一、摘要

為支撐可再生能源大比例接入新型電力系統(tǒng)，大幅提升燃煤機(jī)組靈活性，該文提出耦合燃煤機(jī)組的熔鹽儲能系統(tǒng)并進(jìn)行熔鹽工質(zhì)篩選。針對350MW靈活燃煤機(jī)組，熔鹽儲能系統(tǒng)承擔(dān)3%Pe/min升負(fù)荷速率目標(biāo)下，綜合汽輪機(jī)熱力與關(guān)鍵設(shè)備傳熱分析，從熔鹽基本物性出發(fā)，重點(diǎn)研究了二元鹽(60%NaNO3+40%KNO3)和三元鹽(53%KNO3+40%NaNO2+7%NaNO3)對熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)發(fā)電效率、系統(tǒng)復(fù)雜性及投資成本的影響。發(fā)現(xiàn)二元鹽分解溫度高，可產(chǎn)生較高品位蒸汽，熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的平均發(fā)電效率為36.7%，三元鹽因分解溫度低，平均發(fā)電效率僅為29.2%。與三元鹽相比，二元鹽熔點(diǎn)高，熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)需從汽輪機(jī)抽汽預(yù)熱熔鹽系統(tǒng)給水，以防止熔鹽凝固堵塞，增加了系統(tǒng)復(fù)雜。采用二元鹽，熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)運(yùn)行溫度高，在相同升負(fù)荷需求下，熔鹽流量、用量、儲罐及換熱器體積均減小，投資成本比三元鹽系統(tǒng)降低1000萬元?；诒疚难芯?，建議采用二元鹽儲能系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)熔鹽系統(tǒng)高效性及安全性，支撐超靈活燃煤發(fā)電。

二、引言

為支撐2030年碳達(dá)峰和2060年碳中和的“雙碳”目標(biāo)，我國未來能源消費(fèi)增量主要來自于清潔能源，大幅減少化石能源利用成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。太陽能、風(fēng)能等可再生能源具有間歇性、波動性，隨著大規(guī)模新能源發(fā)電裝機(jī)持續(xù)接入電網(wǎng)，部分地區(qū)新能源消納壓力凸顯，造成棄風(fēng)棄光局面。為提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，高比例新能源電力系統(tǒng)亟需與之匹配的靈活可調(diào)度資源。目前電力系統(tǒng)的靈活可調(diào)度資源主要包括燃?xì)廨啓C(jī)、抽水蓄能與靈活煤電機(jī)組等。由于我國“富煤、貧油、缺氣”的自然資源稟賦，燃?xì)廨啓C(jī)不適合在我國大面積推廣；抽水蓄能建設(shè)周期長，建設(shè)成本較高，且對建造場地要求較為苛刻，難以短時間內(nèi)成為我國能夠提供大量靈活性的發(fā)電形式。2023年煤電機(jī)組保持安全高效運(yùn)行，全年累計(jì)發(fā)電5.35萬億千瓦時，以占全國52%的裝機(jī)規(guī)模貢獻(xiàn)了占全國63%的發(fā)電量，電網(wǎng)調(diào)峰仍需要燃煤機(jī)組發(fā)揮兜底保供作用。近期煤電不可能大規(guī)模退役，而是逐步由提供電力的主體電源轉(zhuǎn)變?yōu)橹涡院驼{(diào)節(jié)性電源。因此，煤電是經(jīng)濟(jì)可行、安全可靠的靈活調(diào)節(jié)資源，燃煤機(jī)組的靈活性改造已為新能源消納發(fā)揮了重要作用。

燃煤機(jī)組的靈活性通常是指運(yùn)行靈活性，即能適應(yīng)機(jī)組出力大幅波動、快速響應(yīng)各類變化的能力，包括調(diào)峰負(fù)荷范圍、爬坡速率和啟停時間等。靈活性改造后的燃煤機(jī)組最低負(fù)荷達(dá)到25%~40%Pe，受限于設(shè)備安全及可靠性，燃煤機(jī)組難以實(shí)現(xiàn)日啟停調(diào)峰。利用燃煤機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰的代表性國家，德國和丹麥已取得很好的成果，德國燃煤機(jī)組改造集中于深度調(diào)峰和快速啟停能力，變負(fù)荷速率達(dá)到4%~6%Pe/min。丹麥以熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組為主，輔以熱電解耦、儲能技術(shù)以及生物質(zhì)摻燒等，變負(fù)荷速率可達(dá)到5%Pe/min。此外，歐美發(fā)達(dá)國家燃?xì)赓Y源相對豐富，電網(wǎng)調(diào)峰主要依靠燃?xì)怆娬?。燃?xì)鈾C(jī)組本質(zhì)靈活、變負(fù)荷速率可達(dá)5%Pe/min。為解決可再生能源分鐘級波動發(fā)電并網(wǎng)帶來的挑戰(zhàn)(如圖1所示)，對標(biāo)國外調(diào)峰機(jī)組的變負(fù)荷速率，作者所在團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多家企業(yè)共同申請了能源領(lǐng)域首臺(套)。該首臺套主要針對350MW燃煤機(jī)組其高負(fù)荷段(50%~100%THA)具有6%Pe/min的升負(fù)荷速率是重要指標(biāo)之一。鍋爐是制約傳統(tǒng)燃煤發(fā)電機(jī)組變負(fù)荷速率的關(guān)鍵之一，制約因素包括：快速變負(fù)荷時，工質(zhì)溫壓參數(shù)快速變化導(dǎo)致厚壁元件產(chǎn)生較大熱應(yīng)力，影響設(shè)備壽命；鍋爐給粉系統(tǒng)響應(yīng)跟不上變負(fù)荷速率要求，導(dǎo)致機(jī)組響應(yīng)整體滯后；鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的水動力不穩(wěn)定性加劇，對機(jī)組運(yùn)行安全提出挑戰(zhàn)。為此，作者所在團(tuán)隊(duì)擬研發(fā)柔性水冷壁、創(chuàng)新集箱管道連接形式等鍋爐關(guān)鍵技術(shù)，可使鍋爐升負(fù)荷速率提升到3%Pe/min(如圖1所示)，但離6%Pe/min的目標(biāo)仍然有較大差距。

近年來，在國內(nèi)企業(yè)及科研院所的共同努力下，我國太陽能熔鹽儲熱發(fā)電技術(shù)逐步成熟并達(dá)到世界先進(jìn)水平，相繼建成了多個耦合熔鹽儲熱光熱電站。在太陽能熔鹽儲熱發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)上，國內(nèi)開始研發(fā)耦合熔鹽儲熱的靈活燃煤發(fā)電技術(shù)，并取得了較大進(jìn)展。因此，在傳統(tǒng)燃煤機(jī)組上增加熔鹽系統(tǒng)是彌補(bǔ)鍋爐升負(fù)荷速率不足的新思路(如圖1所示)，即熔鹽系統(tǒng)通過熔鹽存儲鍋爐部分熱量，在機(jī)組需要快速升負(fù)荷時釋放，通過熔鹽系統(tǒng)儲放熱完成機(jī)組能量時空調(diào)控。高負(fù)荷放熱階段，熔鹽加熱給水產(chǎn)生蒸汽，與鍋爐產(chǎn)生的蒸汽共同匯入汽輪機(jī)做功，熔鹽系統(tǒng)和鍋爐分別貢獻(xiàn)3%Pe/min的升負(fù)荷速率，機(jī)組達(dá)到6%Pe/min的升負(fù)荷速率(如圖1所示)。

為確定合理的升負(fù)荷區(qū)間，懷柔實(shí)驗(yàn)室對潤港電廠#1、2機(jī)，宏業(yè)電廠#1、2機(jī)，撫寧電廠#1、2機(jī)6臺調(diào)節(jié)性火電機(jī)組進(jìn)行調(diào)研，對五個典型周1萬多組AGC數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)：機(jī)組在50%Pe及以上進(jìn)行升負(fù)荷的概率為74%，升負(fù)荷跨度10%~25%Pe的占比最高。因此，綜合考慮熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)設(shè)備成本、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、液位和壓力控制、產(chǎn)汽參數(shù)波動范圍及匯汽量對汽輪機(jī)的影響。將熔鹽系統(tǒng)支撐燃煤機(jī)組升負(fù)荷的區(qū)間定為X→X+25%THA(50%THA≤X≤75%THA)。以75%THA-100%THA升負(fù)荷范圍為例，如圖2所示，為實(shí)現(xiàn)機(jī)組6%Pe/min的升負(fù)荷速率，鍋爐按3%Pe/min速率線性增加到機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷，熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)以3%Pe/min速率升到峰值后逐漸降低負(fù)荷退出。

常見的熔鹽由堿金屬、碳酸鹽、硝酸鹽以及磷酸鹽等組成。熔鹽在傳熱、儲熱、熱處理、高溫電化學(xué)電鍍和材料加工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，也作為液態(tài)燃料和儲熱介質(zhì)應(yīng)用于飛機(jī)/熔鹽反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)和核反應(yīng)堆。熔鹽具有熱容量大、蒸汽壓低、導(dǎo)電性好、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等諸多優(yōu)勢，是公認(rèn)的中高溫傳熱蓄熱介質(zhì)。

熔鹽應(yīng)用于實(shí)際工程需要防止凝固和分解，因此常關(guān)注熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，兩個參數(shù)決定了熔鹽運(yùn)行溫度，限制了不同熔鹽的應(yīng)用領(lǐng)域。熔鹽按熔點(diǎn)從大到小可分為氟化鹽、碳酸鹽、氯化鹽、硝酸鹽。其中，高熔點(diǎn)氟化鹽作為冷卻劑，用于釷基堆核能系統(tǒng)研發(fā)；熔融碳酸鹽作為電解質(zhì)，用于新型燃料電池研發(fā)，氯化鹽和硝酸鹽運(yùn)行溫度符合太陽能儲熱電站需求，但氯化鹽腐蝕性強(qiáng)，因此商業(yè)化太陽能儲熱電站常采用二元鹽(Solar Salt)和三元鹽（Hitec Salt）。耦合燃煤發(fā)電的熔鹽儲熱，對熔鹽運(yùn)行溫度區(qū)間要求與太陽能儲熱電站相近。因此，本文研究過程中考慮采用二元鹽和三元鹽。

本文針對耦合350 MW燃煤發(fā)電機(jī)組的熔鹽系統(tǒng)展開研究，熔鹽系統(tǒng)直接吸收鍋爐多余熱量進(jìn)行儲熱，在機(jī)組高負(fù)荷段(50%-100%THA)，熔鹽加熱給水產(chǎn)生蒸汽匯入汽輪機(jī)，獨(dú)立承擔(dān)3%Pe/min的升負(fù)荷速率。不同種類熔鹽的運(yùn)行溫度、支撐升負(fù)荷次數(shù)等決定了熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的發(fā)電效率、系統(tǒng)復(fù)雜性及投資成本。本文從熔鹽系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)出發(fā)，綜合采用熱力學(xué)、流動傳熱學(xué)等分析理論和方法，對二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性對比分析。研究結(jié)果為未來耦合燃煤發(fā)電機(jī)組熔鹽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供支撐。

三、耦合燃煤發(fā)電的熔鹽系統(tǒng)

圖3為耦合燃煤發(fā)電機(jī)組熔鹽系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)圖(紅線)，包括外掛式煙氣熔鹽儲熱系統(tǒng)、熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和熔鹽儲存系統(tǒng)三部分。熔鹽儲存系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)儲熱和放熱功能的連接紐帶，根據(jù)工藝要求設(shè)置了熱鹽罐和冷鹽罐，分別存放高溫熔鹽和低溫熔鹽。熔鹽系統(tǒng)通過高低溫鹽罐將外掛式煙氣熔鹽儲熱系統(tǒng)與熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)耦合，實(shí)現(xiàn)儲熱、放熱功能。外掛式煙氣熔鹽儲熱系統(tǒng)為作者所在團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)技術(shù)，該系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立的引風(fēng)機(jī)從鍋爐抽取合適溫度的煙氣，送至煙氣熔鹽換熱器加熱熔鹽進(jìn)行儲熱，冷卻后的煙氣返回SCR入口(如圖3中的虛線回路)。儲熱過程中需合理抽取煙氣量，以保證鍋爐安全運(yùn)行。當(dāng)熔鹽系統(tǒng)接到輔助機(jī)組升負(fù)荷指令時，熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)開始運(yùn)行。來自除氧器的給水經(jīng)泵送后依次流經(jīng)熔鹽汽水預(yù)熱器、蒸發(fā)器和過熱器，與來自熱鹽罐的熔鹽逆流換熱，產(chǎn)生的過熱蒸汽通過補(bǔ)汽閥注入汽輪機(jī)中壓缸中間級，為機(jī)組提供3%Pe/min的升負(fù)荷速率。

熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)提供3%Pe/min的升負(fù)荷速率的過程具有強(qiáng)瞬態(tài)特性，為避免冷態(tài)啟動放熱對熔鹽系統(tǒng)的熱沖擊，熔鹽系統(tǒng)設(shè)置了動態(tài)保溫運(yùn)行模式，即在非補(bǔ)汽工況下熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的鹽側(cè)和水側(cè)均小流量運(yùn)行，建立和放熱相近的溫度場，使放熱過程即時產(chǎn)汽注入汽輪機(jī)中壓缸做功。熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)放熱過程中為維持系統(tǒng)壓力和液位穩(wěn)定，給水和蒸汽流量應(yīng)匹配。由圖2所示的負(fù)荷變化曲線可知，負(fù)荷增大，所需蒸汽流量增加，對應(yīng)的熱量需求增加，熔鹽側(cè)的流量也隨之增大?？傊?，為了支撐3%Pe/min的升負(fù)荷速率，熔鹽和水側(cè)流量在幾分鐘內(nèi)從動態(tài)保溫的小流量增加到額定流量，對應(yīng)放熱功率隨時間呈三角脈沖特征，是典型的強(qiáng)瞬態(tài)過程。

四、熔鹽對蒸汽發(fā)生系統(tǒng)影響的研究

4.1研究方法

本文的研究對象是耦合某350MW燃煤發(fā)電機(jī)組的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，以75%~100%THA升負(fù)荷過程設(shè)計(jì)工況作為熔鹽選擇的研究基礎(chǔ)。受限于熔鹽系統(tǒng)承擔(dān)3%Pe/min升負(fù)荷速率需求及二元鹽和三元鹽物性參數(shù)，綜合系統(tǒng)熱力計(jì)算與設(shè)備傳熱分析進(jìn)行熔鹽比選及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性研究。

主要研究方法如下(如圖4)：

(1)根據(jù)3%Pe/min的升負(fù)荷速率，結(jié)合汽輪機(jī)的熱力計(jì)算和熔鹽運(yùn)行溫度區(qū)間獲取所需蒸汽和熔鹽流量，確定熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)T-Q圖。根據(jù)T-Q圖，在滿足蒸汽發(fā)生系統(tǒng)換熱器設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，通過熱力計(jì)算得到熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熱平衡圖，明確各級換熱器熱負(fù)荷Q以及汽水側(cè)和熔鹽側(cè)溫度、壓力、流量等參數(shù)。

(2)根據(jù)三元鹽和二元鹽物性參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和研究成果，選擇適合高溫熔鹽的傳熱及阻力關(guān)聯(lián)式，借鑒成熟的汽水傳熱和阻力關(guān)聯(lián)式，確定熔鹽側(cè)和汽水側(cè)傳熱系數(shù)、溫度和阻力參數(shù)等。根據(jù)上述研究結(jié)果，使用工程用成熟的HTRI軟件進(jìn)行換熱器選型和設(shè)計(jì)，根據(jù)電網(wǎng)需求選擇合適的升負(fù)荷次數(shù)，確定熔鹽用量。

在上述給定邊界條件下，進(jìn)行三元鹽和二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性分析。

4.2熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)對比

耦合燃煤發(fā)電機(jī)組的熔鹽系統(tǒng)選用成熟的二元鹽和三元鹽作為儲熱介質(zhì)，表1為二元鹽和三元鹽主要參數(shù)對比表，包括鹽的成份、熔點(diǎn)、分解溫度、運(yùn)行溫區(qū)、密度及價格。

由表1可知，三元鹽熔點(diǎn)和分解溫度分別為143℃和450℃，二元鹽的熔點(diǎn)和分解溫度分別為220℃和585℃。耦合燃煤發(fā)電的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)多為變工況運(yùn)行，為避免熔鹽凝固風(fēng)險，二元鹽及三元鹽運(yùn)行溫度下限在熔點(diǎn)基礎(chǔ)上增加~90℃的裕度。同時為避免變工況運(yùn)行熔鹽局部分解風(fēng)險，二元鹽運(yùn)行溫度上限在分解溫度基礎(chǔ)上下降35℃，三元鹽運(yùn)行溫度上限應(yīng)控制在400℃以內(nèi)。確定二元鹽運(yùn)行溫度(310~550)℃，三元鹽運(yùn)行溫度區(qū)間(230~390)℃。在給定溫度下(350℃)，二元鹽和三元鹽的密度基本相同，分別為1867.4 kg/m3和1823.5 kg/m3。二元鹽和三元鹽均為成熟的商業(yè)用鹽，三元鹽的價位略高。

為定量評估和對比二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)，定義熔鹽系統(tǒng)發(fā)電效率(hS?E)：

式(1)中，PIP為補(bǔ)汽后的發(fā)電量，PB為基準(zhǔn)負(fù)荷發(fā)電量，Phr為熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)放熱功率:

式(2)中，GSI為補(bǔ)汽流量；h1為補(bǔ)汽焓值；h2為熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)給水焓值。設(shè)計(jì)工況下，設(shè)計(jì)工況下二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)匯入汽輪機(jī)的蒸汽溫度分別為~513℃和~375℃。對應(yīng)的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)發(fā)電效率分別為36.7%和29.2%，如圖5中虛線圈所示。

在實(shí)際工程中，熱鹽罐中熱鹽溫度直接影響熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的產(chǎn)汽溫度。影響熱鹽溫度的因素主要包括：

(1)儲熱過程中產(chǎn)生的熱鹽溫度存在偏差；

(2)放置過程中熱鹽罐散熱引起的溫降；

(3)蒸汽管道散熱和壓降引起的溫降等。

上述原因均會導(dǎo)致熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生蒸汽溫度的波動。為保證蒸汽溫度符合汽輪起的要求，熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生蒸汽溫度的允許偏差為設(shè)計(jì)溫度的±10℃。熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)發(fā)電效率隨產(chǎn)汽溫度的變化如圖5所示。由圖可知，隨著蒸汽溫度的增加，熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)發(fā)電效率呈線性增加趨勢。當(dāng)三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)汽溫度由365℃升高到385℃，對應(yīng)熔鹽系統(tǒng)的發(fā)電效率從28.9%增加到29.4%，平均發(fā)電效率為29.2%；二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)汽溫度由503℃升高到523℃時，對應(yīng)熔鹽系統(tǒng)的發(fā)電效率從36.5%增加到36.9%，平均發(fā)電效率為36.7%。

綜上所述，三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽溫度比二元鹽低，注入汽輪機(jī)的位置更靠后，對應(yīng)較低的發(fā)電效率。

在機(jī)組高負(fù)荷段(50%~100%THA)，根據(jù)燃煤機(jī)組實(shí)際調(diào)峰運(yùn)行情況，將熔鹽系統(tǒng)在單次升負(fù)荷范圍定位X→X+25%Pe(X為50%THA~75%THA)。以75%THA~100%THA升負(fù)荷范圍為例，為實(shí)現(xiàn)燃煤機(jī)組6%Pe/min的升負(fù)荷速率(圖6a-b中的黑線)，燃煤機(jī)組的鍋爐按照3%Pe/min的速率線性升負(fù)荷到機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷(圖6a-b中的藍(lán)線)，熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)以3%Pe/min速率升到峰值后逐漸降低負(fù)荷直至退出，熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熱功率呈現(xiàn)三角形變化趨勢(圖6a-b中的紅線)。二元鹽相比于三元鹽運(yùn)行溫度高，能產(chǎn)生更高溫度的蒸汽，在汽輪機(jī)中壓缸確定溫度匹配的匯入點(diǎn)，對應(yīng)蒸汽壓力也高。

因此，二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)能產(chǎn)生更高品位蒸汽。考慮熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)匯入汽輪機(jī)過程中節(jié)流損失引起的溫降，確定二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽分別匯入中壓缸5級后和中壓缸13級后。二元鹽比三元鹽產(chǎn)生蒸汽在汽輪機(jī)的匯入點(diǎn)更靠前，定性上進(jìn)一步說明二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)能量利用效率優(yōu)于三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。根據(jù)熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況發(fā)電效率及3%Pe/min升負(fù)荷速率要求，確定二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的峰值熱功率分別為136.5 MW和165.8 MW(詳見圖6a-b)。

針對熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，考慮系統(tǒng)運(yùn)行效率、安全性和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性等多方面因素，合理確定熱鹽/冷鹽溫度、匯汽點(diǎn)參數(shù)、給水點(diǎn)位置及參數(shù)和蒸汽發(fā)生系統(tǒng)壓力，如圖6c-d所示。熱鹽溫度越高/冷鹽溫度越低，單位質(zhì)量熔鹽儲熱容量越高，熔鹽用量越少，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)運(yùn)行時熱鹽泵的功耗減低，從系統(tǒng)效率及運(yùn)行成本考慮，應(yīng)盡量提高熱鹽溫度/降低冷鹽溫度。從熔鹽安全性和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性兩方面考慮，二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的熱鹽溫度分別設(shè)置為550℃(如圖6c的A點(diǎn)所示)和390℃(如圖6d的A'點(diǎn)所示)。冷鹽溫度的選擇受熔鹽凝固溫度和蒸發(fā)器入口傳熱窄點(diǎn)溫差限制，冷鹽的溫度在熔點(diǎn)基礎(chǔ)上增加~90℃的裕度，確定二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的冷鹽溫度分別為235℃(如圖6c的B點(diǎn)所示)和310℃(如圖6d的B'點(diǎn)所示)。

為提高機(jī)組運(yùn)行效率，熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)汽匯入點(diǎn)應(yīng)盡量在汽輪機(jī)的靠前位置。根據(jù)流動傳熱學(xué)原理，產(chǎn)汽溫度由熱鹽溫度及過熱器出口端差共同決定。根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)原則，過熱器出口端差應(yīng)>10℃，同時為匹配合適的匯汽位置，設(shè)定二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)過熱器出口蒸汽溫度分別為516℃(如圖6c的C點(diǎn)所示)和378℃(如圖6d的C'點(diǎn)所示)。熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)運(yùn)行時，給水從原燃煤機(jī)組取水，加熱為過熱蒸汽匯入汽輪機(jī)。為了減少對原機(jī)組的影響，取水點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在大容器內(nèi)，例如凝結(jié)水井和除氧器。凝結(jié)水溫遠(yuǎn)低于熔鹽熔點(diǎn)，需要對給水進(jìn)行預(yù)熱，否則將導(dǎo)致熔鹽凝固，不能作為熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)給水。因此，選取除氧器為熔鹽系統(tǒng)給水源，設(shè)置獨(dú)立給水泵取水，設(shè)計(jì)工況下給水溫度為198.5℃，大于三元鹽熔點(diǎn)溫度，不存在熔鹽凝固風(fēng)險，但小于二元鹽熔點(diǎn)溫度，二元鹽需要抽汽對給水進(jìn)行預(yù)熱，二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)蒸發(fā)器入口水溫如圖6c的D點(diǎn)和圖6d的D'點(diǎn)所示。熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽壓力決定了匯入汽輪機(jī)位置和蒸發(fā)器的熱負(fù)荷，并通過蒸發(fā)器入口傳熱窄點(diǎn)溫差限制冷鹽溫度。為了使熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和汽輪機(jī)最大程度上解耦，補(bǔ)汽閥后與閥前壓力的比值應(yīng)小于0.546，滿足蒸汽臨界流動特性，使蒸汽流量不受閥后壓力限制。二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)匯入汽輪機(jī)位置對應(yīng)壓力分別為3.4 MPa和1.49 MPa，確定閥前蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的壓力分別為6.23 MPa和2.73 MPa。蒸發(fā)器壓力設(shè)計(jì)值需高于匯汽所需的最低壓力，在滿足不小于8℃?zhèn)鳠嵴c(diǎn)溫差的前提下，壓力應(yīng)盡可能高，避免兩相流不穩(wěn)定性，同時需考慮承壓能力對設(shè)備投資的影響。最終確定二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)壓力分別為6.9 MPa和3.29 MPa。

美國圣地安國家實(shí)驗(yàn)室報(bào)告中給出了二元鹽密度、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱數(shù)據(jù)及計(jì)算公式，與物性計(jì)算方法基本相符，同時二元鹽的物性也通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到了驗(yàn)證。給出了三元鹽的密度、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容等參數(shù)的計(jì)算公式。圖7匯總了二元鹽和三元鹽物性(μ、λ、cp和Pr)隨溫度的變化趨勢。由圖可知，二元鹽和三元鹽在運(yùn)行溫度區(qū)間內(nèi)粘度μ隨溫度增加呈快速降低，隨后逐漸趨向平緩的變化趨勢，交叉溫度范圍內(nèi)兩種熔鹽的μ重疊，如圖7a。熔鹽的成份影響導(dǎo)熱系數(shù)λ、比熱容cp和普朗特?cái)?shù)Pr隨溫度的變化趨勢。二元鹽λ隨溫度增加而增大，三元鹽導(dǎo)熱系數(shù)λ隨溫度增加呈下降變化趨勢，如圖7b。二元鹽cp隨溫度增大線性增加，而三元鹽比熱容則不受溫度影響，在各溫度下均為常數(shù)~1.56 kJ/(kg·K)，如圖7c。二元鹽和三元鹽的Pr隨溫度的增加呈下降趨勢，兩種鹽的變化趨勢一致，且二元鹽的Pr值僅為三元鹽的2/3,如圖7d。

在熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)換熱器熱力計(jì)算過程中，汽水側(cè)傳熱系數(shù)研究較為成熟，因此選擇準(zhǔn)確的熔鹽傳熱系數(shù)計(jì)算公式極為重要。由4.3節(jié)的描述可以得到，二元鹽蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)中預(yù)熱器、蒸發(fā)器和過熱器的選型分別為BEU、BEU和HAP，三元鹽蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)中預(yù)熱器、蒸發(fā)器和過熱器的選型分別為BGU、BEU和HAP。

上述所有熔鹽汽水換熱器均為管殼式換熱器，根據(jù)兩側(cè)工質(zhì)壓力的不同，對管側(cè)和殼側(cè)介質(zhì)進(jìn)行分配。其中熔鹽側(cè)壓力低，走殼側(cè)；汽水側(cè)壓力高，走管側(cè)。同時為了增強(qiáng)傳熱系統(tǒng)，在殼側(cè)加裝折流板擾流結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有研究能描述熔鹽在殼側(cè)流動時的傳熱特性關(guān)聯(lián)式少，很多文獻(xiàn)是根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)式擬合。關(guān)于二元鹽和三元鹽在帶擾流結(jié)構(gòu)的殼側(cè)流動時的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，圖8中給出的Kern關(guān)聯(lián)式(3)為描述流體在帶弓形折流板的殼側(cè)流動時的傳統(tǒng)傳熱關(guān)聯(lián)式。

由于本文研究的熔鹽汽水換熱器均為帶折流板的管殼式換熱器，可以采用Kern關(guān)聯(lián)式進(jìn)行熔鹽傳熱分析，具體的Nu計(jì)算公式如下：

式(3)中，Re為雷諾數(shù)，Pr為普朗特?cái)?shù)，m f為流體平均溫度計(jì)算流體的粘度，mw為壁面溫度計(jì)算流體的粘度。由于熔鹽流動阻力測量難度大，引壓管內(nèi)低溫熔鹽易凝固，難以獲得準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)。因此尚未在公開發(fā)表文獻(xiàn)中檢索到關(guān)于熔鹽流動阻力的測量數(shù)據(jù)。通常認(rèn)為熔鹽的流動特性較好，與純水相比只是粘度有所增大。因此，可以選擇單相水的阻力系數(shù)公式近似計(jì)算熔鹽的摩擦阻力系數(shù)。當(dāng)雷諾數(shù)低于2300時，阻力系數(shù)的計(jì)算公式：

4.3熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)流程及換熱器選型對比

熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)包括熔鹽和汽水兩個工質(zhì)回路。對于熔鹽側(cè)，熱鹽罐中高溫熔鹽在熱鹽泵驅(qū)動下，依次流經(jīng)熔鹽汽水過熱器、蒸發(fā)器和預(yù)熱器釋放熱量，冷卻后的熔鹽送至冷鹽罐。對于汽水側(cè)，熔鹽系統(tǒng)給水泵從除氧器取水，依次流經(jīng)各級換熱器，與熔鹽逆流換熱加熱成為過熱蒸汽，匯入到汽輪機(jī)中壓缸中間級做功。熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的給水來自除氧器，設(shè)計(jì)工況下的給水溫度198.5℃，低于二元鹽的熔點(diǎn)。因此，二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)需增設(shè)給水預(yù)熱器，利用抽汽預(yù)熱來自除氧器的給水，加熱給水溫度到260℃，再依次進(jìn)入各級熔鹽汽水換熱器(如圖9所示)。

熔鹽汽水預(yù)熱器采用管殼式換熱器，由于水側(cè)壓力高，走管側(cè)，鹽側(cè)壓力低，走殼側(cè)?？紤]換熱器需要適應(yīng)快速變負(fù)荷工況，壓力、溫度及流量變化較大，采用U形管結(jié)構(gòu)，可有效吸收因熱膨脹產(chǎn)生的軸向位移，適應(yīng)快速變負(fù)荷工況。換熱管采用45°布管方式，有效減緩振動。鑒于三元鹽蒸汽發(fā)生器系統(tǒng)的熔鹽側(cè)流量較大，約是二元鹽系統(tǒng)的2倍。因此，三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)采用G型分流殼體型式，有效降低殼側(cè)壓損，而二元鹽選擇E型殼體型式，二元鹽和三元鹽汽水預(yù)熱器選型分別為BEU和BGU，如圖9-10所示。

熔鹽汽水蒸發(fā)器的汽水側(cè)將飽和水加熱成飽和蒸汽，其中給水來自熔鹽汽水預(yù)熱器，熔鹽來自熔鹽汽水過熱器。熔鹽汽水蒸發(fā)器在整個熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中，熱負(fù)荷占比最高，換熱面積大，設(shè)備體積龐大，且汽水側(cè)發(fā)生相變，內(nèi)部存在汽水混合物兩相流體，流動與傳熱機(jī)理較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度最大。根據(jù)汽水所在的位置不同、原理不同，熔鹽汽水蒸發(fā)器常見的為換熱管管外沸騰與管內(nèi)沸騰兩種。其中管外沸騰以釜式蒸發(fā)器最為常見，在化工和光熱領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但受加工制造技術(shù)的限制，釜式蒸發(fā)器的熱功率受限。此外，由于熔鹽進(jìn)口溫度與出口溫度溫差較大，在管板的上下及兩側(cè)均存在較大熱應(yīng)力。管內(nèi)蒸發(fā)的汽包式蒸發(fā)器相較于釜式蒸發(fā)器，具有更高熱負(fù)荷。且蒸發(fā)器管側(cè)入口過冷水溫度接近飽和溫度，出口為汽水混合物，溫度為飽和溫度，溫差極小，能夠有效改善管側(cè)進(jìn)出口溫差熱應(yīng)力。綜上所述，熔鹽汽水蒸發(fā)器的選型為BEU式汽包式蒸發(fā)器(如圖9-10)。

熔鹽汽水過熱器對應(yīng)汽水側(cè)將飽和蒸汽加熱至過熱蒸汽，其中飽和蒸汽來自熔鹽汽水蒸發(fā)器，熔鹽來自熱鹽罐。熔鹽汽水過熱器采用管殼式換熱器，蒸汽壓力高走管側(cè)，熔鹽壓力低走殼側(cè)。由于進(jìn)口與出口溫差較大，且溫度較高，換熱器又經(jīng)常運(yùn)行在快速變負(fù)荷工況，壓力、溫度及流量變化較大，因此換熱器型式采用發(fā)夾式(HAP)，如圖9-10所示。采用該類型換熱器一方面避免了管板受到大溫差應(yīng)力的作用，另一方面換熱管與殼體可有效吸收因熱膨脹產(chǎn)生的軸向位移，避免因熱應(yīng)力而發(fā)生破壞，影響換熱器安全運(yùn)行。

根據(jù)前文確定的邊界條件，采用HTRI軟件進(jìn)行換熱器熱力計(jì)算及設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)工況下，二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)需要增設(shè)熔鹽給水預(yù)熱器(如圖10)，即從原機(jī)組抽取合適參數(shù)的蒸汽送入給水預(yù)熱器加熱器來自除氧器的給水。給水預(yù)熱器的蒸汽側(cè)入口溫度為393.8℃，壓力為6.94 MPa，出口溫度為284.2℃，壓力為6.83 MPa；水側(cè)入口水溫為198.5℃，出口水溫為260℃，熱負(fù)荷16.9 MW。給水預(yù)熱器分為兩級，均為管殼式換熱器(BFU和BEU型)，采用U形管結(jié)構(gòu)，可有效吸收因熱膨脹產(chǎn)生的軸向位移，避免熱應(yīng)力引起的破壞，影響換熱器安全運(yùn)行。此外，設(shè)計(jì)工況下，熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)三級換熱器的參數(shù)如表2所示。

綜上所述，二元鹽與三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的主要區(qū)別包括：

1)設(shè)計(jì)工況下，除氧器給水溫度為198.5℃，低于二元鹽熔點(diǎn)，高于三元鹽熔鹽熔點(diǎn)，三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)無需設(shè)置給水預(yù)熱器，系統(tǒng)流程更簡潔。

2)二元鹽比三元鹽使用溫度高，產(chǎn)生的蒸汽品位更高。因此，二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽匯入汽輪機(jī)的位置更靠前，具有更高的發(fā)電效率，對應(yīng)蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熱功率小，換熱器的尺寸和單次升負(fù)荷過程的用鹽量均比三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)少。

4.4熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)投資對比

本文研究的耦合燃煤發(fā)電機(jī)組的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)為燃煤機(jī)組提供3%Pe/min的升負(fù)荷速率，使燃煤機(jī)組的升負(fù)荷速率達(dá)到6%Pe/min，瞄準(zhǔn)的是未來電網(wǎng)的需求，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有機(jī)組的升負(fù)荷速率，無法根據(jù)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行收益計(jì)算。另外，耦合燃煤發(fā)電的熔鹽系統(tǒng)目前處于研發(fā)和初步建設(shè)階段，在役期間將間斷運(yùn)行，缺乏年利用小時數(shù)、廠用電率、運(yùn)行維護(hù)成本、繳納稅額等全壽命周期數(shù)據(jù)，難以進(jìn)行常規(guī)平準(zhǔn)化發(fā)電成本(LCOE)計(jì)算。因此本文借鑒國內(nèi)外權(quán)威機(jī)構(gòu)關(guān)于光熱電站熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)設(shè)備投資計(jì)算公式及廠家調(diào)研，僅以熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的投資成本作為比較二元鹽和三元鹽熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的評判標(biāo)準(zhǔn)。

熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)設(shè)備是主要投資組成，主要包括各級換熱器、熔鹽儲罐、動力設(shè)備和管道等。此外，熔鹽用量在熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)投資成本中占比較大，需要在系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析中考慮。

具體的說，熔鹽汽水換熱器的投資成本是傳熱面積、結(jié)構(gòu)型式、所選材料和壓力的函數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)[46,47]，當(dāng)換熱器面積2時，換熱器的投資成本計(jì)算如下：

根據(jù)熔鹽汽水換熱器的面積、運(yùn)行壓力等參數(shù)，結(jié)合式(6)-(9)，最終確定二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)投資成本為499.5萬元，三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)投資成本為682.5萬元，比二元鹽系統(tǒng)高183.0萬元。

熔鹽罐為圓柱形立罐式結(jié)構(gòu)，尺寸由溫度差和儲熱介質(zhì)的等壓熱容決定。根據(jù)熔鹽運(yùn)行溫度區(qū)間，二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熱鹽罐工作溫度為550℃，選材為TP347H，冷鹽罐的工作溫度為310℃，選材為Q345，三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)冷熱鹽罐的工作溫度分別為235℃和390℃，選材均為Q345。根據(jù)設(shè)計(jì)工況下熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熱力計(jì)算結(jié)果，得到二元鹽和三元蒸汽發(fā)生系統(tǒng)峰值升負(fù)荷功率分別為136.5 MW和165.8 MW(如圖9-10)，熔鹽系統(tǒng)支撐升負(fù)荷時長為500 s，由此確定二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)單次升負(fù)荷過程所需熱量分別為9.5 MWhth和11.5 MWhth。以滿足10次3%Pe/min的升負(fù)荷需求為目標(biāo)，考慮熔鹽罐底部、設(shè)備和管道中不能有效利用的熔鹽量，最終確定二元鹽和三元鹽的用量分別為1700 t和2500 t，儲熱量分別為95.0 MWhth和115.0 MWhth。

熔鹽儲罐及相關(guān)配件計(jì)算公式如下：

式(10)中，WT為熔鹽罐的儲熱量，D1為熱鹽罐的材料成本與安裝、建設(shè)成本之和，為46元/kWhth，D2為冷鹽罐的材料成本與安裝、建設(shè)成本之和，為21元/kWhth，D3為罐體保溫材料成本與安裝、建設(shè)成本之和，為5元/kWhth，D4為地基、支撐結(jié)構(gòu)的材料成本與安裝、建設(shè)成本之和，為17元/kWhth，D5為電氣儀表的材料成本與安裝、建設(shè)成本之和，為6元/kWhth，D6為管道、閥門及其它配件的材料成本與安裝、建設(shè)成本之和，為2元/kWhth。

本文按照式(10)對熔鹽罐及其附屬設(shè)備的投資成本進(jìn)行計(jì)算，得到二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熔鹽儲罐的投資成本約921.5萬元，三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熔鹽儲罐的建的投資成本約1115.5萬元，比二元鹽系統(tǒng)高194.0萬元。

表1中給出了調(diào)研得到的二元鹽和三元鹽的市場價格區(qū)間，取平均值對應(yīng)二元鹽和三元鹽的價格分別為7000元/t和7500元/t。根據(jù)熔鹽的用量，最終確定二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熔鹽成本為1190.0萬元，二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熔鹽成本為1875.0萬元，比二元鹽系統(tǒng)高685萬元。

熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)涉及的動力設(shè)備主要包括熱鹽泵和給水泵，其中熱鹽泵布置在熱鹽罐出口，主要用于給熔鹽汽水換熱器輸送熱鹽，給水泵用于將除氧器的給水泵送至熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。泵的流量、工質(zhì)、壓力等是影響熱鹽泵和給水泵造價的主要因素。參考由SNL、DOE和NREL共同完成的技術(shù)路線報(bào)告，熱鹽泵的造價將隨著系統(tǒng)存儲能量容量的增加而增加，熱熔鹽泵的價格為40元/kWth，二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)輸出的最大功率分別為136.5 MWth和165.8 MWth，因此二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熱鹽泵的成本分別為546.0萬元和663.2萬元，比二元鹽系統(tǒng)高117.2萬元。熔鹽系統(tǒng)給水泵為較為成熟的常規(guī)設(shè)備，經(jīng)市場調(diào)研得到二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)給水泵的價位分別為150萬元和100萬元。綜上所述，二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)動力設(shè)備投資為696.0萬元，二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)動力設(shè)備投資為763.2萬元，比二元鹽系統(tǒng)高67.2萬元。根據(jù)管道的流量、系統(tǒng)阻力考慮不同介質(zhì)的流速，液體流速2~4 m/s，蒸汽10~20 m/s，計(jì)算不同管道的管徑，再根據(jù)設(shè)計(jì)條件選取管道的材質(zhì)、計(jì)算管道壁厚。二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)溫度>400℃的管道材質(zhì)選取TP347H不銹鋼，主蒸汽管道選取12Cr1MoVG，其余管道為20G，三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)所有管道設(shè)計(jì)溫度均，管道材質(zhì)選取20G。核算得到二元鹽比三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)管道投資成本增加~131萬元，詳見表3。

綜合考慮熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熔鹽側(cè)和汽水側(cè)運(yùn)行溫度、介質(zhì)流量/流速、換熱器熱負(fù)荷、系統(tǒng)壓力及支撐升負(fù)荷次數(shù)等邊界條件，進(jìn)行換熱器、熔鹽儲罐、熔鹽用量、動力設(shè)備和管道尺寸、材質(zhì)的設(shè)計(jì)計(jì)算。二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)換熱器面積和主要投資對比如圖11所示，受限于不同種類熔鹽運(yùn)行溫度、熔鹽系統(tǒng)發(fā)電效率等，相同發(fā)電量對應(yīng)二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的熱負(fù)荷低，換熱器面積為2090.6 m2，僅為三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)換熱器面積的~0.38倍(如圖11a)，三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)換熱器的投資成本高于二元鹽。此外，二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)管道投資大于三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熔鹽投資約為二元鹽的1.5倍，熔鹽儲罐的投資成本約是二元鹽的1.2倍，動力設(shè)備的投資成本基本一致(如圖11b)。

綜上分析，二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)主要投資成本~3526.8萬元，三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)主要投資成本~4525.1萬元，比二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)高~1000萬元。

五、結(jié)論

本文以350 MW靈活燃煤發(fā)電機(jī)組為研究對象，提出可獨(dú)立承擔(dān)3%Pe/min升負(fù)荷速率的熔鹽系統(tǒng)。綜合系統(tǒng)熱力計(jì)算與設(shè)備傳熱分析，對二元鹽和三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)發(fā)電效率、系統(tǒng)復(fù)雜性及投資成本進(jìn)行對比研究，主要結(jié)論如下：

(1)相比于三元鹽，二元鹽分解溫度高，能產(chǎn)生較高品位蒸汽，發(fā)電效率更高。設(shè)計(jì)工況下三元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)發(fā)電效率為29.2%，二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)發(fā)電效率達(dá)到36.7%，提高了7.5個百分點(diǎn)。

(2)相比于三元鹽，二元鹽熔點(diǎn)高，來自除氧器的給水需經(jīng)過兩級抽汽預(yù)熱，防止熔鹽在預(yù)熱器中凝固堵塞，因此二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)略復(fù)雜。

(3)相比于三元鹽，二元鹽運(yùn)行溫度高，設(shè)備和管道需要更貴的鋼材。然而，滿足相同升負(fù)荷需求下，二元鹽用量少，相應(yīng)熔鹽儲罐體積降低；其次，二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)熱負(fù)荷小，換熱器面積減小。綜合考慮上述因素二元鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)投資成本更低。

(4)為構(gòu)建支撐靈活燃煤發(fā)電的高效、安全熔鹽系統(tǒng)，綜合以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，本文建議在實(shí)際工程中采用二元鹽。