本发明专利涉及一种用于燃机热电联产机组的热电解耦系统及方法，主要适用于不同容量燃机热电联产机组。
背景技术：
我国热电联产装机容量已达到16655万kw，占同容量火电机组的24.02％，占全国发电机组总容量的17.23％，其中绝大部分为燃煤供热机组，对于处于城市内的用电、用热负荷中心逐步采用燃机热电联产机组，装机规模超过1200万kw，供热流量超过1900t/h。天然气进入燃气轮机发电后，450℃～620℃的烟气引入余热锅炉进行回收，产生蒸汽对外供热或者驱动汽轮发电机组发电，汽轮机中间抽汽供热，燃机热电联产机组具有占地小、启停灵活等优点，粉尘、灰渣、so2及nox排放量极小，co2和用水量只有燃煤机组的1/2、1/3。以其节能环保、能源利用率高、启动运行灵活等诸多优点，已成为我国在城市中心解决电力负荷过于集中、排放过于集中等问题的利器。
2018年中国天然气产量将超1603亿立方米，中国天然气表观消费量达2803亿立方米，同比增长17.5％，近十年间我国天然气消费量年均增长190.7亿立方米，供应缺口不断扩大。燃机热电联产装机容量较多沿海地区，例如浙江2018年全省天然气消费增长更是超过全国增长率，达到28.6％，天然气供应更是偏紧。当前上游陆上天然气供应淡季不淡、价格居高不下，淡季气价仍维持供暖季20％上浮水平，由于国内天然气开采量有限，供应增长主要依靠进口lng，进口lng价格高于陆上天然气，推高了我国气源价格水平。目前我国燃机热电联产机组由于供气受限、气价高，发电成本高导致运行小时数低。
以沿海地区为例，燃机热电联产机组年运行小时数约2500小时，燃机基本上昼开夜停、白天燃机负荷率70％。供热一般除过年前后累计20天停止外，其他时间均需连续供热，夜间供热负荷一般为白天的60～70％。按平均供热流量计算全年供热小时数约5000小时。燃机停运时通过燃气锅炉保持对外供热，燃气锅炉全年需运行3500小时。据统计，燃气蒸汽锅炉每吨蒸汽需燃烧85nm3天然气，仅燃料成本每吨蒸汽超过250元，天然气锅炉直接燃烧天然气产生蒸汽，未能对天然气梯级利用。
而燃机热电联产机组通过热电联产、梯级利用，每吨蒸汽所需45～50nm3天然气。尽可能采用燃机排放的高温烟气产生蒸汽，比直接燃烧天然气产生蒸汽有利于提高能源利用效率，为社会降低用能成本。因此，提出一种用于燃机热电联产机组的热电解耦系统及方法，就显得尤为重要。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种用于燃机热电联产机组的热电解耦系统及方法。
这种用于燃机热电联产机组的热电解耦系统，包括：熔盐蓄放热系统、余热锅炉、烟囱、燃气轮机、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、发电机和用热用户；所述熔盐蓄放热系统包括高温熔盐罐、高温熔盐泵、低温熔盐罐、低温熔盐泵、烟气熔盐换热器、除氧水箱、水泵、熔盐预热器、熔盐蒸汽发生器、熔盐蒸汽过热器；
所述高温熔盐罐的出口与高温熔盐泵的入口相连；所述高温熔盐泵的出口与熔盐预热器、熔盐蒸汽发生器、熔盐蒸汽过热器按照熔盐蒸汽过热器、熔盐蒸汽发生器、熔盐预热器的顺序相连接；所述熔盐预热器连接低温熔盐罐的入口；所述低温熔盐罐的出口与低温熔盐泵的入口相连；低温熔盐泵的出口与烟气熔盐换热器的入口a相连；烟气熔盐换热器上与入口a相对应的出口a与高温熔盐罐的入口相连；
所述除氧水箱的出口与水泵的入口相连；水泵的出口与熔盐预热器、熔盐蒸汽发生器、熔盐蒸汽过热器按照熔盐预热器、熔盐蒸汽发生器、熔盐蒸汽过热器的顺序相连；熔盐蒸汽过热器连接用热用户；
所述燃气轮机与烟气熔盐换热器的入口b相连；烟气熔盐换热器上与入口b对应的出口b与烟囱相连；所述燃气轮机还与余热锅炉相连；余热锅炉与烟囱相连；所述余热锅炉还与汽轮机中压缸的一端相连；所述汽轮机中压缸的另一端与汽轮机低压缸相连；汽轮机低压缸还连接发电机；汽轮机低压缸还连接用热用户。
作为优选，所述高温熔盐罐和低温熔盐罐中的熔盐为低熔点的三元熔盐或复合熔盐。
作为优选，所述燃气轮机包括小型燃机、中型燃机和大型燃机；燃气轮机的单机容量为2mw～470mw；燃气轮机的排烟温度为400℃～650℃。
作为优选，所述高温熔盐罐和低温熔盐罐每24h温降小于或等于1.5℃，高温熔盐罐和低温熔盐罐单次蓄热后可连续供热1～7天。
作为优选，所述除氧水箱储存有用于转变蒸汽的除盐水或饱和除氧水；所述饱和除氧水为常温的除氧水或加热后的除氧水。
这种用于燃机热电联产机组的热电解耦系统的运行方法，包括以下步骤：
步骤1、当燃机热电联产机组运行时，熔盐蓄放热系统调整到蓄热模式，从燃气轮机的排烟管道抽出高温烟气至烟气熔盐换热器加热低温熔盐罐中的熔盐，加热后的熔盐储存在高温熔盐罐中；烟气熔盐换热器加热后的烟气通过烟囱排出；由于减少了高温烟气进入到余热锅炉，发电机的发电负荷减少，减少的发电负荷通过提高燃气轮机的发电负荷进行平衡；
步骤2、当燃机热电联产机组停运时，熔盐蓄放热系统调整到放热模式，从除氧水箱抽取除盐水或饱和除氧水通过水泵升压后，除盐水或饱和除氧水在熔盐预热器、熔盐蒸汽发生器和熔盐蒸汽过热器中被高温熔盐加热发生相变；高温熔盐放热将除盐水或饱和除氧水转化为过热蒸汽；产生的过热蒸汽供应至用热用户。
作为优选，步骤1所述熔盐蓄放热系统调整到放热模式后，每吨蒸汽节约天然气40～50％。
作为优选，步骤2所述水泵用于增压，水泵的出口压力由供热蒸汽压力决定，水泵的出口压力高于供热蒸汽压力。
作为优选，步骤2所述燃机热电联产机组停运时，汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、发电机和余热锅炉均停运。
本发明的有益效果是:
(1)利用已在燃机发电后的高温烟气加热熔盐蓄热，避免了直燃锅炉带来的高能耗，有利于减少天然气消耗，降低蒸汽成本。
(2)与现有蓄热式电锅炉调峰技术相比，避免了高品质电力转化为蒸汽带来的能耗高的问题。
(3)本发明不进行燃气轮机及余热锅炉改造，只增加一套熔盐蓄放热系统，实现燃机热电联产机组热电解耦，解决了因燃机停用而被迫采用高能耗的直燃蒸汽锅炉的问题。
附图说明
图1为用于燃机热电联产机组的热电解耦系统流程图。
附图标记说明：高温熔盐罐1、高温熔盐泵2、低温熔盐罐3、低温熔盐泵4、烟气熔盐换热器5、除氧水箱6、水泵7、熔盐预热器8、熔盐蒸汽发生器9、熔盐蒸汽过热器10、余热锅炉11、烟囱12、燃气轮机13、汽轮机中压缸14、汽轮机低压缸15、发电机16、用热用户17。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
本发明的目的在于充分利用燃机热电联产机组高效、经济运行能力，尽可能减少因燃机停用而导致开启直燃蒸汽锅炉，提高能源利用水平，降低蒸汽用汽成本。
为提高燃机热电联产机组调峰能力或者提高供热经济性和安全性，本发明公布了一种基于用于燃机热电联产机组的热电解耦技术及系统。
这种用于燃机热电联产机组的热电解耦系统，包括：熔盐蓄放热系统、余热锅炉11、烟囱12、燃气轮机13、汽轮机中压缸14、汽轮机低压缸15、发电机16和用热用户17；所述熔盐蓄放热系统包括高温熔盐罐1、高温熔盐泵2、低温熔盐罐3、低温熔盐泵4、烟气熔盐换热器5、除氧水箱6、水泵7、熔盐预热器8、熔盐蒸汽发生器9、熔盐蒸汽过热器10；
所述高温熔盐罐1的出口与高温熔盐泵2的入口相连；所述高温熔盐泵2的出口与熔盐预热器8、熔盐蒸汽发生器9、熔盐蒸汽过热器10按照熔盐蒸汽过热器10、熔盐蒸汽发生器9、熔盐预热器8的顺序相连接；所述熔盐预热器8连接低温熔盐罐3的入口；所述低温熔盐罐3的出口与低温熔盐泵4的入口相连；低温熔盐泵4的出口与烟气熔盐换热器5的入口a相连；烟气熔盐换热器5上与入口a相对应的出口a与高温熔盐罐1的入口相连；
所述除氧水箱6的出口与水泵7的入口相连；水泵7的出口与熔盐预热器8、熔盐蒸汽发生器9、熔盐蒸汽过热器10按照熔盐预热器8、熔盐蒸汽发生器9、熔盐蒸汽过热器10的顺序相连；熔盐蒸汽过热器10连接用热用户17；
所述燃气轮机13与烟气熔盐换热器5的入口b相连；烟气熔盐换热器5上与入口b对应的出口b与烟囱12相连；所述燃气轮机13还与余热锅炉11相连；余热锅炉11与烟囱12相连；所述余热锅炉11还与汽轮机中压缸14的一端相连；所述汽轮机中压缸14的另一端与汽轮机低压缸15相连；汽轮机低压缸15还连接发电机16；汽轮机低压缸15还连接用热用户17。
所述高温熔盐罐1和低温熔盐罐3中的熔盐为低熔点的三元熔盐或复合熔盐。
所述燃气轮机13包括小型燃机、中型燃机和大型燃机；燃气轮机13的单机容量为2mw～470mw；燃气轮机13的排烟温度为400℃～650℃。
所述高温熔盐罐1和低温熔盐罐3每24h温降小于或等于1.5℃，高温熔盐罐1和低温熔盐罐3单次蓄热后可连续供热1～7天。
所述除氧水箱6储存有用于转变蒸汽的除盐水或饱和除氧水；所述饱和除氧水为常温的除氧水或加热后的除氧水。
实施例：
以一台9f燃机机组为例，在额定工况下发电功率为340mw，燃机排放的烟气温度604℃，烟气流量2355t/h，高温烟气焓值653kj/kg，额定供热流量100t/h，供热参数为1.7mpa、260℃，蒸汽焓值3010kj/kg，设计一套容量为950mwh燃机烟气加热熔盐蓄热调峰系统，该套系统单次产汽量1200t，产汽并入工业蒸汽供应管道上。
其中烟气熔盐换热器换热面积1800㎡，熔盐蒸汽发生器1200㎡，熔盐蒸汽过热器60㎡，低温、高温熔盐泵设计流量650t/h，水泵设计流量100t/h、设计扬程80m，低温、高温熔盐罐半径8m、高12m，熔盐3000t，整个系统占地面积600㎡，工程总投资约8200万。
蓄热流程：604℃高温烟气从燃机出口以每小时500吨流量引至烟气熔盐换热器，烟气流量占总流量的23％，蓄热时间随燃机运行时间而定。130℃低温熔盐通过低温熔盐泵从低温熔盐罐以每小时650吨的流量输送至烟气熔盐换热器与燃机排放的高温烟气进行换热，熔盐加热至420℃储存在高温熔盐罐中，高温烟气在烟气熔盐换热器烟气温度降至110℃，通过原有烟囱对外排放。
放热流程：420℃高温熔盐通过高温熔盐泵从高温熔盐罐以每小时600吨的流量输送至熔盐蒸汽过热器10、熔盐蒸汽发生器9、熔盐预热器8，从除氧水箱出水口引出20～100t/h饱和除氧水经过熔盐加热后产生1.7mpa、260℃的蒸汽，产生的20～100t/h蒸汽供至热用户。
一套容量为950mwh燃机烟气熔盐蓄热调峰系统，该套系统单次产汽量1200吨，额定产汽量100t/h，最小产汽量20t/h，熔盐蓄热罐每24h温降1℃，单次蓄热可连续使用3～5天，相比直燃蒸汽锅炉每吨蒸汽天然气消耗减少40m3，每m3天然气价格按3元计算，熔盐蓄热放热效率按95％计算，每吨蒸汽可减少114元，每年可减少4104万元，项目可在2年内收回投资，经济及社会效益明显。
1.一种用于燃机热电联产机组的热电解耦系统，其特征在于，包括：熔盐蓄放热系统、余热锅炉(11)、烟囱(12)、燃气轮机(13)、汽轮机中压缸(14)、汽轮机低压缸(15)、发电机(16)和用热用户(17)；所述熔盐蓄放热系统包括高温熔盐罐(1)、高温熔盐泵(2)、低温熔盐罐(3)、低温熔盐泵(4)、烟气熔盐换热器(5)、除氧水箱(6)、水泵(7)、熔盐预热器(8)、熔盐蒸汽发生器(9)、熔盐蒸汽过热器(10)；
所述高温熔盐罐(1)的出口与高温熔盐泵(2)的入口相连；所述高温熔盐泵(2)的出口与熔盐预热器(8)、熔盐蒸汽发生器(9)、熔盐蒸汽过热器(10)按照熔盐蒸汽过热器(10)、熔盐蒸汽发生器(9)、熔盐预热器(8)的顺序相连接；所述熔盐预热器(8)连接低温熔盐罐(3)的入口；所述低温熔盐罐(3)的出口与低温熔盐泵(4)的入口相连；低温熔盐泵(4)的出口与烟气熔盐换热器(5)的入口a相连；烟气熔盐换热器(5)上与入口a相对应的出口a与高温熔盐罐(1)的入口相连；
所述除氧水箱(6)的出口与水泵(7)的入口相连；水泵(7)的出口与熔盐预热器(8)、熔盐蒸汽发生器(9)、熔盐蒸汽过热器(10)按照熔盐预热器(8)、熔盐蒸汽发生器(9)、熔盐蒸汽过热器(10)的顺序相连；熔盐蒸汽过热器(10)连接用热用户(17)；
所述燃气轮机(13)与烟气熔盐换热器(5)的入口b相连；烟气熔盐换热器(5)上与入口b对应的出口b与烟囱(12)相连；所述燃气轮机(13)还与余热锅炉(11)相连；余热锅炉(11)与烟囱(12)相连；所述余热锅炉(11)还与汽轮机中压缸(14)的一端相连；所述汽轮机中压缸(14)的另一端与汽轮机低压缸(15)相连；汽轮机低压缸(15)还连接发电机(16)；汽轮机低压缸(15)还连接用热用户(17)。
2.根据权利要求1所述的用于燃机热电联产机组的热电解耦系统，其特征在于：所述高温熔盐罐(1)和低温熔盐罐(3)中的熔盐为低熔点的三元熔盐或复合熔盐。
3.根据权利要求1所述的用于燃机热电联产机组的热电解耦系统，其特征在于：所述燃气轮机(13)包括小型燃机、中型燃机和大型燃机；燃气轮机(13)的单机容量为2mw～470mw；燃气轮机(13)的排烟温度为400℃～650℃。
4.根据权利要求1所述的用于燃机热电联产机组的热电解耦系统，其特征在于：所述高温熔盐罐(1)和低温熔盐罐(3)每24h温降小于或等于1.5℃，高温熔盐罐(1)和低温熔盐罐(3)单次蓄热后可连续供热1～7天。
5.根据权利要求1所述的用于燃机热电联产机组的热电解耦系统，其特征在于：所述除氧水箱(6)储存有用于转变蒸汽的除盐水或饱和除氧水；所述饱和除氧水为常温的除氧水或加热后的除氧水。
6.一种如权利要求1所述的用于燃机热电联产机组的热电解耦系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、当燃机热电联产机组运行时，熔盐蓄放热系统调整到蓄热模式，从燃气轮机(13)的排烟管道抽出高温烟气至烟气熔盐换热器(5)加热低温熔盐罐(3)中的熔盐，加热后的熔盐储存在高温熔盐罐(1)中；烟气熔盐换热器(5)加热后的烟气通过烟囱(12)排出；由于减少了高温烟气进入到余热锅炉(11)，发电机(16)的发电负荷减少，减少的发电负荷通过提高燃气轮机(13)的发电负荷进行平衡；
步骤2、当燃机热电联产机组停运时，熔盐蓄放热系统调整到放热模式，从除氧水箱(6)抽取除盐水或饱和除氧水通过水泵(7)升压后，除盐水或饱和除氧水在熔盐预热器(8)、熔盐蒸汽发生器(9)和熔盐蒸汽过热器(10)中被高温熔盐加热发生相变；高温熔盐放热将除盐水或饱和除氧水转化为过热蒸汽；产生的过热蒸汽供应至用热用户(17)。
7.根据权利要求6所述的用于燃机热电联产机组的热电解耦系统的运行方法，其特征在于：步骤1所述熔盐蓄放热系统调整到放热模式后，每吨蒸汽节约天然气40～50％。
8.根据权利要求6所述的用于燃机热电联产机组的热电解耦系统的运行方法，其特征在于：步骤2所述水泵(7)用于增压，水泵(7)的出口压力由供热蒸汽压力决定，水泵(7)的出口压力高于供热蒸汽压力。
9.根据权利要求6所述的用于燃机热电联产机组的热电解耦系统的运行方法，其特征在于：步骤2所述燃机热电联产机组停运时，汽轮机中压缸(14)、汽轮机低压缸(15)、发电机(16)和余热锅炉(11)均停运。
技术总结