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新建350MW超臨界機組耦合熔鹽儲熱系統方案研究
發布者:xylona | 來源:鍋爐制造 | 0評論 | 3253查看 | 2024-10-22 10:13:58    

摘(zhai)要(yao):本文(wen)設計了一種燃(ran)煤機(ji)組耦合熔(rong)鹽(yan)儲熱(re)(re)(re)系(xi)統新(xin)型(xing)技(ji)術方(fang)案(an),依托某新(xin)建(jian)350MW超臨界(jie)機(ji)組靈活(huo)性調峰項目,提出采用抽(chou)汽(qi)+電加熱(re)(re)(re)聯(lian)合式(shi)加熱(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan)的(de)技(ji)術路線。為提高系(xi)統效(xiao)(xiao)率并(bing)最大化利用高溫(wen)蒸(zheng)汽(qi)攜(xie)帶的(de)熱(re)(re)(re)量,抽(chou)取(qu)的(de)主汽(qi)采用部分凝結釋放潛熱(re)(re)(re)加熱(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan)的(de)方(fang)案(an),抽(chou)取(qu)的(de)主汽(qi)未凝結部分與熔(rong)鹽(yan)換熱(re)(re)(re)后(hou)回到再熱(re)(re)(re)器冷段,解決了因(yin)抽(chou)主汽(qi)流量過多導致的(de)再熱(re)(re)(re)器壁溫(wen)超溫(wen)問題,該(gai)方(fang)案(an)不需要對現(xian)(xian)有機(ji)組方(fang)案(an)做(zuo)任何改動,在保證系(xi)統安(an)全穩定高效(xiao)(xiao)運行的(de)同時,能夠使機(ji)組實現(xian)(xian)從(cong)30%THA負荷降至20%THA負荷的(de)深調目標。


引言


火(huo)電(dian)(dian)作(zuo)為(wei)中國電(dian)(dian)力(li)供應(ying)(ying)的(de)基礎電(dian)(dian)力(li),以(yi)其發電(dian)(dian)靈活、供電(dian)(dian)穩定(ding)等優勢在新(xin)(xin)舊(jiu)能源的(de)轉換和(he)更替過程(cheng)中起(qi)著(zhu)“壓艙石”和(he)“頂梁柱”的(de)作(zuo)用(yong),但現有火(huo)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)靈活性(xing)受限于深(shen)調(diao)能力(li)有限、機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)安全性(xing)和(he)經(jing)濟性(xing)不足等問題存在技術(shu)瓶頸。隨著(zhu)熔鹽(yan)儲熱技術(shu)在新(xin)(xin)能源領域的(de)成熟(shu)應(ying)(ying)用(yong),通(tong)過將熔鹽(yan)儲熱與傳統火(huo)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)耦合,可以(yi)有效解(jie)決火(huo)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)深(shen)度調(diao)峰(feng)、熱電(dian)(dian)解(jie)耦的(de)技術(shu)難題[1]。本文以(yi)某新(xin)(xin)建(jian)350MW超臨界機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)作(zuo)為(wei)研(yan)究對象,在保證機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)安全穩定(ding)運行的(de)情況(kuang)下,為(wei)使機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)達到20%THA深(shen)度調(diao)峰(feng)能力(li),提出一種全新(xin)(xin)的(de)火(huo)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)耦合熔鹽(yan)儲熱技術(shu)方案來拓寬機(ji)(ji)(ji)(ji)組(zu)出力(li)范(fan)圍(wei)。


機組概況


本文新(xin)建(jian)350MW機(ji)(ji)組(zu)鍋爐(lu)為(wei)(wei)超臨界參(can)(can)數變(bian)壓直流煤粉爐(lu),單爐(lu)膛(tang)、一(yi)次再熱、切圓燃燒(shao)、Π型布置方(fang)式(shi),鍋爐(lu)設計最低穩燃負(fu)荷(he)為(wei)(wei)30%THA。受鍋爐(lu)最低穩燃負(fu)荷(he)限(xian)制,鍋爐(lu)安全穩定運(yun)(yun)行工況(kuang)范圍在BMCR-30%THA負(fu)荷(he)之(zhi)間,設計工況(kuang)下主蒸(zheng)汽(qi)(qi)出口參(can)(can)數為(wei)(wei)572℃/25.73MPa,再熱蒸(zheng)汽(qi)(qi)出口參(can)(can)數為(wei)(wei)572℃/5.748MPa。為(wei)(wei)滿(man)足電廠20%THA的深(shen)調需求(qiu),考(kao)慮為(wei)(wei)原機(ji)(ji)組(zu)配備一(yi)套熔(rong)鹽儲(chu)熱系統,深(shen)調階段熔(rong)鹽儲(chu)熱投運(yun)(yun)的基準工況(kuang)對(dui)應(ying)為(wei)(wei)機(ji)(ji)組(zu)30%THA負(fu)荷(he),鍋爐(lu)側能夠保持30%THA負(fu)荷(he)穩定運(yun)(yun)行,汽(qi)(qi)輪(lun)發電機(ji)(ji)側運(yun)(yun)行負(fu)荷(he)深(shen)調至(zhi)20%THA。


系統方案描述


目前(qian),燃煤機組耦合熔鹽儲(chu)熱系(xi)統(tong)加熱熔鹽的技術路線(xian)主要分為三類:


第一類是從(cong)鍋(guo)爐(lu)側抽(chou)取(qu)一定溫(wen)度(du)的(de)煙氣來加熱熔(rong)鹽,由于與(yu)鍋(guo)爐(lu)本(ben)體耦(ou)合程度(du)較深,從(cong)系統(tong)復(fu)雜程度(du)、系統(tong)控制和安全性(xing)方面考慮目前此路(lu)線還(huan)不成熟(shu);

第(di)二類是采用廠用電直(zhi)接加(jia)熱熔(rong)鹽降低上網電量來達到(dao)深調目的,此技術路(lu)線系(xi)統簡(jian)單目前國內已有示范(fan)項目投(tou)運,但(dan)系(xi)統效率偏低;

第三類是采用抽汽顯熱或潛(qian)熱來加熱熔鹽[2]。


本(ben)機(ji)組(zu)經過(guo)與汽(qi)(qi)輪機(ji)廠配合(he)(he),為保證高排不超溫,同(tong)(tong)時分別抽(chou)(chou)(chou)取(qu)主、再(zai)熱蒸汽(qi)(qi)流(liu)量(liang)加(jia)熱熔(rong)鹽,最(zui)多能(neng)使機(ji)組(zu)從30%THA降至24.5%THA負(fu)荷(he),不能(neng)再(zai)通(tong)過(guo)抽(chou)(chou)(chou)汽(qi)(qi)來進(jin)一(yi)步(bu)降低(di)負(fu)荷(he)。針對此情況,本(ben)文提出一(yi)種(zhong)抽(chou)(chou)(chou)汽(qi)(qi)+電加(jia)熱聯(lian)合(he)(he)式加(jia)熱熔(rong)鹽的系(xi)統(tong)方(fang)案,該方(fang)案能(neng)夠實現機(ji)組(zu)深調(diao)負(fu)荷(he)達(da)到20%THA,同(tong)(tong)時在確(que)保汽(qi)(qi)輪機(ji)安全(quan)穩定運行的前(qian)提下,避免(mian)由于(yu)抽(chou)(chou)(chou)取(qu)主汽(qi)(qi)流(liu)量(liang)過(guo)多導致的鍋爐(lu)再(zai)熱器超溫問題,同(tong)(tong)時保證儲放熱系(xi)統(tong)效(xiao)率(lv)處于(yu)較(jiao)高水(shui)平。


本(ben)文熔(rong)鹽(yan)儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)方(fang)案(an)采用(yong)(yong)抽(chou)汽(qi)+電加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)聯合式加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan)的(de)(de)(de)(de)(de)技術路(lu)線。抽(chou)汽(qi)蓄能模塊方(fang)案(an)為同時抽(chou)取(qu)主蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)和再(zai)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)段(duan)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi),抽(chou)取(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)主蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)流量中的(de)(de)(de)(de)(de)一部(bu)分(fen)用(yong)(yong)于凝(ning)結(jie)釋放(fang)潛熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)來加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan),凝(ning)結(jie)后去往(wang)給水管道(dao)與給水混合,剩(sheng)下的(de)(de)(de)(de)(de)主蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)抽(chou)汽(qi)量與熔(rong)鹽(yan)換(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)經(jing)減(jian)(jian)溫(wen)(wen)減(jian)(jian)壓(ya)后去往(wang)再(zai)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)器冷段(duan)管道(dao),用(yong)(yong)于彌補由于主蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)抽(chou)汽(qi)引起的(de)(de)(de)(de)(de)再(zai)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)器流量的(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)少,主、再(zai)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)按一定比例(li)抽(chou)取(qu)保(bao)證汽(qi)輪機高(gao)(gao)、中壓(ya)缸進汽(qi)流量匹配,從而使機組發(fa)電負荷從30%THA降至24.5%THA,機組在24.5%THA至20%THA的(de)(de)(de)(de)(de)負荷區間采用(yong)(yong)電加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan)儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)方(fang)式。高(gao)(gao)溫(wen)(wen)熔(rong)鹽(yan)放(fang)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)用(yong)(yong)于加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)除氧器出口給水產生(sheng)過熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi),為保(bao)證儲(chu)放(fang)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)系統效率,考慮將產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)過熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)蒸(zheng)(zheng)(zheng)汽(qi)送(song)往(wang)再(zai)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)器冷段(duan)管道(dao)進入鍋爐再(zai)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)系統,工藝系統如圖1所示。


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圖1 工藝系統圖


本方(fang)案(an)熔鹽(yan)儲熱(re)(re)系統(tong)(tong)(tong)設(she)備包(bao)含熔鹽(yan)換(huan)(huan)熱(re)(re)器(qi)(qi)A、熔鹽(yan)換(huan)(huan)熱(re)(re)器(qi)(qi)B、相(xiang)變換(huan)(huan)熱(re)(re)器(qi)(qi)、熔鹽(yan)換(huan)(huan)熱(re)(re)器(qi)(qi)C和熔鹽(yan)換(huan)(huan)熱(re)(re)器(qi)(qi)D,熔鹽(yan)電加熱(re)(re)器(qi)(qi),高低(di)溫(wen)熔鹽(yan)立式儲罐各1臺(tai)。熔鹽(yan)放熱(re)(re)系統(tong)(tong)(tong)設(she)備包(bao)含預熱(re)(re)器(qi)(qi)、蒸發器(qi)(qi)、汽(qi)包(bao)和過熱(re)(re)器(qi)(qi)各1臺(tai),系統(tong)(tong)(tong)中(zhong)包(bao)含熔鹽(yan)泵、熔鹽(yan)閥、電伴熱(re)(re)等(deng)相(xiang)關(guan)輔機設(she)備。為確保系統(tong)(tong)(tong)安全穩定(ding)運行(xing),本方(fang)案(an)采用成熟(shu)度(du)較高的Hitec 三元熔鹽(yan)(7%NaNO3+40%NaNO2+53%KNO3)作為蓄熱(re)(re)介(jie)質(zhi)。


計算結果及分析


本(ben)系統方案儲熱(re)(re)(re)(re)(re)基準(zhun)工況(kuang)設(she)(she)定為(wei)(wei)(wei)(wei)30%THA,根據汽(qi)(qi)機熱(re)(re)(re)(re)(re)平(ping)衡圖,30%THA負荷主(zhu)汽(qi)(qi)參數(shu)為(wei)(wei)(wei)(wei)520℃/7.782MPa,再(zai)(zai)熱(re)(re)(re)(re)(re)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)參數(shu)為(wei)(wei)(wei)(wei)520℃/1.454MPa。根據系統方案抽(chou)汽(qi)(qi)蓄能(neng)調峰(feng)(feng)區間為(wei)(wei)(wei)(wei)30%~24.5%THA,為(wei)(wei)(wei)(wei)滿足調峰(feng)(feng)要求,同時(shi)(shi)抽(chou)取(qu)主(zhu)、再(zai)(zai)熱(re)(re)(re)(re)(re)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi),經過核算主(zhu)汽(qi)(qi)抽(chou)汽(qi)(qi)量(liang)為(wei)(wei)(wei)(wei)72t/h,其(qi)中32t/h蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)用于釋放顯熱(re)(re)(re)(re)(re)和潛(qian)熱(re)(re)(re)(re)(re)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan)(yan)冷凝為(wei)(wei)(wei)(wei)水(shui),經過循環泵加(jia)壓(ya)(ya)與(yu)給水(shui)參數(shu)匹配,剩余(yu)40t/h主(zhu)汽(qi)(qi)只通過釋放顯熱(re)(re)(re)(re)(re)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan)(yan),換(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)后(hou)的蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)參數(shu)經過減溫(wen)(wen)減壓(ya)(ya)與(yu)冷段參數(shu)進行(xing)(xing)匹配。再(zai)(zai)熱(re)(re)(re)(re)(re)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)抽(chou)汽(qi)(qi)量(liang)為(wei)(wei)(wei)(wei)30t/h用于加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan)(yan),換(huan)熱(re)(re)(re)(re)(re)后(hou)的蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)參數(shu)經過減溫(wen)(wen)減壓(ya)(ya)與(yu)低壓(ya)(ya)缸入口參數(shu)進行(xing)(xing)匹配。電加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)熔(rong)鹽(yan)(yan)蓄能(neng)調峰(feng)(feng)區間為(wei)(wei)(wei)(wei)30%~24.5%THA,電加(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)器(qi)設(she)(she)計(ji)功率為(wei)(wei)(wei)(wei)16MW。熔(rong)鹽(yan)(yan)儲熱(re)(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)區間為(wei)(wei)(wei)(wei)200℃~405℃,儲熱(re)(re)(re)(re)(re)設(she)(she)計(ji)時(shi)(shi)長4h。


表1 主/再熱蒸汽抽汽參數表

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表2熔鹽儲放熱系統設計參數

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通(tong)過(guo)系(xi)(xi)統(tong)熱(re)(re)平衡計算(suan),本(ben)熔(rong)鹽(yan)儲熱(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)總(zong)(zong)儲熱(re)(re)容(rong)量為(wei)184MWh,Hitec三元(yuan)熔(rong)鹽(yan)總(zong)(zong)用量為(wei)2250t,其中(zhong)通(tong)過(guo)抽(chou)汽加熱(re)(re)熔(rong)鹽(yan)的儲熱(re)(re)容(rong)量為(wei)122MWh,電加熱(re)(re)熔(rong)鹽(yan)部(bu)分的儲熱(re)(re)容(rong)量62MWh。根(gen)據電廠需求(qiu),熔(rong)鹽(yan)放熱(re)(re)過(guo)程(cheng)用于加熱(re)(re)除氧器(qi)出口(kou)給水120t/h產生蒸汽去往再熱(re)(re)器(qi)冷段管道(dao)回到原(yuan)系(xi)(xi)統(tong)發電,經過(guo)計算(suan)儲放熱(re)(re)系(xi)(xi)統(tong)效率為(wei)56.3%。


結語


本(ben)文依(yi)托某新(xin)建350MW超(chao)臨界機(ji)組靈(ling)活性(xing)調峰項(xiang)目(mu)(mu)展開(kai)研究,為(wei)提(ti)高(gao)(gao)原機(ji)組的(de)(de)靈(ling)活性(xing)調峰能力提(ti)出為(wei)機(ji)組配備熔(rong)鹽儲熱(re)系(xi)統,熔(rong)鹽加(jia)熱(re)方(fang)案(an)采(cai)用抽(chou)汽+電加(jia)熱(re)聯合式加(jia)熱(re)的(de)(de)技術路線。儲熱(re)過(guo)程同(tong)時抽(chou)取高(gao)(gao)溫(wen)主(zhu)汽和再熱(re)蒸汽,為(wei)最大程度利用抽(chou)取高(gao)(gao)溫(wen)蒸汽攜(xie)帶的(de)(de)熱(re)量,抽(chou)取的(de)(de)主(zhu)汽采(cai)用部分凝結釋(shi)放潛熱(re)的(de)(de)方(fang)案(an),此方(fang)案(an)的(de)(de)設(she)計解決(jue)了由于抽(chou)取主(zhu)汽流(liu)量過(guo)多導致(zhi)的(de)(de)鍋爐再熱(re)器壁(bi)溫(wen)超(chao)溫(wen)問題,該方(fang)案(an)無需對新(xin)建燃煤機(ji)組方(fang)案(an)做任(ren)何(he)改動,在保證(zheng)系(xi)統安全穩定(ding)高(gao)(gao)效運行(xing)的(de)(de)同(tong)時,能夠使機(ji)組實(shi)現從(cong)30%THA負(fu)荷降至(zhi)20%THA負(fu)荷的(de)(de)深(shen)調目(mu)(mu)標,本(ben)系(xi)統的(de)(de)提(ti)出可為(wei)火電機(ji)組靈(ling)活性(xing)調峰提(ti)供新(xin)思路。


作者:鄭麒麟1,王禹朋1,苗(miao)閃閃1,殷亞寧(ning)1,2

1.哈(ha)爾濱哈(ha)鍋(guo)能源(yuan)動力科技(ji)有限(xian)公司(si)(si);2.低碳熱力發(fa)電技(ji)術與裝備全國(guo)重點實驗(yan)室(哈(ha)爾濱鍋(guo)爐廠有限(xian)責任公司(si)(si))


參考文獻


[1]王堅,王輝.火電廠抽汽儲能深度調峰技術研究[J].電力勘測設計,2022(06):30-34.

[2]劉金愷,鹿院衛,魏海姣,等.熔鹽儲熱輔助燃煤機組調峰系統設計及性能對比[J].熱力發電,2023,52(02):111-118.


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