一種太陽能與生物質能互補的發電系統的製作方法

2023-07-30 07:49:36

一種太陽能與生物質能互補的發電系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種太陽能與生物質能互補的發電系統，包括：槽式太陽能集熱子系統，包括太陽能集熱場、油水換熱器和導熱油泵，用於接收聚集太陽輻射能量，通過油水換熱器將給水加熱為一定溫度的水或蒸汽，並利用導熱油餘熱代替蒸汽輪機的部分或全部高壓缸抽氣，加熱低溫給水；生物質補燃子系統，包括生物質鍋爐、過熱器、再熱器和空氣預熱器，用於產生高溫煙氣並將油水換熱器出口產物和高壓缸出口蒸汽加熱為高溫高壓蒸汽；動力發電子系統，包括蒸汽輪機和發電機組，用於將接收的熱能轉化為電能並輸出。利用本發明，既解決了槽式太陽能單獨熱發電系統主蒸汽參數低的問題，又可降低生物質的用量，減少生物質資源收集、運輸和儲存的成本。
【專利說明】一種太陽能與生物質能互補的發電系統

【技術領域】
[0001]本發明涉及可再生能源【技術領域】，尤其是一種太陽能與生物質能互補的發電系統，特別是一種利用生物質燃料補燃提高動力蒸汽參數的發電系統。

【背景技術】
[0002]21世紀能源結構的變革勢在必行，可再生能源以其取之不盡和清潔環保等優勢將逐漸取代化石能源，其中太陽能熱發電和生物質能發電是兩種重要的可再生能源利用方式，得到了國際學術界和工業界的高度關注。
[0003]太陽能熱發電技術是利用太陽能聚光技術將太陽輻射能轉換成熱能，然後通過熱力循環進行發電。根據聚光技術的不同將太陽能熱發電系統分為槽式、塔式和碟式三類，目前槽式太陽能熱發電技術較為成熟，已有商業化電站運行。但因受導熱油高溫分解變質的限制，目前通常使用的導熱油的最高工作溫度不宜高於400°C，汽輪機入口主蒸汽參數最高約為370°C至380°C，主蒸汽參數較低嚴重製約了系統發電效率的提高，很大程度導致了槽式太陽能熱發電技術大規模開發利用成本居高不下，在經濟上上無法與常規的化石能源相競爭。
[0004]生物質能發電是通過鍋爐燃燒生物質加熱工質，然後通過朗肯循環進行發電。生物質通過光合作用將大氣中的二氧化碳轉化為含碳組分燃料，因此生物質燃燒不會造成地球大氣中二氧化碳總量的增加。但是由於生物質本身熱值較低，單純生物質能發電原料需求量很大，而生物質資源收集、運輸和儲存成本較高，導致單純生物質能發電規模較小且成本較高。


【發明內容】

[0005](一 )要解決的技術問題
[0006]有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種太陽能與生物質能互補的發電系統，以解決槽式太陽能單獨熱發電系統主蒸汽參數低的問題。
[0007]( 二 )技術方案
[0008]為達到上述目的，本發明提供了一種太陽能與生物質能互補的發電系統，該系統包括槽式太陽能集熱子系統、生物質補燃子系統和動力發電子系統，其中:所述槽式太陽能集熱子系統包括太陽能集熱場1、油水換熱器10和導熱油泵2，用於接收聚集太陽輻射能量，通過油水換熱器將給水加熱為一定溫度的水或蒸汽，並利用導熱油餘熱代替蒸汽輪機的部分或全部高壓缸加熱低溫給水；所述生物質補燃子系統包括生物質鍋爐11、過熱器
12、再熱器13和空氣預熱器14，用於產生高溫煙氣並將油水換熱器10出口產物和高壓缸15出口蒸汽加熱為500°C以上的高溫高壓蒸汽；所述動力發電子系統包括蒸汽輪機的高壓缸15、中壓缸16、低壓缸17和發電機組18，用於將接收的熱能轉化為電能並輸出。
[0009]上述方案中，導熱油經槽式太陽能集熱場被加熱後進入油水換熱器10，將油水換熱器10中的給水加熱成一定溫度的水或蒸汽。給水經過油水換熱器10，通過導熱油間接吸收太陽能變為一定溫度的水或蒸汽，再進入過熱器12，被生物質鍋爐11產生的高溫煙氣加熱轉變為500°C以上高溫高壓蒸汽，該高溫高壓蒸汽進入蒸汽輪機的高壓缸15膨脹作功，高壓缸15出口蒸汽進入再熱器13，被高溫煙氣加熱轉變為500°C以上再熱蒸汽，該再熱蒸汽依次通過蒸汽輪機是中壓缸16和低壓缸17膨脹作功，然後通過發電機組18進行發電。
[0010]上述方案中，該系統還包括冷凝器9、凝結水泵8、低壓給水加熱器組7、除氧器6、高壓水泵5、第二級高壓給水加熱器4和第一級高壓給水加熱器3 ;導熱油在油水換熱器10中放熱後再通過第一級高壓給水加熱器3，代替第一級高壓缸抽氣加熱給水，或者依次通過第一級高壓給水加熱器3和第二級高壓給水加熱器4，代替全部高壓缸抽氣加熱給水，因換熱而溫度下降的導熱油再經導熱油泵2進入槽式太陽能集熱子系統，實現導熱油路的循環；高溫高壓蒸汽在蒸汽輪機中膨脹作功後變為乏汽，該乏汽經冷凝器9凝結成水，由凝結水泵8加壓後依次通過低壓給水加熱器組7、除氧器6、高壓水泵5、第二級高壓給水加熱器4和第一級高壓給水加熱器3，再進入油水換熱器10，實現水路的循環。
[0011]上述方案中，所述太陽能集熱場I通過導熱油迴路間接加熱給水，或者通過直接蒸汽產生技術直接加熱給水。
[0012]上述方案中，生物質鍋爐11產生的高溫煙氣依次通過過熱器12、再熱器13和空氣預熱器14後排入環境。
[0013](三)有益效果
[0014]從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果:
[0015]1、利用本發明，給水經過油水換熱器，通過導熱油間接吸收中低溫太陽能或直接進入太陽能集熱場吸收中低溫太陽能變為一定溫度的水或蒸汽，再由生物質鍋爐產生的高溫煙氣加熱變為500°C以上高溫高壓蒸汽，實現了能的高效利用，減少了利用過程中的熱量損失。
[0016]2、利用本發明，採用太陽能與生物質能互補發電，較之於傳統的槽式太陽能單獨熱發電，可得到較高的動力循環效率，實現太陽能的高質轉化，較之於傳統的生物質能發電，可降低生物質的用量，減少生物質資源收集、運輸和儲存的成本。
[0017]3、利用本發明，採用導熱油餘熱代替蒸汽輪機高壓缸的第一級抽氣或全部抽氣加熱低溫給水，顯著增加了汽輪機作功。
[0018]4、利用本發明，採用空氣預熱器吸收尾部煙道中低溫煙氣的熱量，降低了排煙溫度，提高了鍋爐效率，同時強化了燃料著火和燃燒過程。
[0019]5、利用本發明，給水吸收的熱量來自於太陽能和生物質能兩種清潔能源，實現了二氧化碳的零排放，達到綠色環保電廠的要求。
[0020]6、本發明在實際運行過程中，槽式太陽能集熱子系統和生物質補燃子系統既相互獨立又有機結合，具有很強的靈活性，在輻照高於設計點時，增加給水流量或減少生物質進料量以保證主蒸汽參數不變；在輻照低於設計點的時段，減少給水流量或增加生物質進料量以保證主蒸汽參數不變，太陽能利用的可靠性和穩定性顯著增強。
[0021]7、本發明對我國的中西部，如新疆、青海等地區具有更大優勢，這些地區太陽能輻照資源良好且生物質資源豐富，並且存在大量技術落後的中小規模火電機組需要拆除，可以充分利用拆除下來的汽輪機，節省採購費用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發明提供的取消第一級高壓缸抽氣的太陽能與生物質能互補的發電系統的結構示意圖；
[0023]圖2為本發明提供的取消全部高壓缸抽氣的太陽能與生物質能互補的發電系統的結構不意圖；
[0024]其中，各部件及相應的標記為:1_太陽能集熱場；2_導熱油泵；3-第一級高壓給水加熱器；4_第二級高壓給水加熱器；5_高壓水泵；6_除氧器；7_低壓給水加熱器組；8-凝結水泵；9_冷凝器；10-油水換熱器；11-生物質鍋爐；12_過熱器；13_再熱器；14_空氣預熱器；15-高壓缸；16_中壓缸；17_低壓缸；18-發電機組。

【具體實施方式】
[0025]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0026]本發明在現有已商業化的槽式太陽能發電電站系統的基礎上，系統集成創新，提出了一種太陽能與生物質能互補的發電系統，與傳統槽式太陽能發電電站系統相比，本發明通過採用部分生物質燃料補燃的方法，利用生物質燃料燃燒產生的高溫煙氣對太陽能集熱場出口產物加熱，使其變為500°C以上高溫高壓蒸汽，顯著提高了動力蒸汽參數，進而提高了動力循環的發電效率，特別適合在中國西北部太陽能與生物質能都很豐富的地區，具有很好的商業化前景。
[0027]如圖1和圖2所示，圖1為本發明提供的取消第一級高壓缸抽氣的太陽能與生物質能互補的發電系統的結構示意圖，圖2為本發明提供的取消全部高壓缸抽氣的太陽能與生物質能互補的發電系統的結構示意圖。本發明提供的太陽能與生物質能互補的發電系統包括槽式太陽能集熱子系統、生物質補燃子系統和動力發電子系統，其中:所述槽式太陽能集熱子系統包括太陽能集熱場1、油水換熱器10和導熱油泵2，用於接收聚集太陽輻射能量，通過油水換熱器將給水加熱為一定溫度的水或蒸汽，並利用導熱油餘熱代替蒸汽輪機的部分或全部高壓缸加熱低溫給水；所述生物質補燃子系統包括生物質鍋爐11、過熱器
12、再熱器13和空氣預熱器14，用於產生高溫煙氣並將油水換熱器10出口產物和高壓缸15出口蒸汽加熱為500°C以上的高溫高壓蒸汽；所述動力發電子系統包括蒸汽輪機的高壓缸15、中壓缸16、低壓缸17和發電機組18，用於將接收的熱能轉化為電能並輸出。
[0028]本實施例中，選用N135-13.24/535/535型汽輪機，汽輪機額定功率為135MW，主蒸汽參數為535°C、13.24MPa，再熱蒸汽參數為535°C、2.222MPa，排氣壓力為4.9kPa。
[0029]導熱油經太陽能集熱場I加熱後進入油水換熱器10，將給水加熱成370°C、
13.24MPa高溫高壓蒸汽，導熱油在油水換熱器10中放熱後再通過第一級高壓給水加熱器3，代替第一級高壓缸抽氣加熱給水，或者依次通過第一級高壓給水加熱器3和第二級高壓給水加熱器4，代替全部高壓缸抽氣加熱給水，因換熱而溫度下降的導熱油再經導熱油泵2進入槽式太陽能集熱子系統，實現導熱油路的循環。
[0030]給水(394t/h)經過油水換熱器10，通過導熱油間接吸收太陽能變為一定溫度的水或蒸汽，例如給水吸熱變為370°C、13.24MPa中溫高壓蒸汽，再進入過熱器12，被生物質鍋爐11產生的高溫煙氣加熱轉變為500°C以上高溫高壓蒸汽，例如被加熱變為535°C、13.24MPa高溫高壓蒸汽，該高溫高壓蒸汽進入蒸汽輪機的高壓缸15膨脹作功，高壓缸15出口蒸汽進入再熱器13，被高溫煙氣加熱轉變為500°C以上再熱蒸汽，例如吸熱變為535°C、
2.222MPa再熱蒸汽，該再熱蒸汽依次通過蒸汽輪機是中壓缸16和低壓缸17膨脹作功，然後通過發電機組18進行發電，低壓缸17出口乏汽經冷凝器9凝結，凝結水依次通過凝結水泵
8、低壓給水加熱器組7、除氧器6、高壓水泵5、第二級高壓給水加熱器4和第一級高壓給水加熱器3，再進入油水換熱器10，實現水路的循環。
[0031]太陽能集熱場I通過導熱油迴路間接加熱給水，或者通過直接蒸汽產生技術直接加熱給水。空氣經過空氣預熱器14加熱後與生物質燃料一起進入生物質鍋爐11的爐膛內燃燒，產生的高溫煙氣依次通過過熱器12、再熱器13和空氣預熱器14後排入環境。
[0032]設計輻照下，本發明提供的太陽能與生物質能互補的發電系統與主蒸汽參數為3700C UOMPa的傳統槽式太陽能熱發電系統相比，發電效率提升12.5個百分點；生物質燃料消耗量為21.3t/h，與常規30MW生物質電站相當，而在取消高壓缸第一級抽氣後，系統出功可以達到138.8麗。
[0033]本發明提供的太陽能與生物質能互補的發電系統在實際運行中，具有很強的靈活性，在輻照高於設計點時，增加給水流量或減少生物質進料量以保證主蒸汽參數不變；在輻照低於設計點的時段，減少給水流量或增加生物質進料量以保證主蒸汽參數不變，既解決了槽式太陽能單獨熱發電系統主蒸汽參數低的問題，又可降低生物質的用量，減少生物質資源收集、運輸和儲存的成本。
[0034]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種太陽能與生物質能互補的發電系統，其特徵在於，該系統包括槽式太陽能集熱子系統、生物質補燃子系統和動力發電子系統，其中: 所述槽式太陽能集熱子系統包括太陽能集熱場(I)、油水換熱器(10)和導熱油泵(2)，用於接收聚集太陽輻射能量，通過油水換熱器將給水加熱為一定溫度的水或蒸汽，並利用導熱油餘熱代替蒸汽輪機的部分或全部高壓缸加熱低溫給水； 所述生物質補燃子系統包括生物質鍋爐(11)、過熱器(12)、再熱器(13)和空氣預熱器(14)，用於產生高溫煙氣並將油水換熱器(10)出口產物和高壓缸(15)出口蒸汽加熱為500°C以上的高溫高壓蒸汽； 所述動力發電子系統包括蒸汽輪機的高壓缸(15)、中壓缸(16)、低壓缸(17)和發電機組(18)，用於將接收的熱能轉化為電能並輸出。
2.根據權利要求1所述的太陽能與生物質能互補的發電系統，其特徵在於，導熱油經槽式太陽能集熱場被加熱後進入油水換熱器(10)，將油水換熱器(10)中的給水加熱成一定溫度的水或蒸汽。
3.根據權利要求2所述的太陽能與生物質能互補的發電系統，其特徵在於，給水經過油水換熱器(10)，通過導熱油間接吸收太陽能變為一定溫度的水或蒸汽，再進入過熱器(12)，被生物質鍋爐(11)產生的高溫煙氣加熱轉變為500°C以上高溫高壓蒸汽，該高溫高壓蒸汽進入蒸汽輪機的高壓缸(15)膨脹作功，高壓缸(15)出口蒸汽進入再熱器(13)，被高溫煙氣加熱轉變為500°C以上再熱蒸汽，該再熱蒸汽依次通過蒸汽輪機是中壓缸(16)和低壓缸(17)膨脹作功，然後通過發電機組(18)進行發電。
4.根據權利要求1所述的太陽能與生物質能互補的發電系統，其特徵在於，該系統還包括冷凝器(9)、凝結水泵(8)、低壓給水加熱器組(7)、除氧器(6)、高壓水泵(5)、第二級高壓給水加熱器⑷和第一級高壓給水加熱器⑶； 導熱油在油水換熱器(10)中放熱後再通過第一級高壓給水加熱器(3)，代替第一級高壓缸抽氣加熱給水，或者依次通過第一級高壓給水加熱器(3)和第二級高壓給水加熱器(4)，代替全部高壓缸抽氣加熱給水，因換熱而溫度下降的導熱油再經導熱油泵(2)進入槽式太陽能集熱子系統，實現導熱油路的循環； 高溫高壓蒸汽在蒸汽輪機中膨脹作功後變為乏汽，該乏汽經冷凝器(9)凝結成水，由凝結水泵(8)加壓後依次通過低壓給水加熱器組(7)、除氧器￠)、高壓水泵(5)、第二級高壓給水加熱器(4)和第一級高壓給水加熱器(3)，再進入油水換熱器(10)，實現水路的循環。
5.根據權利要求1所述的太陽能與生物質能互補的發電系統，其特徵在於，所述太陽能集熱場(I)通過導熱油迴路間接加熱給水，或者通過直接蒸汽產生技術直接加熱給水。
6.根據權利要求1所述的太陽能與生物質能互補的發電系統，其特徵在於，生物質鍋爐(11)產生的高溫煙氣依次通過過熱器(12)、再熱器(13)和空氣預熱器(14)後排入環境。
【文檔編號】F03G6/06GK104179647SQ201310196193
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月24日 優先權日:2013年5月24日
【發明者】金紅光, 劉啟斌, 周鵬, 洪慧, 閆月君 申請人:中國科學院工程熱物理研究所