在环境保护和能源结构调整的背景下，火电面临转型发展压力，在煤电去产能的形势下，燃煤背压热电联产凭借高效节能环保的优势，依然得到国家大力支持，属于国家鼓励类的技术行业，是淘汰落后抽凝热电项目的最佳替代方案，但背压热电项目存在稳定热负荷限制和不能热电解耦的问题，基于熔盐热储能的背压机组热电联产能够有效解决这两个问题，通过对抽凝热电项目技改分析，储热式背压机组热电联产能够极大拓展背压热电项目的应用范围，提高经济评价指标，具有很好技术经济可行性和市场推广价值。
(来源：北极星电力网 作者：张勇 作者单位：江苏中科智储科技有限公司)
关键字： 热储能 熔盐 背压热电联产
1、介绍
背压机组热电联产项目，凭借能源综合利用效率高、节能环保等优势，得到了国家大力的政策支持，《产业结构调整指导目录(2011年本)》明确将背压(抽背)型热电联产明确列为鼓励类产业。2016年发布的《热电联产管理办法》中，“热电联产项目应优先采用背压热电机组”，“优先并鼓励建设高效的背压式热电机组，因地制宜制定背压式热电机组税费支持政策”，正是在这样的政策环境下，背压热电联产近些年得到了快速发展。
与抽凝式热电联产机组相比，背压式热电联产机组没有凝汽器和循环水设备，结构简单、造价低，由于没有冷源损失，可以实现能源的高效利用，机组的热效率普遍可高达80%~90%[1]，是名副其实的节能环保型机组，然而，与其他的热电联产技术相比，背压式热电联产还存在一些不足，如下表所示：
从上表可以看出，背压热电联产项目具有能源利用效率高的优点，但由于背压机组供热和发电的耦合特性，热电联产通常采用“以热定电”方式运行，供热灵活性差，只能适用于有稳定热负荷的应用场景，也不能参与电网调峰，无法获得辅助服务收益。
2、技术说明
对于背压热电联产项目来说，当热负荷大幅波动，低于锅炉的最小负荷时，需要将过剩的蒸汽热能存储起来，工程技术经济难度较大;事实上，这种情况是由锅炉燃烧稳定性要求和热能生产过程的大惯性，与汽轮机热功转换和热能利用的需求波动性之间的矛盾造成的，如果在锅炉内将燃料的化学能直接转化为易存储的高温热能，将锅炉的热能生产与后续的热能利用分隔开，就能够有效解决背压热电联产面临的热电耦合和负荷波动问题，不仅能增加背压机组应对波动热负荷的能力，还能够使背压机组“以电定热”运行，满足电网的调峰需求。
基于熔盐热储能的背压热电联产技术是利用熔盐为工质的锅炉和熔盐热储能代替传统的以汽水为工质的锅炉，将燃料的化学能转化为高温熔盐热能，并存放在储热设备中，使热能的生产和利用分离，同时满足锅炉高效运行和系统发电供热灵活性要求，原理技术示意图如下所示：
如上图所示，背压机组的进汽来自熔盐热储能系统的换热器，蒸汽流量、温度、压力参数调节方便，能够快速响应电网调峰需求;另外，换热器产生的蒸汽还可直接对外供热，与背压机组排汽共同满足热负荷需求，在一定范围内，背压机组能够“以电定热”运行，实现联产系统的“热电解耦”目标。
2.1 设备说明
(1)熔盐锅炉
熔盐锅炉以熔融态无机盐作为工质，将燃料化学能转化为高温熔盐热能，属常压设备，安全性好，设备简单，技术成熟，广泛应用于化工、工业加热领域。熔盐锅炉采用循环流化床燃烧方式，具备煤种适应性广、燃烧效率高和低污染的特点，锅炉热效率不低于90%，是国内外公认的燃煤清洁高效利用方式。熔盐锅炉配置余热回收装置和脱硫脱硝除尘设备，能够满足锅炉能耗指标要求和的污染物超低排放指标要求。
(2)熔盐储热介质
一般采用二元无机盐，由60%硝酸钠和40%的硝酸钾组成，熔点为220℃，工作温度在290℃~565℃，热容量大，粘度较低，在600℃以下有良好的热稳定性[2]。
(3)熔盐储热设备
熔盐储热设备一般采用高、低温双罐储热方式，低温储热罐采用碳钢结构，高温储热罐采用不锈钢结构，外部敷设保温材料，具有较高的隔热保温效率，24小时保温效率不低于98%，在国内外太阳能光热发电工程中已有成功的实践应用[3]。
2.2工程项目说明
以工业园区抽凝式热电联产电厂技改，说明储热式背压联产的技术经济优势。热电厂采用循环流化床锅炉+抽凝式汽轮机供热发电，锅炉经过污染物排放控制技术改造，满足国家相关环保指标要求，但由于采用技术落后的小容量抽凝机组，按照《热电联产管理办法》，“单机容量10 万千瓦以下的燃煤抽凝小热电机组”，需要逐步替代关停。
热电厂的工程技术参数如下表所示：
另一方面，随着园区用热负荷的增加，热电厂的最大热负荷增加80%，最小热负荷不变为20t/h，最大负荷为80t/h，热负荷波动较大，典型热负荷曲线如下所示。
为减少热电厂供电煤耗，需要将抽凝机组改为背压机组，由于锅炉最小负荷限制，背压机组的供热范围为30~70t/h，而从上图可以看出，夜间热负荷只有20t/h，白天最大负荷为80t/h，超出了背压机组的供热范围，因此常规的抽凝机组改背压方案不可行;另外，考虑到未来的电力调峰市场需求，热电厂也需要一定的发电调节能力，因此，需要新的储热式背压式热电联产技术。
综合以上，热电厂技改方案形成以下技改需求和技改方案
根据以上技改需求，按照储热式背压机组设备配置方案，得到如下技改方案主设备技术参数：
储热式背压机组热电联产运行流程如下：
(1)储热阶段：晚上19:30至第二天8:30，热负荷为20t/h，处于低谷，熔盐锅炉维持最小负荷30t/h，背压机组排气量20t/h(不计背压机组损耗)，剩余热能存储在高温熔盐罐内，储热量为80MWh。
(2)放热阶段：白天8:30至晚上19:30，背压机组供热随热负荷在30t/h~70t/h波动，当背压机组最大供热无法满足尖峰负荷80t/h时，由熔盐储热设备直接通过换热器向热用户提供热能，将存储的热能释放。
(3)热电解耦：背压机组和熔盐换热器配合供热，背压机组“以电定热”运行，换热器补充供热，满足供热前提下的“热电解耦”。
3、经济性分析
储热式背压机组热电联产技改方案的主要设备增加了熔盐锅炉，储热设备和换热器，投资成本估算如表下所示：
将抽凝式热电项目改造为储热式背压机组热电项目，不考虑锅炉和汽轮机改造，估算增加的熔盐热储能设备和换热设备的投资约为2350万元。
在技改方案收益方面，抽凝热电改为储热式背压热电，能够取得以下方面的经济收益：
˙大幅降低热电厂供电煤耗，避免关停，而且能够提升项目的经济盈利能力;
˙大幅增加供热能力，增加供热收入;
˙能够参与电网调峰，获得辅助服务补偿。
综上所述，将抽凝小热电改造为储热式背压热电项目具有很好的技术经济可行。
4、结论
在煤电去产能、加快淘汰技术落后小热电的背景下，发展清洁高效背压热电成为许多园区热电厂、自备热电厂解决生存问题的有效出路。针对背压热电面临的需要稳定热负荷问题，以及热电耦合、不能调峰的问题，基于高温熔盐储热的背压热电联产技术有效解决了上述问题，具备如下技术优势：
1) 提高了背压热电联产项目应对热负荷大幅波动的能力，拓宽了背压机组的应用范围;
2) 具备了满足热负荷条件下的热电解耦能力，使背压机组参与电力市场调峰成为可能;
3) 避免锅炉负荷大幅波动，有利于锅炉高效运行和减少污染物排放;
4) 热储能设备具有储热效率高，储能密度高，占地面积小，经济性好的优点。
通过对抽凝小火电技改方案的初步分析，储热式背压机组热电技改方案工程技术难度低、投资成本低、预期收益高，具有很好的技术经济可行性，适合大规模推广应用。
5、参考文献
[1] 沈钢. 论热电联产中背压型机组节能优势及发展前景[J]. 资源节约与环保, 2014(4):2-2.
[2] 谢刚. 熔融盐理论与应用【M】. 北京:冶金工业出版社, 1998. 1-9
[3] 何梓年. 太阳能热利用. 合肥:中国科学技术大学出版社,2009.7
