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CN118129131A - 一种基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统 - Google Patents

一种基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统 Download PDF

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CN118129131A
CN118129131A CN202410308008.8A CN202410308008A CN118129131A CN 118129131 A CN118129131 A CN 118129131A CN 202410308008 A CN202410308008 A CN 202410308008A CN 118129131 A CN118129131 A CN 118129131A
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CN
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molten salt
sgs
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inlet
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Application number
CN202410308008.8A
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张可臻
韩伟
张顺奇
宋晓辉
陆续
寇攀高
付康丽
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Original Assignee
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统，所述熔盐锅炉内设置有熔盐换热器及省煤器，熔盐换热器的出口与熔盐热罐的入口相连通，熔盐热罐的出口依次经SGS‑过热器的管侧、SGS‑蒸发器的管侧及SGS‑预热器的管侧与熔盐冷罐的入口相连通，熔盐冷罐的出口与熔盐换热器的入口相连通；汽轮机的排汽口与凝汽器的入口相连通，凝汽器的出口依次经回热器的管侧、SGS‑预热器的管侧、混合阀、SGS‑蒸发器的管侧及SGS‑过热器的管侧与汽轮机的入口相连通，回热器的管侧出口与省煤器的入口相连通，省煤器的出口与混合阀的入口相连通，该系统的换热效率较高，发电量以及发电效率较高。

Description

一种基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统
技术领域
本发明属于发电设备技术领域，涉及一种基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统。
背景技术
目前，通过热力储能是深度调峰的重要手段，目前热力储能的重要手段是通过熔盐进行储能，在工作过程中，燃料在燃烧系统内燃烧产生高温烟气，再通过辐射和对流为主要的传热方式与盘管内的给水进行换热，以形成蒸汽，再将蒸汽与冷熔盐进行换热，形成热熔盐，当有供热负荷时，则将热熔盐输出，并采用换热的方式形成蒸汽，然后蒸汽进行化热，以上换热方式较为复杂，中间环节较多，因此换热效率较低，继而影响发电量及发电效率。另外，目前熔盐储热系统采用电加热或者蒸汽加热的技术路线，其中，电加热方式循环效率低，蒸汽-熔盐换热方式，蒸汽与熔盐换热过程中存在夹点温差，造成熔盐出口温度受限。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统，该系统的换热效率较高，熔盐出口温度不受限，且发电量以及发电效率较高。
为达到上述目的，本发明公开了一种基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统，包括熔盐锅炉、熔盐热罐、SGS-过热器、SGS-蒸发器、SGS-预热器、熔盐冷罐、汽轮机、凝汽器、混合阀、汽轮机及回热器；
所述熔盐锅炉内设置有熔盐换热器及省煤器，熔盐换热器的出口与熔盐热罐的入口相连通，熔盐热罐的出口依次经SGS-过热器的管侧、SGS-蒸发器的管侧及SGS-预热器的管侧与熔盐冷罐的入口相连通，熔盐冷罐的出口与熔盐换热器的入口相连通；
汽轮机的排汽口与凝汽器的入口相连通，凝汽器的出口依次经回热器的管侧、SGS-预热器的管侧、混合阀、SGS-蒸发器的管侧及SGS-过热器的管侧与汽轮机的入口相连通，回热器的管侧出口与省煤器的入口相连通，省煤器的出口与混合阀的入口相连通。
熔盐热罐的出口依次经熔盐热罐出口阀、熔盐热罐出口泵、SGS-过热器的管侧、SGS-蒸发器的管侧及SGS-预热器的管侧与熔盐冷罐的入口相连通。
熔盐冷罐的出口依次经熔盐冷罐出口阀、熔盐冷罐出口泵及熔盐预热器的壳侧与熔盐换热器的入口相连通。
凝汽器的出口依次经凝结水泵、回热器的管侧、SGS-预热器的管侧、混合阀、SGS-蒸发器的管侧及SGS-过热器的管侧与汽轮机的入口相连通。
汽轮机的抽汽口与回热器的壳侧相连通。
回热器的管侧出口依次经给水分流阀及给水泵与省煤器的入口相连通。
还包括余热回收器、膨胀机、空气回热器及压缩机；
熔盐锅炉的尾部烟道出口与余热回收器的管侧相连通，膨胀机的出口依次经余热回收器的管侧、空气回热器的管侧与压缩机的入口相连通，压缩机的出口经熔盐预热器的管侧及空气回热器的管侧相连通。
熔盐换热器及省煤器沿烟气流通方向依次设置。
汽轮机连接有发电机。
在储热模式下，启动熔盐锅炉，打开熔盐冷罐出口阀，启动熔盐冷罐出口泵，冷盐先经过熔盐预热器预热，然后进入熔盐锅炉中加热，加热后的热熔盐进入熔盐热罐中；熔盐锅炉的烟气经过熔盐换热器及省煤器后，进入空气源热泵系统，在余热回热器中进一步降低温度，最后排空；启动压缩机，空气经压缩后温度升高，再进入熔盐预热器中加热熔盐，然后进入空气回热器中提高温度后进入膨胀机中做功，做功后的空气为低温低压状态，进入余热回收器中吸收烟气余热；
在放热模式下，打开熔盐热罐出口阀，启动熔盐热罐出口泵，热熔盐进入SGS系统中加热给水变成过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机中做功，汽轮机的排汽进入凝汽器中凝结为凝结水，所述凝结水经过凝结水泵进入回热器，回热器输出的部分给水进入SGS-预热器中，另一部分给水通过给水分流阀及给水泵进入省煤器中，然后通过混合阀与来自SGS-预热器输出的给水混合后进入SGS-蒸发器及SGS-过热器中。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统在具体操作时，采用熔盐锅炉，将烟气与熔盐直接换热，避免烟气-蒸汽-熔盐的中间流程，大幅提高换热效率，具体的，储热过程中，低温熔盐从熔盐冷罐流入熔盐预热器中预热，然后进去熔盐锅炉中加热为高温熔盐，再返回至熔盐热罐，将烟气与熔盐直接换热，避免烟气-蒸汽-熔盐的中间流程，大幅提高换热效率，以提高系统整体的发电效率及发电量，并且熔盐出口温度不受限。
进一步，熔盐锅炉内的部分能量由给水吸收，实现了能量梯级利用，使系统的发电效率接近50％。
进一步，本发明将熔盐锅炉与空气源热泵联合利用，排出锅炉的低温烟气热量通过空气源热泵提质升温用于加热熔盐，实现煤粉能量利用最大化。
附图说明
图1为本发明的结构图。
其中，1为熔盐锅炉、1.2为熔盐换热器、1.3为省煤器、2为熔盐热罐、3为熔盐热罐出口阀、4为熔盐热罐出口泵、5为SGS-过热器、6为SGS-蒸发器、7为混合阀、8为SGS-预热器、9为熔盐冷罐、10为熔盐冷罐出口阀、11为熔盐冷罐出口泵、12为熔盐预热器、13为汽轮机、14为发电机、15为凝汽器、16为凝结水泵、17为回热器、18为给水分流阀、19为给水泵、20为膨胀机、21为余热回收器、22为空气回热器、23为压缩机。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1，本发明所述的基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统包括熔盐锅炉1、熔盐换热器1.2、省煤器1.3、熔盐热罐2、熔盐热罐出口阀3、熔盐热罐出口泵4、SGS-过热器5、SGS-蒸发器6、混合阀7、SGS-预热器8、熔盐冷罐9、熔盐冷罐出口阀10、熔盐冷罐出口泵11、熔盐预热器12、汽轮机13、发电机14、凝汽器15、凝结水泵16、回热器17、给水分流阀18、给水泵19、膨胀机20、余热回收器21、空气回热器22及压缩机23；
所述熔盐锅炉1内沿烟气流通方向依次设置有熔盐换热器1.2及省煤器1.3，其中，所述熔盐换热器1.2的出口与熔盐热罐2的入口相连通，熔盐热罐2的出口依次经熔盐热罐出口阀3、熔盐热罐出口泵4、SGS-过热器5的管侧、SGS-蒸发器6的管侧及SGS-预热器8的管侧与熔盐冷罐9的入口相连通，熔盐冷罐9的出口依次经熔盐冷罐出口阀10、熔盐冷罐出口泵11及熔盐预热器12的壳侧与熔盐换热器1.2的入口相连通。
汽轮机13的排汽口与凝汽器15的入口相连通，凝汽器15的出口依次经凝结水泵16、回热器17的管侧、SGS-预热器8的管侧、混合阀7、SGS-蒸发器6的管侧及SGS-过热器5的管侧与汽轮机13的入口相连通，汽轮机13的抽汽口与回热器17的壳侧相连通，回热器17的管侧出口依次经给水分流阀18及给水泵19与省煤器1.3的入口相连通，省煤器1.3的出口与混合阀7的入口相连通。
熔盐锅炉1的尾部烟道出口与余热回收器21的管侧相连通，膨胀机20的出口依次经余热回收器21的管侧、空气回热器22的管侧与压缩机23的入口相连通，压缩机23的出口经熔盐预热器12的管侧及空气回热器22的管侧相连通。
本发明的工作原理为：
储热过程中，低温熔盐从熔盐冷罐9流入熔盐预热器12中预热，然后进去熔盐锅炉1中加热为高温熔盐，再返回至熔盐热罐2，熔盐锅炉1的部分烟气能量通过省煤器1.3加热给水，熔盐锅炉1的排烟通过空气源热泵在余热回收器21内将低温余热回收，并通过空气源热泵将低温余热通过熔盐预热器12传递给冷熔盐；在放热过程中，热熔盐进入SGS系统，通过SGS-过热器5、SGS-蒸发器6及SGS-预热器8将热量传递给给水，给水被加热成过热蒸汽，然后进入汽轮机13中发电，汽轮机13的抽汽用于加热凝结水。
相应的，具体包括以下步骤：
在储热模式下，启动熔盐锅炉1，打开熔盐冷罐出口阀10，启动熔盐冷罐出口泵11，冷盐先经过熔盐预热器12预热，然后进入熔盐锅炉1中加热，加热后的热熔盐进入熔盐热罐2中；熔盐锅炉1的烟气经过熔盐换热器1.2及省煤器1.3后，进入空气源热泵系统，在余热回热器21中进一步降低温度，最后排空；启动压缩机23，空气经压缩后温度升高，再进入熔盐预热器12中加热熔盐，然后进入空气回热器22中提高温度后进入膨胀机20中做功，做功后的空气为低温低压状态，进入余热回收器21中吸收烟气余热；
在放热模式下，打开熔盐热罐出口阀3，启动熔盐热罐出口泵4，热熔盐进入SGS系统中加热给水变成过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机13中做功，汽轮机的排汽进入凝汽器15中凝结为凝结水，所述凝结水经过凝结水泵16进入回热器17，回热器17输出的部分给水进入SGS-预热器8中，另一部分给水通过给水分流阀18及给水泵19进入省煤器1.3中，然后通过混合阀7与来自SGS-预热器8输出的给水混合后进入SGS-蒸发器6及SGS-过热器5中。
需要说明的是，本发明具有以下特点：
本发明采用熔盐锅炉1，将烟气与熔盐直接换热，避免烟气-蒸汽-熔盐的中间流程，大幅提高换热效率，熔盐出口温度不受限，循环效率是电机热的2倍以上。
本发明将熔盐锅炉1与空气源热泵联合利用，排出锅炉的低温烟气热量通过空气源热泵提质升温用于加热熔盐，实现煤粉能量最大化，此外，熔盐锅炉1内的部分能量由给水吸收，实现了能量梯级利用，使系统的发电效率接近50％。
本发明利用熔盐既是传热流体也是储热介质的特点，可以保证熔盐锅炉1热负荷基本不变的情况下，外界的电负荷波动由熔盐流量进行调节，这样可以保证熔盐锅炉1的安全运行，并延长熔盐锅炉1的使用寿命，降低由于热负荷频繁破洞造成的受热面裂痕与爆管情况。
本发明使用熔盐锅炉与熔盐储热系统进行搭配，在外界电负荷发生波动时，熔盐锅炉的热负荷可以不变，熔盐储热系统进入SGS的熔盐流量进行调整以匹配外界负荷，这样可以保证锅炉的运行安全，延长锅炉的运行寿命。
本发明利用空气源热泵，将品位低的烟气热量通过余热回收器21吸收，提高了能量利用率，之后利用熔盐余热器12，将低品位热能变成高品位热源，进而实现加热熔盐的目的，将熔盐锅炉与空气源热泵集成利用，烟气的能量利用效率可达95％以上。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统，其特征在于，包括熔盐锅炉(1)、熔盐热罐(2)、SGS-过热器(5)、SGS-蒸发器(6)、SGS-预热器(8)、熔盐冷罐(9)、汽轮机(13)、凝汽器(15)、混合阀(7)、凝结水泵(16)及回热器(17)；
所述熔盐锅炉(1)内设置有熔盐换热器(1.2)及省煤器(1.3)，熔盐换热器(1.2)的出口与熔盐热罐(2)的入口相连通，熔盐热罐(2)的出口依次经SGS-过热器(5)的管侧、SGS-蒸发器(6)的管侧及SGS-预热器(8)的管侧与熔盐冷罐(9)的入口相连通，熔盐冷罐(9)的出口与熔盐换热器(1.2)的入口相连通；
汽轮机(13)的排汽口与凝汽器(15)的入口相连通，凝汽器(15)的出口依次经凝结水泵(16)、回热器(17)的管侧、SGS-预热器(8)的管侧、混合阀(7)、SGS-蒸发器(6)的管侧及SGS-过热器(5)的管侧与汽轮机(13)的入口相连通，回热器(17)的管侧出口与省煤器(1.3)的入口相连通，省煤器(1.3)的出口与混合阀(7)的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统，其特征在于，熔盐热罐(2)的出口依次经熔盐热罐出口阀(3)、熔盐热罐出口泵(4)、SGS-过热器(5)的管侧、SGS-蒸发器(6)的管侧及SGS-预热器(8)的管侧与熔盐冷罐(9)的入口相连通。
3.根据权利要求1所述的基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统，其特征在于，熔盐冷罐(9)的出口依次经熔盐冷罐出口阀(10)、熔盐冷罐出口泵(11)及熔盐预热器(12)的壳侧与熔盐换热器(1.2)的入口相连通。
4.根据权利要求1所述的基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统，其特征在于，汽轮机(13)的抽汽口与回热器(17)的壳侧相连通。
5.根据权利要求1所述的基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统，其特征在于，回热器(17)的管侧出口依次经给水分流阀(18)及给水泵(19)与省煤器(1.3)的入口相连通。
6.根据权利要求1所述的基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统，其特征在于，还包括余热回收器(21)、膨胀机(20)、空气回热器(22)及压缩机(23)；
熔盐锅炉(1)的尾部烟道出口与余热回收器(21)的管侧相连通，膨胀机(20)的出口依次经余热回收器(21)的管侧、空气回热器(22)的管侧与压缩机(23)的入口相连通，压缩机(23)的出口经熔盐预热器(12)的管侧及空气回热器(22)的管侧相连通。
7.根据权利要求1所述的基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统，其特征在于，熔盐换热器(1.2)及省煤器(1.3)沿烟气流通方向依次设置。
8.根据权利要求1所述的基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统，其特征在于，汽轮机(13)连接有发电机(14)。
9.根据权利要求1所述的基于熔盐锅炉集成空气源热泵的联合发电系统，其特征在于，
在储热模式下，启动熔盐锅炉(1)，打开熔盐冷罐出口阀(10)，启动熔盐冷罐出口泵(11)，冷盐先经过熔盐预热器(12)预热，然后进入熔盐锅炉(1)中加热，加热后的热熔盐进入熔盐热罐(2)中；熔盐锅炉(1)排出的烟气经过熔盐换热器(1.2)及省煤器(1.3)后，进入空气源热泵系统，在余热回热器(21)中进一步降低温度，最后排空；启动压缩机(23)，空气经压缩后温度升高，再进入熔盐预热器(12)中加热熔盐，然后进入空气回热器(22)中提高温度后进入膨胀机(20)中做功，做功后的空气为低温低压状态，进入余热回收器(21)中吸收烟气余热；
在放热模式下，打开熔盐热罐出口阀(3)，启动熔盐热罐出口泵(4)，热熔盐进入SGS系统中加热给水变成过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机(13)中做功，汽轮机的排汽进入凝汽器(15)中凝结为凝结水，所述凝结水经过凝结水泵(16)进入回热器(17)，回热器(17)输出的部分给水进入SGS-预热器(8)中，另一部分给水通过给水分流阀(18)及给水泵(19)进入省煤器(1.3)中，然后通过混合阀(7)与来自SGS-预热器(8)输出的给水混合后进入SGS-蒸发器(6)及SGS-过热器(5)中。
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