太陽能光熱鍋爐與生物質(zhì)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種太陽能光熱鍋爐與生物質(zhì)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括生物質(zhì)鍋爐、太陽能集熱系統(tǒng)、汽輪機發(fā)電機，其太陽能集熱系統(tǒng)與太陽能光熱鍋爐和太陽能儲熱裝置連接，太陽能儲熱裝置與太陽能光熱鍋爐連接，太陽能光熱鍋爐和生物質(zhì)鍋爐都與汽輪機連接，汽輪機與發(fā)電機連接。所述的生物質(zhì)鍋爐輸出的過熱蒸汽壓力13.34MPa，過熱蒸汽溫540℃；光熱過熱蒸汽壓力10.4MPa，過熱蒸汽溫383℃。所述的太陽能光熱鍋爐1包括加熱器、蒸發(fā)器和過熱器三種換熱單元。本實用新型有效解決太陽能供給的間歇性、不穩(wěn)定性問題，并借助生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢，提高光熱發(fā)電效率；同時，利用豐富的太陽能資源，做大聯(lián)合電廠的裝機規(guī)模，降低太陽能光熱利用的技術(shù)風(fēng)險和經(jīng)濟風(fēng)險。
【專利說明】太陽能光熱鍋爐與生物質(zhì)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及可再生新能源領(lǐng)域中，太陽能光熱與生物質(zhì)能聯(lián)合發(fā)電的利用技術(shù)，具體地是指太陽能光熱鍋爐與生物質(zhì)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]太陽能和生物質(zhì)能是分布廣泛、取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源，經(jīng)濟、高效地利用它們是緩解甚至解決能源危機最有效的途徑。
[0003]光熱發(fā)電與常規(guī)熱力發(fā)電系統(tǒng)的工作原理相同，區(qū)別僅為熱源形式不同，太陽能光熱發(fā)電是利用聚光集熱系統(tǒng)聚集太陽的輻射能，通過光熱轉(zhuǎn)換、熱電轉(zhuǎn)換從而實現(xiàn)發(fā)電過程。
[0004]雖然光熱發(fā)電的技術(shù)基本成熟，但由于太陽能的能量密度低、供應(yīng)存在間歇性和不穩(wěn)定性問題，這些特點決定了太陽能熱發(fā)電投資成本較高、發(fā)電效率低、發(fā)電小時數(shù)少、設(shè)備利用率低，也嚴重制約了太陽能熱發(fā)電的規(guī)?；瘧?yīng)用。
[0005]當(dāng)前，國外多采用帶輔助加熱裝置的單純太陽能熱發(fā)電方式、或與天然氣集成ISCC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電模式，這類電站建設(shè)條件苛刻、投資巨大，很難大范圍推廣。
[0006]降低太陽能熱發(fā)電投資成本，保證機組連續(xù)、穩(wěn)定、可靠運行是光熱發(fā)電必須解決的技術(shù)問題，對光熱發(fā)電技術(shù)來說，采用混合動力是一個很好的突破口，也是當(dāng)前較合理的技術(shù)路線。
[0007]生物質(zhì)直燃發(fā)電技術(shù)已比較成熟，但因生物質(zhì)體積密度和能量密度低、分布分散、儲運成本高，單純生物質(zhì)電廠的容量做到30MWe已是較大規(guī)模了，追求大容量、規(guī)?；б骐y有出路；而在提高系統(tǒng)參數(shù)、改變系統(tǒng)模式、提高發(fā)電效率方面才能有所作為。
[0008]將太陽能光熱集成到常規(guī)電廠的回?zé)峄蚪o水加熱系統(tǒng)中，是一類簡單、實用的光熱發(fā)電利用方式，通常有兩種具體的做法:
[0009]一是用光熱取代汽機的第I段抽汽，完成對給水最后的回?zé)?，該方式容易實現(xiàn)，且運行穩(wěn)定，但因回?zé)岢潭冉档投档土讼到y(tǒng)熱效率，另一方面，該模式所能集成的光熱發(fā)電份額僅為總發(fā)電量的6%，光熱的利用規(guī)模較小。
[0010]二是將光熱加熱系統(tǒng)作為生物質(zhì)鍋爐的低溫省煤器使用，將鍋爐給水溫度升高到更高水平，如將高溫超高壓鍋爐的給水溫度提高至300°c時，所集成的光熱發(fā)電份額也由取代I段抽汽模式的6%提高到12%，光熱利用規(guī)模擴大一倍。
[0011]上述兩種光熱發(fā)電利用方式是用于給水的回?zé)岷图訜犭A段，起點較低，并且都是單級利用，光熱利用效率不高、所能集成的光熱發(fā)電份額也較小。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本實用新型目的是克服光熱發(fā)電單級利用的弊端，提出一種太陽能光熱鍋爐與生物質(zhì)鍋爐聯(lián)合發(fā)電的集成系統(tǒng)，以實現(xiàn)光熱發(fā)電的多級、梯級、高效利用。
[0013]本實用新型的技術(shù)方案是:本實用新型的太陽能光熱鍋爐與生物質(zhì)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)包括生物質(zhì)鍋爐、太陽能集熱系統(tǒng)、汽輪機發(fā)電機，其太陽能集熱系統(tǒng)的輸出與太陽能光熱鍋爐和太陽能儲熱裝置連接，太陽能儲熱裝置的輸出也與太陽能光熱鍋爐連接，太陽能光熱鍋爐和生物質(zhì)鍋爐的輸出都與汽輪機連接，汽輪機與發(fā)電機連接。
[0014]所述的生物質(zhì)鍋爐輸出的過熱蒸汽壓力13.34MPa，過熱蒸汽溫540°C;光熱過熱蒸汽壓力10.4MPa，過熱蒸汽溫383 °C。
[0015]所述的太陽能光熱鍋爐包括加熱器、蒸發(fā)器和過熱器三種換熱單元。
[0016]所述的太陽能光熱鍋爐包括加熱器、蒸發(fā)器和過熱器，過熱器與太陽能聚光集熱系統(tǒng)的導(dǎo)熱油系統(tǒng)連接，導(dǎo)熱油管路經(jīng)過蒸發(fā)器和加熱器，加熱器有低溫導(dǎo)熱油出口與太陽能聚光集熱系統(tǒng)的導(dǎo)熱油系統(tǒng)回油口連接；加熱器內(nèi)有換熱水管，換熱水管連接到蒸發(fā)器內(nèi)；蒸發(fā)器上端有汽水分離器，汽水分離器的蒸汽出口連接蒸汽管路，蒸汽管路經(jīng)過過熱器，其輸出口至汽輪機。
[0017]本實用新型的優(yōu)點:本實用新型集光熱系統(tǒng)自成一體，形成包括加熱、蒸發(fā)、過熱于一體的太陽能光熱鍋爐，通過共用汽機完成與生物質(zhì)鍋爐的聯(lián)合，組成雙能源聯(lián)合互補的系統(tǒng)，以簡化光熱發(fā)電系統(tǒng)，節(jié)省光熱發(fā)電設(shè)備、輔助加熱等設(shè)備的配置，降低光熱發(fā)電的投資成本，有效解決太陽能供給的間歇性、不穩(wěn)定性問題，并借助生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)“小容量、高參數(shù)”的技術(shù)優(yōu)勢，提高光熱發(fā)電效率；同時，利用豐富的太陽能資源，做大聯(lián)合電廠的裝機規(guī)模；利用成熟的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)，降低太陽能光熱利用的技術(shù)風(fēng)險和經(jīng)濟風(fēng)險。
[0018]本實用新型采用太陽能光熱鍋爐與生物質(zhì)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，克服了光熱用于給水回?zé)岷图訜釙r，利用起點較低、單級利用、光熱利用效率低、所能集成的光熱發(fā)電份額小等問題；光熱利用層次更深入，形成包括加熱、蒸發(fā)、過熱于一體的光熱鍋爐系統(tǒng)，通過與生物質(zhì)鍋爐的聯(lián)合，實現(xiàn)光熱的多級、梯級利用，光熱利用效率進一步提高，聯(lián)合系統(tǒng)發(fā)電效率達35.2% ;進一步地，集成的光熱發(fā)電份額可達60% ;能在不到常規(guī)3(MWe生物質(zhì)電廠燃料耗量的條件下，做成發(fā)電功率50MWe的雙能源聯(lián)合發(fā)電廠。通過聯(lián)合和儲熱的方式，解決了光熱供給間歇性和不穩(wěn)定性問題，極大地延長了光熱發(fā)電的小時數(shù)，實現(xiàn)了系統(tǒng)高效、連續(xù)的穩(wěn)定運行。通過聯(lián)合，還節(jié)省了光熱輔助加熱裝置和熱機發(fā)電設(shè)備的投資費用，設(shè)備布置更緊湊、系統(tǒng)流程更順暢。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型“太陽能光熱鍋爐與生物質(zhì)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)”流程圖。圖中:I一生物質(zhì)給料設(shè)備，2一生物質(zhì)鍋爐，3一汽輪機,4一發(fā)電機,5一太陽能集熱系統(tǒng)，6一太陽能儲熱裝置，7—太陽能光熱鍋爐。
[0020]圖2是太陽能鍋爐系統(tǒng)示意圖。

【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施作進一步的詳細描述。
[0022]圖1為本實用新型“太陽能光熱鍋爐與生物質(zhì)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)”流程圖:本實用新型的太陽能光熱鍋爐與生物質(zhì)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)包括生物質(zhì)鍋爐、太陽能集熱系統(tǒng)、汽輪機發(fā)電機，其太陽能集熱系統(tǒng)5的輸出與太陽能光熱鍋爐7和太陽能儲熱裝置6連接，太陽能儲熱裝置6的輸出也與太陽能光熱鍋爐7連接，太陽能光熱鍋爐7和生物質(zhì)鍋爐2的輸出都與汽輪機3連接，汽輪機3與發(fā)電機4連接。
[0023]所述的生物質(zhì)鍋爐輸出的過熱蒸汽壓力13.34MPa，過熱蒸汽溫540°C;光熱過熱蒸汽壓力10.4MPa，過熱蒸汽溫383 °C。
[0024]圖2是太陽能鍋爐系統(tǒng)示意圖:
[0025]太陽能光熱鍋爐7包括加熱器7a、蒸發(fā)器7b和過熱器7c，過熱器7c與太陽能聚光集熱系統(tǒng)5的導(dǎo)熱油系統(tǒng)連接，導(dǎo)熱油管路7f經(jīng)過蒸發(fā)器7b和加熱器7a，加熱器7a有低溫導(dǎo)熱油出口與太陽能聚光集熱系統(tǒng)5的導(dǎo)熱油系統(tǒng)回油口連接；加熱器7a內(nèi)有換熱水管7g，換熱水管7g連接到蒸發(fā)器7b內(nèi)；蒸發(fā)器7b上端有汽水分離器7d，汽水分離器7d的蒸汽出口連接蒸汽管路7h，蒸汽管路7h經(jīng)過過熱器7c，其輸出口至汽輪機3。
[0026]太陽能光熱鍋爐7工作流程:來給水泵7e的水經(jīng)換熱水管7g進入加熱器7a，水在此吸熱升溫，達到近飽和狀態(tài)后，進入蒸發(fā)器7b，在蒸發(fā)器7b中蒸發(fā)，飽和水相變成飽和蒸汽，經(jīng)汽水分離器7d分離，飽和汽送至過熱器7c，飽和水返回繼續(xù)蒸發(fā)，過熱器7c將飽和汽加熱成約390°C的過熱蒸汽經(jīng)蒸汽管路7h送出；換熱系統(tǒng)的熱源來自太陽能集熱系統(tǒng)，高溫導(dǎo)熱油經(jīng)高溫導(dǎo)熱油管路輸送至過熱器7，后依次流過蒸發(fā)器7b和加熱器7a，將所帶熱量傳遞給汽水后變?yōu)榈蜏貙?dǎo)熱油，低溫導(dǎo)熱油經(jīng)低溫導(dǎo)熱油管路送光場集熱系統(tǒng)再次吸熱升溫，如此往復(fù)循環(huán)，完成太陽能能光熱的換熱過程。
[0027]系統(tǒng)工作流程描述:
[0028]如圖1所示，生物質(zhì)給料設(shè)備I實現(xiàn)向生物質(zhì)鍋爐2提供數(shù)量可調(diào)節(jié)的生物質(zhì)燃料供應(yīng)；燃料在生物質(zhì)鍋爐2內(nèi)燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔?，煙氣與鍋爐受熱面換熱產(chǎn)生高溫超高壓的蒸汽，生物質(zhì)鍋爐2實現(xiàn)了將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為高參數(shù)蒸汽熱能的過程。高溫超高壓蒸汽通過主蒸汽管道與汽輪機3的主氣門相連，主蒸汽流過汽輪機3的通流部分膨脹作功，推動發(fā)電機4完成生物質(zhì)能的發(fā)電過程。
[0029]與生物質(zhì)蒸汽系統(tǒng)并聯(lián)設(shè)置有太陽能集熱系統(tǒng)5，集熱場由足夠數(shù)量的拋物槽式聚光鏡、集熱管和導(dǎo)熱油系統(tǒng)組成，集熱場5實現(xiàn)了太陽輻射能向?qū)嵊蜔崮艿霓D(zhuǎn)化過程。其中，白天有30MWe當(dāng)量熱能直接進入太陽能光熱鍋爐7產(chǎn)生蒸汽供白天發(fā)電，其余20MWe當(dāng)量熱能進入儲熱裝置6進行儲存，待夜間再釋放至太陽能光熱鍋爐7產(chǎn)汽供夜間發(fā)電。太陽能光熱鍋爐7完成向熱力循環(huán)系統(tǒng)汽水的熱量傳遞，并在太陽能光熱鍋爐7中產(chǎn)生中溫高壓蒸汽；太陽能蒸汽通過補汽管道與汽輪機3的高壓補汽口相連，補汽與生物質(zhì)蒸汽會合后共同流過汽輪機3的通流部分膨脹做功，推動發(fā)電機4完成太陽能的熱發(fā)電過程。
[0030]實施例的容量和參數(shù)選擇:
[0031]聯(lián)合電廠總發(fā)電功率5(MWe，晝夜相對穩(wěn)定無波動。電廠白天發(fā)電5(MWe，其中生物質(zhì)發(fā)電2(MWe、光熱發(fā)電3(MWe，即“白天3+2模式”；電廠夜間發(fā)電5(MWe，其中生物質(zhì)發(fā)電3(MWe，光熱儲熱釋放發(fā)電2(MWe，即“夜間2+3模式”。
[0032]生物質(zhì)鍋爐為高溫超高壓參數(shù)(540°C ;13.34MPa);光熱鍋爐為中溫高壓參數(shù)(383 0C ; 10.4MPa)；
[0033]生物質(zhì)鍋爐白天70%負荷運行，相應(yīng)發(fā)電2(MWe，夜間100%負荷運行，相應(yīng)發(fā)電30MWe，光熱鍋爐白天直供60%的光熱，相應(yīng)發(fā)電30MWe，其余40%的光熱儲至夜間釋放，相應(yīng)發(fā)電2(MWe ;生物質(zhì)鍋爐白天70%負荷運行，以節(jié)省部分生物質(zhì)燃料，夜間100%負荷運行，以減小光熱熱儲熱系統(tǒng)的設(shè)備投資，并保證發(fā)電負荷。聯(lián)合系統(tǒng)總發(fā)電量不隨光熱晝夜更替而變化，發(fā)電功率穩(wěn)定為50MWe。
[0034]生物質(zhì)為配置生物質(zhì)鍋爐的直燃形式，光熱為槽式拋物面聚光集熱鍋爐形式。聯(lián)合電廠采用共用汽輪機、發(fā)電機組的配置方式，這無疑節(jié)省了光熱系統(tǒng)單獨配置汽機和發(fā)電機的設(shè)備投資，簡化了熱力系統(tǒng)及管道系統(tǒng)，節(jié)省占地、基建投資和安裝費用；避免了光熱獨立汽機時設(shè)備利用率低，晝夜頻繁啟動、造成設(shè)備沖擊、影響使用壽命的問題。
[0035]共用高參數(shù)汽機，保證了光熱發(fā)電在汽機部分的高熱效率，從而提高了光熱發(fā)電總體熱效率。
[0036]聯(lián)合電廠設(shè)置儲熱裝置，以解決光熱供給存在間歇性和不穩(wěn)定性問題，還明確了光熱系統(tǒng)的配置規(guī)模及晝夜供應(yīng)模式；它是結(jié)合現(xiàn)階段生物資源狀況和槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)狀況確定的，規(guī)模經(jīng)濟適中，依存度較好。
[0037]本實用新型的核心是針對太陽能光熱與高溫超高壓等級生物質(zhì)直燃發(fā)電系統(tǒng)的聯(lián)合。生物質(zhì)鍋爐供給的高溫超高壓蒸汽作為一次蒸汽進入汽輪機的高壓缸，在汽機中膨脹做功，帶動發(fā)電機發(fā)電。與此并聯(lián)的太陽能光場通過聚光集熱，加熱導(dǎo)熱介質(zhì)，導(dǎo)熱介質(zhì)又將來自高壓除氧器的飽和水經(jīng)加熱、蒸發(fā)、過熱產(chǎn)生中溫高壓蒸汽，光熱蒸汽以補汽的方式進入汽輪機的高壓缸，與生物質(zhì)鍋爐的一次蒸汽會合后進入汽輪機中低壓缸，共同完成熱力發(fā)電過程。因此，凡是太陽能光熱與生物質(zhì)直燃發(fā)電系統(tǒng)的聯(lián)合供汽輪機發(fā)電的，均屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能光熱鍋爐與生物質(zhì)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，包括生物質(zhì)鍋爐、太陽能集熱系統(tǒng)、汽輪機發(fā)電機，其特征在于:太陽能集熱系統(tǒng)(5)的輸出與太陽能光熱鍋爐(7)和太陽能儲熱裝置(6)連接，太陽能儲熱裝置(6)的輸出也與太陽能光熱鍋爐(7)連接，太陽能光熱鍋爐(7 )和生物質(zhì)鍋爐(2 )的輸出都與汽輪機(3 )連接，汽輪機(3 )與發(fā)電機(4 )連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能光熱鍋爐與生物質(zhì)鍋爐聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:太陽能光熱鍋爐(7)包括加熱器(7a)、蒸發(fā)器(7b)和過熱器(7c)，過熱器(7c)與太陽能聚光集熱系統(tǒng)(5)的導(dǎo)熱油系統(tǒng)連接，導(dǎo)熱油管路(7f)經(jīng)過蒸發(fā)器(7b)和加熱器(7a)，加熱器(7a)有低溫導(dǎo)熱油出口與太陽能聚光集熱系統(tǒng)(5)的導(dǎo)熱油系統(tǒng)回油口連接；加熱器(7a)內(nèi)有換熱水管(7g)，換熱水管(7g)連接到蒸發(fā)器(7b)內(nèi)；蒸發(fā)器(7b)上端有汽水分離器(7d)，汽水分離器(7d)的蒸汽出口連接蒸汽管路(7h)，蒸汽管路(7h)經(jīng)過過熱器(7c)，其輸出口至汽輪機(3)。
【文檔編號】F03G6/06GK204003298SQ201420175331
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】張巖豐, 劉文焱 申請人:武漢凱迪工程技術(shù)研究總院有限公司