摘要：本文设计了一种燃煤机组耦合熔盐储热系统新型技术方案，依托某新建350ＭＷ超临界机组灵活性调峰项目，提出采用抽汽＋电加热联合式加热熔盐的技术路线。为提高系统效率并最大化利用高温蒸汽携带的热量，抽取的主汽采用部分凝结释放潜热加热熔盐的方案，抽取的主汽未凝结部分与熔盐换热后回到再热器冷段，解决了因抽主汽流量过多导致的再热器壁温超温问题，该方案不需要对现有机组方案做任何改动，在保证系统安全稳定高效运行的同时，能够使机组实现从30％THA负荷降至20％THA负荷的深调目标。
引言
火电作为中国电力供应的基础电力，以其发电灵活、供电稳定等优势在新旧能源的转换和更替过程中起着“压舱石”和“顶梁柱”的作用，但现有火电机组灵活性受限于深调能力有限、机组安全性和经济性不足等问题存在技术瓶颈。随着熔盐储热技术在新能源领域的成熟应用，通过将熔盐储热与传统火电机组耦合，可以有效解决火电机组深度调峰、热电解耦的技术难题［１］。本文以某新建350ＭＷ超临界机组作为研究对象，在保证机组安全稳定运行的情况下，为使机组达到20％THA深度调峰能力，提出一种全新的火电机组耦合熔盐储热技术方案来拓宽机组出力范围。
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机组概况
本文新建350ＭＷ机组锅炉为超临界参数变压直流煤粉炉，单炉膛、一次再热、切圆燃烧、Π型布置方式，锅炉设计最低稳燃负荷为30％THA。受锅炉最低稳燃负荷限制，锅炉安全稳定运行工况范围在BMCR－30％THA负荷之间，设计工况下主蒸汽出口参数为572℃／25.73ＭPa，再热蒸汽出口参数为572℃／5.748ＭPa。为满足电厂20％THA的深调需求，考虑为原机组配备一套熔盐储热系统，深调阶段熔盐储热投运的基准工况对应为机组30％THA负荷，锅炉侧能够保持30％THA负荷稳定运行，汽轮发电机侧运行负荷深调至20％THA。
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系统方案描述
目前，燃煤机组耦合熔盐储热系统加热熔盐的技术路线主要分为三类：
第一类是从锅炉侧抽取一定温度的烟气来加热熔盐，由于与锅炉本体耦合程度较深，从系统复杂程度、系统控制和安全性方面考虑目前此路线还不成熟；
第二类是采用厂用电直接加热熔盐降低上网电量来达到深调目的，此技术路线系统简单目前国内已有示范项目投运，但系统效率偏低；
第三类是采用抽汽显热或潜热来加热熔盐［２］。
本机组经过与汽轮机厂配合，为保证高排不超温，同时分别抽取主、再热蒸汽流量加热熔盐，最多能使机组从30％THA降至24.5％THA负荷，不能再通过抽汽来进一步降低负荷。针对此情况，本文提出一种抽汽＋电加热联合式加热熔盐的系统方案，该方案能够实现机组深调负荷达到20％THA，同时在确保汽轮机安全稳定运行的前提下，避免由于抽取主汽流量过多导致的锅炉再热器超温问题，同时保证储放热系统效率处于较高水平。
本文熔盐储热方案采用抽汽＋电加热联合式加热熔盐的技术路线。抽汽蓄能模块方案为同时抽取主蒸汽和再热热段蒸汽，抽取的主蒸汽流量中的一部分用于凝结释放潜热来加热熔盐，凝结后去往给水管道与给水混合，剩下的主蒸汽抽汽量与熔盐换热经减温减压后去往再热器冷段管道，用于弥补由于主蒸汽抽汽引起的再热器流量的减少，主、再热蒸汽按一定比例抽取保证汽轮机高、中压缸进汽流量匹配，从而使机组发电负荷从30％THA降至24.5％THA，机组在24.5％THA至20％THA的负荷区间采用电加热熔盐储热方式。高温熔盐放热用于加热除氧器出口给水产生过热蒸汽，为保证储放热系统效率，考虑将产生的过热蒸汽送往再热器冷段管道进入锅炉再热系统，工艺系统如图１所示。
图１ 工艺系统图
本方案熔盐储热系统设备包含熔盐换热器Ａ、熔盐换热器Ｂ、相变换热器、熔盐换热器Ｃ和熔盐换热器Ｄ，熔盐电加热器，高低温熔盐立式储罐各１台。熔盐放热系统设备包含预热器、蒸发器、汽包和过热器各１台，系统中包含熔盐泵、熔盐阀、电伴热等相关辅机设备。为确保系统安全稳定运行，本方案采用成熟度较高的Hitec 三元熔盐（7％NaNO3＋40％NaNO2＋53％KNO3）作为蓄热介质。
３
计算结果及分析
本系统方案储热基准工况设定为30％THA，根据汽机热平衡图，30％THA负荷主汽参数为520℃／7.782ＭＰａ，再热蒸汽参数为520℃／1.454ＭPa。根据系统方案抽汽蓄能调峰区间为30％～24.5％THA，为满足调峰要求，同时抽取主、再热蒸汽，经过核算主汽抽汽量为72t/h，其中32t/h蒸汽用于释放显热和潜热加热熔盐冷凝为水，经过循环泵加压与给水参数匹配，剩余40t/h主汽只通过释放显热加热熔盐，换热后的蒸汽参数经过减温减压与冷段参数进行匹配。再热蒸汽抽汽量为30t/h用于加热熔盐，换热后的蒸汽参数经过减温减压与低压缸入口参数进行匹配。电加热熔盐蓄能调峰区间为30％～24.5％THA，电加热器设计功率为16ＭＷ。熔盐储热温度区间为200℃～405℃，储热设计时长4ｈ。
表１ 主／再热蒸汽抽汽参数表
表２熔盐储放热系统设计参数
通过系统热平衡计算，本熔盐储热系统总储热容量为184ＭＷｈ，Hitec三元熔盐总用量为2250ｔ，其中通过抽汽加热熔盐的储热容量为122ＭＷｈ，电加热熔盐部分的储热容量62ＭＷｈ。根据电厂需求，熔盐放热过程用于加热除氧器出口给水120t/h产生蒸汽去往再热器冷段管道回到原系统发电，经过计算储放热系统效率为56.3％。
４
结语
本文依托某新建350ＭＷ超临界机组灵活性调峰项目展开研究，为提高原机组的灵活性调峰能力提出为机组配备熔盐储热系统，熔盐加热方案采用抽汽＋电加热联合式加热的技术路线。储热过程同时抽取高温主汽和再热蒸汽，为最大程度利用抽取高温蒸汽携带的热量，抽取的主汽采用部分凝结释放潜热的方案，此方案的设计解决了由于抽取主汽流量过多导致的锅炉再热器壁温超温问题，该方案无需对新建燃煤机组方案做任何改动，在保证系统安全稳定高效运行的同时，能够使机组实现从30％THA负荷降至20％THA负荷的深调目标，本系统的提出可为火电机组灵活性调峰提供新思路。
作者：郑麒麟１，王禹朋１，苗闪闪１，殷亚宁１，２
１．哈尔滨哈锅能源动力科技有限公司；２．低碳热力发电技术与装备全国重点实验室（哈尔滨锅炉厂有限责任公司）
参考文献
［１］王坚，王辉．火电厂抽汽储能深度调峰技术研究［Ｊ］．电力勘测设计，２０２２（０６）：３０－３４．
［２］刘金恺，鹿院卫，魏海姣，等．熔盐储热辅助燃煤机组调峰系统设计及性能对比［Ｊ］．热力发电，２０２３，５２（０２）：１１１－１１８．
