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摘要：本文設計了一種燃煤機組耦合熔鹽儲熱系統新型技術方案，依托某新建350MW超臨界機組靈活性調峰項目，提出采用抽汽＋電加熱聯合式加熱熔鹽的技術路線。
為提高系統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釋放潛熱加熱熔鹽的方案，抽取的主汽未凝結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致的再熱器壁溫超溫問題，該方案不需要對現有機組方案做任何改動，在保證系統安全穩(wěn)定高效運行的同時，能夠使機組實現從30%THA負荷降至20%THA負荷的深調目標。
0 引言
火電作為中國電力供應的基礎電力，以其發(fā)電靈活、供電穩(wěn)定等優(yōu)勢在新舊能源的轉換和更替過程中起著“壓艙石”和“頂梁柱”的作用，但現有火電機組靈活性受限于深調能力有限、機組安全性和經濟性不足等問題存在技術瓶頸。
隨著熔鹽儲熱技術在新能源領域的成熟應用，通過將熔鹽儲熱與傳統火電機組耦合，可以有效解決火電機組深度調峰、熱電解耦的技術難題。
本文以某新建350MW超臨界機組作為研究對象，在保證機組安全穩(wěn)定運行的情況下，為使機組達到20%THA深度調峰能力，提出一種全新的火電機組耦合熔鹽儲熱技術方案來拓寬機組出力范圍。
1 機組概況
本文新建350MW機組鍋爐為超臨界參數變壓直流煤粉爐，單爐膛、一次再熱、切圓燃燒、Π型布置方式，鍋爐設計最低穩(wěn)燃負荷為30%THA。受鍋爐最低穩(wěn)燃負荷限制，鍋爐安全穩(wěn)定運行工況范圍在BMCR－30%THA負荷之間，設計工況下主蒸汽出口參數為572℃/25.73MPa，再熱蒸汽出口參數為572℃/5.748MPa。
為滿足電廠20%THA的深調需求，考慮為原機組配備一套熔鹽儲熱系統，深調階段熔鹽儲熱投運的基準工況對應為機組30%THA負荷，鍋爐側能夠保持30%THA負荷穩(wěn)定運行，汽輪發(fā)電機側運行負荷深調至20%THA。
2 系統方案描述
目前，燃煤機組耦合熔鹽儲熱系統加熱熔鹽的技術路線主要分為三類：
第一類是從鍋爐側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，從系統復雜程度、系統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電量來達到深調目的，此技術路線系統簡單目前國內已有示范項目投運，但系統效率偏低；
第三類是采用抽汽顯熱或潛熱來加熱熔鹽。
本機組經過與汽輪機廠配合，為保證高排不超溫，同時分別抽取主、再熱蒸汽流量加熱熔鹽，最多能使機組從30%THA降至24.5%THA負荷，不能再通過抽汽來進一步降低負荷。
針對此情況，本文提出一種抽汽＋電加熱聯合式加熱熔鹽的系統方案，該方案能夠實現機組深調負荷達到20%THA，同時在確保汽輪機安全穩(wěn)定運行的前提下，避免由于抽取主汽流量過多導致的鍋爐再熱器超溫問題，同時保證儲放熱系統效率處于較高水平。
本文熔鹽儲熱方案采用抽汽+電加熱聯合式加熱熔鹽的技術路線。抽汽蓄能模塊方案為同時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釋放潛熱來加熱熔鹽，凝結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減溫減壓后去往再熱器冷段管道，用于彌補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高、中壓缸進汽流量匹配，從而使機組發(fā)電負荷從30%THA降至24.5%THA，機組在24.5%THA至20%THA的負荷區(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生過熱蒸汽，為保證儲放熱系統效率，考慮將產生的過熱蒸汽送往再熱器冷段管道進入鍋爐再熱系統，工藝系統如圖1所示。
圖1 工藝系統圖
本方案熔鹽儲熱系統設備包含熔鹽換熱器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。熔鹽放熱系統設備包含預熱器、蒸發(fā)器、汽包和過熱器各1臺，系統中包含熔鹽泵、熔鹽閥、電伴熱等相關輔機設備。為確保系統安全穩(wěn)定運行，本方案采用成熟度較高的Hitec三元熔鹽（7%NaNO?＋40%NaNO?＋53%KNO?）作為蓄熱介質。
3 計算結果及分析
本系統方案儲熱基準工況設定為30%THA，根據汽機熱平衡圖，30%THA負荷主汽參數為520℃/7.782MPa，再熱蒸汽參數為520℃/1.454MPa。根據系統方案抽汽蓄能調峰區(qū)間為30%~24.%THA，為滿足調峰要求，同時抽取主、再熱蒸汽，經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，經過循環(huán)泵加壓與給水參數匹配，剩余40t/h主汽只通過釋放顯熱加熱熔鹽，換熱后的蒸汽參數經過減溫減壓與冷段參數進行匹配。
再熱蒸汽抽汽量為30t/h用于加熱熔鹽，換熱后的蒸汽參數經過減溫減壓與低壓缸入口參數進行匹配。電加熱熔鹽蓄能調峰區(qū)間為30%～24.5%THA，電加熱器設計功率為16MW。熔鹽儲熱溫度區(qū)間為200℃～405℃，儲熱設計時長4h。
通過系統熱平衡計算，本熔鹽儲熱系統總儲熱容量為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。
根據電廠需求，熔鹽放熱過程用于加熱除氧器出口給水120t/h產生蒸汽去往再熱器冷段管道回到原系統發(fā)電，經過計算儲放熱系統效率為56.3%。
4 結語
本文依托某新建350MW超臨界機組靈活性調峰項目展開研究，為提高原機組的靈活性調峰能力提出為機組配備熔鹽儲熱系統，熔鹽加熱方案采用抽汽+電加熱聯合式加熱的技術路線。儲熱過程同時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釋放潛熱的方案，此方案的設計解決了由于抽取主汽流量過多導致的鍋爐再熱器壁溫超溫問題，該方案無需對新建燃煤機組方案做任何改動，在保證系統安全穩(wěn)定高效運行的同時，能夠使機組實現從30%THA負荷降至20%THA負荷的深調目標，本系統的提出可為火電機組靈活性調峰提供新思路。
