CN101680649A - 当在太阳能热电厂中太阳能直接汽化时中间再热器燃烧的方法和设备 - Google Patents

当在太阳能热电厂中太阳能直接汽化时中间再热器燃烧的方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太阳能热电厂设备(1)，其包括工作流体循环(9)、基于直接汽化的太阳能锅炉和汽轮机(3)，用于使工作流体膨胀以输出技术功，其中，太阳能锅炉和汽轮机(3)连接在工作流体循环(9)中，包括用于使工作流体中间再热的补充燃烧器(22)。本发明还涉及一种运行这种设备的方法。

Description

当在太阳能热电厂中太阳能直接汽化时中间再热器燃烧的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种运行太阳能热电厂设备的方法以及一种太阳能热电厂设备，它包括基于直接汽化的太阳能锅炉和工作流体燃烧的中间再热器。
背景技术
太阳能热电厂是与传统不同的另一种发电装置。太阳能热电厂利用太阳辐射能生产电能。它由一个用于吸收太阳能的太阳能电厂部分和第二个大多传统的电厂部分组成。
太阳能电厂部分包括太阳能采集场，也就是说包括收集器的聚集系统。聚集的收集器是太阳能电厂部分的主要组成部分。已知的收集器在这里是抛物线槽式收集器、菲涅耳收集器、太阳能塔架和抛物面反射镜。抛物线槽式收集器将阳光聚集在定位于聚焦线内的吸收管上。在那里吸收太阳能并作为热能进一步传给载热介质。
在这里作为载热介质可考虑使用热油、水、空气或盐水。
传统的电厂部分大多包括汽轮机、发电机和冷凝器，其中与传统电厂相比，用太阳能采集场产生的加热量代替通过锅炉产生的热量。
目前设计采用间接汽化的太阳能热电厂，也就是说在太阳能电厂部分与传统的电厂部分之间连接热交换器，以便将太阳能采集场中产生的能量，由太阳能采集场循环的载热介质传给传统的电厂部分的水汽循环。
未来的选择将是直接汽化，其中，太阳能电厂部分的太阳能采集场循环与传统的电厂部分的水汽循环构成一个共同的循环，此时对太阳能采集场中的水进行预热、汽化和再热，并如此供给传统部分。因此太阳能电厂部分是太阳能锅炉。
传统的电厂部分采用在太阳能采集场中直接汽化达到的蒸汽参数不能最佳地运行。通过尽可能大的压降进行的蒸汽膨胀，受膨胀时在透平中形成的水分的极大限制。为了在利用尽可能大压降的同时在透平中形成水分最小化，有必要对蒸汽进行中间再热。
在传统的蒸汽发电厂中，中间再热借助锅炉内的热交换器实施。在利用直接汽化的太阳能热电厂中，中间再热在单独的太阳能采集场内实施。但是中间再热的这种实施形式看起来并不恰当，因为在太阳能采集场内中间再热时将带来很大的压力损失。
发明内容
因此本发明有关设备要解决的技术问题是，提供一种改善中间再热的太阳能热电厂设备。另一个技术问题是，提供一种运行这种电厂设备的方法。
按照本发明上述技术问题通过专利权利要求1和专利权利要求15的特征部分得以解决。
在从属权利要求中列举其他有利的实施形式。
按照本发明的太阳能热电厂设备包括工作流体循环、基于直接汽化的太阳能锅炉和汽轮机，用于使工作流体膨胀以输出技术功，其中，太阳能锅炉和汽轮机连接在工作流体循环中，包括用于使工作流体中间再热的补充燃烧器。
如此配置的优点是，中间再热器蒸汽温度可以与新汽温度相同或者甚至更高。
有利地，补充燃烧器可用氢工作。在这方面特别恰当的是，氢借助电解产生，电解所需要的能量例如由光电设备保证。这种方案特别有利，因为与太阳能热电厂本身一样，补充燃烧同样通过废热利用的能量实现，以及没有二氧化碳进入水汽循环中。
按有利的扩展设计，太阳能热电厂设备包括产生电能的发电机。
此时恰当的是，电解所需要的电能可以由太阳能热电厂自己提供。这种配置的优点是，由于在中间再热时改善了蒸汽参数所以使效率更高，以及是单纯实施废热利用的补充燃烧。
除了在用氢燃烧器的中间再热时直接燃烧以及氢直接在水蒸气内燃烧外，氢可以在传统的蒸汽循环的其他多个地点直接燃烧，使过程优化和提高效率。氢借助直接在水蒸气内燃烧的氢燃烧器燃烧，可例如有利地用于提升新汽参数或平衡在云层通过时的温度波动或用于起动设备。
根据蒸汽参数，蒸汽分离器在循环中恰当地可以处于中间再热器前，以便在中间再热器冷的二次侧以尽可能高的蒸汽含量进入蒸汽-蒸汽热交换器中。
此外在这方面恰当的是，来自蒸汽分离器的冷凝物在适宜的位置重新被加入工作流体循环中。
特别有利地，太阳能热电厂设备包括抛物线槽式收集器，它有高的工艺成熟度，以及对于线性聚集系统而言有最高的集中效应，由此可以实现高的过程温度。
按另一种实施形式采用菲涅耳收集器。与抛物线槽式收集器相比，菲涅耳收集器的优点在于用套管固定和导致比较小的压力损失。菲涅耳收集器与抛物线槽式收集器相比的另一个优点是，它们基本上是一些标准化的部件，这种部件没有高的工艺技能也可以生产。因此菲涅耳收集器的购置费和维修费低。
另一种有利的实施形式是利用太阳能塔架进行太阳能直接汽化，它能实现最高的过程温度。
基于水非常高的单位热容量或其高的单位汽化焓及其简单的可操作性，所以它是一种非常好的热载体，并因而非常适合作为工作流体。
有关方法的技术问题通过一种运行太阳能热电厂设备的方法得以解决，在太阳能热电厂设备中工作流体在循环内导引流动，其中，工作流体通过阳光照射直接汽化，以及在膨胀段上膨胀以输出技术功，并在补充燃烧器内再热。
此方法用于上述已说明的设备。因此所述设备的优点也适用于本方法。
由下面对优选的实施例和附图的说明以及由其他从属权利要求，提供本发明的其他优点、特征和详情。
附图说明
下面借助附图举例详细说明本发明。
附图简化和未按尺寸比例地表示：
图1表示借助补充燃烧的中间再热；
图2表示借助燃烧氢的补充燃烧器的中间再热，其中氢可再利用地通过光电设备产生；
图3表示借助燃烧氢的补充燃烧器的中间再热，其中氢借助来自电厂自己产品的电流获得；
图4表示在太阳能电厂中直接燃烧氢的一般性利用；以及
图5表示两种系统(蒸汽-蒸汽热交换器与直接燃烧氢)的组合。
在所有的图中相同的部分采用同一附图标记标注。
具体实施方式
图1示意性地表示出按照本发明直接汽化的太阳能热电厂设备1的结构和循环过程。设备1包括太阳能采集场2，在太阳能采集场中收集阳光并转换为热能，以及可以例如有抛物线槽式收集器、太阳能塔架或菲涅耳收集器。收集的阳光交给载热介质，载热介质被汽化和通过新汽管道10作为工作流体被导入例如由汽轮机3组成的膨胀段19中。汽轮机3包括高压透平4和低压透平5，它们驱动发电机6。工作流体在汽轮机3中膨胀，以及接着在冷凝器7内液化。供水泵8将液化的载热介质重新泵回太阳能采集场2，由此闭合载热介质或工作流体的循环9。
按图1的实施例，冷的中间再热蒸汽借助补充燃烧器22(例如燃烧矿物燃料、生物材料、氢)被再热。燃烧矿物燃料的补充燃烧器22可以用不同类型的锅炉结构实现。通过其结构设计，它可以有目的地用于将冷的中间再热蒸汽再加热到比较热的中间再热蒸汽参数。
取决于冷的中间再热蒸汽参数，可以在燃烧矿物燃料的补充燃烧器22前相宜地采用蒸汽分离器14，以便获得一种对于燃烧矿物燃料的中间再热而言最佳的蒸汽含量。来自蒸汽分离器14的冷凝物在恰当的位置(馈给位置15)重新被置入水循环9中。
图2表示本发明的一种实施形式，它详细描述了利用补充燃烧器22的中间再热。在本实施形式中，补充燃烧器用氢26工作，也就是说氢燃烧器21直接在水蒸气中燃烧。必要的氢26借助电解装置24产生。电解装置24所需的能量由光电设备23提供，由此通常燃烧矿物的能量载体或生物材料的补充燃烧器22，同样可以借助废热利用的能量实现，以及没有二氧化碳进入水汽循环9内。
图3与图2一样表示补充燃烧器22，其中氢燃烧器21直接在水蒸气中燃烧。但是与图2所示实施形式不同，为电解装置24所需的能量由电厂1本身提供，由此再次实现单纯实施废热利用的补充燃烧器22。
按图4中表示的实施形式，不仅表示中间再热时借助氢燃烧器21直接燃烧，其中氢26直接在水蒸气中燃烧。在这里鉴于过程优化和提高效率方面的考虑，氢26还用于提升新汽参数或平衡在云层通过时的温度波动，并直接在新汽管道10的水蒸气中燃烧。
图5表示一种实施形式，其中已部分膨胀的蒸汽第一次中间再热通过蒸汽-蒸汽热交换器17实现。中间再热到必要的蒸汽参数是借助补充燃烧器22实现的，例如借助于直接在中间再热时燃烧的氢燃烧器21进行的。在这里，第一次中间再热的蒸汽可以或从高压透平4的专用抽头16或从用于供水预热的抽头的抽取点提取，并在蒸汽-蒸汽热交换器17中冷却后，在用于利用废热的供水预热器的馈给位置18，重新回送到工作流体循环9中。用于补充燃烧的氢26可以借助电解装置24或热裂变获得。

Claims (15)

1.一种太阳能热电厂设备(1)，包括工作流体循环(9)、基于直接汽化的太阳能锅炉和汽轮机(3)，用于使工作流体膨胀以输出技术功，其中，太阳能锅炉和汽轮机(3)连接在工作流体循环(9)中，包括用于使工作流体中间再热的补充燃烧器(22)。
2.按照权利要求1所述的太阳能热电厂设备(1)，其中，所述补充燃烧器(22)可利用燃料工作。
3.按照权利要求1或2所述的太阳能热电厂设备(1)，其中，所述补充燃烧器(22)可利用氢(26)工作。
4.按照权利要求3所述的太阳能热电厂设备(1)，包括用于获得氢(26)的电解装置(24)。
5.按照权利要求4所述的太阳能热电厂设备(1)，其中，所述电解装置(24)与光电设备(23)连接。
6.按照前列诸权利要求之一所述的太阳能热电厂设备(1)，还包括产生电能的发电机(6)，其中，该发电机通过轴与汽轮机(3)耦合连接。
7.按照权利要求6所述的太阳能热电厂设备(1)，其中，电解装置(24)需要的能量可以由电厂设备(1)的发电机(6)自己提供。
8.按照前列诸权利要求之一所述的太阳能热电厂设备(1)，其中，蒸汽分离器(14)连接在补充燃烧器(22)之前。
9.按照权利要求8所述的太阳能热电厂设备(1)，其中，所述蒸汽分离器(14)的冷凝物出口连接在工作流体循环(9)中。
10.按照前列诸权利要求之一所述的太阳能热电厂设备(1)，其中，太阳能锅炉通过新汽管道(10)与汽轮机(3)连接，以及补充燃烧器连接在新汽管道(10)中。
11.按照前列诸权利要求之一所述的太阳能热电厂设备(1)，其中，太阳能锅炉包括抛物线槽式收集器。
12.按照权利要求1至10之一所述的太阳能热电厂设备(1)，其中，太阳能锅炉包括菲涅耳收集器。
13.按照权利要求1至10之一所述的太阳能热电厂设备(1)，其中，太阳能锅炉包括太阳能塔架。
14.按照前列诸权利要求之一所述的太阳能热电厂设备(1)，其中，工作流体是水或水蒸气。
15.一种用于运行太阳能热电厂设备(1)的方法，在太阳能热电厂设备中工作流体在循环(9)内流动，其中，工作流体通过阳光辐射直接汽化，以及膨胀并输出技术功，并在补充燃烧器(22)内被再热。
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