(ya)與給水參(can)數(shu)(shu)匹配(pei),剩余40t/h主汽(qi)(qi)(qi)只通過(guo)(guo)釋放顯熱(re)(re)(re)(re)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽,換熱(re)(re)(re)(re)后的(de)蒸汽(qi)(qi)(qi)參(can)數(shu)(shu)經(jing)(jing)過(guo)(guo)減(jian)溫(wen)減(jian)壓(ya)與冷段參(can)數(shu)(shu)進(jin)行匹配(pei)。再(zai)(zai)熱(re)(re)(re)(re)蒸汽(qi)(qi)(qi)抽(chou)汽(qi)(qi)(qi)量為(wei)(wei)(wei)30t/h用(yong)于加(jia)熱(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽,換熱(re)(re)(re)(re)后的(de)蒸汽(qi)(qi)(qi)參(can)數(shu)(shu)經(jing)(jing)過(guo)(guo)減(jian)溫(wen)減(jian)壓(ya)與低壓(ya)缸(gang)入口參(can)數(shu)(shu)進(jin)行匹配(pei)。電加(jia)熱(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽蓄能調峰(feng)區間(jian)為(wei)(wei)(wei)30%~24.5%THA,電加(jia)熱(re)(re)(re)(re)器設(she)計功率(lv)為(wei)(wei)(wei)16MW。熔(rong)鹽儲熱(re)(re)(re)(re)溫(wen)度區間(jian)為(wei)(wei)(wei)200℃~405℃,儲熱(re)(re)(re)(re)設(she)計時(shi)長4h。
表1 主/再熱蒸汽抽汽參數表
表2熔鹽儲放熱系統設計參數
通過(guo)(guo)(guo)系(xi)統熱(re)(re)(re)平(ping)衡計算,本(ben)熔(rong)(rong)鹽儲(chu)熱(re)(re)(re)系(xi)統總儲(chu)熱(re)(re)(re)容(rong)量(liang)(liang)為(wei)184MWh,Hitec三元熔(rong)(rong)鹽總用(yong)量(liang)(liang)為(wei)2250t,其中(zhong)通過(guo)(guo)(guo)抽汽加熱(re)(re)(re)熔(rong)(rong)鹽的儲(chu)熱(re)(re)(re)容(rong)量(liang)(liang)為(wei)122MWh,電(dian)加熱(re)(re)(re)熔(rong)(rong)鹽部分(fen)的儲(chu)熱(re)(re)(re)容(rong)量(liang)(liang)62MWh。根據電(dian)廠需求,熔(rong)(rong)鹽放熱(re)(re)(re)過(guo)(guo)(guo)程用(yong)于加熱(re)(re)(re)除氧器出(chu)口給(gei)水120t/h產生蒸(zheng)汽去往再熱(re)(re)(re)器冷段(duan)管(guan)道回(hui)到原系(xi)統發電(dian),經過(guo)(guo)(guo)計算儲(chu)放熱(re)(re)(re)系(xi)統效(xiao)率為(wei)56.3%。
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結語
本文依(yi)托某新建350MW超(chao)臨(lin)界機組(zu)(zu)(zu)靈活性調(diao)峰項目展(zhan)開研究,為(wei)提(ti)高原機組(zu)(zu)(zu)的(de)(de)(de)(de)靈活性調(diao)峰能(neng)力提(ti)出為(wei)機組(zu)(zu)(zu)配備熔鹽儲(chu)熱系統,熔鹽加熱方(fang)案采用抽汽(qi)+電加熱聯合式(shi)加熱的(de)(de)(de)(de)技(ji)術路(lu)線(xian)。儲(chu)熱過程同(tong)時抽取(qu)高溫主(zhu)汽(qi)和再(zai)熱蒸汽(qi),為(wei)最大程度利用抽取(qu)高溫蒸汽(qi)攜帶的(de)(de)(de)(de)熱量,抽取(qu)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)汽(qi)采用部分凝結釋放(fang)潛熱的(de)(de)(de)(de)方(fang)案,此方(fang)案的(de)(de)(de)(de)設計解(jie)決了由于抽取(qu)主(zhu)汽(qi)流(liu)量過多導致(zhi)的(de)(de)(de)(de)鍋爐再(zai)熱器壁溫超(chao)溫問題(ti),該方(fang)案無需對新建燃煤機組(zu)(zu)(zu)方(fang)案做(zuo)任何改動,在保(bao)證系統安(an)全穩定高效運行的(de)(de)(de)(de)同(tong)時,能(neng)夠使機組(zu)(zu)(zu)實現(xian)從30%THA負荷降至20%THA負荷的(de)(de)(de)(de)深(shen)調(diao)目標,本系統的(de)(de)(de)(de)提(ti)出可為(wei)火(huo)電機組(zu)(zu)(zu)靈活性調(diao)峰提(ti)供新思路(lu)。
作者:鄭麒麟1,王禹朋1,苗(miao)閃(shan)閃(shan)1,殷亞寧1,2
1.哈(ha)爾濱哈(ha)鍋能(neng)源動力科技有限公司;2.低碳熱(re)力發電技術與(yu)裝備(bei)全(quan)國重點(dian)實(shi)驗室(哈(ha)爾濱鍋爐廠(chang)有限責(ze)任公司)
參考文獻
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