專利名稱：注蒸汽式的太陽能與火電站互補發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及互補發(fā)電系統(tǒng)和太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽能產(chǎn)生 過熱蒸汽注入汽輪機中間級膨脹做功的注蒸汽式的太陽能與火電站互補發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國燃煤火電站技術(shù)成熟，經(jīng)濟性好，其發(fā)電量占全國總發(fā)電量的四分之三以上， 但近年來國際上對溫室效應(yīng)和環(huán)境問題日益關(guān)注，為實現(xiàn)國家“節(jié)能減排”的目標(biāo)，常規(guī)燃 煤火電站亟需尋找新的方式降低能耗和碳排放。同時，21世紀(jì)，世界能源將從以化石能源為主，向化石燃料、核能、太陽能、可再生 能源等不斷變化的多元化能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。特別是太陽能具有分布廣泛，儲量無限，開采利用 清潔等優(yōu)點引起了人們的廣泛關(guān)注，其中，槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)相對成熟，已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè) 化運營，但由于導(dǎo)熱油物性的限制，拋物槽式太陽能單獨熱發(fā)電系統(tǒng)的主蒸汽參數(shù)較低，與 之匹配的小機組熱經(jīng)濟性較差，在相當(dāng)長一段時間內(nèi)，其大規(guī)模開發(fā)利用成本仍然很高，在 經(jīng)濟上無法與常規(guī)的化石能源相匹敵，并且還存在不連續(xù)與不穩(wěn)定性等問題。因此，高效、 低成本太陽能的利用成為當(dāng)今能源動力領(lǐng)域研究的熱點與前沿課題。太陽能與化石能源互補的利用模式可以改善單獨燃煤電廠的環(huán)境污染問題，并 通過成熟的常規(guī)發(fā)電技術(shù)，降低開發(fā)利用太陽能的技術(shù)和經(jīng)濟風(fēng)險。如專利申請?zhí)枮?200810104285. 8提出了利用太陽能加熱回?zé)嵯到y(tǒng)中給水加熱器的疏水，變?yōu)檎羝蠓祷亟o 水加熱器放熱，專利申請?zhí)枮?00810104848. 3的專利提出了利用太陽能直接加熱鍋爐給 水，專利申請?zhí)枮?00810104849.8的專利提出了分流部分回?zé)嵯到y(tǒng)給水進入太陽能集熱 器生成蒸汽，注入給水加熱器加熱剩余鍋爐給水，以上方式可節(jié)省蒸汽抽汽，有效增加系 統(tǒng)出功，且無需蓄能，只需根據(jù)太陽輻照降低情況而適時減少進入太陽能集熱器中的給水 流量，啟用原有汽輪機抽汽提供其余熱量。但輻照變化時給水加熱器中給水流量頻繁變化， 汽輪機各級抽汽也相應(yīng)變化，不利于回?zé)嵯到y(tǒng)的穩(wěn)定運行。
實用新型內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供注蒸汽式的太陽能與化石燃料互補發(fā) 電的系統(tǒng)，使燃煤火電站擴容降耗，解決太陽能不穩(wěn)定不連續(xù)的問題，有利于太陽能技術(shù)的 大規(guī)模推廣應(yīng)用。( 二)技術(shù)方案為達到上述目的，本實用新型提供了一種注蒸汽式的太陽能與火電站互補發(fā)電系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括第一拋物槽式太陽能集熱器17、太陽能蒸汽發(fā)生器14、分流器18、第二拋物 槽式太陽能集熱器16、太陽能過熱器15、混合器19、太陽能預(yù)熱器13、燃煤鍋爐1、發(fā)電機 5，以及蒸汽輪機的高壓缸2、中壓缸3和低壓蒸缸4，其中導(dǎo)熱油經(jīng)第一拋物槽式太陽能集熱器17加熱后進入太陽能蒸汽發(fā)生器14，將太陽能蒸汽發(fā)生器14中的給水加熱至飽和狀態(tài)，因換熱而溫度下降的導(dǎo)熱油經(jīng)分流器18分 流，一部分進入第二拋物槽式太陽能集熱器16吸熱升溫，進入太陽能過熱器15將太陽能過 熱器15中的給水加熱至過熱狀態(tài)，然后該部分導(dǎo)熱油與其余部分導(dǎo)熱油經(jīng)混合器19混合 進入太陽能預(yù)熱器13，加熱太陽能預(yù)熱器13中的給水；給水經(jīng)太陽能預(yù)熱器13、太陽能蒸汽發(fā)生器14和太陽能過熱器15，通過導(dǎo)熱油間 接吸收太陽能或直接進入太陽能集熱器吸收太陽能變?yōu)檫^熱蒸汽，該過熱蒸汽被注入蒸汽 輪機的高壓缸2或中壓缸3中，在該處與燃煤鍋爐1產(chǎn)生的過熱蒸汽混合，在蒸汽輪機的高 壓缸2或中壓缸3中膨脹做功，輸出給發(fā)電機5進行發(fā)電。上述方案中，所述導(dǎo)熱油加熱太陽能預(yù)熱器13中的給水后，進一步進入第一拋物 槽式太陽能集熱器17來吸收太陽能，實現(xiàn)導(dǎo)熱油的循環(huán)利用。上述方案中，該系統(tǒng)還包括冷凝器6、凝結(jié)水泵7、低壓給水加熱器8、除氧器9、高 壓水泵10、高壓給水加熱器11和加壓泵12，其中，所述過熱蒸汽在蒸汽輪機的高壓缸2或 中壓缸3中膨脹做功后變?yōu)榉ζ?，該乏汽?jīng)冷凝器6凝結(jié)成水，經(jīng)凝結(jié)水泵7加壓后，分流 相當(dāng)于原系統(tǒng)循環(huán)水量的給水依次進入低壓給水加熱器8、除氧器9、高壓水泵10和高壓給 水加熱器11進行吸熱升溫，而后進入燃煤鍋爐1，分流后多余的給水經(jīng)加壓泵12適當(dāng)增壓 或減壓后，依次通過經(jīng)太陽能預(yù)熱器13、太陽能蒸汽發(fā)生器14和太陽能過熱器15吸收導(dǎo)熱 油的熱量形成過熱蒸汽，繼續(xù)注入蒸汽輪機的高壓缸2或中壓缸3中膨脹做功，實現(xiàn)給水的 循環(huán)利用。上述方案中，所述太陽能預(yù)熱器13、太陽能蒸汽發(fā)生器14和太陽能過熱器15均由 油水換熱器構(gòu)成。上述方案中，所述太陽能預(yù)熱器13、太陽能蒸汽發(fā)生器14和太陽能過熱器15串聯(lián) 運行，將給水最終加熱至過熱狀態(tài)。上述方案中，所述太陽能預(yù)熱器13、太陽能蒸汽發(fā)生器14和太陽能過熱器15與火 電站的回?zé)嵯到y(tǒng)并聯(lián)運行，通過控制系統(tǒng)和蒸汽閥門調(diào)節(jié)。上述方案中，所述第一拋物槽式太陽能集熱器17和第二拋物槽式太陽能集 熱器16通過導(dǎo)熱油回路間接產(chǎn)生過熱蒸汽，或者通過直接蒸汽產(chǎn)生(Direct steam generation, DSG)技術(shù)直接產(chǎn)生過熱蒸汽。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本實用新型具有以下有益效果1、利用本實用新型，太陽能產(chǎn)生過熱蒸汽注入蒸汽輪機高壓缸或中壓缸膨脹做 功，在投入燃料一定的情況下，明顯增加蒸汽輪機出功和電站發(fā)電量，降低了單位發(fā)電煤 耗，減少了(X)2的排放，符合低碳環(huán)保要求。2、利用本實用新型，太陽能產(chǎn)生的過熱蒸汽被注入效率較高的汽輪機高壓缸或中 壓紅，較之于規(guī)模較小的單獨太陽能槽式電站，可得到較高的太陽能凈發(fā)電效率和較低的 太陽能發(fā)電成本，實現(xiàn)太陽能的高質(zhì)量轉(zhuǎn)化。3、利用本實用新型，導(dǎo)熱油在太陽能集熱場中分兩段加熱，根據(jù)集熱效率與導(dǎo)熱 油平均溫度的反比關(guān)系，較之于傳統(tǒng)的一次通過式流程，本實用新型流程具有更高的集熱 效率，從而減小了鏡場面積，降低了成本。4、利用本實用新型，在晴朗的正午等輻照強度高于設(shè)計點的時段增加吸收太陽能的給水流量，在夜晚或陰天等輻照強度低于設(shè)計點的時段減少吸收太陽能的給水流量，保 證注入汽輪機的過熱蒸汽溫度不變，當(dāng)輻照強度降至為零，恢復(fù)為互補前的化石燃料單獨 發(fā)電模式，從而向電網(wǎng)持續(xù)供電，增加了太陽能利用的可靠性和穩(wěn)定性。5、本實用新型對下列地區(qū)具有更大優(yōu)勢太陽輻照資源良好非耕地土地資源豐 富，存在大量技術(shù)落后的中小規(guī)?；痣姍C組的地區(qū)(我國的中西部地區(qū)，如青海、新疆等 地)。
圖1為本實用新型提供的高壓缸注蒸汽式太陽能和化石燃料互補發(fā)電系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型提供的中壓缸注蒸汽式太陽能和化石燃料互補發(fā)電系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)示意圖；其中各部件及相應(yīng)的標(biāo)記為1-燃煤鍋爐；2-蒸汽輪機的高壓缸；3-蒸汽輪機的 中壓缸；4-蒸汽輪機的低壓缸；5-發(fā)電機；6-冷凝器；7-凝結(jié)水泵；8-低壓給水加熱器； 9-除氧器；10-高壓水泵；11-高壓給水加熱器；12-加壓泵；122-減壓閥；13-太陽能預(yù)熱 器；14-太陽能蒸汽發(fā)生器；15-太陽能過熱器；16、17_拋物槽式太陽能集熱器；18-分流 器；19-混合器。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并 參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。如圖1和圖2所示，本實用新型提供的注蒸汽式的太陽能與火電站互補發(fā)電系統(tǒng)， 包括第一拋物槽式太陽能集熱器17、太陽能蒸汽發(fā)生器14、分流器18、第二拋物槽式太陽 能集熱器16、太陽能過熱器15、混合器19、太陽能預(yù)熱器13、燃煤鍋爐1、發(fā)電機5，以及蒸 汽輪機的高壓缸2、中壓缸3和低壓蒸缸4。其中，導(dǎo)熱油經(jīng)第一拋物槽式太陽能集熱器17加熱后進入太陽能蒸汽發(fā)生器14， 將太陽能蒸汽發(fā)生器14中的給水加熱至飽和狀態(tài)，因換熱而溫度下降的導(dǎo)熱油經(jīng)分流器 18分流，一部分進入第二拋物槽式太陽能集熱器16吸熱升溫，進入太陽能過熱器15將太陽 能過熱器15中的給水加熱至過熱狀態(tài)，然后該部分導(dǎo)熱油與其余部分導(dǎo)熱油經(jīng)混合器19 混合進入太陽能預(yù)熱器13，加熱太陽能預(yù)熱器13中的給水。給水經(jīng)太陽能預(yù)熱器13、太陽 能蒸汽發(fā)生器14和太陽能過熱器15，通過導(dǎo)熱油間接吸收太陽能或直接進入太陽能集熱 器吸收太陽能變?yōu)檫^熱蒸汽，該過熱蒸汽被注入蒸汽輪機的高壓缸2或中壓缸3中，在該處 與燃煤鍋爐1產(chǎn)生的過熱蒸汽混合，在蒸汽輪機的高壓缸2或中壓缸3中膨脹做功，輸出給 發(fā)電機5進行發(fā)電。導(dǎo)熱油加熱太陽能預(yù)熱器13中的給水后，進一步進入第一拋物槽式太陽能集熱 器17來吸收太陽能，實現(xiàn)導(dǎo)熱油的循環(huán)利用。該系統(tǒng)還包括冷凝器6、凝結(jié)水泵7、低壓給水加熱器8、除氧器9、高壓水泵10、高 壓給水加熱器11和加壓泵12，其中，所述過熱蒸汽在蒸汽輪機的高壓缸2或中壓缸3中膨 脹做功后變?yōu)榉ζ摲ζ?jīng)冷凝器6凝結(jié)成水，經(jīng)凝結(jié)水泵7加壓后，分流相當(dāng)于原系統(tǒng)循環(huán)水量的給水依次進入低壓給水加熱器8、除氧器9、高壓水泵10和高壓給水加熱器11 進行吸熱升溫，而后進入燃煤鍋爐1，分流后多余的給水經(jīng)加壓泵12適當(dāng)增壓或減壓后，依 次通過經(jīng)太陽能預(yù)熱器13、太陽能蒸汽發(fā)生器14和太陽能過熱器15吸收導(dǎo)熱油的熱量形 成過熱蒸汽，繼續(xù)注入蒸汽輪機的高壓缸2或中壓缸3中膨脹做功，實現(xiàn)給水的循環(huán)利用。當(dāng)太陽輻照不能滿足產(chǎn)生過熱蒸汽所需熱量時，為保證過熱蒸汽溫度不變，則逐 漸減少給水流量，直至太陽輻照為零，給水流量減少至零，系統(tǒng)恢復(fù)為互補前火電站單獨發(fā) 電模式。西部地區(qū)太陽能資源豐富，年平均輻照強度約為600W/m2，日照時數(shù)達2500h，選用 330MW常規(guī)火電站與太陽能進行互補發(fā)電，圖2為中壓缸注蒸汽式太陽能和330MW火電站互 補發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施例中，導(dǎo)熱油在鏡場17的拋物槽式太陽能集熱器中吸收太陽輻射熱后， 進入太陽能蒸汽發(fā)生器14進行換熱，出口導(dǎo)熱油經(jīng)分流器18 —部分進入鏡場16的拋物 槽式太陽能集熱器繼續(xù)吸收太陽能后進入太陽能過熱器15進行換熱，而后與分流器18出 口的其余部分導(dǎo)熱油經(jīng)混合器19混合，進入太陽能預(yù)熱器13，換熱后重新進入太陽能鏡場 17。給水(50t/h)先后在太陽能預(yù)熱器13、太陽能蒸汽發(fā)生器14和太陽能過熱器15 中吸收導(dǎo)熱油釋放的熱量，被加熱成為370°C、1. 19MPa的過熱蒸汽，注入蒸汽輪機的中壓 缸3相應(yīng)級，燃煤鍋爐1產(chǎn)生的蒸汽在蒸汽輪機的高壓缸2膨脹做功后經(jīng)鍋爐再熱，進入蒸 汽輪機的中壓缸3，膨脹到該級后與太陽能產(chǎn)生的蒸汽混合，繼續(xù)膨脹，蒸汽輪機的低壓缸 4出口乏汽經(jīng)冷凝器6凝結(jié)成水后，一部分經(jīng)凝結(jié)水泵7加壓依次進入低壓給水加熱器8、 除氧器9、高壓給水泵10和高壓給水加熱器11，而后進入鍋爐1的省煤器，完成熱力循環(huán)， 其余部分經(jīng)減壓閥122適當(dāng)減壓后，重新進入太陽能預(yù)熱器13、太陽能蒸汽發(fā)生器14和太 陽能過熱器15，吸收熱量變?yōu)檫^熱蒸汽。較之于330MW常規(guī)燃煤電站，注蒸汽式的太陽能與火電站互補發(fā)電系統(tǒng)的熱力性 能得到明顯提升，當(dāng)輸入燃料不變時，系統(tǒng)出功增加大于10MW，系統(tǒng)熱效率由提升1. 5個百 分點左右?；パa發(fā)電系統(tǒng)的太陽能凈發(fā)電效率可達20%左右，高于已商業(yè)運行的槽式太陽能 熱發(fā)電站SEGS系列的發(fā)電效率9. 3-13. 6%。太陽能鏡場實現(xiàn)國產(chǎn)化后，該注蒸汽式的太陽能與火電站互補發(fā)電系統(tǒng)太陽能 發(fā)電比投資小于10000元/kW，較之于單獨槽式太陽能電站SEGS(I-XI)的比投資成本 25840-19652元/kW，具有一定競爭優(yōu)勢。標(biāo)準(zhǔn)煤耗由311. lg/kffh降至300. 4-296. Og/kffh,每年節(jié)省標(biāo)煤300_600t，如進行 CDM碳交易項目(約30美元/噸CO2)，則每年額外盈利最高達30萬元。以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一 步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本 實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包 含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種注蒸汽式的太陽能與火電站互補發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括第一拋物 槽式太陽能集熱器(17)、太陽能蒸汽發(fā)生器(14)、分流器(18)、第二拋物槽式太陽能集熱 器(16)、太陽能過熱器(15)、混合器(19)、太陽能預(yù)熱器(13)、燃煤鍋爐(1)、發(fā)電機(5)， 以及蒸汽輪機的高壓缸O)、中壓缸C3)和低壓蒸缸，其中導(dǎo)熱油經(jīng)第一拋物槽式太陽能集熱器(17)加熱后進入太陽能蒸汽發(fā)生器(14)，將 太陽能蒸汽發(fā)生器(14)中的給水加熱至飽和狀態(tài)，因換熱而溫度下降的導(dǎo)熱油經(jīng)分流器 (18)分流，一部分進入第二拋物槽式太陽能集熱器(16)吸熱升溫，進入太陽能過熱器(15) 將太陽能過熱器(1 中的給水加熱至過熱狀態(tài)，然后該部分導(dǎo)熱油與其余部分導(dǎo)熱油經(jīng) 混合器(19)混合進入太陽能預(yù)熱器(13)，加熱太陽能預(yù)熱器(1 中的給水；給水經(jīng)太陽能預(yù)熱器(13)、太陽能蒸汽發(fā)生器(14)和太陽能過熱器(15)，通過導(dǎo)熱油 間接吸收太陽能或直接進入太陽能集熱器吸收太陽能變?yōu)檫^熱蒸汽，該過熱蒸汽被注入蒸 汽輪機的高壓缸( 或中壓缸C3)中，在該處與燃煤鍋爐(1)產(chǎn)生的過熱蒸汽混合，在蒸汽 輪機的高壓缸⑵或中壓缸⑶中膨脹做功，輸出給發(fā)電機(5)進行發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注蒸汽式的太陽能與火電站互補發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 所述導(dǎo)熱油加熱太陽能預(yù)熱器(1 中的給水后，進一步進入第一拋物槽式太陽能集熱器 (17)來吸收太陽能，實現(xiàn)導(dǎo)熱油的循環(huán)利用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注蒸汽式的太陽能與火電站互補發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該 系統(tǒng)還包括冷凝器(6)、凝結(jié)水泵(7)、低壓給水加熱器(8)、除氧器(9)、高壓水泵(10)、高 壓給水加熱器(11)和加壓泵(12)，其中，所述過熱蒸汽在蒸汽輪機的高壓缸( 或中壓缸 (3)中膨脹做功后變?yōu)榉ζ摲ζ?jīng)冷凝器(6)凝結(jié)成水，經(jīng)凝結(jié)水泵(7)加壓后，分流 相當(dāng)于原系統(tǒng)循環(huán)水量的給水依次進入低壓給水加熱器(8)、除氧器(9)、高壓水泵(10)和 高壓給水加熱器(11)進行吸熱升溫，而后進入燃煤鍋爐(1)，分流后多余的給水經(jīng)加壓泵 (12)適當(dāng)增壓或減壓后，依次通過經(jīng)太陽能預(yù)熱器(13)、太陽能蒸汽發(fā)生器(14)和太陽 能過熱器(1 吸收導(dǎo)熱油的熱量形成過熱蒸汽，繼續(xù)注入蒸汽輪機的高壓缸( 或中壓缸 (3)中膨脹做功，實現(xiàn)給水的循環(huán)利用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的注蒸汽式的太陽能與火電站互補發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于， 所述太陽能預(yù)熱器(13)、太陽能蒸汽發(fā)生器(14)和太陽能過熱器(1 均由油水換熱器構(gòu) 成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注蒸汽式的太陽能與火電站互補發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所 述太陽能預(yù)熱器(1 、太陽能蒸汽發(fā)生器(14)和太陽能過熱器(1 串聯(lián)運行，將給水最終 加熱至過熱狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注蒸汽式的太陽能與火電站互補發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所 述太陽能預(yù)熱器(13)、太陽能蒸汽發(fā)生器(14)和太陽能過熱器(1 與火電站的回?zé)嵯到y(tǒng) 并聯(lián)運行，通過控制系統(tǒng)和蒸汽閥門調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的注蒸汽式的太陽能與火電站互補發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所 述第一拋物槽式太陽能集熱器(17)和第二拋物槽式太陽能集熱器(16)通過導(dǎo)熱油回路間 接產(chǎn)生過熱蒸汽，或者通過直接蒸汽產(chǎn)生技術(shù)直接產(chǎn)生過熱蒸汽。
專利摘要本實用新型公開了一種注蒸汽式的太陽能與火電站互補發(fā)電系統(tǒng)，包括第一拋物槽式太陽能集熱器、太陽能蒸汽發(fā)生器、分流器、第二拋物槽式太陽能集熱器、太陽能過熱器、混合器、太陽能預(yù)熱器，以及燃煤鍋爐、蒸汽輪機的高壓缸、中壓缸和低壓蒸缸，給水經(jīng)太陽能預(yù)熱器、太陽能蒸汽發(fā)生器和太陽能過熱器，通過導(dǎo)熱油間接吸收太陽能或直接進入太陽能集熱器吸收太陽能變?yōu)檫^熱蒸汽，該過熱蒸汽被注入蒸汽輪機的高壓缸或中壓缸中，在該處與燃煤鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽混合，在蒸汽輪機的高壓缸或中壓缸中膨脹做功，輸出給發(fā)電機進行發(fā)電。利用本實用新型，實現(xiàn)了火電站擴容降耗，解決了太陽能不穩(wěn)定不連續(xù)的問題，有利于大規(guī)模推廣應(yīng)用太陽能技術(shù)。
文檔編號F01K11/02GK201836001SQ201020577250
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者張傳強, 洪慧, 趙雅文, 金紅光 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所