CN106288496A - 一种基于太阳能‐吸收式热泵的原煤预干燥系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于电站节能领域的一种基于太阳能‑吸收式热泵的原煤预干燥系统。该系统主要包括四个子系统：太阳能集热系统，吸收式热泵系统，原煤预干燥系统和蒸汽循环发电系统。在燃用中高水分煤种的机组中，利用太阳能集热系统产生的高品位热量驱动吸收式热泵系统，充分回收利用低品位的循环水热量，产生更多的中温有用热能用于干燥原煤；最终，入炉煤的水分含量显著降低，从而使得锅炉燃烧效率提高，排烟温度降低，进而可增加机组出功，提高机组效率。本发明以“能量对口，梯级利用”为原则，将四个子系统有机的耦合起来，既可以有效降低低阶煤干燥的代价，提高燃用低阶煤机组的效率，又能提高太阳能光电效率，降低太阳能发电成本。
Description
技术领域
本发明属于电站节能设备领域，特别涉及一种基于太阳能‐吸收式热泵的原煤预干燥系统。
背景技术
截止2015年，我国电力总装机容量15.1亿千瓦，火电装机比重高达65.7％。可见，我国能源结构主要以煤炭为主，煤炭仍然是我国比较现实的和不可替代的能源。然而，随着中东部优质动力煤(烟煤、无烟煤)储量日益减少以及开采难度的加大，越来越多的电厂开始燃用或掺烧次烟煤、褐煤等低阶煤。近年来，在我国新疆地区已探明低阶煤储量3900亿吨，约占全国煤炭探明储量的38％，因此，低阶煤(褐煤、次烟煤)在我国能源供应过程中将起到越来越重要的角色。
然而，低阶烟煤通常具有水分高，热值低等特点，其直接燃烧发电往往带来磨煤系统出力不足，锅炉效率低等问题。为了提高低阶煤发电效率可采用煤的预干燥技术，即在煤入炉前增设专门的干燥过程，将其水分部分降低从而增加燃料热值，改善锅炉燃烧状况提高锅炉效率，从而达到提高机组效率的效果。常规的原煤干燥技术有蒸气管式干燥机技术，但是抽气会减少汽轮机的做工能力。结合我国低阶煤储量分布特性，大量低级煤分布在我国西北地区(内蒙、新疆等地)，而这些地区往往是我国太阳能资源十分丰富的区域。以新疆地区(北纬33.5～48.5°)为例，其年辐射总量为5430～6670MJ/m2，年日照时长为2550～3500h。太阳能热利用技术已经作为可再生能源技术的首要发展方向之一，受到越来越多的重视。近年来，槽式太阳能辅助燃煤电站技术日益成熟，其利用200～390℃的导热油替代高加回热抽汽加热给水，具有对原热力系统影响小、切换方便等优点，光电效率也可达20％以上，热力性能及经济性均优于单纯的太阳能热发电。同时，利用抽气驱动第一类溴化锂吸收式热泵，吸收循环水中低品位的热量制取中高热量增加城市集中供热，也成功在我国各个电厂得到应用。同时我们需要注意到，吸收式热泵制热温度可达80～100℃，运行温度基本满足低级煤干燥的要求。
有鉴于此，本发明提出一种基于太阳能-吸收式热泵的原煤预干燥系统，采用槽式太阳能驱动溴化锂吸收式热泵并将其与原煤干燥结合起来，既可以有效降低低阶煤干燥的代价，提高燃用低阶煤机组的水平，又能提高太阳能光电效率，降低太阳能发电成本。
发明内容
提出一种基于太阳能‐吸收式热泵的原煤预干燥系统，其特征在于，该系统包括四个子系统：太阳能集热系统，吸收式热泵系统，原煤预干燥系统和蒸汽循环发电系统；所述的吸收式热泵系统分别与其他三个子系统相连，即太阳能集热系统的导热油出口和入口分别与吸收式热泵系统的发生器相连，吸收式热泵系统的热水和热空气出口分别与原煤预干燥系统的流化床干燥机相连，蒸汽循环发电系统的热循环水出口与吸收式热泵系统的蒸发器相连；此外，原煤预干燥系统的冷水出口还与吸收式热泵系统的吸收器相连。
所述吸收式热泵系统包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器和溶液热交换器；其中发生器的蒸汽出口与冷凝器的蒸汽入口相连，冷凝器的凝结液出口通过节流阀与蒸发器的凝结液入口连接，蒸发器的蒸汽出口与吸收器的入口相连，吸收器的出口依次经过溶液泵、溶液热交换器与发生器连接；发生器的浓溶液出口依次经过溶液热交换器和溶液阀与吸收器相连；吸收器的热空气出口和冷凝器的热水出口分别与原煤预干燥系统的流化床干燥机相连；蒸发器的水侧入口经过循环水阀与凝汽器的热循环水出口连接，蒸发器的水侧出口与蒸汽循环发电系统的冷却塔的入口相连。
所述太阳能集热系统包括太阳能集热场和导热油循环泵；导热油循环泵的入口与发生器的出口相连，导热油循环泵的出口与太阳能集热场的入口相连；太阳能集热场的出口与发生器的入口相连。
所述原煤预干燥系统包括称重皮带、流化床干燥机和除尘器；原煤进料斗在称重皮带的上方，流化床干燥机在称重皮带的下方，称重后原煤进入流化床干燥机被干燥；流化床干燥机内置式换热器的入口和流化介质入口分别与冷凝器的热水出口和吸收器的热空气出口相连；流化床干燥机的干燥尾气出口与除尘器相连，除尘器上部出口的气体进入尾气处理装置，下部出口的固体颗粒与干燥后的原煤混合后进入磨煤机研磨，随后进入锅炉燃烧。
所述蒸汽循环发电系统包括锅炉、汽轮机、凝汽器、回热加热单元和冷却塔；锅炉产生的蒸汽进入汽轮机膨胀做功，带动发电机发出电能，汽轮机出口的乏汽在凝汽器中凝结后依次通过凝结水泵和回热加热单元与锅炉的给水入口相连；凝汽器的冷循环水入口与冷却塔的出口相连。
所述吸收式热泵系统以溴化锂‐水作为工质对，其中，水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。
所述太阳能集热场选用槽式太阳能集热器。
本发明的有益效果：本发明针对传统原煤干燥过程能耗过高，干燥所带来的节能效果受到限制等问题，通过利用太阳能产生的热量驱动第一类吸收式热泵并将其与原煤干燥结合起来，分别以吸收式热泵系统产生的热水和热空气作为原煤干燥的热源和流化介质；该系统利用太阳能集热场产生的高温热能作为热泵的驱动热源，并充分利用凝汽器出口热循环水提供低品位热水，从而得到更多的中温热能作为干燥热源，大幅度提高提高了热能利用率，太阳能的光电转换效率达到40％以上；最终，干燥后入炉煤的水分含量显著降低，从而使得锅炉排烟温度降低，燃烧效率提高，进而可增加机组出功，提高机组效率；此外，原煤干燥后能量密度提高，锅炉炉膛体积减小，辅机出力得以保证，电站设备投资减少，经济性得到提高。
附图说明
图1为一种基于太阳能‐吸收式热泵的原煤预干燥系统。
图中：1‐锅炉；2‐汽轮机；3‐凝汽器；4‐凝结水泵；5‐回热加热单元；6‐发电机；7‐冷却塔；8‐太阳能集热场；9‐发生器；10‐导热油循环泵；11‐冷凝器；12‐节流阀；13‐蒸发器；14‐吸收器；15‐溶液泵；16‐溶液热交换器；17‐溶液阀；18‐循环水阀；19‐称重皮带；20‐流化床干燥机；21‐除尘器。
具体实施方式
本发明提供了一种基于太阳能‐吸收式热泵的原煤预干燥系统，下面结合附图和实施例对本系统工作原理做进一步说明。
图1所示为一种基于太阳能‐吸收式热泵的原煤预干燥系统的示意图。
如图1所示，该系统主要包括四个子系统：太阳能集热系统，吸收式热泵系统，原煤预干燥系统和蒸汽循环发电系统；所述的吸收式热泵系统分别与其他三个子系统相连，其中吸收式热泵系统包括发生器9、冷凝器11、蒸发器13、吸收器14和溶液热交换器16；所述的发生器9的蒸汽出口与冷凝器11的蒸汽入口相连，放热后的蒸汽变为凝结液通过节流阀12流入蒸发器13，蒸发器13的蒸汽出口与吸收器14的入口相连，吸收器14中生成的稀溶液依次通过溶液泵15、溶液热交换器16回到发生器9；所述的发生器9的浓溶液出口依次通过溶液热交换器16和溶液阀17与吸收器14相连；所述的吸收器14的热空气出口和冷凝器11的热水出口分别与原煤预干燥系统的流化床干燥机20相连；所述的蒸发器13的水侧出入口分别与蒸汽循环发电系统的冷却塔7和凝汽器3相连。
所述的太阳能集热系统主要包括太阳能集热场8和导热油循环泵10；所述的导热油循环泵10的入口与吸收式热泵系统的发生器9相连，其出口与太阳能集热场8的入口相连；所述的太阳能集热场8的出口与吸收式热泵系统发生器9的入口相连。
所述的原煤预干燥系统主要包括称重皮带19、流化床干燥机20和除尘器21；所述的原煤经称重皮带19称重后进入流化床干燥机20被干燥，所述的流化床干燥机20内置式换热器的入口和流化介质入口分别与吸收式热泵系统冷凝器11的热水出口和吸收器14的热空气出口相连；所述的流化床干燥机20出口的干燥尾气与除尘器21相连，其出口的气体进入尾气处理装置，出口的固体颗粒与干燥后的原煤混合后进入磨煤机研磨，随后进入锅炉1燃烧。
所述的蒸汽循环发电系统主要包括锅炉1、汽轮机2、凝汽器3、回热加热单元5、冷却塔7等部分；所述的锅炉1产生的蒸汽进入汽轮机2膨胀做功，带动发电机6发出电能，汽轮机2出口的乏汽在凝汽器3中凝结后依次通过凝结水泵4和回热加热单元5与锅炉1的给水入口相连；所述的凝汽器3出口的热循环水分两路，一路通过循环水阀18与吸收式热泵系统的蒸发器13相连，另一路与冷却塔7的入口相连，蒸发器13的出口还与冷却塔的7入口相连；所述的凝汽器3的冷循环水入口与冷却塔7的出口相连。
所述的吸收式热泵系统以溴化锂‐水作为工质对，其中，水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。
所述的太阳能集热场8选用槽式太阳能集热器。
其工作过程为：太阳能集热场通过槽式集热器汇集太阳热量将导热油加热到210～250℃，其出口的高温导热油进入吸收式热泵系统的发生器，加热溴化锂溶液，使其中的制冷剂水变为蒸汽(160℃左右)排出，而溴化锂溶液浓缩变为浓溶液从出口处流出；从发生器流出的水蒸气进入到冷凝器中加热水，放热后的蒸汽变为冷凝水通过节流阀降压降温变为饱和汽水混合物，随后进入蒸发器吸收热循环水的热量，蒸发为饱和水蒸汽，流入吸收器；而从发生器流出的溴化锂浓溶液依次经过溶液换热器和溶液泵进入吸收器，在一定的温度和压力下将从蒸汽器流入的饱和水蒸汽吸收变为稀溶液流入溶液换热器，随后通过溶液阀并在溶液热交换器中预热后回到发生器；流化干燥机出口的低温热水(60℃左右)首先在吸收器中被预热到70℃左右，随后进入冷凝器被高温蒸汽进一步加热至90℃左右，最终，这部分热水进入流化干燥机的内置换热器作为原煤干燥的热源，放热后的热水回到吸收器中重新吸热；环境的冷空气(25℃)在吸收器中被加热到70℃左右，随后作为流化介质进入流化床干燥机；在流化床干燥机中，原煤被发生器出口的高温热水(90℃左右)加热干燥，干燥尾气进入除尘器，经除尘器处理后的气体进入尾气处理系统，除尘器出口的固体颗粒与干燥后的原煤混合后经磨煤机研磨进入锅炉燃烧；蒸汽循环发电系统中，锅炉产生的高温高压蒸汽进入汽轮机膨胀做功，带动发电机发出电能，汽轮机出口的乏汽在凝汽器中凝结后依次通过凝结水泵和回热加热单元加热后回到锅炉，凝汽器出口的热循环水分两路，一路作为蒸发器的热源加热从节流阀流入的饱和汽水混合物，其流量可由循环水阀控制，放热后的循环水与另一路热循环水混合后进入冷却塔冷却，冷却后的循环水再回到凝汽器吸热。
Claims (7)
1.一种基于太阳能-吸收式热泵的原煤预干燥系统，其特征在于，该系统主要包括四个子系统：太阳能集热系统，吸收式热泵系统，原煤预干燥系统和蒸汽循环发电系统；所述的吸收式热泵系统分别与其他三个子系统相连，即太阳能集热系统的导热油出口和入口分别与吸收式热泵系统的发生器(9)相连，吸收式热泵系统的热水和热空气出口分别与原煤预干燥系统的流化床干燥机(20)相连，蒸汽循环发电系统的热循环水出口与吸收式热泵系统的蒸发器(13)相连；此外，原煤预干燥系统的冷水出口还与吸收式热泵系统的吸收器(14)相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能-吸收式热泵的原煤预干燥系统，其特征在于，所述的吸收式热泵系统包括发生器(9)、冷凝器(11)、蒸发器(13)、吸收器(14)和溶液热交换器(16)；发生器(9)的蒸汽出口与冷凝器(11)的蒸汽入口相连，冷凝器(11)的凝结液出口通过节流阀(12)与蒸发器(13)的凝结液入口连接，蒸发器(13)的蒸汽出口与吸收器(14)的入口相连，吸收器(14)的出口依次经过溶液泵(15)、溶液热交换器(16)与发生器(9)连接；所述的发生器(9)的浓溶液出口依次经过溶液热交换器(16)和溶液阀(17)与吸收器(14)相连；所述的吸收器(14)的热空气出口和冷凝器(11)的热水出口分别与原煤预干燥系统的流化床干燥机(20)相连；所述的蒸发器(13)的水侧入口经过循环水阀(18)与凝汽器(3)的热循环水出口连接，蒸发器(13)的水侧出口与蒸汽循环发电系统的冷却塔(7)的入口相连。
3.根据权利要求1所述的一种基于太阳能-吸收式热泵的原煤预干燥系统，其特征在于，所述的太阳能集热系统包括太阳能集热场(8)和导热油循环泵(10)；导热油循环泵(10)的入口与发生器(9)的出口相连，导热油循环泵(10)的出口与太阳能集热场(8)的入口相连；太阳能集热场(8)的出口与发生器(9)的入口相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于太阳能-吸收式热泵的原煤预干燥系统，其特征在于，所述的原煤预干燥系统包括称重皮带(19)、流化床干燥机(20)和除尘器(21)；原煤进料斗在称重皮带(19)的上方，流化床干燥机(20)在称重皮带(19)的下方，称重后原煤进入流化床干燥机(20)被干燥；流化床干燥机(20)内置式换热器的入口和流化介质入口分别与冷凝器(11)的热水出口和吸收器(14)的热空气出口相连；流化床干燥机(20)的干燥尾气出口与除尘器(21)相连，除尘器(21)上部出口的气体进入尾气处理装置，下部出口的固体颗粒与干燥后的原煤混合后进入磨煤机研磨，随后进入锅炉(1)燃烧。
5.根据权利要求1所述的一种基于太阳能-吸收式热泵的原煤预干燥系统，其特征在于，所述的蒸汽循环发电系统包括锅炉(1)、汽轮机(2)、凝汽器(3)、回热加热单元(5)和冷却塔(7)；所述的锅炉(1)产生的蒸汽进入汽轮机(2)膨胀做功，带动发电机(6)发出电能，汽轮机(2)出口的乏汽在凝汽器(3)中凝结后依次通过凝结水泵(4)和回热加热单元(5)与锅炉(1)的给水入口相连；凝汽器(3)的冷循环水入口与冷却塔(7)的出口相连。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于太阳能-吸收式热泵的原煤预干燥系统，其特征在于，所述的吸收式热泵系统以溴化锂-水作为工质对，其中，水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。
7.根据权利要求1或3所述的一种基于太阳能-吸收式热泵的原煤预干燥系统，其特征在于，所述的太阳能集热场(8)选用槽式太阳能集热器。
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