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Abstract

一种光-煤互补热发电系统，属于太阳能热利用技术领域。系统采用疏水扩容器替代传统的太阳能集热系统汽水分离器，在疏水扩容器上设置非能动稳压器，确保水加热段和蒸汽过热段为单相流，水加热段产生的饱和水进入疏水扩容器扩容，系统中工质水的蒸发过程无需额外提供能量，蒸汽引入太阳能集热系统过热段进行加热，凝结的疏水经疏水泵引入到对应参数匹配的给水系统。本发明可使太阳能直接产生蒸汽，系统的出口蒸汽参数稳定性增强，避免太阳能集热器内汽液两相分布不均的问题；此外，太阳能集热系统为燃煤火电机组同时补充过热蒸汽和热水，提高了光-煤互补热发电系统的稳定性，降低了能耗、提升了系统的节能减排效果。

Description

一种光-煤互补热发电系统
技术领域
本发明涉及到一种光-煤互补热发电系统，属于太阳能热利用技术领域。
背景技术
我国的资源特点及经济发展水平决定了以煤为主的能源结构将长期存在，其中约50％的煤炭用于发电，作为主要的耗煤大户，燃煤火力发电厂的节能减排意义重大。然而，我国近年来新建的高参数、大容量火电机组的效率已接近或达到国际先进水平，通过进一步提高参数、增大容量来提高机组效率的途径会受到材料等技术瓶颈的制约，因此，高参数、大容量火电机组“内部”进一步节能降耗的潜力在逐渐变小，只有通过寻求“外部”资源才能进一步减少火电机组对化石燃料的依赖，进而实现深层次的技术节能与减排。
光-煤互补复合发电系统是一种先进的能源综合利用系统，是实现我国太阳能大规模利用和火电机组技术节能的一条有效途径。较太阳能发电系统而言，光-煤互补复合发电系统可以降低太阳能热利用的投资与运行维护费用，提高太阳能的热电转换效率，并为太阳能热利用的规模化应用创造了条件。较燃煤系统而言，可降低煤耗，减少污染物排放，为进一步节能减排开辟了新的方向。按照太阳能集热系统连接方式的不同，光-煤互补的形式大致有集热系统与回热系统并联、集热系统与锅炉受热面并联、集热系统与回热系统和锅炉受热面并联以及太阳能加热再热蒸汽等。这些互补方式的共同特点就是循环工质所需热源一部分来自于太阳热能，其余的由燃煤锅炉提供。目前，直接蒸汽发生系统（DSG）是聚光类集热器中唯一在商业化运行的技术，具有比较广阔的应用前景，与工质为导热油的槽式系统相比，DSG系统用水替代导热油，降低了环境污染风险；省略了油/蒸汽换热器及其附件等，简化了系统结构，降低了投资和运营成本；具有较高的蒸汽温度，电站发电效率较高等优点。但是，值得注意的是，由于太阳的辐照强度具有较大的随机性和不可控性，使得基于DSG的光-煤互补复合发电系统存在着以下几个问题：(1)集热器真空集热管不能承受过高的运行压力，集热系统的出口蒸汽温度不稳定，并具有大滞后、大惯性、参数时变等特点；(2)集热系统预热段内存在汽水两相流，以水为工质的集热器在传热过程中容易产生变热流量传热和汽液非均匀分布；其主要原因是太阳能辐照强度随时间不断发生改变时，致使集热器中汇集的热流量也会随之改变。集热器在不断吸收太阳辐照时，在管内产生两相流，致使系统出口蒸汽温度不易控制。与此同时，集热器两端汇聚不同密度的太阳能，使得集热器周向热流量极不均匀，由于集热器内存在相变传热，在重力作用下，汽、液在接收器内呈非均匀分布。非均匀流将导致集热器周向存在较大温差并引起的热应力易使得接收器发生弯曲形变，导致玻璃外套管破裂或使得接收器偏离聚焦线。因此，避免集热器内变热流量传热和汽液非均匀分布的产生，及时有效的控制系统出口蒸汽温度，加强光-煤互补热发电系统的稳定性，是实现太阳能规模化利用和火电机组节能减排的有效途径，是降低大规模开发利用太阳能的技术和经济风险的根本保证。
发明内容
本发明的目的是提供一种光-煤互补热发电系统，该系统可以避免以水为集热工质的太阳能集热器在传热过程中产生的变热流量传热和汽液非均匀分布等问题，以及通过疏水扩容器，使得系统中工质水的蒸发过程无需额外提供能源，通过非能动稳压器，确保扩容蒸发器内压力恒定而使集热系统出口产生的过热蒸汽参数能够达到稳定的状态，进一步为火电机组提供满足需求的蒸汽及热水。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种光-煤互补热发电系统，该系统由控制阀、增压泵或减压阀、槽式太阳能集热器场（水加热段）、调节阀、疏水扩容、非能动稳压器、疏水泵、槽式太阳能集热器场（蒸汽过热段）、锅炉、汽轮机、发电机凝汽器、凝结水泵、加热器、给水泵组成；光-煤互补热发电系统中用疏水扩容器替代汽水分离器，并在疏水扩容器上设置非能动稳压器，来自火电燃煤机组的给水或凝结水出口连接到控制阀的入口，控制阀的出口连接到减压阀或增压泵的入口，减压阀或增压泵的出口连接到太阳能水加热场和控制阀的进口，太阳能水加热场出口连接到疏水扩容器的入口，控制阀的出口连接到非能动稳压器的入口，稳压器的出口连接到疏水扩容器的入口，疏水扩容器的蒸汽出口连接到太阳能蒸汽过热场的入口，太阳能过热场出口连接到火电机组中的锅炉再热蒸汽的入口或加热器的汽侧，加热器的蒸汽疏水按逐级自流方式连接到下一级加热器疏水，疏水扩容器中的温度较高疏水出口连接匹配的某级加热器出口。锅炉产生的蒸汽进入到汽轮机做功，汽轮机推动发电机发电，汽轮机乏汽进入凝汽器冷却成水进入凝结水泵。凝结水进入各级加热器进行加热最终进入除氧器，来自给水泵的给水经过加热器的加热最终进入锅炉。
本发明有益的效果为：太阳能集热器内不存在两相流的转化过程，避免了太阳能水加热场出现气液非均匀分布等问题，产生稳定的蒸汽和热水，使得从而有利于过热蒸汽温度与流量的控制，提高系统的稳定性。
附图说明
图1为光-煤互补热发电系统（集热系统水源为给水）结构示意图。
图2为光-煤互补热发电系统（集热系统水源为凝结水）结构示意图。
图中，1-控制阀；2-增压泵；3-太阳能水加热场；4-调节阀；5-疏水扩容器；6-非能动稳压器；7-疏水泵；8-太阳能蒸汽过热场；9-锅炉；10-汽轮机；11-发电机；12-凝汽器；13-凝结水泵；14-加热器；15-给水泵。
具体实施方式
本发明提供了一种辅助燃煤火电机组的新型太阳能集热系统，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1为光-煤互补热发电系统（集热系统水源为给水）结构示意图。图2为光-煤互补热发电系统（集热系统水源为凝结水）结构示意图。如图1和图2所示，一种光-煤互补热发电系统,该系统含有控制阀1、减压阀或增压泵2、槽式太阳能水加热段3、调节阀4、疏水扩容器5、非能动稳压器6、疏水泵7、槽式太阳能蒸汽过热段8、锅炉9、汽轮机10、发电机11、凝汽器12、凝结水泵13、加热器14、给水泵15；来自于火电机组的给水泵15或凝结水泵13连接到控制阀1的入口，控制阀1的出口连接到减压阀或增压泵2的入口，减压阀或增压泵2的出口连接到太阳能水加热场3和调节阀4的进口，太阳能水加热场3出口连接到疏水扩容器5的入口，调节阀4的出口连接到非能动稳压器6的入口，非能动稳压器6的出口连接到疏水扩容器5的入口，疏水扩容器5的蒸汽出口连接到太阳能蒸汽过热场7的入口，太阳能过热场8出口连接到锅炉9再热蒸汽入口或火电机组中的加热器14的蒸汽入口，锅炉9出口连接到汽轮机入口10，汽轮机10连接到发电机11，汽轮机10乏汽进入凝汽器11入口，凝汽器12出口连接到凝结水泵13的入口，加热器14的蒸汽疏水按逐级自流方式连接到下一级加热器疏水，疏水扩容器5的疏水出口进入疏水泵8的入口，疏水泵8入口连接到参数匹配的加热器12水侧出口。
本发明的光-煤互补热发电系统一路是凝结水（给水）由控制阀1经过减压阀或增压泵2升压进入太阳能水加热场3，产生的饱和水进入疏水扩容器5，蒸发的饱和蒸汽进入太阳能过热场8，疏水进入到火电机组匹配的给水系统中，太阳能过热场产生的过热蒸汽进入再热蒸汽冷段或进入到加热器汽侧。另一路凝结水（给水）由由调节阀4进入到非能动稳压器进行喷淋或由底部加热来调节疏水扩容器压力，以确保太阳能场水加热段和蒸汽过热段为单相流态。给水进入锅炉9产生过热蒸汽推动汽轮机10做功，汽轮机驱动动发电机11发电，由汽轮机产生的乏汽进入凝汽器10冷却成冷凝水进入到凝结水泵13，凝结水由加热器14加热汇入到除氧器14-4，给水由给水泵15经过加热器14加热，最终进入锅炉9。
本实施例中，太阳能水加热场的入口水来源采用的给水和凝结水，太阳能过热场产生的满足温度压力要求的过热蒸汽进入锅炉9再热蒸汽冷段或，进入14-5号加热器汽侧。疏水扩容器产生的疏水进入到14-2号或14-5号加热器给水出口。
本发明太阳能集热器内不存在两相流的转化过程，避免了太阳能水加热场出现气液非均匀分布等问题，产生稳定的蒸汽和热水，从而有利于过热蒸汽温度与流量的控制，提高光-煤互补热发电系统的稳定性和热经济性。

Claims (3)

1.一种光-煤互补热发电系统，特征在于，该系统含有控制阀（1）、减压阀或增压泵（2）、槽式太阳能水加热段（3）、调节阀（4）、疏水扩容器(5)、非能动稳压器（6）、疏水泵（7）、槽式太阳能蒸汽过热段（8）、锅炉（9）、汽轮机（10）、发电机（11）、凝汽器（12）、凝结水泵（13）、加热器（14）；
来自于火电机组的凝结水泵（13）连接到控制阀（1）的入口，控制阀（1）的出口连接到减压阀或增压泵（2）的入口，减压阀或增压泵（2）的出口连接到太阳能水加热场（3）和调节阀（4）的进口，太阳能水加热场（3）出口连接到疏水扩容器（5）的入口，调节阀（4）的出口连接到非能动稳压器（6）的入口，非能动稳压器（6）的出口连接到疏水扩容器（5）的入口，疏水扩容器（5）的蒸汽出口连接到太阳能蒸汽过热场（7）的入口，太阳能过热场（8）出口连接到锅炉（9）再热蒸汽入口或火电机组中的加热器（14）的蒸汽入口，锅炉（9）出口连接到汽轮机入口（10），汽轮机（10）连接到发电机（11），汽轮机（10）乏汽进入凝汽器（11）入口，凝汽器（12）出口连接到凝结水泵（13）的入口，加热器（14）的蒸汽疏水按逐级自流方式连接到下一级加热器疏水，疏水扩容器（5）的疏水出口进入疏水泵（8）的入口，疏水泵（8）入口连接到参数匹配的加热器（12）水侧出口。
2.根据权利要求1所述的一种光-煤互补热发电系统，其特征在于，发电系统还含有给水泵（15），来自于火电机组的给水泵（15）连接到所述控制阀（1）的入口。
3.根据权利要求1所述的一种光-煤互补热发电系统，其特征在于，疏水扩容器（5）的蒸汽进入到太阳能蒸汽过热场（8）产生与进入锅炉（9）的再热蒸汽或某级抽汽参数匹配的过热蒸汽，连接到火电机组中蒸汽再热冷锻或加热器（14）的汽侧，疏水扩容器（5）中产生的温度较高的疏水连接到参数匹配的加热器（14）水侧出口。
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