一种火力发电、光热和超临界二氧化碳耦合发电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种火力发电、光热和超临界二氧化碳耦合发电系统及方法，系统包括火力发电系统、换热系统、聚光集热系统、熔盐储热系统和超临界二氧化碳发电系统，换热系统包括并联设置的第一蒸汽

【技术实现步骤摘要】
一种火力发电、光热和超临界二氧化碳耦合发电系统及方法


[0001]本专利技术属于火力发电
，具体涉及一种火力发电、光热和超临界二氧化碳耦合发电系统及方法。

技术介绍

[0002]太阳能是一种储量及其丰富的可再生能源，据估计每年到达地球表面的太阳辐射相当于130万亿吨标煤，是目前可开发量最大的可再生能源。充分利用太阳能转化为电力，减少化石能源燃烧产生二氧化碳是一条减碳的有效途径。与此同时太阳能具有间歇性、周期性和不可预测性的特点，大规模的太阳能发电将对电网的稳定性和安全性将形成威胁。为解决此问题，一方面可以为太阳能发电增加储能装置，利用储能系统削峰填谷，平滑太阳能发电的波动性，但此方法需要配置大规模的储能，存在储能成本较高、储能系统年利用小时较低的问题。另一方面也可以利用现有火电机组的调峰能力，将两者结合实现多能互补促进太阳能消纳，但此方法需要现有火电的灵活性较高，未来随着太阳能发电装机的快速增加，需要火电机组不断增加其调峰负荷范围，但目前我国火电机组的调峰负荷范围普遍不高，未来难以实现深度调峰，无法满足系能源大量并网带来的调峰需求。在此基础上，如何灵活配置多种能源发电的耦合系统，实现系统在各种工况下均能稳定出力是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种火力发电、光热和超临界二氧化碳耦合发电系统，实现多能互补利用，并具有良好的环境适应性和出力稳定性。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：一种火力发电、光热和超临界二氧化碳耦合发电系统，包括火力发电系统、换热系统、聚光集热系统、熔盐储热系统和超临界二氧化碳发电系统；
[0005]其中，火力发电系统包括依次连接的锅炉、汽轮机组和回热系统，汽轮机做功带动第一发电机发电；
[0006]换热系统包括并联设置的第一蒸汽
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熔盐换热器、第二蒸汽
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熔盐换热器以及蒸汽发生器；
[0007]熔盐储热系统包括并联设置的高温熔盐储罐、中温熔盐储罐、低温熔盐储罐，每台熔盐储罐上设置若干熔盐泵；
[0008]超临界二氧化碳系统包括依次连接的二氧化碳透平、熔盐
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二氧化碳换热器、高温回热器、预冷器和主压缩机，超临界二氧化碳透平做功带动第二发电机发电；
[0009]锅炉的出口分别与蒸汽
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熔盐换热系统的第一蒸汽
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熔盐换热器和第二蒸汽
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熔盐换热器的蒸汽入口相连，蒸汽
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熔盐换热系统的第一蒸汽
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熔盐换热器和第二蒸汽
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熔盐换热器的蒸汽出口分别与回热系统的蒸汽入口相连；
[0010]熔盐储热系统的低温熔盐储罐出口分别与聚光集热系统、蒸汽
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熔盐换热系统中
的第一蒸汽
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熔盐换热器和第二蒸汽
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熔盐换热器的熔盐入口相连，聚光集热系统和第一蒸汽
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熔盐换热器的熔盐出口与高温熔盐储罐的入口相连；第二蒸汽
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熔盐换热器的熔盐出口与中温熔盐储罐的入口相连；中温熔盐储罐出口分别与聚光集热系统和蒸汽
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熔盐换热系统中的蒸汽发生器的熔盐入口相连；聚光集热系统的熔盐出口与高温熔盐储罐的入口相连；蒸汽发生器的熔盐出口与低温熔盐储罐的熔盐入口相连；高温熔盐储罐出口与熔盐
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二氧化碳换热器的熔盐入口相连；熔盐
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二氧化碳换热器的熔盐出口与中温熔盐储罐的熔盐入口相连。
[0011]火力发电系统的锅炉出口至第一蒸汽
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熔盐换热器管道、锅炉出口至第二蒸汽
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熔盐换热器的管道、低温熔盐储罐至第一蒸汽
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熔盐换热器管道、低温熔盐储罐至第二蒸汽
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熔盐换热器管道、低温熔盐管道至聚光集热系统管道、中温熔盐储罐至聚光集热系统管道、中温熔盐储罐至蒸汽发生器管道、高温熔盐储罐至熔盐
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二氧化碳换热器管道以及火力发电系统的汽轮机组出口至蒸汽发生器的管道上均设置可调节型阀门。
[0012]通过控制第一阀门的开度可以控制由火力发电系统进入第一蒸汽
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熔盐换热器的蒸汽流量，实现火力发电系统引出蒸汽与低温熔盐换热产生高温熔盐；通过控制第二阀门的开度可以控制由火力发电系统进入第二蒸汽
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熔盐换热器的蒸汽流量，实现火力发电系统引出蒸汽与低温熔盐换热产生中温熔盐；通过控制第三阀门的开度可以控制进入第一蒸汽
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熔盐换热器的低温熔盐流量，实现换热器出口高温熔盐温度的控制；通过控制第四阀门的开度可以控制进入第二蒸汽
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熔盐换热器的低温熔盐流量，实现换热器出口中温熔盐温度的控制；通过控制第五阀门的开度可以控制进入聚光集热系统的低温熔盐流量，实现聚光集热系统出口高温熔盐温度的控制；通过控制第六阀门的开度可以控制进入聚光集热系统的中温熔盐流量，实现聚光集热系统出口高温熔盐温度的控制；通过控制第七阀门的开度可以控制进入聚光集热系统的中温熔盐流量，实现聚光集热系统出口高温熔盐温度的控制；通过控制第八阀门的开度可以控制进入熔盐
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二氧化碳换热器的高温熔盐流量，实现换热器出口中温熔盐和二氧化碳介质温度的控制；通过控制第九阀门的开度可以控制进入蒸汽发生器的中温熔盐流量，实现换热器出口低温熔盐和蒸汽介质温度的控制。
[0013]聚光集热系统为塔式、槽式或菲涅尔式；当为塔式时，包括吸热塔和位于塔顶的吸热器；当为槽式时，包括若干并联的槽式集热器；当为菲涅尔式时，包括若干并联的菲涅尔式集热器。
[0014]回热系统包括多级高压加热器、除氧器和多级低压加热器。
[0015]第一蒸汽
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熔盐换热器和第二蒸汽
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熔盐换热器为单级或多级串联；蒸汽发生器包括预热器、蒸发器和过热器。
[0016]所述高温回热器和预冷器均为单级或多级串联。
[0017]主压缩机可为单级压缩机或多级串联压缩机，当为多级串联时，各级之间设置冷却装置。
[0018]所述熔盐采用包括硝酸钠和硝酸钾的二元熔盐；所述熔盐管道均设置电伴热。
[0019]本专利技术所述火力发电、光热和超临界二氧化碳耦合发电系统的运行方法，包括以下运行模式：
[0020]1)当白天太阳资源条件较好，系统处于用电负荷低谷时段时，系统中的火力发电系统、换热系统、聚光集热系统以及熔盐储热系统运行，超临界二氧化碳发电系统不运行；
[0021]2)当白天太阳能资源条件较好，系统处于用电负荷平峰时段时，系统中的火力发电系统、聚光集热系统以及熔盐储热系统运行，换热系统和超临界二氧化碳发电系统不运行；
[0022]3)当白天太阳资源条件较好，系统处于用电负荷高峰时段时，系统中的火力发电系统、换热系统、聚光集热系统、熔盐储热系统、超临界二氧化碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火力发电、光热和超临界二氧化碳耦合发电系统，其特征在于：包括火力发电系统(1)、换热系统(2)、聚光集热系统(3)、熔盐储热系统(4)和超临界二氧化碳发电系统(5)；其中，火力发电系统(1)包括依次连接的锅炉(11)、汽轮机组(12)和回热系统(13)，汽轮机做功带动第一发电机(14)发电；换热系统(2)包括并联设置的第一蒸汽
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熔盐换热器(21)、第二蒸汽
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熔盐换热器(22)以及蒸汽发生器(23)；熔盐储热系统(4)包括并联设置的高温熔盐储罐(41)、中温熔盐储罐(42)、低温熔盐储罐(43)，每台熔盐储罐上设置若干熔盐泵；超临界二氧化碳系统(5)包括依次连接的二氧化碳透平(51)、熔盐
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二氧化碳换热器(52)、高温回热器(53)、预冷器(54)和主压缩机(55)，超临界二氧化碳透平做功带动第二发电机(56)发电；锅炉(11)的出口分别与蒸汽
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熔盐换热系统(2)的第一蒸汽
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熔盐换热器(21)和第二蒸汽
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熔盐换热器(22)的蒸汽入口相连，蒸汽
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熔盐换热系统(2)的第一蒸汽
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熔盐换热器(21)和第二蒸汽
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熔盐换热器(22)的蒸汽出口分别与回热系统(13)的蒸汽入口相连；熔盐储热系统(4)的低温熔盐储罐(41)出口分别与聚光集热系统(3)、蒸汽
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熔盐换热系统(2)中的第一蒸汽
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熔盐换热器(21)和第二蒸汽
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熔盐换热器(22)的熔盐入口相连，聚光集热系统(3)和第一蒸汽
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熔盐换热器(21)的熔盐出口与高温熔盐储罐(41)的入口相连；第二蒸汽
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熔盐换热器(22)的熔盐出口与中温熔盐储罐(42)的入口相连；中温熔盐储罐(42)出口分别与聚光集热系统(3)和蒸汽
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熔盐换热系统(2)中的蒸汽发生器(23)的熔盐入口相连；聚光集热系统(3)的熔盐出口与高温熔盐储罐(41)的入口相连；蒸汽发生器(23)的熔盐出口与低温熔盐储罐(43)的熔盐入口相连；高温熔盐储罐(41)出口与熔盐
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二氧化碳换热器(52)的熔盐入口相连；熔盐
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二氧化碳换热器(52)的熔盐出口与中温熔盐储罐的熔盐入口相连。2.根据权利要求1所述的一种火力发电、光热和超临界二氧化碳耦合发电系统，其特征在于：火力发电系统(1)的锅炉出口至第一蒸汽
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熔盐换热器管道、锅炉出口至第二蒸汽
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熔盐换热器的管道、低温熔盐储罐至第一蒸汽
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熔盐换热器管道、低温熔盐储罐至第二蒸汽
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熔盐换热器管道、低温熔盐管道至聚光集热系统管道、中温熔盐储罐至聚光集热系统管道、中温熔盐储罐至蒸汽发生器管道、高温熔盐储罐至熔盐
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二氧化碳换热器管道以及火力发电系统的汽轮机组出口至蒸汽发生器的管道上均设置可调节型阀门。3.根据权利要求2所述的一种火力发电、光热和超临界二氧化碳耦合发电系统，其特征在于：通过控制第一阀门的开度可以控制由火力发电系统进入第一蒸汽
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熔盐换热器的蒸汽流量，实现火力发电系统引出蒸汽与低温熔盐换热产生高温熔盐；通过控制第二阀门的开度可以控制由火力发电系统进入第二蒸汽
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熔盐换热器的蒸汽流量，实现火力发电系统引出蒸汽与低温熔盐换热产生中温熔盐；通过控制第三阀门的开度可以控制进入第一蒸汽
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熔盐换热器的低温熔盐流量，实现换热器出口高温熔盐温度的控制；通过控制第四阀门的开度可以控制进入第二蒸汽
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熔盐换热器的低温熔盐流量，实现换热器出口中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智博，宋江文，苑晔，王海霞，马欣强，晋若男，郭丽，谷云程，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：