CN101806497B - 基于太阳能的联合循环能量多级利用装置 - Google Patents

Abstract

一种联合循环多级利用装置是一种含有太阳能热利用的多级能源利用装置。该装置包括太阳能集热产生蒸气装置(1)、燃气轮机联合太阳能应用装置(2)、热能多级利用装置(3)、循环辅助装置(4)、第一阀门(5-1)、第二阀门(5-2)、第三阀门(5-3)、第四阀门(5-4)、循环管路(6)、混合箱(7)。该装置采用了以燃气轮机与太阳能联合的方式，可以保证热利用装置安全稳定的运行。该装置的设计可以针对各种天气情况下，可以满足各级热利用的需求，并使得该水蒸气循环有合适的管道通路。该装置的设计可以同时实现四个级别的热利用，也可实现任意一种或多种热利用，提高系统的热利用效率。

Description

基于太阳能的联合循环能量多级利用装置

技术领域

本发明涉及一种能源综合利用装置，特别是一种含有太阳能热利用的多级能源利用装置，属于能源利用技术领域。

背景技术

太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，其开发和利用被认为世界能源战略的重要组成部分。太阳能热利用是太阳能利用中最主要的方式，其利用形式具有多样性，按照其介质所达到的温度，分为低、中、高温利用，太阳能热水器、太阳能供热取暖、太阳能制冷空调、太阳能海水淡化、太阳能干燥、太阳能发电等。

太阳能热发电是一种替代常规能源的方法，是各国科学家和政府关注的重点之一，按照聚光型式的不同。太阳能热发电主要有塔式、槽式、碟式三种方式，其中槽式太阳能热发电是商业化水平较高、技术较为成熟的一种，集热效率可达到60％以上，但发电效率一般在20％左右，大量的光热转换能量没得到应用，因而成本较高，推广难度较大。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于克服上述现有相关太阳能热利用装置的缺陷，提供了一种能够使得太阳能高效率、安全稳定、满足各种热利用方式及各种热利用需求的基于太阳能的联合循环能量多级利用装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

该装置包括太阳能集热产生蒸汽装置、燃气轮机联合太阳能应用装置、热能多级利用装置、循环辅助装置、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、循环管路、混合箱；燃气轮机联合太阳能应用装置的出口通过循环管路与混合箱的入口相接，混合箱的出口通过循环管路与多级利用装置的入口相接，多级利用装置的出口通过循环管路与循环辅助装置的入口相接，循环辅助装置的出口分成两路，其中一路通过第一阀门与太阳能集热产生蒸汽装置的入口相接，另一路通过第二阀门与太阳能集热产生蒸汽装置的出口相接，太阳能集热产生蒸汽装置的出口还通过第三阀门与燃气轮机联合太阳能应用装置的入口相接、通过第四阀门与混合箱的另一入口相接；太阳能集热产生蒸汽装置和燃气轮机联合太阳能应用装置通过第三阀门和第四阀门的调节使得循环工质经混合箱混合后输出的工质工况符合热能的要求。

所述的太阳能集热产生蒸汽装置包括太阳能集热装置、预热装置、第五阀门、第六阀门、循环管路；预热装置的入口为太阳能集热产生蒸汽装置的入口，预热装置的出口分成两路，其中一路通过第五阀门与太阳能集热装置的入口相接，另一路通过第六阀门与太阳能集热装置的出口相接，太阳能集热装置的出口为太阳能集热产生蒸汽装置的出口。

燃气轮机联合太阳能应用装置包括压气机、燃气轮机、第一发电机、燃烧室、换热器、太阳能高温集热器、辅助加热器、第七阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门循环管路；压气机的出口通过第七阀门与太阳能高温集热器的入口连接，压气机的出口还通过第七阀门、第八阀门与辅助加热器的入口连接，太阳能高温集热器的出口和辅助加热器的出口分别连接燃烧室的入口，燃烧室的出口分成两路，其中一路通过第九阀门与燃气轮机的入口连接，另一路通过第十阀门与换热器连接，燃气轮机的出口分成两路，其中一路与换热器连接，另一路通过转轴与第一发电机连接；燃气轮机为第一级热利用装置。

所述的热能多级利用装置包括多级抽气式蒸汽轮机、第二发电机、第三级热利用装置、第四级热利用装置、凝汽器、第一调温调压装置、第二调温调压装置、汽轮机一级抽气口、汽轮机二级抽气口、汽轮机乏汽口、第十一阀门、第十二阀门、第十三阀门、第十四阀门、第十五阀门、第十六阀门、循环管路；热能多级利用装置的入口分成两路，其中一路通过第十一阀门接多级抽气式蒸汽轮机的入口，另一路通过第十二阀门与第一调温调压装置的入口连接，第一调温调压装置的出口和汽轮机一级抽气口连通后并分成两路，一路通过第十三阀门接第三级热利用装置，第二路通过第十四阀门接第二调温调压装置；第三级热利用装置的出口分成两路，一路通过第十六阀门与第二调温调压装置的出口、汽轮机二级抽气口及第四级热利用装置的入口连通；另一路通过第十五阀门与热能多级利用装置的出口连接；汽轮机乏汽口的出口接凝汽器的入口，第四级热利用装置的出口和凝汽器的出口分别与热能多级利用装置的出口连接；多级抽气式蒸汽轮机通过转轴与第二发电机连接，多级抽气式蒸汽轮机为第二级热利用装置。

循环辅助装置包括储水箱、循环泵、补水泵、除氧器、循环管路，除氧器的入口为循环辅助装置的入口，除氧器的出口通过管道与储水箱的第一入口连接，补水泵通过管道与储水箱的第二入口连接，储水箱的出口通过管道与循环泵的入口连接，循环泵的出口为循环辅助装置的出口。

所述的多级利用系统中的多级抽气式蒸汽轮机的抽气级数为3-10。

所述的第三级热利用装置为利用100℃-300℃的蒸汽的装置。

所述的第四级热利用装置为利用60℃-200℃的水或蒸汽的装置。

有益效果：

1)该系统采用了以燃气轮机和太阳能同时提供能量的方式，可以保证太阳能利用能够安全稳定的运行。通过对阀门的调节，可以保证汽轮机稳定的工质工况和流量。

2)太阳能的热利用按温度分成了四个等级，可以满足不同的热利用需求，提高了综合热利用效率。

3)太阳能加热段采用的是单回路方式，简化了装置，降低了成本和热损失。

4)太阳能加热段分成了预热段和产生蒸汽段，预热段利用了低成本的加热源，增加了系统的经济性，另外预热段也可用来直接作为第三、第四级热利用装置的热源。

5)在高温加热段，采用了利用太阳能高温加热器的燃气轮机装置，能够进一步节省常规能源，并配置有辅助能源装置，可以保证在各种天气下燃气轮机正常的运行。

6)该装置的设计可以针对各种天气情况下，满足各级热利用的需求，并使得该水蒸气循环有合适的管道通路。

7)该装置的设计可以同时实现四个级别的热利用，也可实现任意一种或多种热利用，提高系统的热利用效率。

附图说明

图1是联合循环多级利用装置的结构示意图。

图中有：太阳能集热产生蒸汽装置1、燃气轮机联合太阳能应用装置2、热能多级利用装置3、循环辅助装置4、第一阀门5-1、第二阀门5-2、第三阀门5-3、第四阀门5-4、循环管路6、混合箱7。

图2是太阳能集热产生蒸汽装置的结构示意图。

图中有：太阳能集热产生蒸汽装置1-1、预热装置1-2、第五阀门5-5、第六阀门5-6、循环管路6。

图3是燃气轮机联合太阳能应用装置的结构示意图。

图中有：压气机2-1、燃气轮机2-2、第一发电机2-3、燃烧室2-4、换热器2-5、太阳能高温集热器2-6、辅助加热器2-7、第七阀门5-7、第八阀门5-8、第九阀门5-9、第十阀门5-10、循环管路6。

图4是热能多级利用装置的结构示意图。

图中有：多级抽气式蒸汽轮机3-1、第二发电机3-2、第三级热利用装置3-3、第四级热利用装置3-4、凝汽器3-5、第一调温调压装置3-6、第二调温调压装置3-7、汽轮机一级抽气口3-8、汽轮机二级抽气口3-9、汽轮机乏汽口3-10、第十一阀门5-11、第十二阀门5-12、第十三阀门5-13、第十四阀门5-14、第十五阀门5-15、第十六阀门5-16、循环管路6。

图5是循环辅助装置的结构示意图。

图中有：储水箱4-1、循环泵4-2、补水泵4-3、除氧器4-4、循环管路6。

具体实施方式

联合循环多级利用装置包括：太阳能集热产生蒸汽装置1；燃气轮机联合太阳能应用装置2；热能多级利用装置3；循环辅助装置4；第一阀门5-1；第二阀门5-2；第三阀门5-3；第四阀门5-4；循环管路6；混合箱7。燃气轮机联合太阳能应用装置2的出口通过循环管道6与混合箱7的入口联接，混合箱7的出口通过循环管道与多级利用装置3的入口联接，多级利用装置3的出口通过循环管道与循环辅助装置4的入口联接，循环辅助装置4的出口分成两路，其中一路通过第一阀门5-1与太阳能集热产生蒸汽装置1的入口联接，另一路通过第二阀门5-2与太阳能集热产生蒸汽装置1的出口联接，太阳能集热产生蒸汽装置1的出口还通过第三阀门5-3与燃气轮机联合太阳能应用装置2的入口联接，通过第四阀门5-4与混合箱7的入口联接；太阳能集热产生蒸汽装置1和燃气轮机联合太阳能应用装置2通过第三阀门5-3和第四阀门5-4的调节使得循环工质经混合箱7混合后输出的工质工况符合多级利用装置3的要求。循环辅助装置4是为了系统循环能够顺利的进行。

太阳能集热产生蒸汽装置1包括：太阳能集热装置1-1，可以为槽式太阳能集热装置或塔式太阳能集热装置或碟式太阳能集热装置；预热装置1-2，可以为生物质能加热装置或电加热装置或燃烧加热装置；第五阀门5-5；第六阀门5-6；循环管路6。预热装置1-2的入口为太阳能集热产生蒸汽装置1的入口，预热装置1-2的出口分成两路，其中一路通过第五阀门5-5与太阳能集热装置1-1的入口联接，另一路通过第六阀门5-6与太阳能集热装置1-1的出口连接，太阳能集热装置1-1的出口为太阳能集热产生蒸汽装置1的出口。该系统在没有太阳能时也能产生预热工质。

燃气轮机联合太阳能应用装置2包括：压气机2-1；燃气轮机2-2；第一发电机2-3；燃烧室2-4；换热器2-5；太阳能高温集热器2-6，可以为塔式太阳能集热器或碟式太阳能集热器；辅助加热器2-7，可以为燃烧加热装置；第七阀门5-7；第八阀门5-8；第九阀门5-9；第十阀门5-10；循环管路6。压气机2-1的出口分别通过第七阀门5-7与太阳能高温集热器2-6的入口连接、第八阀门5-8与辅助加热器2-7的入口连接，太阳能高温集热器2-6的出口和辅助加热器2-7的出口分别连接燃烧室2-4的入口，燃烧室2-4的出口分成两路，其中一路通过第九阀门5-9与燃气轮机2-2的入口连接，另一路通过第十阀门5-10与换热器2-5连接，燃气轮机2-2的出口分成两路，其中一路与换热器2-5连接，另一路通过转轴与第一发电机2-3连接。燃气轮机2-2为第一级热利用装置。空气经压气机2-1加压后进入太阳能高温集热器2-6或辅助加热器2-7进行加热，然后再进入燃烧室2-4与通过管道进入的燃料进行混合燃烧，产生的燃气可以通过管道进入换热器2-5加热蒸汽，也可以进入燃气轮机2-2推动第一发电机2-3发电，燃气轮机2-2中排出的烟气进入换热器2-5加热蒸汽。进入该系统的工质经换热器2-5加热成需要的蒸汽，通过阀门的调节使得换热器2-5出口的蒸汽达到需要的状态。

热能多级利用装置3包括：多级抽气式蒸汽轮机3-1；第二发电机3-2；第三级热利用装置3-3，可以为利用太阳能的制冷装置或利用太阳能的海水淡化装置或利用太阳能的工业消毒装置；第四级热利用装置3-4，可以为生活用水装置或取暖装置；凝汽器3-5；第一调温调压装置3-6；第二调温调压装置3-7；汽轮机一级抽气口3-8；汽轮机二级抽气口3-9；汽轮机乏汽口3-10；第十一阀门5-11；第十二阀门5-12；第十三阀门5-13；第十四阀门5-14；第十五阀门5-15；第十六阀门5-16；循环管路6。热能多级利用装置3的入口分成两路，其中一路通过第十一阀门5-11接多级抽气式蒸汽轮机3-1的入口，另一路通过第十二阀门5-12与第一调温调压装置3-6的入口连接，第一调温调压装置3-6的出口和汽轮机一级抽气口3-8连通后并分成两路，一路通过第十三阀门5-13接第三级热利用装置3-3，第二路通过第十四阀门5-14接第二调温调压装置3-7；第三级热利用装置3-3的出口分成两路，一路通过第十六阀门5-16与第二调温调压装置3-7的出口、汽轮机二级抽气口3-9及第四级热利用装置3-4的入口连通；另一路通过第十五阀门5-15与热能多级利用装置3的出口连接。汽轮机乏汽口3-10的出口接凝汽器3-5的入口，第四级热利用装置3-4的出口和凝汽器3-5的出口分别与热能多级利用装置3的出口连接；蒸汽轮机3-1通过转轴与第二发电机32连接。多级抽气式蒸汽轮机3-1为第二级热利用装置。进入多级利用系统3的蒸汽可以经过蒸汽轮机3-1进行发电，并两级抽气来提供第三级热利用装置3-3和第四级热利用装置3-4运行所需要的热量，也可以在多级抽气式蒸汽轮机3-1不运行时来实现第三级热利用装置3-3和第四级热利用装置3-4的运行，第三级热利用装置3-3出口的工质可以供给第四级热利用装置3-4利用。

循环辅助装置4包括：储水箱4-1；循环泵4-2；补水泵4-3；除氧器4-4；循环管路6。除氧器4-4的入口为循环辅助装置4的入口，除氧器4-4的出口通过管道与储水箱4-1的第一入口联接，补水泵4-3通过管道与储水箱4-1的第二入口连接，储水箱4-1的出口通过管道与循环泵4-2的入口连接，循环泵4-2的出口为循环辅助装置4的出口。循环的回水经除氧器4-4处理后进入储水箱4-1并在其中油液分离和储存，补水通过补水泵4-3也进入储水箱4-1，储水箱4-1输出的水通过循环泵进行加压。

本发明还可以有其它实施方式，凡依据本发明的技术实质所采用的任何细微修改、等效变换、替代所形成的技术方案，均落在本发明专利要求保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种基于太阳能的联合循环能量多级利用装置，其特征在于该装置包括太阳能集热产生蒸汽装置(1)、燃气轮机联合太阳能应用装置(2)、热能多级利用装置(3)、循环辅助装置(4)、第一阀门(5-1)、第二阀门(5-2)、第三阀门(5-3)、第四阀门(5-4)、循环管路(6)、混合箱(7)；燃气轮机联合太阳能应用装置(2)的出口通过循环管路与混合箱(7)的入口相接，混合箱(7)的出口通过循环管路与多级利用装置(3)的入口相接，多级利用装置(3)的出口通过循环管路与循环辅助装置(4)的入口相接，循环辅助装置(4)的出口分成两路，其中一路通过第一阀门(5-1)与太阳能集热产生蒸汽装置(1)的入口相接，另一路通过第二阀门(5-2)与太阳能集热产生蒸汽装置(1)的出口相接，太阳能集热产生蒸汽装置(1)的出口还通过第三阀门(5-3)与燃气轮机联合太阳能应用装置(2)的入口相接、通过第四阀门(5-4)与混合箱(7)的另一入口相接；太阳能集热产生蒸汽装置(1)和燃气轮机联合太阳能应用装置(2)通过第三阀门(5-3)和第四阀门(5-4)的调节使得循环工质经混合箱(7)混合后输出的工质工况符合热能多级利用装置(3)的要求。

2.根据权利要求1所述的基于太阳能的联合循环能量多级利用装置，其特征在于所述的太阳能集热产生蒸汽装置(1)包括太阳能集热装置(1-1)、预热装置(1-2)、第五阀门(5-5)、第六阀门(5-6)、循环管路(6)；预热装置(1-2)的入口为太阳能集热产生蒸汽装置(1)的入口，预热装置(1-2)的出口分成两路，其中一路通过第五阀门(5-5)与太阳能集热装置(1-1)的入口相接，另一路通过第六阀门(5-6)与太阳能集热装置(1-1)的出口相接，太阳能集热装置(1-1)的出口为太阳能集热产生蒸汽装置(1)的出口。

3.根据权利要求1所述的基于太阳能的联合循环能量多级利用装置，其特征在于燃气轮机联合太阳能应用装置(2)包括压气机(2-1)、燃气轮机(2-2)、第一发电机(2-3)、燃烧室(2-4)、换热器(2-5)、太阳能高温集热器(2-6)、辅助加热器(2-7)、第七阀门(5-7)、第八阀门(5-8)、第九阀门(5-9)、第十阀门(5-10)、循环管路(6)；压气机(2-1)的出口通过第七阀门(5-7)与太阳能高温集热器(2-6)的入口连接，压气机(2-1)的出口还通过第七阀门(5-7)、第八阀门(5-8)与辅助加热器(2-7)的入口连接，太阳能高温集热器(2-6)的出口和辅助加热器(2-7)的出口分别连接燃烧室(2-4)的入口，燃烧室(2-4)的出口分成两路，其中一路通过第九阀门(5-9)与燃气轮机(2-2)的入口连接，另一路通过第十阀门(5-10)与换热器(2-5)连接，燃气轮机(2-2)的出口分成两路，其中一路与换热器(2-5)连接，另一路通过转轴与第一发电机(2-3)连接；燃气轮机(2-2)为第一级热利用装置。

4.根据权利要求1所述的基于太阳能的联合循环能量多级利用装置，其特征在于所述的热能多级利用装置(3)包括多级抽气式蒸汽轮机(3-1)、第二发电机(3-2)、第三级热利用装置(3-3)、第四级热利用装置(3-4)、凝汽器(3-5)、第一调温调压装置(3-6)、第二调温调压装置(3-7)、汽轮机一级抽气口(3-8)、汽轮机二级抽气口(3-9)、汽轮机乏汽口(3-10)、第十一阀门(5-11)、第十二阀门(5-12)、第十三阀门(5-13)、第十四阀门(5-14)、第十五阀门(5-15)、第十六阀门(5-16)、循环管路(6)；热能多级利用装置(3)的入口分成两路，其中一路通过第十一阀门(5-11)接多级抽气式蒸汽轮机(3-1)的入口，另一路通过第十二阀门(5-12)与第一调温调压装置(3-6)的入口连接，第一调温调压装置(3-6)的出口和汽轮机一级抽气口(3-8)连通后并分成两路，一路通过第十三阀门(5-13)接第三级热利用装置(3-3)，第二路通过第十四阀门(5-14)接第二调温调压装置(3-7)；第三级热利用装置(3-3)的出口分成两路，一路通过第十六阀门(5-16)与第二调温调压装置(3-7)的出口、汽轮机二级抽气口(3-9)及第四级热利用装置(3-4)的入口连通；另一路通过第十五阀门(5-15)与热能多级利用装置(3)的出口连接；汽轮机乏汽口(3-10)的出口接凝汽器(3-5)的入口，第四级热利用装置(3-4)的出口和凝汽器(3-5)的出口分别与热能多级利用装置(3)的出口连接；多级抽气式蒸汽轮机(3-1)通过转轴与第二发电机(3-2)连接，多级抽气式蒸汽轮机(3-1)为第二级热利用装置。

5.根据权利要求1所述的基于太阳能的联合循环能量多级利用装置，其特征在于循环辅助装置(4)包括储水箱(4-1)、循环泵(4-2)、补水泵(4-3)、除氧器(4-4)、循环管路(6)，除氧器(4-4)的入口为循环辅助装置(4)的入口，除氧器(4-4)的出口通过循环管路与储水箱(4-1)的第一入口连接，补水泵(4-3)通过循环管路与储水箱(4-1)的第二入口连接，储水箱(4-1)的出口通过循环管路与循环泵(4-2)的入口连接，循环泵(4-2)的出口为循环辅助装置(4)的出口。

6.根据权利要求1所述的基于太阳能的联合循环能量多级利用装置，其特征在于所述的热能多级利用装置(3)中的多级抽气式蒸汽轮机(3-1)的抽气级数为3-10。

7.根据权利要求4所述的基于太阳能的联合循环能量多级利用装置，其特征在于所述的第三级热利用装置(3-3)为利用100℃-300℃的蒸汽的装置。

8.根据权利要求4所述的基于太阳能的联合循环能量多级利用装置，其特征在于所述的第四级热利用装置(3-4)为利用60℃-200℃的水或蒸汽的装置。

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