摘要：本文設(shè)計(jì)了一種燃煤機(jī)組耦合熔鹽儲熱系統(tǒng)新型技術(shù)方案，依托某新建350ＭＷ超臨界機(jī)組靈活性調(diào)峰項(xiàng)目，提出采用抽汽＋電加熱聯(lián)合式加熱熔鹽的技術(shù)路線。為提高系統(tǒng)效率并最大化利用高溫蒸汽攜帶的熱量，抽取的主汽采用部分凝結(jié)釋放潛熱加熱熔鹽的方案，抽取的主汽未凝結(jié)部分與熔鹽換熱后回到再熱器冷段，解決了因抽主汽流量過多導(dǎo)致的再熱器壁溫超溫問題，該方案不需要對現(xiàn)有機(jī)組方案做任何改動，在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定高效運(yùn)行的同時(shí)，能夠使機(jī)組實(shí)現(xiàn)從30％THA負(fù)荷降至20％THA負(fù)荷的深調(diào)目標(biāo)。

引言

火電作為中國電力供應(yīng)的基礎(chǔ)電力，以其發(fā)電靈活、供電穩(wěn)定等優(yōu)勢在新舊能源的轉(zhuǎn)換和更替過程中起著“壓艙石”和“頂梁柱”的作用，但現(xiàn)有火電機(jī)組靈活性受限于深調(diào)能力有限、機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性不足等問題存在技術(shù)瓶頸。隨著熔鹽儲熱技術(shù)在新能源領(lǐng)域的成熟應(yīng)用，通過將熔鹽儲熱與傳統(tǒng)火電機(jī)組耦合，可以有效解決火電機(jī)組深度調(diào)峰、熱電解耦的技術(shù)難題［１］。本文以某新建350ＭＷ超臨界機(jī)組作為研究對象，在保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，為使機(jī)組達(dá)到20％THA深度調(diào)峰能力，提出一種全新的火電機(jī)組耦合熔鹽儲熱技術(shù)方案來拓寬機(jī)組出力范圍。

１

機(jī)組概況

本文新建350ＭＷ機(jī)組鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流煤粉爐，單爐膛、一次再熱、切圓燃燒、Π型布置方式，鍋爐設(shè)計(jì)最低穩(wěn)燃負(fù)荷為30％THA。受鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷限制，鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行工況范圍在BMCR－30％THA負(fù)荷之間，設(shè)計(jì)工況下主蒸汽出口參數(shù)為572℃／25.73ＭPa，再熱蒸汽出口參數(shù)為572℃／5.748ＭPa。為滿足電廠20％THA的深調(diào)需求，考慮為原機(jī)組配備一套熔鹽儲熱系統(tǒng)，深調(diào)階段熔鹽儲熱投運(yùn)的基準(zhǔn)工況對應(yīng)為機(jī)組30％THA負(fù)荷，鍋爐側(cè)能夠保持30％THA負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，汽輪發(fā)電機(jī)側(cè)運(yùn)行負(fù)荷深調(diào)至20％THA。

２

系統(tǒng)方案描述

目前，燃煤機(jī)組耦合熔鹽儲熱系統(tǒng)加熱熔鹽的技術(shù)路線主要分為三類：

第一類是從鍋爐側(cè)抽取一定溫度的煙氣來加熱熔鹽，由于與鍋爐本體耦合程度較深，從系統(tǒng)復(fù)雜程度、系統(tǒng)控制和安全性方面考慮目前此路線還不成熟；

第二類是采用廠用電直接加熱熔鹽降低上網(wǎng)電量來達(dá)到深調(diào)目的，此技術(shù)路線系統(tǒng)簡單目前國內(nèi)已有示范項(xiàng)目投運(yùn)，但系統(tǒng)效率偏低；

第三類是采用抽汽顯熱或潛熱來加熱熔鹽［２］。

本機(jī)組經(jīng)過與汽輪機(jī)廠配合，為保證高排不超溫，同時(shí)分別抽取主、再熱蒸汽流量加熱熔鹽，最多能使機(jī)組從30％THA降至24.5％THA負(fù)荷，不能再通過抽汽來進(jìn)一步降低負(fù)荷。針對此情況，本文提出一種抽汽＋電加熱聯(lián)合式加熱熔鹽的系統(tǒng)方案，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組深調(diào)負(fù)荷達(dá)到20％THA，同時(shí)在確保汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，避免由于抽取主汽流量過多導(dǎo)致的鍋爐再熱器超溫問題，同時(shí)保證儲放熱系統(tǒng)效率處于較高水平。

本文熔鹽儲熱方案采用抽汽＋電加熱聯(lián)合式加熱熔鹽的技術(shù)路線。抽汽蓄能模塊方案為同時(shí)抽取主蒸汽和再熱熱段蒸汽，抽取的主蒸汽流量中的一部分用于凝結(jié)釋放潛熱來加熱熔鹽，凝結(jié)后去往給水管道與給水混合，剩下的主蒸汽抽汽量與熔鹽換熱經(jīng)減溫減壓后去往再熱器冷段管道，用于彌補(bǔ)由于主蒸汽抽汽引起的再熱器流量的減少，主、再熱蒸汽按一定比例抽取保證汽輪機(jī)高、中壓缸進(jìn)汽流量匹配，從而使機(jī)組發(fā)電負(fù)荷從30％THA降至24.5％THA，機(jī)組在24.5％THA至20％THA的負(fù)荷區(qū)間采用電加熱熔鹽儲熱方式。高溫熔鹽放熱用于加熱除氧器出口給水產(chǎn)生過熱蒸汽，為保證儲放熱系統(tǒng)效率，考慮將產(chǎn)生的過熱蒸汽送往再熱器冷段管道進(jìn)入鍋爐再熱系統(tǒng)，工藝系統(tǒng)如圖１所示。

圖１　工藝系統(tǒng)圖

本方案熔鹽儲熱系統(tǒng)設(shè)備包含熔鹽換熱器Ａ、熔鹽換熱器Ｂ、相變換熱器、熔鹽換熱器Ｃ和熔鹽換熱器Ｄ，熔鹽電加熱器，高低溫熔鹽立式儲罐各１臺。熔鹽放熱系統(tǒng)設(shè)備包含預(yù)熱器、蒸發(fā)器、汽包和過熱器各１臺，系統(tǒng)中包含熔鹽泵、熔鹽閥、電伴熱等相關(guān)輔機(jī)設(shè)備。為確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，本方案采用成熟度較高的Hitec 三元熔鹽（7％NaNO3＋40％NaNO2＋53％KNO3）作為蓄熱介質(zhì)。

３

計(jì)算結(jié)果及分析

本系統(tǒng)方案儲熱基準(zhǔn)工況設(shè)定為30％THA，根據(jù)汽機(jī)熱平衡圖，30％THA負(fù)荷主汽參數(shù)為520℃／7.782ＭＰａ，再熱蒸汽參數(shù)為520℃／1.454ＭPa。根據(jù)系統(tǒng)方案抽汽蓄能調(diào)峰區(qū)間為30％～24.5％THA，為滿足調(diào)峰要求，同時(shí)抽取主、再熱蒸汽，經(jīng)過核算主汽抽汽量為72t/h，其中32t/h蒸汽用于釋放顯熱和潛熱加熱熔鹽冷凝為水，經(jīng)過循環(huán)泵加壓與給水參數(shù)匹配，剩余40t/h主汽只通過釋放顯熱加熱熔鹽，換熱后的蒸汽參數(shù)經(jīng)過減溫減壓與冷段參數(shù)進(jìn)行匹配。再熱蒸汽抽汽量為30t/h用于加熱熔鹽，換熱后的蒸汽參數(shù)經(jīng)過減溫減壓與低壓缸入口參數(shù)進(jìn)行匹配。電加熱熔鹽蓄能調(diào)峰區(qū)間為30％～24.5％THA，電加熱器設(shè)計(jì)功率為16ＭＷ。熔鹽儲熱溫度區(qū)間為200℃～405℃，儲熱設(shè)計(jì)時(shí)長4ｈ。

表１　主／再熱蒸汽抽汽參數(shù)表

表２熔鹽儲放熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

通過系統(tǒng)熱平衡計(jì)算，本熔鹽儲熱系統(tǒng)總儲熱容量為184ＭＷｈ，Hitec三元熔鹽總用量為2250ｔ，其中通過抽汽加熱熔鹽的儲熱容量為122ＭＷｈ，電加熱熔鹽部分的儲熱容量62ＭＷｈ。根據(jù)電廠需求，熔鹽放熱過程用于加熱除氧器出口給水120t/h產(chǎn)生蒸汽去往再熱器冷段管道回到原系統(tǒng)發(fā)電，經(jīng)過計(jì)算儲放熱系統(tǒng)效率為56.3％。

４

結(jié)語

本文依托某新建350ＭＷ超臨界機(jī)組靈活性調(diào)峰項(xiàng)目展開研究，為提高原機(jī)組的靈活性調(diào)峰能力提出為機(jī)組配備熔鹽儲熱系統(tǒng)，熔鹽加熱方案采用抽汽＋電加熱聯(lián)合式加熱的技術(shù)路線。儲熱過程同時(shí)抽取高溫主汽和再熱蒸汽，為最大程度利用抽取高溫蒸汽攜帶的熱量，抽取的主汽采用部分凝結(jié)釋放潛熱的方案，此方案的設(shè)計(jì)解決了由于抽取主汽流量過多導(dǎo)致的鍋爐再熱器壁溫超溫問題，該方案無需對新建燃煤機(jī)組方案做任何改動，在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定高效運(yùn)行的同時(shí)，能夠使機(jī)組實(shí)現(xiàn)從30％THA負(fù)荷降至20％THA負(fù)荷的深調(diào)目標(biāo)，本系統(tǒng)的提出可為火電機(jī)組靈活性調(diào)峰提供新思路。

作者：鄭麒麟１，王禹朋１，苗閃閃１，殷亞寧１，２

１．哈爾濱哈鍋能源動力科技有限公司；２．低碳熱力發(fā)電技術(shù)與裝備全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司）

參考文獻(xiàn)

［１］王堅(jiān)，王輝．火電廠抽汽儲能深度調(diào)峰技術(shù)研究［Ｊ］．電力勘測設(shè)計(jì)，２０２２（０６）：３０－３４．

［２］劉金愷，鹿院衛(wèi)，魏海姣，等．熔鹽儲熱輔助燃煤機(jī)組調(diào)峰系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能對比［Ｊ］．熱力發(fā)電，２０２３，５２（０２）：１１１－１１８．