CN105089954B - 一种太阳能与火电复合发电机组 - Google Patents

Abstract

一种太阳能与火电复合发电机组，包括火力发电系统以及太阳能蒸气发电系统，通过调节所述火电汽轮机的进气流量来调节所述复合汽轮发电机组的功率；在当太阳能蒸汽发电系统产出的蒸汽温度急剧变化时，通过将火电汽轮机的抽汽引入所述太阳能蒸汽发电系统，从而保障，调节太阳能发电汽轮机入口蒸汽温度；并且，还设置有补充的太阳能发电汽轮机温度调节装置，从而进一步保障复合发电机组的正常运行。

Description

一种太阳能与火电复合发电机组

技术领域

本发明涉及新能源领域，尤其是涉及一种太阳能与火电复合发电机组。

背景技术

随着经济的发展和生活品质的提高，城市化进程的不断加快以及人们物质生活的提高，能源和环境问题日益受到社会关注。提高能源利用率，加强余热回收利用，拓展可再生能源的应用场所是节约传统能源、降低碳排放、保护环境的有力措施。而新的能源技术不仅要在技术上而且要在蕴藏量上能够满足人类日益增长的经济发展需求，更要满足人类与大自然协调发展对环境的要求。

在我国的一次能源结构中，煤炭等化石燃料所占比例达70％以上。虽然火电在发电成本及技术成熟程度上具有得天独厚的优势，但是随着政府和公众对燃用化石燃料的火力发电厂所排放的二氧化碳造成的温室效应问题的日益重视，在煤炭资源日益消耗、电煤供应日益紧张、环境压力日益增大的严峻形势下，加强研究解决燃煤发电机组节能、减排问题已成为保障我国经济可持续发展的关键问题之一。

太阳能是一种资源非常丰富的可再生能源，太阳能发电系统因具有运行费用低、维护简单、无噪声、无污染等优点而倍受人们的青睐，使许多发达国家都把太阳能等可再生能源从原来的补充能源上升到战略替代能源的地位。太阳能热发电是太阳能利用中的重要项目。然而目前太阳能的大规模利用中，最大的问题之一就是其随环境、气候和时间的不确定性，其直接接入电网所带来的不稳定发电量会对整个电网的运行和安全造成巨大的影响，必须要通过耗资巨大的智能电网改造和升级来适应这些太阳能发电机组的直接入网和调度问题。

太阳能与化石能源互补的利用模式可以有效解决太阳能利用不稳定和蓄热技术不成熟的问题，通过成熟的常规发电技术，降低开发利用太阳能的技术和经济风险。201010520254.8的发明专利提出了一种太阳能与火电站互补发电系统，使火电站扩容降耗，解决太阳能不稳定不连续的问题， 有利于火电站的低成本改造和太阳能技术的大规模推广应用。为了进一步解决太阳能不稳定的问题，201110005703.X的发明专利提出了太阳能发电与火力发电复合的汽轮发电机组，其中在太阳能蒸气发电系统产出蒸气剧烈变化时，将火电汽轮机的抽汽引入太阳能蒸汽发电系统，对蒸汽温度进行调节，从而保障太阳能发电汽轮机正常工作。但是，该发明中通过调节火电汽轮机的进汽流量来调节复合发电汽轮发电机组的功率，而太阳能蒸气发电系统产出蒸气剧烈变化时，尤其是剧烈上升时，通常是其输出功率最高的时候，这时火电汽轮机的进气流量很小，甚至可能完全不进气，仅通过火电汽轮机的抽气进行蒸气温度调节，可能无法保障太阳能发电汽轮机的正常运行。

发明内容

本发明提供了一种太阳能与火电复合发电机组，能够克服现有技术的上述缺陷，进一步保障太阳能发电汽轮机的正常运行。

作为本发明的一个方面，提供了一种太阳能与火电复合发电机组，包括火力发电系统以及太阳能蒸气发电系统，所述火力发电系统包括火电汽轮机，所述太阳能蒸气发电系统包括太阳能发电汽轮机，所述火电汽轮机与所述太阳能发电汽轮机同轴设置，共用一台发电机，构成复合汽轮发电机组；通过调节所述火电汽轮机的进气流量来调节所述复合汽轮发电机组的功率；所述火电汽轮机包括高压汽轮机、中压汽轮机以及低压汽轮机；所述中压汽轮机的出口蒸气分为三路，第一路流入低压汽轮机入口，第二路通过第一阀门与所述太阳能蒸气发电系统的储热调温装置相连，第三路通过第二阀门与所述太阳能发电汽轮机的蒸气入口相连，所述第二路蒸气用于在当太阳能蒸汽发电系统产出的蒸汽温度急剧变化时，调节太阳能发电汽轮机入口蒸汽温度；所述储热调温装置为热交换器。

优选的，所述太阳能蒸气发电系统的太阳能集热器内高温油通过热交换器的第一入口流入，在其内的第一热交换管路进行热交换后，从所述热交换器的第一出口流出；所述第二路蒸气通过热交换器的第二入口流入，在其内的第二热交换管路进行热交换后，从所述热交换器的第二出口流出。

优选的，在当太阳能蒸汽发电系统产出的蒸汽温度急剧变化时，开启所述第一阀门，用于调节太阳能发电汽轮机入口蒸汽温度。

优选的，所述火力发电系统与所述太阳能蒸汽发电系统共用凝汽器、 凝结水泵、低压加热器、除氧器及水箱，所述水箱内的水通过给水泵能够泵送到所述热交换器的第三入口，在其内的第三热交换管路进行热交换后，从所述热交换器的第三出口流出。

优选的，所述给水泵与所述热交换器之间设置第三阀门，当所述中压汽轮机出口蒸气不足以调节太阳能发电汽轮机入口蒸汽温度时，开启所述第三阀门，用于调节所述太阳能发电汽轮机入口蒸气温度。

优选的，所述中压汽轮机出口设置流量传感器，当太阳能蒸汽发电系统产出的蒸汽温度急剧变化时，通过流量传感器监测所述中压汽轮机出口蒸气流量，当其小于特定阈值时，开启所述第三阀门。

优选的，所述流量传感器平常处于待机状态，当所述太阳能蒸汽发电系统产出的蒸汽温度急剧变化时，触发启动所述流量传感器。

优选的，所述热交换器的第三出口设置温度传感器，用于检测出口流体的温度，根据出口流体的温度，将出口流体输送到不同位置。

优选的，在出口流体温度大于特定第一阈值时，将其输送到冷凝器中；在出口流体温度在第一阈值与第二阈值之间时，将其输送到水箱；在出口流体温度小于第二阈值时，将其输送到低压加热器。

附图说明

图1是本发明实施例的太阳能与火电复合发电机组的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将使用实施例对本发明进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些实施例获取其他的技术方案，也属于本发明的公开范围。

参见图1，本发明实施例的一种太阳能与火电复合发电机组，包括火力发电系统以及太阳能蒸气发电系统。火力发电系统包括锅炉1、高压汽轮机2、中压汽轮机3、低压汽轮机4、发电机5，凝汽器6、凝结水泵7、低压加热器8、水箱9、给水泵10以及高压加热器11。

燃料例如煤在锅炉1中燃烧放热，将锅炉1中的水变成高温高压的蒸汽，蒸汽通过管道被送入高压汽轮机2、中压汽轮机3和低压汽轮机4内进行膨胀做功，带动耦合到汽轮机的发电机5转动发出电能。低压蒸汽从低压汽轮机4中排出， 被凝汽器6冷却后凝结成水，通过热力系统中的凝结水泵7、低压加热器8、 除氧器及水箱9后，被给水泵10输送到高压加热器11，被高压加热器11加热后的水重新进入锅炉1，形成了一个完整的热力循环。

太阳能蒸气发电系统包括集热器13、储热调温装置14、过热器15、蒸发器16、储油罐17、热循环油泵18以及太阳能发电汽轮机20。太阳能蒸气发电系统与火力发电系统共用凝汽器6、 凝结水泵7、低压加热器8、除氧器及水箱9。

集热器13利用太阳的辐射能来加热耐高温油，高温油经过储热调温装置14后，利用高温油的热量在蒸发器16中将水转化为蒸汽、在过热器15中将蒸汽过热升温，过热蒸汽进入汽轮机20中膨胀做功，使汽轮机转子转动并带动发电机5 转动从而发出电能；经过蒸发器16的高温油回到储油罐17，由热循环油泵18泵送回集热器13，完成一个循环。

复合汽轮发电机组的功率，通过调节高压汽轮机2的进汽流量来调节。当太阳能蒸气发电系统的输出功率高时，降低高压汽轮机2的进气流量，从而降低火力发电系统的输出功率，保证复合汽轮发电机组的功率稳定；当太阳能蒸气发电系统的输出功率低时，提高高压汽轮机2的进气流量，从而提高火力发电系统的输出功率，保证复合汽轮发电机组的功率稳定。

中压汽轮机3的出口蒸气分为三路，第一路流入低压汽轮机4入口，第二路通过第一阀门21与太阳能蒸气发电系统的储热调温装置14相连，第三路通过第二阀门19与太阳能发电汽轮机20的蒸气入口相通。其中，第二路蒸气用于在当太阳能蒸汽发电系统产出的蒸汽温度急剧变化时，尤其是温度急剧上升时，调节太阳能发电汽轮机20入口蒸汽温度。第三路蒸气用于在太阳能蒸汽发电系统停止运行时，进入太阳能发电汽轮机20，使其能够得到良好的冷却。

储热调温装置14为热交换器，太阳能集热器13内高温油通过热交换器的第一入口流入，在其内的第一热交换管路进行热交换后，从热交换器的第一出口流出。当太阳能蒸汽发电系统产出的蒸汽温度急剧变化时，尤其是温度急剧上升时，开启第一阀门21，中压汽轮机3的第二路蒸气通过热交换器的第二入口流入，在其内的第二热交换管路与第一交换管路内的高温油进行热交换，对高温油进行降温，从而降低太阳能发电汽轮机20入口蒸汽温度。

然而，太阳能蒸气发电系统产出蒸气剧烈变化时，尤其是剧烈上升时，通常是其输出功率最高的时候，这时高压汽轮机2的进气流量很小，甚至可能完全不进气，仅通过高压汽轮机2的抽气进行蒸气温度调节，可能无法保障太阳能发电汽轮机的正常运行。因此，将水箱9内的水通过第三阀门22与储热调温装置14的第三入口相同，通过给水泵10能够将水箱9内的水泵送到储热调温装置14的第三入口，在其内的第三热交换管路进行热交换后，从储热调温装置14的第三出口流出。通过将其作为补充的太阳能发电汽轮机温度调节装置，在高压汽轮机2的抽气进行蒸气温度调节无法保证太阳能发电汽轮机的正常运行时，开启第三阀门22，通过水箱9内的水直接对高温油进行降温，从而保证了太阳能发电汽轮机的正常运行。优选的，所述第三阀门22为流量阀，可以根据储热调温装置14内的温度，调节进入储热调温装置14的水量。

为了能够准确的确定开启第三阀门22的时机，可以在中压汽轮机3的出口设置流量传感器，其平常处于待机状态，当太阳能蒸汽发电系统产出的蒸汽温度急剧上升，第一阀门21开启时，触发流量传感器，通过流量传感器监测中压汽轮机3出口蒸气流量，当其小于特定阈值时，开启第三阀门22。

由于太阳能蒸汽发电系统产出的蒸汽温度急剧上升时，热交换器内的温度存在不同范围，水箱9内的水通过热交换器后可能存在不同的状态，可以在热交换器的第三出口设置温度传感器，用于检测出口流体的温度，根据出口流体的温度，将出口流体输送到不同位置。在出口流体温度大于特定第一阈值时，表示其为蒸气状态，将其输送到冷凝器中；在出口流体温度在第一阈值与第二阈值之间时，表示其为较高温的流体状态，将其输送到水箱；在出口流体温度小于第二阈值时，表示其为较低温的流体，将其输送到低压加热器。

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，并不用于限定本发明的保护范围，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 (1)

1.一种太阳能与火电复合发电机组，包括火力发电系统以及太阳能蒸汽发电系统，所述火力发电系统包括火电汽轮机，所述太阳能蒸汽发电系统包括太阳能发电汽轮机，所述火电汽轮机与所述太阳能发电汽轮机同轴设置，共用一台发电机，构成复合汽轮发电机组；通过调节所述火电汽轮机的进气流量来调节所述复合汽轮发电机组的功率；所述火电汽轮机包括高压汽轮机、中压汽轮机以及低压汽轮机；所述中压汽轮机的出口蒸汽分为三路，第一路流入低压汽轮机入口，第二路通过第一阀门与所述太阳能蒸汽发电系统的储热调温装置相连，第三路通过第二阀门与所述太阳能发电汽轮机的蒸汽入口相连，所述第二路蒸汽用于在当太阳能蒸汽发电系统产出的蒸汽温度急剧变化时，调节太阳能发电汽轮机入口蒸汽温度；其特征在于：所述储热调温装置为热交换器，所述太阳能蒸汽发电系统的太阳能集热器内高温油通过热交换器的第一入口流入，在其内的第一热交换管路进行热交换后，从所述热交换器的第一出口流出；所述第二路蒸汽通过热交换器的第二入口流入，在其内的第二热交换管路进行热交换后，从所述热交换器的第二出口流出；所述火力发电系统与所述太阳能蒸汽发电系统共用凝汽器、 凝结水泵、低压加热器、除氧器及水箱，所述水箱内的水通过给水泵能够泵送到所述热交换器的第三入口，在其内的第三热交换管路进行热交换后，从所述热交换器的第三出口流出；在当太阳能蒸汽发电系统产出的蒸汽温度急剧变化时，开启所述第一阀门，用于调节太阳能发电汽轮机入口蒸汽温度；所述给水泵与所述热交换器之间设置第三阀门，所述中压汽轮机出口设置流量传感器，当太阳能蒸汽发电系统产出的蒸汽温度急剧变化时，通过流量传感器监测所述中压汽轮机出口蒸汽流量，当其小于特定阈值时，开启所述第三阀门；用于调节所述太阳能发电汽轮机入口蒸汽温度；所述流量传感器平常处于待机状态，当所述太阳能蒸汽发电系统产出的蒸汽温度急剧变化时，触发启动所述流量传感器。