專利名稱：節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多能源互補(bǔ)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)主要包括太陽能熱發(fā)電技術(shù)、太陽能燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)和卡林那循環(huán)發(fā)電技術(shù)，下面分別對以上三種技術(shù)進(jìn)行描述I、太陽能熱發(fā)電技術(shù)隨著環(huán)境問題的日益嚴(yán)重和化石燃料的日益枯竭，可再生能源的利用備受矚目。太陽能以其獨(dú)具的儲量“無限性”、存在的普遍性、開發(fā)利用的清潔性以及逐漸顯露的經(jīng)濟(jì) 性等優(yōu)勢，終將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移中擔(dān)綱重任。聚光類太陽能熱發(fā)電(以下稱太陽能熱發(fā)電)，即利用聚光集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并通過熱力循環(huán)持續(xù)發(fā)電的技術(shù)。世界現(xiàn)有的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大致有塔式系統(tǒng)、槽式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)三類，其中槽式系統(tǒng)在20世紀(jì)90年代初期實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，其他兩種目前處于商業(yè)化示范階段，有巨大的應(yīng)用前景。拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用槽式線聚焦拋物面反射鏡達(dá)到聚光要求的太陽能熱發(fā)電形式，槽式拋物面反射面對太陽能多進(jìn)行一維跟蹤，其聚光比在40至80之間，集熱溫度一般低于400°C。目前，拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)多采用導(dǎo)熱油作為集熱工質(zhì)，低溫導(dǎo)熱油經(jīng)油泵被送入到太陽能集熱管，被加熱到390°C左右，成為高溫導(dǎo)熱油，高溫導(dǎo)熱油依次通過蒸汽再熱器、過熱氣、蒸發(fā)器和預(yù)熱器等裝置，將收集到的太陽能傳遞到蒸汽循環(huán)中，產(chǎn)生370°C左右的過熱蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)中做功，輸出電能。但單純的拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)受聚光比和集熱溫度的限制，進(jìn)一步提高熱效率、降低發(fā)電成本的難度較大。塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)通常采用雙軸跟蹤，其聚光比通常在200至700之間，系統(tǒng)最高運(yùn)行溫度可達(dá)到1500°C。經(jīng)定日鏡反射的太陽輻射聚集到塔頂?shù)奈鼰崞魃?，加熱吸熱器中的熱傳輸工質(zhì)；蒸汽產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的過熱蒸汽進(jìn)入動力子系統(tǒng)后實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換，完成電能輸出。與拋物槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)相比，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的集熱溫度高，易生產(chǎn)高參數(shù)蒸汽，因此熱動裝置的效率相應(yīng)提高。目前，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要障礙是，當(dāng)定日鏡場的聚光集熱功率增大時，即單塔太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大型化后，定日鏡場的集熱效率隨之降低。蝶式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)以單個旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡為基礎(chǔ)，構(gòu)成一個完整的聚光、集熱和發(fā)電單元。采用雙軸跟蹤裝置，其聚光比一般在1000至3000之間。吸熱器吸收太陽輻射并將其轉(zhuǎn)換成熱能，加熱吸熱工質(zhì)，驅(qū)動熱機(jī)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化。蝶式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要應(yīng)用于分散式動力系統(tǒng)。雖然太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)各有優(yōu)劣，但太陽能由于能量密度低、不連續(xù)、蓄能難，造成太陽能利用率低下，開發(fā)利用程度受到嚴(yán)重限制。太陽能熱利用與其他資源互補(bǔ)，特別是太陽能與化石能源互補(bǔ)，是目前解決太陽能利用率低、能量不連續(xù)問題的一個主要途徑。
2、太陽能燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)太陽能燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)用聚光式太陽能集熱器與化石燃料互補(bǔ)加熱壓縮空氣，然后送入燃?xì)廨啓C(jī)做功發(fā)電。太陽能與化石能源互補(bǔ)可以保證透平入口溫度穩(wěn)定，避免了變工況運(yùn)行，而且可以實(shí)現(xiàn)無儲能24小時連續(xù)運(yùn)行，省去了龐大昂貴的蓄能系統(tǒng)，相比單純的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電成本更低，效率更高。以水為工質(zhì)的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)由于做功蒸汽的冷凝，需要消耗大量的冷凝水。而以壓縮空氣為工質(zhì)不僅耗水量可忽略不計(jì)，不需要維持高真空度的冷凝器，而且小型化的系統(tǒng)可以降低投資風(fēng)險。燃?xì)廨啓C(jī)的排氣經(jīng)過回?zé)崞鹘o壓縮空氣加熱后溫度為200至300°C，已不適合用于驅(qū)動以水為工質(zhì)的朗肯循環(huán)，直接排入大氣會造成熱量的浪費(fèi)，不利于系統(tǒng)效率的提高，而且也是對環(huán)境的熱污染。而且燃?xì)廨啓C(jī)出功的一半以上要用于提供壓縮機(jī)的耗功，嚴(yán)重制約了系統(tǒng)的發(fā)電量和系統(tǒng)效率。3、卡林那循環(huán)發(fā)電技術(shù)卡林那循環(huán)是由俄國人Dr. Alex kalina于80年代中期提出的,它以氨水混合物 作為工質(zhì)，在循環(huán)系統(tǒng)的不同地點(diǎn)氨水的濃度是變化的，鍋爐內(nèi)吸熱過程采用濃度較高的氨水混合物，以使煙氣的放熱過程與混合工質(zhì)的吸熱過程曲線更好的配合，最大限度的降低傳熱過程不可逆損失，做過功的蒸汽，在凝結(jié)放熱過程則采用濃度較低的氨水混合物，使凝結(jié)過程壓力略高于大氣壓力，汽輪機(jī)的低壓部分及冷凝設(shè)備都不需要考慮空氣漏入問題，也不需要維持冷凝器內(nèi)的高真空度。此外氨水的相變溫度低，使得卡林那循環(huán)可以利用以水蒸汽為工質(zhì)的朗肯循環(huán)不能利用的低溫?zé)嵩?，?dāng)卡林那循環(huán)用于聯(lián)合循環(huán)的底循環(huán)時，可以把排煙溫度降到較低的水平。但是當(dāng)驅(qū)動熱源溫度較高時，為提高卡林那循環(huán)效率，卡林那系統(tǒng)往往需要更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，因此投入也相應(yīng)增加。而且由于氨水性質(zhì)的限制，驅(qū)動熱源溫度不能太高。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)既解決了太陽能熱發(fā)電低效問題，又能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)水。(二)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括塔式太陽能預(yù)熱空氣的集熱系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、卡林那循環(huán)驅(qū)動換熱器和卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，塔式太陽能預(yù)熱空氣的集熱系統(tǒng)與回?zé)崞骷叭紵蚁噙B接，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)通過管道和換熱器與卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)相連接，其中塔式太陽能預(yù)熱空氣的集熱系統(tǒng)，用于接收并會聚太陽輻照能量，將接收的太陽輻照能量轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給壓縮空氣，然后輸出給太陽能與燃料互補(bǔ)驅(qū)動的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)；燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，用于接收太陽能集熱系統(tǒng)和燃料燃燒產(chǎn)生的熱能，將其轉(zhuǎn)化為電能；以氨水混合物為工質(zhì)的卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，用于接收分級壓縮機(jī)的間冷熱和燃?xì)廨啓C(jī)排氣的余熱，將其轉(zhuǎn)化為電能。上述方案中，所述塔式太陽能預(yù)熱空氣的集熱系統(tǒng)由三個聚光比不同的塔系列實(shí)現(xiàn)壓縮空氣的分級加熱，包括定日鏡陣列、高塔和壓力空腔式接收器；其中壓力空腔式接收器位于高塔上，定日鏡陣列以高塔為中心，呈圓周狀分布，將太陽光聚焦到壓力空腔式接收器上，集中加熱流經(jīng)吸熱器的壓縮空氣。上述方案中，所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)包括分級空氣壓縮機(jī)、間冷器、燃燒室、燃?xì)廨啓C(jī)、回?zé)崞?、發(fā)電機(jī)和控制系統(tǒng)，其中分級空氣壓縮機(jī)壓縮從環(huán)境來的空氣，回?zé)崞黝A(yù)熱壓縮空氣，燃燒室接收壓縮空氣與化石燃料混合燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔猓谌細(xì)廨啓C(jī)中膨脹做功，從而驅(qū)動分級空氣壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)發(fā)電。所述空氣壓縮機(jī)采用分級壓縮，兩級壓縮之間的間冷熱用于驅(qū)動卡林那底循環(huán)。上述方案中，所述卡林那循環(huán)驅(qū)動換熱器由兩個換熱器構(gòu)成，一個位于回?zé)崞骱?，用燃?xì)廨啓C(jī)排氣驅(qū)動；一個位于第一級壓縮機(jī)與間冷器之間，用第一級壓縮機(jī)出口的空氣驅(qū)動。上述方案中，所述卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，包括透平、回?zé)崞鳌庖悍蛛x器、混合器、分離器、低壓凝汽器、低壓泵、高壓凝汽器和高壓泵，處于飽和液體狀態(tài)的工作液體通過高壓泵升壓，在卡林那循環(huán)驅(qū)動換熱器中吸熱成為過熱蒸氣，送至透平作功，乏汽經(jīng)回?zé)崞骼鋮s后，與氣液分離器底部流出的稀氨水在混合器中混合，在低壓凝汽器中冷凝，并在低壓升 壓泵中升壓，送至分離器，一股經(jīng)回?zé)崞骷訜幔⒃谡麴s器中分離成為濃氨水和稀氨水；另一股進(jìn)入混合器與蒸餾器頂部流出的氣態(tài)濃氨水混合形成工作溶液，經(jīng)高壓凝汽器冷凝成為飽和工作溶液。上述方案中，所述卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)由雙熱源驅(qū)動，蒸餾冷凝子系統(tǒng)DCSS代替了冷凝器，工質(zhì)以干飽和蒸汽狀態(tài)進(jìn)人DCSS并冷凝，冷凝過程中釋放的熱作為氣液分離器的驅(qū)動熱。上述方案中，所述太陽能與替代燃料互補(bǔ)過程不需要設(shè)置太陽能蓄能裝置，替代燃料是天然氣。上述方案中，所述聯(lián)合循環(huán)由太陽能與化石燃料互補(bǔ)驅(qū)動壓縮空氣布雷頓循環(huán)與卡林那循環(huán)構(gòu)成。所述卡林那底循環(huán)以氨水混合物為工質(zhì)，該氨水混合物在余熱鍋爐中吸收經(jīng)回?zé)崞鹘禍睾蟮臒煔庥酂?，激發(fā)成過熱氣進(jìn)入透平做功。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果I、本發(fā)明提供的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，相比蒸汽循環(huán)，節(jié)水效果明顯。傳統(tǒng)50MW槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的循環(huán)水量約為5600t/h，運(yùn)行中因排污和蒸發(fā)損失需補(bǔ)水151. 4t/h，而該系統(tǒng)的頂循環(huán)布雷頓循環(huán)工質(zhì)為壓縮空氣，基本不耗水，底循環(huán)工質(zhì)為氨水，發(fā)電比例占的份額較小，只需要約17. 4t/h的循環(huán)用濃氨水，由于排污和蒸發(fā)損失需補(bǔ)水5. 8t/h。2、本發(fā)明提供的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，將太陽能引入到燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，減少了化石燃料的消耗和溫室氣體的排放，符合我國乃至全球的節(jié)能減排目的。3、本發(fā)明提供的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，能有效提高系統(tǒng)的發(fā)電效率，計(jì)算結(jié)果表明，新系統(tǒng)的循環(huán)熱效率達(dá)到50. 21%，與單純的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)相比，提高了約20個百分點(diǎn)，與帶回?zé)岬娜細(xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)相比，提高了約6個百分點(diǎn)，與單壓聯(lián)合循環(huán)相比，提高了約4個百分點(diǎn)，與雙壓聯(lián)合循環(huán)相比，提高了約I個百分點(diǎn)。并且這里采用的是最簡單的kalina循環(huán),循環(huán)熱效率只有15. 84%,若采用更復(fù)雜的kalina循環(huán)，系統(tǒng)的效率提升將更加可觀。4、本發(fā)明提供的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，底循環(huán)采用卡林那循環(huán)，工質(zhì)相變的非等溫過程和循環(huán)過程中工質(zhì)濃度的改變，使得汽化過程與熱源的放熱過程匹配良好，降低了換熱過程中的不可逆損失，提高了余熱利用效率。5、本發(fā)明提供的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，可以在不同輻照強(qiáng)度下，通過控制系統(tǒng)采用不同方式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無儲能24小時連續(xù)運(yùn)行，相比傳統(tǒng)蒸汽循環(huán)節(jié)水效果明顯，同時又解決了燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組由化石燃料直接燃燒造成的CO2排放等環(huán)境問題。


圖I是本發(fā)明提供的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明提供的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)的模擬結(jié)果。圖I中各部件及相應(yīng)的標(biāo)記為1_壓縮機(jī)1，2_壓縮機(jī)2，3_燃?xì)廨啓C(jī)，4-卡林那驅(qū)動換熱器I，5-卡林那驅(qū)動換熱器2，6-間冷器，7-壓力空腔式接收器，8-回?zé)崞鳎?-混合器，10-分離器，11-高壓泵，12-高壓凝汽器，13-透平，14-氣液分離器，15-混合器，16-低壓凝汽器，17-低壓泵，18-分離器，19-混合器，20-回?zé)崞鳎?1-發(fā)電機(jī)，22-定日鏡陣列，23-高塔，24-發(fā)電機(jī)，25-燃燒室。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I是本發(fā)明提供的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括塔式太陽能預(yù)熱空氣的集熱系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、卡林那循環(huán)驅(qū)動換熱器和卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。其中，塔式太陽能預(yù)熱空氣的集熱系統(tǒng)與回?zé)崞骷叭紵蚁噙B接，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)通過管道和換熱器與卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)相連接。塔式太陽能預(yù)熱空氣的集熱系統(tǒng)用于接收并會聚太陽輻照能量，將接收的太陽輻照能量轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給壓縮空氣，然后輸出給太陽能與燃料互補(bǔ)驅(qū)動的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)用于接收太陽能集熱系統(tǒng)和燃料燃燒產(chǎn)生的熱能，將其轉(zhuǎn)化為電能。以氨水混合物為工質(zhì)的卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)用于接收分級壓縮機(jī)的間冷熱和燃?xì)廨啓C(jī)排氣的余熱，將其轉(zhuǎn)化為電能。塔式太陽能預(yù)熱空氣的集熱系統(tǒng)由三個聚光比不同的塔系列實(shí)現(xiàn)分級加熱，包括定日鏡陣列22、高塔23和壓力空腔式接收器7。壓力空腔式接收器7位于高塔上，定日鏡陣列22以高塔23為中心，呈圓周狀分布，將太陽光聚焦到壓力空腔式接收器7上，集中加熱流經(jīng)壓力空腔式接收器7的壓縮空氣，將其加熱為過熱壓縮空氣，將太陽輻照能量轉(zhuǎn)化為熱能，然后將過熱壓縮空氣輸送給燃?xì)廨啓C(jī)3。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)與空氣壓縮機(jī)(1，2)和發(fā)電機(jī)24相連,用以提供空氣壓縮機(jī)的耗功和發(fā)電，空氣經(jīng)分級空氣壓縮機(jī)(1，2)壓縮并在回?zé)崞?中回?zé)岷螅趬毫涨皇浇邮掌?或燃燒室25中被加熱為過熱壓縮空氣，然后送入燃?xì)廨啓C(jī)3做功并驅(qū)動發(fā)電機(jī)24發(fā)電。過熱氣被轉(zhuǎn)化為中溫的壓縮空氣，用于壓縮空氣的預(yù)熱和驅(qū)動卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。以氨水混合物為工質(zhì)的卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括透平13、回?zé)崞?0、氣液分離器14、混合器15，19、分離器18、低壓凝汽器16、低壓泵17、高壓凝汽器12和高壓泵11等。處于飽和液體狀態(tài)的工作液體通過高壓泵11升壓，在卡林那循環(huán)驅(qū)動換熱器4，5中吸熱成為過熱蒸氣，送至透平13作功，乏汽經(jīng)回?zé)崞?0冷卻后，與氣液分離器14底部流出的稀氨水在混合器15中混合，在低壓凝汽器16中冷凝，并在低壓泵17中升壓，送至分離器14，一股經(jīng)回?zé)崞?0加熱，并在氣液分離器12中分離成為濃氨水和稀氨水；另一股進(jìn)入混合器19與蒸餾器頂部流出的氣態(tài)濃氨水混合形成工作溶液，經(jīng)高壓凝汽器12冷凝成為飽和工作溶液。壓縮空氣的加熱所需熱量由太陽能和化石燃料共同提供。在控制策略上，根據(jù)太陽能輻照變化，通過控制燃料流量保持燃?xì)廨啓C(jī)入口參數(shù)的穩(wěn)定。當(dāng)太陽輻照充足時，關(guān)閉燃料循環(huán)泵，壓縮空氣的加熱過程完全由太陽能提供。在晚上或陰雨天氣，太陽輻照不足時，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)燃料流量提供剩余所需熱量?？諝鈮嚎s機(jī)采用分級壓縮，減少壓縮機(jī)的耗功，提高燃?xì)廨啓C(jī)出力和效率，一級壓縮機(jī)出口與卡林那驅(qū)動換熱器2相連，用于卡林那循環(huán)工質(zhì)的供熱，使得壓縮機(jī)1，2之間的間冷熱得以利用，進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率。壓縮空氣在壓力空腔式接收器7中被加熱，空氣壓縮機(jī)2出口布置為較好的流線型，而且動力子系統(tǒng)安裝在距離接收器較近的近地面以減小工質(zhì)的壓損。燃燒室25入口直徑要增加并且要布置為較好的流線型，以適應(yīng)經(jīng)太陽能加熱后比壓縮機(jī)出口溫度和比體積高得多的空氣，燃燒室25可以布置為前后兩個部分，前一部分用于燃料的燃燒，后一部分用于燃料燃燒后的煙氣與從壓力空腔式接收器7出來的空氣混合，從而保證燃燒室內(nèi)燃料的燃燒效率。將燃燒室25到透平3的冷卻空氣流道密封掉，而從空氣壓縮機(jī)2出口引出一個小型旁路用于透平葉片的冷卻?？帜茄h(huán)由雙級壓縮機(jī)(1，2)之間的間冷熱和燃?xì)廨啓C(jī)3的排氣余熱共同驅(qū)動，將工作溶液加熱為過熱狀態(tài)進(jìn)入透平13做功并驅(qū)動發(fā)電機(jī)21發(fā)電，透平13的排氣用于驅(qū)動氣液分離器14，將基本溶液分離為濃氨水和稀氨水，整個循環(huán)采用多壓力多濃度運(yùn)行，有效減小能量損失。本發(fā)明提供的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)采用AspenPlus軟件進(jìn)行模擬。模擬過程中，假設(shè)太陽輻照充足，不需要燃料補(bǔ)燃，模擬過程所做的假設(shè)條件見表1，該系統(tǒng)中，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口溫度為1000°C，壓比為12. I。第一級壓縮機(jī)壓比為4，第二級壓縮機(jī)壓比為3?？帜茄h(huán)的工作溶液氨濃度為97%，工作壓力為50bar。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)以氨水為工質(zhì)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)朗肯底循環(huán)工質(zhì)水的替代，減小太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的用水量，包括塔式太陽能預(yù)熱空氣的集熱系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、卡林那循環(huán)驅(qū)動換熱器和卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，塔式太陽能預(yù)熱空氣的集熱系統(tǒng)與回?zé)崞骷叭紵蚁噙B接，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)通過管道和換熱器與卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)相連接，其中 塔式太陽能預(yù)熱空氣的集熱系統(tǒng)，用于接收并會聚太陽輻照能量，將接收的太陽輻照能量轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給壓縮空氣，然后輸出給太陽能與燃料互補(bǔ)驅(qū)動的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)； 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，用于接收太陽能集熱系統(tǒng)和燃料燃燒產(chǎn)生的熱能，將其轉(zhuǎn)化為電倉泛; 以氨水混合物為工質(zhì)的卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，用于接收分級壓縮機(jī)的間冷熱和燃?xì)廨啓C(jī)排氣的余熱，將其轉(zhuǎn)化為電能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述塔式太陽能預(yù)熱空氣的集熱系統(tǒng)由三個聚光比不同的塔系列實(shí)現(xiàn)壓縮空氣的分級加熱，包括定日鏡陣列、高塔和壓力空腔式接收器；其中壓力空腔式接收器位于高塔上，定日鏡陣列以高塔為中心，呈圓周狀分布，將太陽光聚焦到壓力空腔式接收器上，集中加熱流經(jīng)吸熱器的壓縮空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)包括分級空氣壓縮機(jī)、間冷器、燃燒室、燃?xì)廨啓C(jī)、回?zé)崞?、發(fā)電機(jī)和控制系統(tǒng)，其中分級空氣壓縮機(jī)壓縮從環(huán)境來的空氣，回?zé)崞黝A(yù)熱壓縮空氣，燃燒室接收壓縮空氣與化石燃料混合燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔?，在燃?xì)廨啓C(jī)中膨脹做功，從而驅(qū)動分級空氣壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)發(fā)電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述空氣壓縮機(jī)采用分級壓縮，兩級壓縮之間的間冷熱用于驅(qū)動卡林那底循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述卡林那循環(huán)驅(qū)動換熱器由兩個換熱器構(gòu)成，一個位于回?zé)崞骱?，用燃?xì)廨啓C(jī)排氣驅(qū)動；一個位于第一級壓縮機(jī)與間冷器之間，用第一級壓縮機(jī)出口的空氣驅(qū)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，包括透平、回?zé)崞?、氣液分離器、混合器、分離器、低壓凝汽器、低壓泵、高壓凝汽器和高壓泵，處于飽和液體狀態(tài)的工作液體通過高壓泵升壓，在卡林那循環(huán)驅(qū)動換熱器中吸熱成為過熱蒸氣，送至透平作功，乏汽經(jīng)回?zé)崞骼鋮s后，與氣液分離器底部流出的稀氨水在混合器中混合，在低壓凝汽器中冷凝，并在低壓升壓泵中升壓，送至分離器，一股經(jīng)回?zé)崞骷訜?，并在蒸餾器中分離成為濃氨水和稀氨水；另一股進(jìn)入混合器與蒸餾器頂部流出的氣態(tài)濃氨水混合形成工作溶液，經(jīng)高壓凝汽器冷凝成為飽和工作溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)由雙熱源驅(qū)動，蒸餾冷凝子系統(tǒng)DCSS代替了冷凝器，工質(zhì)以干飽和蒸汽狀態(tài)進(jìn)人DCSS并冷凝，冷凝過程中釋放的熱作為氣液分離器的驅(qū)動熱。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能與替代燃料互補(bǔ)過程不需要設(shè)置太陽能蓄能裝置，替代燃料是天然氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述聯(lián)合循環(huán)由太陽能與化石燃料互補(bǔ)驅(qū)動壓縮空氣布雷頓循環(huán)與卡林那循環(huán)構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述卡林那底循環(huán)以氨水混合物為工質(zhì)，該氨水混合物在余熱鍋爐中吸收經(jīng)回?zé)崞鹘禍睾蟮臒煔庥酂幔ぐl(fā)成過熱氣進(jìn) 入透平做功。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種節(jié)水型太陽能燃?xì)廨啓C(jī)與卡林那循環(huán)聯(lián)合的熱發(fā)電系統(tǒng)，包括；塔式太陽能預(yù)熱空氣的集熱系統(tǒng)，用于接收并會聚太陽輻照能量，將接收的太陽輻照能量轉(zhuǎn)化為熱能傳遞給壓縮空氣，然后輸出給太陽能與燃料互補(bǔ)驅(qū)動的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)；燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，用于接收太陽能集熱系統(tǒng)和燃料燃燒產(chǎn)生的熱能，將其轉(zhuǎn)化為電能；卡林那循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，用于接收分級壓縮機(jī)的間冷熱和燃?xì)廨啓C(jī)排氣的余熱，將其轉(zhuǎn)化為電能。本發(fā)明頂循環(huán)以空氣為工質(zhì)，底循環(huán)為卡林那循環(huán)，減小了太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)用水量，擺脫了傳統(tǒng)蒸汽底循環(huán)冷凝器的維持高真空度的弊端，降低了成本，并且進(jìn)一步降低了排煙溫度，降低了換熱過程中的不可逆損失，提高了循環(huán)的發(fā)電效率。
文檔編號F01K11/02GK102734094SQ20111008619
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者張傳強(qiáng), 彭爍, 洪慧, 金紅光, 韓巍, 韓濤, 高志超 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所