CN104179647A - 一种太阳能与生物质能互补的发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能与生物质能互补的发电系统，包括：槽式太阳能集热子系统，包括太阳能集热场、油水换热器和导热油泵，用于接收聚集太阳辐射能量，通过油水换热器将给水加热为一定温度的水或蒸汽，并利用导热油余热代替蒸汽轮机的部分或全部高压缸抽气，加热低温给水；生物质补燃子系统，包括生物质锅炉、过热器、再热器和空气预热器，用于产生高温烟气并将油水换热器出口产物和高压缸出口蒸汽加热为高温高压蒸汽；动力发电子系统，包括蒸汽轮机和发电机组，用于将接收的热能转化为电能并输出。利用本发明，既解决了槽式太阳能单独热发电系统主蒸汽参数低的问题，又可降低生物质的用量，减少生物质资源收集、运输和储存的成本。

Description

一种太阳能与生物质能互补的发电系统

技术领域

本发明涉及可再生能源技术领域，尤其是一种太阳能与生物质能互补的发电系统，特别是一种利用生物质燃料补燃提高动力蒸汽参数的发电系统。

背景技术

21世纪能源结构的变革势在必行，可再生能源以其取之不尽和清洁环保等优势将逐渐取代化石能源，其中太阳能热发电和生物质能发电是两种重要的可再生能源利用方式，得到了国际学术界和工业界的高度关注。

太阳能热发电技术是利用太阳能聚光技术将太阳辐射能转换成热能，然后通过热力循环进行发电。根据聚光技术的不同将太阳能热发电系统分为槽式、塔式和碟式三类，目前槽式太阳能热发电技术较为成熟，已有商业化电站运行。但因受导热油高温分解变质的限制，目前通常使用的导热油的最高工作温度不宜高于400℃，汽轮机入口主蒸汽参数最高约为370℃至380℃，主蒸汽参数较低严重制约了系统发电效率的提高，很大程度导致了槽式太阳能热发电技术大规模开发利用成本居高不下，在经济上上无法与常规的化石能源相竞争。

生物质能发电是通过锅炉燃烧生物质加热工质，然后通过朗肯循环进行发电。生物质通过光合作用将大气中的二氧化碳转化为含碳组分燃料，因此生物质燃烧不会造成地球大气中二氧化碳总量的增加。但是由于生物质本身热值较低，单纯生物质能发电原料需求量很大，而生物质资源收集、运输和储存成本较高，导致单纯生物质能发电规模较小且成本较高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种太阳能与生物质能互补的发电系统，以解决槽式太阳能单独热发电系统主蒸汽参数低的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种太阳能与生物质能互补的发电系统，该系统包括槽式太阳能集热子系统、生物质补燃子系统和动力发电子系统，其中：所述槽式太阳能集热子系统包括太阳能集热场1、油水换热器10和导热油泵2，用于接收聚集太阳辐射能量，通过油水换热器将给水加热为一定温度的水或蒸汽，并利用导热油余热代替蒸汽轮机的部分或全部高压缸加热低温给水；所述生物质补燃子系统包括生物质锅炉11、过热器12、再热器13和空气预热器14，用于产生高温烟气并将油水换热器10出口产物和高压缸15出口蒸汽加热为500℃以上的高温高压蒸汽；所述动力发电子系统包括蒸汽轮机的高压缸15、中压缸16、低压缸17和发电机组18，用于将接收的热能转化为电能并输出。

上述方案中，导热油经槽式太阳能集热场被加热后进入油水换热器10，将油水换热器10中的给水加热成一定温度的水或蒸汽。给水经过油水换热器10，通过导热油间接吸收太阳能变为一定温度的水或蒸汽，再进入过热器12，被生物质锅炉11产生的高温烟气加热转变为500℃以上高温高压蒸汽，该高温高压蒸汽进入蒸汽轮机的高压缸15膨胀作功，高压缸15出口蒸汽进入再热器13，被高温烟气加热转变为500℃以上再热蒸汽，该再热蒸汽依次通过蒸汽轮机是中压缸16和低压缸17膨胀作功，然后通过发电机组18进行发电。

上述方案中，该系统还包括冷凝器9、凝结水泵8、低压给水加热器组7、除氧器6、高压水泵5、第二级高压给水加热器4和第一级高压给水加热器3；导热油在油水换热器10中放热后再通过第一级高压给水加热器3，代替第一级高压缸抽气加热给水，或者依次通过第一级高压给水加热器3和第二级高压给水加热器4，代替全部高压缸抽气加热给水，因换热而温度下降的导热油再经导热油泵2进入槽式太阳能集热子系统，实现导热油路的循环；高温高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀作功后变为乏汽，该乏汽经冷凝器9凝结成水，由凝结水泵8加压后依次通过低压给水加热器组7、除氧器6、高压水泵5、第二级高压给水加热器4和第一级高压给水加热器3，再进入油水换热器10，实现水路的循环。

上述方案中，所述太阳能集热场1通过导热油回路间接加热给水，或者通过直接蒸汽产生技术直接加热给水。

上述方案中，生物质锅炉11产生的高温烟气依次通过过热器12、再热器13和空气预热器14后排入环境。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明，给水经过油水换热器，通过导热油间接吸收中低温太阳能或直接进入太阳能集热场吸收中低温太阳能变为一定温度的水或蒸汽，再由生物质锅炉产生的高温烟气加热变为500℃以上高温高压蒸汽，实现了能的高效利用，减少了利用过程中的热量损失。

2、利用本发明，采用太阳能与生物质能互补发电，较之于传统的槽式太阳能单独热发电，可得到较高的动力循环效率，实现太阳能的高质转化，较之于传统的生物质能发电，可降低生物质的用量，减少生物质资源收集、运输和储存的成本。

3、利用本发明，采用导热油余热代替蒸汽轮机高压缸的第一级抽气或全部抽气加热低温给水，显著增加了汽轮机作功。

4、利用本发明，采用空气预热器吸收尾部烟道中低温烟气的热量，降低了排烟温度，提高了锅炉效率，同时强化了燃料着火和燃烧过程。

5、利用本发明，给水吸收的热量来自于太阳能和生物质能两种清洁能源，实现了二氧化碳的零排放，达到绿色环保电厂的要求。

6、本发明在实际运行过程中，槽式太阳能集热子系统和生物质补燃子系统既相互独立又有机结合，具有很强的灵活性，在辐照高于设计点时，增加给水流量或减少生物质进料量以保证主蒸汽参数不变；在辐照低于设计点的时段，减少给水流量或增加生物质进料量以保证主蒸汽参数不变，太阳能利用的可靠性和稳定性显著增强。

7、本发明对我国的中西部，如新疆、青海等地区具有更大优势，这些地区太阳能辐照资源良好且生物质资源丰富，并且存在大量技术落后的中小规模火电机组需要拆除，可以充分利用拆除下来的汽轮机，节省采购费用。

附图说明

图1为本发明提供的取消第一级高压缸抽气的太阳能与生物质能互补的发电系统的结构示意图；

图2为本发明提供的取消全部高压缸抽气的太阳能与生物质能互补的发电系统的结构示意图；

其中，各部件及相应的标记为：1-太阳能集热场；2-导热油泵；3-第一级高压给水加热器；4-第二级高压给水加热器；5-高压水泵；6-除氧器；7-低压给水加热器组；8-凝结水泵；9-冷凝器；10-油水换热器；11-生物质锅炉；12-过热器；13-再热器；14-空气预热器；15-高压缸；16-中压缸；17-低压缸；18-发电机组。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明在现有已商业化的槽式太阳能发电电站系统的基础上，系统集成创新，提出了一种太阳能与生物质能互补的发电系统，与传统槽式太阳能发电电站系统相比，本发明通过采用部分生物质燃料补燃的方法，利用生物质燃料燃烧产生的高温烟气对太阳能集热场出口产物加热，使其变为500℃以上高温高压蒸汽，显著提高了动力蒸汽参数，进而提高了动力循环的发电效率，特别适合在中国西北部太阳能与生物质能都很丰富的地区，具有很好的商业化前景。

如图1和图2所示，图1为本发明提供的取消第一级高压缸抽气的太阳能与生物质能互补的发电系统的结构示意图，图2为本发明提供的取消全部高压缸抽气的太阳能与生物质能互补的发电系统的结构示意图。本发明提供的太阳能与生物质能互补的发电系统包括槽式太阳能集热子系统、生物质补燃子系统和动力发电子系统，其中：所述槽式太阳能集热子系统包括太阳能集热场1、油水换热器10和导热油泵2，用于接收聚集太阳辐射能量，通过油水换热器将给水加热为一定温度的水或蒸汽，并利用导热油余热代替蒸汽轮机的部分或全部高压缸加热低温给水；所述生物质补燃子系统包括生物质锅炉11、过热器12、再热器13和空气预热器14，用于产生高温烟气并将油水换热器10出口产物和高压缸15出口蒸汽加热为500℃以上的高温高压蒸汽；所述动力发电子系统包括蒸汽轮机的高压缸15、中压缸16、低压缸17和发电机组18，用于将接收的热能转化为电能并输出。

本实施例中，选用N135-13.24/535/535型汽轮机，汽轮机额定功率为135MW，主蒸汽参数为535℃、13.24MPa，再热蒸汽参数为535℃、2.222MPa，排气压力为4.9kPa。

导热油经太阳能集热场1加热后进入油水换热器10，将给水加热成370℃、13.24MPa高温高压蒸汽，导热油在油水换热器10中放热后再通过第一级高压给水加热器3，代替第一级高压缸抽气加热给水，或者依次通过第一级高压给水加热器3和第二级高压给水加热器4，代替全部高压缸抽气加热给水，因换热而温度下降的导热油再经导热油泵2进入槽式太阳能集热子系统，实现导热油路的循环。

给水(394t/h)经过油水换热器10，通过导热油间接吸收太阳能变为一定温度的水或蒸汽，例如给水吸热变为370℃、13.24MPa中温高压蒸汽，再进入过热器12，被生物质锅炉11产生的高温烟气加热转变为500℃以上高温高压蒸汽，例如被加热变为535℃、13.24MPa高温高压蒸汽，该高温高压蒸汽进入蒸汽轮机的高压缸15膨胀作功，高压缸15出口蒸汽进入再热器13，被高温烟气加热转变为500℃以上再热蒸汽，例如吸热变为535℃、2.222MPa再热蒸汽，该再热蒸汽依次通过蒸汽轮机是中压缸16和低压缸17膨胀作功，然后通过发电机组18进行发电，低压缸17出口乏汽经冷凝器9凝结，凝结水依次通过凝结水泵8、低压给水加热器组7、除氧器6、高压水泵5、第二级高压给水加热器4和第一级高压给水加热器3，再进入油水换热器10，实现水路的循环。

太阳能集热场1通过导热油回路间接加热给水，或者通过直接蒸汽产生技术直接加热给水。空气经过空气预热器14加热后与生物质燃料一起进入生物质锅炉11的炉膛内燃烧，产生的高温烟气依次通过过热器12、再热器13和空气预热器14后排入环境。

设计辐照下，本发明提供的太阳能与生物质能互补的发电系统与主蒸汽参数为370℃、10MPa的传统槽式太阳能热发电系统相比，发电效率提升12.5个百分点；生物质燃料消耗量为21.3t/h，与常规30MW生物质电站相当，而在取消高压缸第一级抽气后，系统出功可以达到138.8MW。

本发明提供的太阳能与生物质能互补的发电系统在实际运行中，具有很强的灵活性，在辐照高于设计点时，增加给水流量或减少生物质进料量以保证主蒸汽参数不变；在辐照低于设计点的时段，减少给水流量或增加生物质进料量以保证主蒸汽参数不变，既解决了槽式太阳能单独热发电系统主蒸汽参数低的问题，又可降低生物质的用量，减少生物质资源收集、运输和储存的成本。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种太阳能与生物质能互补的发电系统，其特征在于，该系统包括槽式太阳能集热子系统、生物质补燃子系统和动力发电子系统，其中：

所述槽式太阳能集热子系统包括太阳能集热场(1)、油水换热器(10)和导热油泵(2)，用于接收聚集太阳辐射能量，通过油水换热器将给水加热为一定温度的水或蒸汽，并利用导热油余热代替蒸汽轮机的部分或全部高压缸加热低温给水；

所述生物质补燃子系统包括生物质锅炉(11)、过热器(12)、再热器(13)和空气预热器(14)，用于产生高温烟气并将油水换热器(10)出口产物和高压缸(15)出口蒸汽加热为500℃以上的高温高压蒸汽；

所述动力发电子系统包括蒸汽轮机的高压缸(15)、中压缸(16)、低压缸(17)和发电机组(18)，用于将接收的热能转化为电能并输出。

2.根据权利要求1所述的太阳能与生物质能互补的发电系统，其特征在于，导热油经槽式太阳能集热场被加热后进入油水换热器(10)，将油水换热器(10)中的给水加热成一定温度的水或蒸汽。

3.根据权利要求2所述的太阳能与生物质能互补的发电系统，其特征在于，给水经过油水换热器(10)，通过导热油间接吸收太阳能变为一定温度的水或蒸汽，再进入过热器(12)，被生物质锅炉(11)产生的高温烟气加热转变为500℃以上高温高压蒸汽，该高温高压蒸汽进入蒸汽轮机的高压缸(15)膨胀作功，高压缸(15)出口蒸汽进入再热器(13)，被高温烟气加热转变为500℃以上再热蒸汽，该再热蒸汽依次通过蒸汽轮机是中压缸(16)和低压缸(17)膨胀作功，然后通过发电机组(18)进行发电。

4.根据权利要求1所述的太阳能与生物质能互补的发电系统，其特征在于，该系统还包括冷凝器(9)、凝结水泵(8)、低压给水加热器组(7)、除氧器(6)、高压水泵(5)、第二级高压给水加热器(4)和第一级高压给水加热器(3)；

导热油在油水换热器(10)中放热后再通过第一级高压给水加热器(3)，代替第一级高压缸抽气加热给水，或者依次通过第一级高压给水加热器(3)和第二级高压给水加热器(4)，代替全部高压缸抽气加热给水，因换热而温度下降的导热油再经导热油泵(2)进入槽式太阳能集热子系统，实现导热油路的循环；

高温高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀作功后变为乏汽，该乏汽经冷凝器(9)凝结成水，由凝结水泵(8)加压后依次通过低压给水加热器组(7)、除氧器(6)、高压水泵(5)、第二级高压给水加热器(4)和第一级高压给水加热器(3)，再进入油水换热器(10)，实现水路的循环。

5.根据权利要求1所述的太阳能与生物质能互补的发电系统，其特征在于，所述太阳能集热场(1)通过导热油回路间接加热给水，或者通过直接蒸汽产生技术直接加热给水。

6.根据权利要求1所述的太阳能与生物质能互补的发电系统，其特征在于，生物质锅炉(11)产生的高温烟气依次通过过热器(12)、再热器(13)和空气预热器(14)后排入环境。