CN102080636A - 太阳能与工业余热联合发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能与工业余热联合发电系统，特别涉及到利用太阳能集热器辅助工业余热发电的朗肯循环系统。由太阳能集热器、中间换热器和工质泵依次串联组成一个循环；中间换热器、余热锅炉及其汽包、汽轮机、发电机、凝汽器、除氧器、给水泵等设备组成朗肯循环发电系统。根据参数和汽轮机形式不同可采用单压系统或双压系统：单压系统是中间换热器作为余热锅炉的蒸发器并入余热锅炉系统中，共同生产过热蒸汽工质；双压系统是将中间换热器和闪蒸器作为单独的设备并入余热锅炉系统中。本发明的系统提高了工业余热发电发电机组的发电量，减少了工业余热波动对发电量的影响，同时降低了单纯太阳能热发电的投资。

Description

太阳能与工业余热联合发电系统
技术领域
本发明属于太阳能热发电系统的技术领域，具体涉及一种利用太阳能集热器辅助工业余热发电的朗肯循环系统。
背景技术
太阳能热发电是太阳能向高品质能源转化的方式之一，国外研究表明，对于全年太阳辐射高于1300kWh/m2的地区，采用太阳能热发电的经济性要高于光伏发电系统。然而，太阳能所具有的低密度、间歇性、空间分布不均等特点也给太阳能的收集和利用提出了很高的要求。根据国外的研究和示范运行，目前已经开发出了多种形式的太阳能热发电系统，单机容量也从千瓦级发展到兆瓦级。但是，不论使用哪种集热器，在单纯的太阳能热发电系统里，集热系统的镜场占地面积较大，集热器的投资占很大比例，而且需要设置蓄热系统，在现阶段的技术下，蓄热设备的成本十分的高昂，也增加了系统的复杂性。同时在工业余热发电方面，由于受到生产工艺的影响，致使机组往往不能达到其设计发电能力，设备能力没有得到充分发挥。
由于目前太阳能热发电属于中低温（300oC-400oC）范围，与工业余热发电系统的参数接近，因此为了提高原有工业余热机组的发电量，同时在不消耗额外能源的情况下，可以采用太阳能和工业余热结合的方式进行互补发电的模式。
发明内容
本发明的目的在于提供太阳能和工业余热联合发电的循环系统，该系统的热源一方面由太阳能集热器提供，另一方面来自工业余热，从而提高系统整体发电量，减少工业余热热源不稳定带来的影响。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
太阳能和工业余热联合发电系统，包括太阳能集热器、中间换热器、工质泵、余热锅炉及其汽包、汽轮机、发电机、凝汽器、除氧器、给水泵等，太阳能集热器热载体侧出口接于中间换热器，中间换热器热载体出口连接工质泵入口，工质泵出口连接太阳能集热器热载体进口；
当所述汽轮机采用单压系统时：所述给水泵出口接于所述余热锅炉的省煤器入口，省煤器出口接于所述余热锅炉汽包；所述汽包下降管一路连接所述中间换热器工质侧进口，一路连接所述余热锅炉蒸发器进口，蒸发器出口接于所述汽包；由所述汽包引出的饱和蒸汽工质接于所述余热锅炉过热器进口，过热器出口接于所述汽轮机的入口；所述汽轮机的出口连接所述凝汽器的工质侧进口，凝汽器的工质侧出口接至所述除氧器的工质侧进口，除氧器的工质侧出口接于所述给水泵；
当所述汽轮机采用带有闪蒸器的双压系统时：所述给水泵出口一路接于所述中间换热器工质侧进口，一路接于所述余热锅炉省煤器工质侧入口；所述中间换热器工质侧出口接于所述闪蒸器工质侧入口，闪蒸器工质侧出口接于所述汽轮机补汽入口，闪蒸器饱和液体引出管接于所述给水泵进口；所述锅炉省煤器工质侧出口接于所述汽包，所述汽包下降管接于所述余热锅炉蒸发器进口，蒸发器出口接于所述汽包；由所述汽包引出的饱和蒸汽工质接于所述余热锅炉过热器进口，过热器出口与所述双压汽轮机的入口相接；所述汽轮机的工质出口接于所述凝汽器的工质侧进口，凝汽器的工质侧出口接至所述除氧器的工质侧进口，除氧器的工质侧出口接于所述给水泵。
本发明提出了一种优化设计的发电系统，在不考虑蓄热的基础之上，一方面避免了设计太阳能蓄热系统的复杂性和设备的庞大性，同时又解决了由于工业余热回收过程中，生产工艺影响造成的热源不稳定的问题。本发明具有以下有益效果：（1）减少了蓄热系统，避免了系统的复杂性和设备的庞大性；（2）保证了原有工业余热发电系统稳定性，增加了系统的发电量；（3）本系统可在常规的工业余热发电系统上进行改造，而不需投入过多的成本；（4）由于该太阳能集热系统工作在中低温范围内，因此在设计参数上，与工业上的中低温余热发电能够实现较好的匹配。
附图说明
图1 为本发明发电系统中汽轮机采用单压系统的原理及设备连接示意图。
图2 为本发明发电系统中汽轮机采用双压系统的原理及设备连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例作进一步说明。
本发明所述的太阳能与工业余热联合发电系统是指中低温的朗肯循环发电系统。
如图所示，太阳能集热器1、中间换热器2和工质泵3组成一个循环，热载体在太阳能集热器1中吸收太阳能，温度升高，成为高温热载体，高温热载体在中间换热器2中将热量传递给做功工质后，其温度降低，然后被工质泵3升压后重新进入太阳能集热器1吸热。其中，太阳能集热器1可以采用槽式太阳能集热器或塔式太阳能集热场或两者的组合，热载体可以是导热油或水，做功工质可以是水或有机工质或多元混合工质。
中间换热器2、余热锅炉5及其汽包6、汽轮机7、发电机8、凝汽器9、除氧器10、给水泵4等组成朗肯循环。汽轮机7可采用单压系统（图1）或双压系统（图2），具体的实施方案和参数可根据汽轮机类型来选择。汽轮机可以采用单级或多级补汽式汽轮机。
当发电系统中汽轮机7采用单压系统时，中间换热器2与余热锅炉5的蒸发器并联。液态工质经过给水泵4升压后，进入余热锅炉5省煤器段，由省煤器出来的工质进入汽包6，然后通过下降管分两路，一路进入中间换热器2，做功工质在中间换热器2内获得热量后相变成蒸汽，然后在汽包6进行汽液分离；另一路工质进入余热锅炉5的蒸发器，工质在蒸发器内相变成为蒸汽，随后进入汽包6进行汽液分离；由汽包6分离出来的饱和蒸汽工质在余热锅炉5的过热器吸热成为过热工质，并进一步引入汽轮机7做功，同时汽轮机7带动发电机8输出电能。由汽轮机7排出的乏汽在凝汽器9内充分冷凝后成为液态，经除氧器10除氧，给水泵4升压后进入新的循环。
当发电系统中汽轮机7采用双压系统时，中间换热器2和闪蒸器11与余热锅炉5并联运行。液态工质经过给水泵4升压后，分成两路，一路直接进入中间换热器2，在中间换热器2内，做功工质吸收热载体的热量成为高温的液态工质，高温的液态工质被引入闪蒸器11内，闪蒸成低参数的饱和蒸汽工质后，被引至汽轮机7的入口，进行膨胀做功，由闪蒸器11引出的饱和工质接至给水泵4入口；另一路则进入余热锅炉5，分别在省煤器段和蒸发段吸收热量后相变成蒸汽，然后由汽包6引出至余热锅炉5的过热器，进一步吸热成为高温高压的过热工质，然后工质被引入汽轮机7膨胀做功，同时汽轮机7带动发电机8输出电能。由汽轮机排出的乏汽在凝汽器9内充分冷凝后成为液态，经除氧器10除氧，给水泵4升压后进入新的循环。
以上所述仅为本发明所述太阳能与工业余热联合发电系统的优选例实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.太阳能与工业余热联合发电系统，包括太阳能集热器、中间换热器、工质泵、余热锅炉及其汽包、汽轮机、发电机、凝汽器、除氧器、给水泵等，太阳能集热器热载体侧出口接于中间换热器，中间换热器热载体出口连接工质泵入口，工质泵出口连接太阳能集热器热载体进口，其特征在于所述汽轮机采用单压系统：所述给水泵出口接于所述余热锅炉的省煤器入口，省煤器出口接于所述余热锅炉汽包；所述汽包下降管一路连接所述中间换热器工质侧进口，一路连接所述余热锅炉蒸发器进口，蒸发器出口接于所述汽包；由所述汽包引出的饱和蒸汽工质接于所述余热锅炉过热器进口，过热器出口接于所述汽轮机的入口；所述汽轮机的出口连接所述凝汽器的工质侧进口，凝汽器的工质侧出口接至所述除氧器的工质侧进口，除氧器的工质侧出口接于所述给水泵。
2.根据权利要求1所述的太阳能与工业余热联合发电系统，其特征在于所述汽轮机采用带有闪蒸器的双压系统：所述给水泵出口一路接于所述中间换热器工质侧进口，一路接于所述余热锅炉省煤器工质侧入口；所述中间换热器工质侧出口接于所述闪蒸器工质侧入口，闪蒸器工质侧出口接于所述汽轮机的入口，闪蒸器饱和液体引出管接于所述给水泵进口；所述锅炉省煤器工质侧出口接于所述汽包，所述汽包下降管接于所述余热锅炉蒸发器进口，蒸发器出口接于所述汽包；由所述汽包引出的饱和蒸汽工质接于所述余热锅炉过热器进口，过热器出口与所述双压汽轮机的入口相接；所述汽轮机的工质出口接于所述凝汽器的工质侧进口，凝汽器的工质侧出口接至所述除氧器的工质侧进口，除氧器的工质侧出口接于所述给水泵。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能与工业余热联合发电系统，其特征是所述太阳能集热器是槽式太阳能集热器、塔式太阳能集热场或两者的组合。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能与工业余热联合发电系统，其特征是所述中间换热器可以是一个或多个。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能与工业余热联合发电系统，其特征是所述余热锅炉为立式自然循环余热锅炉。
6.根据权利要求1或2所述的太阳能与工业余热联合发电系统，其特征是所述热载体是导热油或水。
7.根据权利要求1或2所述的太阳能与工业余热联合发电系统，其特征是所述做功工质是水或有机工质或多元混合工质。
8.根据权利要求1或2所述的太阳能与工业余热联合发电系统，其特征是所述汽轮机是单级或多级补汽式汽轮机。
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