CN216741637U - 一种超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统，包括火力发电系统、储换热系统和超临界二氧化碳发电系统；火力发电系统与储换热系统通过蒸汽和给水管道连接，由锅炉的蒸汽出口与储换热系统中蒸汽‑熔盐换热器的蒸汽入口连接，蒸汽‑熔盐换热器的蒸汽出口与火力发电系统的锅炉蒸汽入口连接；机组可以通过从引出部分蒸汽与熔盐换热将部分热量以高温熔盐的形式储存于储换热系统，实现深度调峰同时将部分热量存储；机组还可以在火电机组满负荷发电的同时，将高温熔盐中的热量转移至二氧化碳介质，推动超临界二氧化碳透平做功发电，实现超发顶峰，还能实现机炉解耦，大幅增加机组的调峰负荷范围，使机组兼具深度调峰和向上顶峰的能力。

Description

一种超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统

技术领域

本实用新型属于火力发电技术领域，具体涉及一种超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统。

背景技术

建立以新能源为主体的新型电力系统是实现双碳目标的重要手段，在此基础上未来将有大规模的可再生能源接入电网。有机构预测未来我国可再生能源发电量将逐步提高，2030年可再生能源发电占比将超过50%，2050年将达到70%。在此背景下目前仍然是我国主要电力支撑的燃煤火电机组将面临角色的转变，一方面在大规模新能源接入后的新型电力系统中，火电机组需要更多的承担深度调峰的需求，有效控制新能源弃电率，确保实现碳达峰碳中和的目标；另一方面在大规模新能源接入后的新型电力系统中，火电机组需要转变为容量型电源，在用电高峰时段保障电力的安全供应。

为实现上述目标，就需要现有的火电机组具备良好的负荷调节能力，尽可能大的增加机组的调峰范围，以适应未来电力系统对火电机组的迫切需求。但目前我国火电机组普遍存在调峰范围较小、灵活性差的问题，纯凝火电机组实际调峰能力一般仅为额定容量的50%左右，供热机组在供热期的调峰能力仅为额定容量的20%左右，无法满足未来新型电力系统对灵活性的要求。为现有火电机组增加储能是一条解决上述问题的有效手段，但如何配置储能系统与现有火电机组结合，以提高机组的调峰负荷范围是亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统，增加机组调峰负荷范围和灵活性。

为了实现上述目的，本实用新型有以下的技术方案：一种超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统，包括火力发电系统、储换热系统和超临界二氧化碳发电系统；所述火力发电系统中设置锅炉、汽轮机和第一发电机；所述储换热系统包括依次连接的冷熔盐储罐、蒸汽-熔盐换热器、热熔盐储罐和熔盐-二氧化碳换热器；所述超临界二氧化碳发电系统中设置超临界二氧化碳透平、主压缩机和第二发电机；

锅炉的蒸汽出入口通过管道连通蒸汽-熔盐换热器的蒸汽进出口，熔盐-二氧化碳换热器的二氧化碳出口通过管道连通超临界二氧化碳透平的二氧化碳进口，熔盐-二氧化碳换热器的二氧化碳入口通过管道连通主压缩机的二氧化碳出口。

蒸汽-熔盐换热器的热侧进出口连通锅炉的蒸汽出入口；蒸汽-熔盐换热器的冷侧入口连接冷熔盐储罐出口，蒸汽-熔盐换热器的冷侧出口连通热熔盐储罐，熔盐-二氧化碳换热器的热侧入口连接热熔盐储罐的出口，熔盐-二氧化碳换热器的热侧出口连接冷熔盐储罐的入口；熔盐-二氧化碳换热器的冷侧入口连接主压缩机的进口，熔盐-二氧化碳换热器的冷侧出口连接超临界二氧化碳透平的进口。

火力发电系统至储换热系统的蒸汽管道上、储换热系统至超临界二氧化碳发电系统的二氧化碳管道上、冷熔盐储罐出口以及热熔盐储罐出口均设置有独立控制的可调节阀门。

冷熔盐储罐和热熔盐储罐中的换热介质为熔盐。

所述冷熔盐储罐采用单个或多个冷熔盐储罐串联；所述热熔盐储罐采用单个热熔盐储罐或多个热熔盐储罐串联。

所述蒸汽-熔盐换热器和熔盐-二氧化碳换热器采用单台换热器或多台换热器串联。

超临界二氧化碳透平的出口连接有主压缩机，主压缩机连接熔盐-二氧化碳换热器的冷侧入口。

锅炉的蒸汽出口、冷熔盐储罐的出口、热熔盐储罐的出口以及熔盐-二氧化碳换热器的冷侧出口均设置温度和压力监测传感器。

相较于现有技术，本实用新型具有如下的有益效果：在机组参与电网调峰而需要降低出力时，通过从机组引出部分蒸汽与熔盐换热将部分热量以高温熔盐的形式储存于储换热系统，实现深度调峰同时将部分热量存储；在机组参与电网调峰需要增加出力时，火电机组满负荷发电，同时将高温熔盐中的热量转移至二氧化碳介质，推动超临界二氧化碳透平做功发电，实现超发顶峰。本实用新型通过增加储热系统实现机炉解耦，大幅增加了机组的调峰负荷范围，使机组兼具深度调峰和向上顶峰的能力。系统顶峰的增容汽轮机采用超临界二氧化碳为工质，效率较高，占地较小。

附图说明

图1本实用新型一种超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统的结构示意图；

附图中：1-锅炉；2-汽轮机；3-第一发电机；4-蒸汽-熔盐换热器；5-熔盐-二氧化碳换热器；6-冷熔盐储罐；7-热熔盐储罐；8-超临界二氧化碳透平；9-主压缩机；10-第二发电机；11-第一阀门；12-第二阀门；13-第三阀门；14-第四阀门。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

参考图1，本实用新型提供一种超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统，包括火力发电系统、储换热系统和超临界二氧化碳发电系统；所述火力发电系统中设置锅炉1、汽轮机2和第一发电机3；所述储换热系统包括依次连接的冷熔盐储罐6、蒸汽-熔盐换热器4、热熔盐储罐7和熔盐-二氧化碳换热器5；所述超临界二氧化碳发电系统中设置超临界二氧化碳透平8、主压缩机9和第二发电机10；锅炉1的蒸汽出入口通过管道连通蒸汽-熔盐换热器4的蒸汽进出口，熔盐-二氧化碳换热器5的二氧化碳出口通过管道连通超临界二氧化碳透平8的二氧化碳进口，熔盐-二氧化碳换热器5的二氧化碳入口通过管道连通主压缩机9的二氧化碳出口；锅炉1的蒸汽出口、冷熔盐储罐6的出口、热熔盐储罐7的出口以及熔盐-二氧化碳换热器5的冷侧出口均设置温度和压力监测传感器。

参见图1，本实用新型的一种超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统包括火力发电系统、储换热系统和超临界二氧化碳发电系统；其中火力发电系统包括锅炉1、汽轮机2和第一发电机3；储换热系统包括冷熔盐储罐6、热熔盐储罐7、蒸汽-熔盐换热器4和熔盐-二氧化碳换热器5；超临界二氧化碳发电系统包括超临界二氧化碳透平8、主压缩机9和第二发电机10；火力发电系统与储换热系统通过蒸汽和给水管道连接，由锅炉1的蒸汽出口与储换热系统中蒸汽-熔盐换热器4的蒸汽入口连接，蒸汽-熔盐换热器4的蒸汽出口与火力发电系统的锅炉蒸汽入口连接。

储换热系统与超临界二氧化碳发电系统通过二氧化碳管道连接，由熔盐-二氧化碳换热器5的二氧化碳出口与超临界二氧化碳发电系统中超临界二氧化碳透平8的入口连接，超临界二氧化碳发电系统中超临界二氧化碳透平8的出口与储换热系统中熔盐-二氧化碳换热器5的二氧化碳入口连接。

具体的，蒸汽-熔盐换热器4的热侧进出口连通锅炉1的蒸汽出入口；蒸汽-熔盐换热器4的冷侧入口连接冷熔盐储罐6出口，蒸汽-熔盐换热器4的冷侧出口连通热熔盐储罐7，熔盐-二氧化碳换热器5的热侧入口连接热熔盐储罐7的出口，熔盐-二氧化碳换热器5的热侧出口连接冷熔盐储罐6的入口；熔盐-二氧化碳换热器5的冷侧出入口连接主压缩机9的进口，熔盐-二氧化碳换热器5的冷侧出口连接超临界二氧化碳透平8的进口。

火力发电系统至储换热系统的蒸汽管道上设置有第一阀门11；冷熔盐储罐出口设置有第二阀门12；热熔盐储罐出口设置由第三阀门13；储换热系统至超临界二氧化碳发电系统的二氧化碳管道上设置有第四阀门14。第一阀门11、第二阀门12、第三阀门13、第四阀门14均为调节型阀门，其中通过控制第一阀门11的开度可以控制由火力发电系统进入储换热系统的蒸汽流量，实现火力发电系统负荷按要求降低；通过控制第二阀门12的开度可以控制进入蒸汽-熔盐换热器的冷熔盐流量，实现换热器出口热熔盐温度的控制；通过控制第三阀门13的开度可以控制进入熔盐-二氧化碳换热器5的热熔盐的流量，实现换热器出口二氧化碳介质温度的控制；通过控制第四阀门14的开度可以控制进入超临界二氧化碳透平8的二氧化碳介质的流量，实现超临界二氧化碳透平出力的控制。

当场地和资金充分时，本发明冷熔盐储罐6可以采用多个冷熔盐储罐串联；所述热熔盐储罐7可以采用多个热熔盐储罐串联，当采用多个熔盐储罐串联时，能实现能量梯级利用，更加充分；而且所述蒸汽-熔盐换热器4和熔盐-二氧化碳换热器5也可以采用多台换热器串联，对热量回收更加充分。

本实用新型的工作过程及原理如下：

当电网需要火力发电系统降负荷调峰时，打开第一阀门11，将部分蒸汽引出至储换热系统的蒸汽-熔盐换热器4，同时打开第二阀门12，使冷熔盐进入蒸汽-熔盐换热器4与蒸汽换热，换热后的低品质蒸汽返回火力发电系统，换热后的热熔盐返回热熔盐储罐7；由于火力发电系统各种的部分蒸汽热量经过换热转移至熔盐介质中，火力发电系统的发电功率降低，实现负荷降低；

当电网需要增负荷顶峰时，维持火力发电系统满负荷运行，打开第三阀门13，使热熔盐进入熔盐-二氧化碳换热器5，同时打开第四阀门14，使低品质二氧化碳介质进入熔盐-二氧化碳换热器5与热熔盐换热，换热后的高品质二氧化碳介质进入超临界二氧化碳透平8做功，换热后的冷熔盐返回冷熔盐储罐6；由于火力发电系统满负荷输出的同时熔盐介质中的热量转移至超临界二氧化碳发电系统做功发电，实现总负荷增加，超过火力发电系统的满负荷顶峰。

本实施例中，熔盐为以硝酸钠和硝酸钾为主要成分的二元熔盐或以硝酸钠、硝酸钾和亚硝酸钠为主要成分的三元熔盐。

以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统，其特征在于：包括火力发电系统、储换热系统和超临界二氧化碳发电系统；所述火力发电系统中设置锅炉（1）、汽轮机（2）和第一发电机（3）；所述储换热系统包括依次连接的冷熔盐储罐（6）、蒸汽-熔盐换热器（4）、热熔盐储罐（7）和熔盐-二氧化碳换热器（5）；所述超临界二氧化碳发电系统中设置超临界二氧化碳透平（8）、主压缩机（9）和第二发电机（10）；

锅炉（1）的蒸汽出入口通过管道连通蒸汽-熔盐换热器（4）的蒸汽进出口，熔盐-二氧化碳换热器（5）的二氧化碳出口通过管道连通超临界二氧化碳透平（8）的二氧化碳进口，熔盐-二氧化碳换热器（5）的二氧化碳入口通过管道连通主压缩机（9）的二氧化碳出口。

2.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统，其特征在于：蒸汽-熔盐换热器（4）的热侧进出口连通锅炉（1）的蒸汽出入口；蒸汽-熔盐换热器（4）的冷侧入口连接冷熔盐储罐（6）出口，蒸汽-熔盐换热器（4）的冷侧出口连通热熔盐储罐（7），熔盐-二氧化碳换热器（5）的热侧入口连接热熔盐储罐（7）的出口，熔盐-二氧化碳换热器（5）的热侧出口连接冷熔盐储罐（6）的入口；熔盐-二氧化碳换热器（5）的冷侧入口连接主压缩机（9）的进口，熔盐-二氧化碳换热器（5）的冷侧出口连接超临界二氧化碳透平（8）的进口。

3.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统，其特征在于：火力发电系统至储换热系统的蒸汽管道上、储换热系统至超临界二氧化碳发电系统的二氧化碳管道上、冷熔盐储罐（6）出口以及热熔盐储罐（7）出口均设置有独立控制的可调节阀门。

4.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统，其特征在于：冷熔盐储罐（6）和热熔盐储罐（7）中的换热介质为熔盐。

5.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统，其特征在于：所述冷熔盐储罐（6）采用单个或多个冷熔盐储罐串联；所述热熔盐储罐（7）采用单个热熔盐储罐或多个热熔盐储罐串联。

6.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统，其特征在于：所述蒸汽-熔盐换热器（4）和熔盐-二氧化碳换热器（5）采用单台换热器或多台换热器串联。

7.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统，其特征在于：超临界二氧化碳透平（8）的出口连接有主压缩机（9），主压缩机（9）连接熔盐-二氧化碳换热器（5）的冷侧入口。

8.根据权利要求1所述的超临界二氧化碳发电耦合火电机组系统，其特征在于：锅炉（1）的蒸汽出口、冷熔盐储罐（6）的出口、热熔盐储罐（7）的出口以及熔盐-二氧化碳换热器（5）的冷侧出口均设置温度和压力监测传感器。

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