CN101787906A - 一种太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统,包括生物质循环流化床燃烧锅炉系统、太阳能热吸收转化系统和汽轮机发电系统,在有太阳辐射情况下,生物质循环流化床燃烧锅炉系统和太阳能热吸收转化系统与汽轮机发电系统联合运行,将太阳能辐射热转化成热能用于加热给水,最后蒸汽经加热成为中温中压或高温高压蒸汽,从而带动汽轮机组发电;在没有太阳辐射或太阳能热吸收转化系统发生故障需要检修的情况下,太阳能热吸收转化系统被解列,而生物质循环流化床燃烧锅炉系统和汽轮机发电系统仍保持正常运行。本发明将太阳能热利用系统合理地集成到生物质发电系统中,并且具有投资成本低、发电效率高、系统稳定性好等优势。

Description

一种太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统
技术领域
本发明涉及一种发电系统,具体涉及一种投资成本低、发电效率高、系统稳定性好的太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统。
背景技术
能源是经济和社会发展的重要基础。随着世界经济的不断发展,能源需求快速增长,化石能源的大量消费,导致资源短缺和环境污染及气候变化问题日益突出,严重影响了人类的生存环境和生存质量。为了减少对化石能源的依赖,各国纷纷加大力度开发利用清洁的新能源和可再生能源。我国也提出,到2020年,非化石能源占一次能源消费的比重将达到15%左右。
在新能源中,太阳能是未来最具应用前景的可再生能源。目前,太阳能热发电技术是人类开发利用太阳能的一个主要手段,该技术是指聚集太阳光将其转化为热能,再转化成电能。早期的太阳能热发电技术多采用单纯太阳能热发电模式,首先是利用聚光集热装置将太阳能收集起来,并加热集热工质到一定温度,经过换热器将热能传递给动力回路中循环做功的工质,或产生过热蒸汽,驱动汽轮机带动发电机发电;或产生高温高压的空气,驱动汽轮机,再带动发电机发电。由于太阳能供应不稳定、不连续,特别是在夜间或太阳辐射不充足的时候,系统频繁的启停和负荷波动,严重影响了单纯太阳能热发电的发电效率和机组寿命。
为解决以上问题,常规太阳能热发电系统在单纯太阳能热发电系统的基础上,配置化石燃料补燃系统和蓄能子系统,前者采用燃烧油或天然气等化石燃料来提供蒸汽循环所需热量,保持汽轮机连续运行,但高价的化石燃料增加了系统的发电成本,而且化石燃料系统频繁启停和负荷波动,也影响了热发电系统的稳定运行;后者采用蓄热介质将太阳能的部分热量暂时存储起来,在太阳辐射不足时,提供补充能量,但是,由于蓄热系统复杂、价格昂贵,也增加了太阳能热发电的投资成本,并且使用熔盐(硝酸盐)作为蓄热介质,还存在一定安全问题(遇水爆炸)。同时,太阳能集热温度由于效率的限制,一般加热工质温度不高,汽轮机入口参数低导致整个系统的太阳能热发电效率较低。
综上所述,常规太阳能热发电系统普遍存在投资成本高、技术复杂、热发电效率低、系统稳定性差的缺点,而且该发电系统在短期内很难通过内在技术创新来有效地解决以上问题,因此,迫切需要寻求新的思路,打破常规太阳能热发电模式,从多种可再生能源综合互补的角度,开发出一种新的太阳能热发电系统。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种将太阳能热利用系统合理地集成到生物质发电系统中,并且具有投资成本低、发电效率高、系统稳定性好等优势的太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统。
技术方案:为了实现上述目的,本发明的一种太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统,包括生物质循环流化床燃烧锅炉系统、太阳能热吸收转化系统和汽轮机发电系统。在有太阳辐射情况下,生物质循环流化床燃烧锅炉系统和太阳能热吸收转化系统与汽轮机发电系统联合运行,所述太阳能热吸收转化系统通过热吸收单元将太阳能辐射热吸收转化用于加热导热油,导热油再通过换热器将热量传递给给水,给水转变为饱和蒸汽,饱和蒸汽通过给水管路进入生物质循环流化床燃烧锅炉系统的混合器中,与低温过热器产生的过热蒸汽和一部分用于调节过热汽温的给水混合,混合后的蒸汽再进入高温过热器加热,产生的中温中压或高温高压蒸汽通过给水管路进入汽轮机发电系统发电。在没有太阳辐射或太阳能热吸收转化系统发生故障需要检修的情况下,太阳能热吸收转化系统被解列,而生物质循环流化床燃烧锅炉系统和汽轮机发电系统仍保持正常运行。
所述的生物质循环流化床燃烧锅炉系统主要包括料仓、进料口、点火燃烧器、水冷风室、排渣管、布风板、炉膛、二次风口、水冷壁、下降管、汽包、旋风分离器、返料器、高温过热器、对流管束、灰斗、低温过热器、省煤器、混合器、二次风空气预热器、二次风送风机、一次风空气预热器、一次风送风机、布袋除尘器、排灰管、引风机、烟囱。该锅炉的具体运行方式可参见我们已经获得授权的发明专利“一种新型生物质循环流化床燃烧锅炉”(专利号:ZL200610069689.9)。
所述的太阳能热吸收转化系统包括热吸收单元、一级换热器和二级换热器,所述热吸收单元、一级换热器和二级换热器通过导热油主管路依次串接,所述一级换热器和二级换热器通过给水管路分别与汽轮机发电系统和生物质循环流化床燃烧锅炉系统连接。
所述热吸收单元包括集热器和聚光器,集热器安装于聚光器上;若干吸收单元串接形成单元组,将导热油连续加热,若干单元组再采用并联方式连接,最后与一级换热器和二级换热器串接;加热后的导热油通过主管路依次进入二级换热器和一级换热器,将热量传递给给水,使其转变为饱和蒸汽,然后送入生物质循环流化床燃烧锅炉的混合器。
所述聚光器为槽式的,也可以是塔式或蝶式的。
所述汽轮机发电系统包括汽轮机高压缸、汽轮机中低压缸、发电机、变压器、电网、冷凝器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器,从生物质循环流化床燃烧锅炉系统出来的合格蒸汽进入汽轮机高压缸和中低压缸膨胀做功,汽轮机带动发电机发电,发出的低压电经变压器升压后进入电网;做功后的乏汽进入冷凝器并由凝结水泵加压后经过低压加热器加热后打入除氧器,除氧器采用低压缸抽汽加热来除去给水中的溶解气体;从除氧器出来的给水经给水泵增压后通过高压加热器加热,然后分成三路,一路进入太阳能热吸收转化系统的给水管路,一路进入生物质循环流化床燃烧锅炉的省煤器,另一路作为调节汽温的给水进入生物质循环流化床燃烧锅炉的混合器。
有益效果:本发明的一种太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统具有如下的特色及优点:
1、本发明的太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统,以太阳能和生物质资源作为主要能源,本身不额外排放CO2,可以实现真正意义上的CO2零排放,同时实现这两种可再生能源的合理匹配和综合利用;
2、将常规太阳能热发电系统的太阳能热吸收转化系统耦合到相对成熟的生物质能发电系统中,能够减少常规太阳能热发电系统的蓄热子系统和补燃子系统,大大降低设备的复杂性,可以节省投资成本,同时降低开发利用太阳能的技术和经济风险;
3、将太阳能热利用系统合理地集成到生物质发电系统中,将太阳能热利用系统产生的饱和蒸汽送入生物质循环流化床锅炉的混合器,经过高温过热器过热后可以产生中温中压或高温高压过热蒸汽,这可以极大地提高蒸汽品质,从而提高整个热发电系统的发电效率;
4、将太阳能加热产生的饱和蒸汽引入生物质循环流化床燃烧锅炉的混合器中,与低温过热器产生的过热蒸汽和部分用来调节汽温的给水混合,这样的布置方式,可以避免常规太阳能热发电系统由于太阳能供应不稳定、不连续引起系统频繁的启停和负荷波动对汽轮机组的影响;
5、吸收太阳能辐射热需布置占据大量空间的太阳能聚光集热设备,而生物质电厂通常具有充足的空间,如生物质的收集、破碎和贮存等屋顶空间,将聚光集热设备安装在这些地方,可以大大节约布置聚光设备占用的空间,实现资源的最大化利用。
附图说明
附图为本发明的一种太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图所示,本发明的一种太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统,包括生物质循环流化床燃烧锅炉系统、太阳能热吸收转化系统和汽轮机发电系统。根据太阳辐射情况和设备检修情况,本系统有两种主要运行方式:在有太阳辐射情况下,生物质循环流化床燃烧锅炉系统I和太阳能热吸收转化系统∏与汽轮机发电系统III联合运行,太阳能热吸收转化系统∏通过热吸收单元将太阳能辐射热吸收转化用于加热导热油,吸收单元包括聚光器28和集热器29。本实施例采用反射镜聚光器28和集热管集热器29,集热器29安装于聚光器28的焦线上,两者组合成一个热吸收单元,沿聚光器28轴线方向布置的热吸收单元通过串联方式连接,组成一个热吸收单元组,热吸收单元组之间又通过并联方式连接,组合成整个太阳能热吸收转化系统。当太阳光照射到聚光器28上时,被聚焦反射到集热器29上,加热流过集热器的导热油。这样,导热油流过热吸收单元组内的吸收单元被连续加热到较高的温度,然后流出每个热吸收单元组汇合到导热油主管路30上,通过二次换热器32、一次换热器31换热,经过热交换的导热油重新通过导热油主管路30分配至每个热吸收单元,吸收太阳辐射热量。从汽轮机发电系统III过来的给水通过给水管路33依次流过一次换热器31、二次换热器32,吸收导热油释放的热量,加热后成为饱和蒸汽,然后送入生物质循环流化床燃烧锅炉系统I的混合器19中,与低温过热器17产生的过热蒸汽和一部分用于调节过热汽温的给水混合,混合后的蒸汽再进入高温过热器14加热,产生的中温中压或高温高压蒸汽通过给水管路33进入汽轮机发电系统III发电。在没有太阳辐射或太阳能热吸收转化系统发生故障需要检修的情况下,可以切断给水管路33将太阳能热吸收转化系统∏解列,而生物质循环流化床燃烧锅炉系统I和汽轮机发电系统III仍维持正常运行。
生物质循环流化床燃烧锅炉采用床下点火启动方式,燃料(柴油或天然气)和来自一次风送风机23的燃烧风在启动点火燃烧器3燃烧后产生高温烟气,高温烟气与混合风在燃烧室内混合至880℃左右,进入水冷风室4。在水冷风室4内,混合后的烟气通过水冷布风板6进入炉膛7,以加热床料(石英砂、河沙、钾长石或中刚玉)。等床料加热至400℃,从进料口2加入料仓1中的生物质燃料。此时,床温快速上升,但需随时调节燃料量,适当控制床温和升温速率,以防止高温结焦。待床温控制稳定后即可撤离油枪。锅炉正常燃烧所需空气分一次风和二次风送入炉膛7,一、二次风的比例为6∶4。一次风经一次风空气预热器22加热至150~250℃,然后经过水冷风室4和水冷布风板6进入流化床燃烧室,控制床内的流化速度至4.5~5.5m/s;二次风经二次风空气预热器20加热至150~250℃,从二次风口8高速喷入炉内,补充燃烧所需空气,并加强炉内混合。烟气和夹带的物料在炉膛7上部出口进入高温绝热旋风分离器12,分离下来的灰进入返料器13中,与高温过热器14换热后返回炉膛7进行再燃烧。分离后的烟气通过对流管束15,部分飞灰经分离之后落入灰斗16,没有被分离下来的飞灰随同烟气依次流经低温过热器17、省煤器18、二次风空气预热器20和一次风空气预热器22,然后进入布袋除尘器24,经过引风机26进入烟囱27,然后排入大气。锅炉给水经省煤器18加热至255℃左右(中压)或290℃左右(高压)后进入汽包11;汽包11内的饱和水经集中下降管10然后进入燃烧室水冷壁9,加热蒸发后又汇合进入汽包11;饱和蒸汽随后引入低温过热器17,过热后蒸汽进入混合器19,与来自太阳能热吸收转化系统∏的饱和蒸汽和调节过热汽温的给水混合,混合后的蒸汽流入返料器13中的高温过热器14,加热至450℃(中压)或540℃(高压)后送入汽轮机发电系统III。聚光器为槽式的,也可以是塔式或蝶式的。
从生物质循环流化床燃烧锅炉系统I出来的合格蒸汽进入汽轮机高压缸34和中低压缸35膨胀做功,汽轮机带动发电机36发电,发出的低压电经变压器37升压后进入电网38。做功后的乏汽进入冷凝器39,被冷却水冷却,凝结成水,并由凝结水泵40加压后经过低压加热器41加热后打入除氧器42,除氧器42采用低压缸抽汽加热来除去给水中的溶解气体。从除氧器42出来的给水经给水泵43增压后通过高压加热器44加热,然后分成三路,一路进入太阳能热吸收转化系统H的给水管路33,一路进入生物质循环流化床燃烧锅炉系统I的省煤器18,另一路作为调节过热汽温的给水进入生物质循环流化床燃烧锅炉系统I的混合器19。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统,其特征在于:包括生物质循环流化床燃烧锅炉系统(I)、太阳能热吸收转化系统(∏)和汽轮机发电系统(Ш),所述太阳能热吸收转化系统(∏)通过热吸收单元将太阳能辐射热吸收转化用于加热给水,给水转变为饱和蒸汽,饱和蒸汽通过给水管路(33)进入生物质循环流化床燃烧锅炉系统(I)的混合器(19)中,与低温过热器(17)产生的过热蒸汽和一部分用于调节过热汽温的给水混合,混合后的蒸汽再进入高温过热器(14)加热,产生的中温中压或高温高压蒸汽通过给水管路(33)进入汽轮机发电系统(Ш)。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统,其特征在于:所述的太阳能热吸收转化系统(∏)包括热吸收单元、一级换热器(31)和二级换热器(32),所述热吸收单元、一级换热器(31)和二级换热器(32)通过导热油主管路(30)依次串接,所述一级换热器(31)和二级换热器(32)通过给水管路(33)分别与汽轮机发电系统(Ш)和生物质循环流化床燃烧锅炉系统(I)连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统,其特征在于:所述热吸收单元包括集热器(29)和聚光器(28),集热器(29)安装于聚光器(28)上;若干吸收单元串接形成单元组,若干单元组并联连接,最后与一级换热器(31)和二级换热器(32)串接。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统,其特征在于:所述聚光器(28)为槽式的,也可以是塔式或蝶式的。
5.根据权利要求1或2所述的一种太阳能和生物质能综合互补的联合热发电系统,其特征在于:所述汽轮机发电系统(Ш)包括汽轮机高压缸(34)、汽轮机中低压缸(35)、发电机(36)、变压器(37)、电网(38)、冷凝器(39)、凝结水泵(40)、低压加热器(41)、除氧器(42)、给水泵(43)、高压加热器(44),从生物质循环流化床燃烧锅炉系统(I)出来的合格蒸汽进入汽轮机高压缸(34)和中低压缸(35)膨胀做功,汽轮机带动发电机(36)发电,发出的低压电经变压器(37)升压后进入电网(38);做功后的乏汽进入冷凝器(39)并由凝结水泵(40)加压后经过低压加热器(41)打入除氧器(42);从除氧器(42)出来的给水经给水泵(40)增压后通过高压加热器(44)加热,然后分成三路,一路进入太阳能热吸收转化系统(∏)的给水管路(33),一路进入生物质循环流化床燃烧锅炉系统(I)的省煤器(18),另一路作为调节汽温的给水进入生物质循环流化床燃烧锅炉系统(I)的混合器(19)。
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