CN107842400A - 一种太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽轮发电机组发电领域，并公开了一种太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统。该系统包括太阳能再热模块、低压缸、中压缸、高压缸和发电机，中压缸连接高压缸和低压缸，太阳能再热模块连接在中压缸和低压缸之间，发电机与所述低压缸相连，其中，太阳能再热模块包括太阳能集热场、冷泵热泵和换热器，太阳能集热场一端连接所述冷泵，另一端连接热泵，且冷泵与热泵同时与换热器连接，另外，冷泵与换热器设置有冷缓冲罐，太阳能集热场和热泵之间设置有热缓冲罐。通过本发明，解决采用锅炉二次加热复杂的管道布置和炉膛受热面积大的技术问题，同时降低低压缸排气湿度，提高低压缸绝对效率，提高太阳能光电效率。

Description

一种太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统
技术领域
本发明属于汽轮发电机组发电领域，更具体地，涉及一种太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统。
背景技术
太阳能作为新能源开发利用中的一个重要形式，具有广阔的应用前景。我国具有丰富的太阳能资源可以利用，太阳能具有多种优势：能源可再生、无污染无排放、总能量大等。目前我国70％以上电力来自燃煤电厂，存在巨大的节能减排需求。因此，“太阳能热与化石燃料互补发电等创新性研究取得进展”是《太阳能发电科技发展“十二五”专项计划》的明确规划目标。
在燃煤电站中，再热技术是利用炉膛烟气温度加热已经在汽轮机中做过功的蒸汽，使其温度升高后再次进入汽轮机中继续做功。通过再热可以提高机组循环效率并降低末级排汽湿度，提高机组的热经济性及安全性。目前，燃煤机组普遍都采用了一次再热技术。随着国家对燃煤电站节能减排要求的提高，二次再热技术开始得到重视，目前，在1000MW等超超临界机组的新机组中，二次再热机组已经开始得到实施，取得了显著高于一次再热机组的热效率，但是，目前二次再热技术由于锅炉管道布置复杂，要求锅炉重新设计，且需要大量炉膛受热面积，成本高，增加机组成本。
将太阳能和燃煤电站协同运行，可以减少燃煤电站的煤耗率，是实现燃煤电站节能减排的有效途径之一，目前，有研究将太阳能通过并联或串联的方式与锅炉或给水系统进行集成，但是这些协同方式中太阳能热电效率较低，且协同系统对锅炉汽水系统或汽轮机运行造成不良影响，目前关于太阳能耦合燃煤电站的研究中还没有关于太阳能二次再热协同燃煤电站的研究，由此，本发明提供一种太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统，通过采用太阳能再热模块对汽轮发电机组中的蒸汽二次再热，由此解决采用锅炉二次加热复杂的管道布置和炉膛受热面积大的技术问题，同时降低低压缸排气湿度，提高低压缸绝对效率，提高太阳能光电效率。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统，该系统包括太阳能再热模块、低压缸、中压缸、高压缸和发电机，其特征在于，
所述中压缸连接所述高压缸和低压缸，所述太阳能再热模块连接在所述中压缸和低压缸之间，所述发电机与所述低压缸相连，所述中压缸中的排汽经过所述太阳能再热模块加热后完成太阳能二次再热过程，经过该二次再热后的蒸汽被送入所述低压缸中，随后被送至所述发电机并用于发电，由此提高该发电机的发电效率；
其中，所述太阳能再热模块包括太阳能集热场、冷泵热泵和换热器，所述太阳能集热场一端连接所述冷泵，另一端连接所述热泵，且该冷泵与热泵同时与所述换热器连接，另外，所述冷泵与所述换热器设置有冷缓冲罐，所述太阳能集热场和所述热泵之间设置有热缓冲罐。
进一步优选地，所述太阳能集热场中设置有辐射强度传感器，所述太阳能集热场与所述热缓冲罐之间设置有第一温度传感器，所述换热器与所述低压缸之间设置有第二温度传感器，所述发电机上设置有功率传感器。
进一步优选地，所述太阳能集热场优选采用槽式、塔式或菲涅尔式。
进一步优选地，所述太阳能集热场的传热介质优选采用熔盐。
进一步优选地，所述冷泵、热泵、冷缓冲罐、热缓冲罐分别优选采用熔盐冷泵、熔盐热泵、熔盐冷缓冲罐和熔盐热缓冲罐。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明通过太阳能再热模块加热中压缸排汽温度的方式，提高了汽轮发电机组中蒸汽的温度，从而降低低压缸排气湿度，最终使得低压缸的绝对效率提高，太阳能的光电效率提高；
2、本发明的系统中采用冷缓冲罐和热缓冲罐储热，一方面调节太阳能集热场工质流量以保证进入热缓冲罐的导热介质温度稳定，另一方面根据汽轮发电机组的发电功率调节进入换热器的导热介质流量以保证二次再热后蒸汽温度稳定，从而保证整个机组的稳定运行；
3、本发明通过采用辐射强度传感器、第一温度传感器、第二温度传感器和功率传感器，分别采集各个传感器测量的数据反馈给控制中心后，调节太阳能再热模块中的导热介质流量，保证二次再热蒸汽的稳定；
4、本发明通过采用太阳能再热模块对汽轮发电机组进行二次再热，高效利用了太阳能进行发电，且结构简单，成本低，占地面积低于独立太阳能电站，适合太阳能资源丰富地区的大规模燃煤发电行业。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-太阳能集热场2-控制中心31-冷泵32-热泵41-冷缓冲罐42-热缓冲罐51-第一温度传感器52-第二温度传感器53-功率传感器54-辐射强度传感器6-换热器7-高压缸8-中压缸9-低压缸10-发电机
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明的优选实施例所构建的太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统结构示意图，如图1所示，该系统包括太阳能集热场1、控制中心2、冷泵31、热泵32、冷缓冲罐41、热缓冲罐42、第一温度传感器51、第二温度传感器52、发电机功率传感器53、太阳能辐射强度传感器54、太阳能二次再热换热器6、高压缸7、中压缸8、低压缸9和发电机10。太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统运行时，汽轮机中压缸8做功后的排汽送入太阳能二次再热换热器6进行二次再热，二次再热后的蒸汽送入低压缸9继续做功，带动发电机10发电。
太阳能导热介质在太阳能集热场被加热到给定温度，在太阳能二次再热换热器中对汽轮机中压缸出口蒸汽进行二次再热，二次再热后的蒸汽被再送入汽轮机低压缸中继续做功，以提高汽轮发电机组做功能力并降低汽轮机低压缸末级排汽湿度，同时，利用各个传感器测量分别获得太阳辐射强度、太阳能集热场出口导热介质温度、二次再热后蒸汽温度、发电机功率等状态信息，通过控制中心调节协同系统中冷/热缓冲罐出口太阳能导热介质流量，实现对二次再热蒸汽温度的稳定控制，保障汽轮机系统的安全及经济运行
该系统的工作过程如下：
冷泵31从冷缓冲罐41中抽取低温太阳能导热介质，送入太阳能场吸收太阳能辐射，温度升高至给定温度后送入热缓冲罐42中，热泵32从热缓冲罐42中抽取高温太阳能导热介质，送入太阳能二次再热换热器6中，中压缸8排汽在太阳能二次再热换热器6中与高温太阳能导热介质进行二次再热，二次再热后的蒸汽重新进入低压缸9中继续做功，放热后的低温太阳能导热介质被送入冷缓冲罐41中，从而完成一个循环。
太阳能辐射强度传感器54实时监测太阳能辐射强度并送入控制中心2，控制中心2根据太阳能辐射强度采用前馈控制调节冷缓冲罐41的出口流量，即根据热平衡原理，太阳能辐射强度增大时提高冷缓冲罐41的出口流量，太阳能辐射强度降低时则减少冷缓冲罐41的出口流量，从而稳定进入热缓冲罐42的高温太阳能导热介质温度。
第一温度传感器51实时监测太阳场出口导热介质温度并输入控制中心2，控制中心2根据太阳场出口导热介质温度采用PID控制调节冷缓冲罐41的出口流量，即太阳场出口导热介质温度高于额定温度时提高冷缓冲罐41的出口流量，当太阳场出口导热介质温度低于额定温度时则减少冷缓冲罐41的出口流量，使进入热缓冲罐42的高温太阳能导热介质温度保持稳定。
功率传感器53实时监测发电机10功率并输入控制中心2，控制中心2根据发电机输出功率采用前馈控制调节热缓冲罐42出口流量，即当发电机输出功率增加时提高热缓冲罐42的出口流量，当发电机输出功率降低时减少热缓冲罐42的出口流量，稳定二次再热蒸汽温度。
第二温度传感器52实时监测二次再热后蒸汽温度并输入控制中心2，控制中心2根据二次再热后蒸汽温度采用PID控制调节调节热缓冲罐42出口流量，即当二次再热后蒸汽温度高于额定温度时减少热缓冲罐42的出口流量，当二次再热后蒸汽温度低于额定温度时提高热缓冲罐42的出口流量，使二次再热蒸汽温度保持稳定。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡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保护范围之内。

Claims (5)

1.一种太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统，该系统包括太阳能再热模块、低压缸(9)、中压缸(8)、高压缸(7)和发电机(10)，其特征在于，
所述中压缸(8)连接所述高压缸(7)和低压缸(9)，所述太阳能再热模块连接在所述中压缸和低压缸之间，所述发电机(10)与所述低压缸(9)相连，所述中压缸中的排汽经过所述太阳能再热模块加热后完成太阳能二次再热过程，经过该二次再热后的蒸汽被送入所述低压缸中，随后被送至所述发电机并用于发电，由此提高该发电机的发电效率；
其中，所述太阳能再热模块包括太阳能集热场(1)、冷泵(31)、热泵(32)和换热器(6)，所述太阳能集热场(1)一端连接所述冷泵(31)，另一端连接所述热泵(32)，且该冷泵与热泵同时与所述换热器连接，另外，所述冷泵(31)与所述换热器设置有冷缓冲罐(41)，所述太阳能集热场(1)和所述热泵(32)之间设置有热缓冲罐。
2.如权利要求1所述的一种太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统，其特征在于，所述太阳能集热场中设置有辐射强度传感器(54)，所述太阳能集热场与所述热缓冲罐之间设置有第一温度传感器(51)，所述换热器与所述低压缸之间设置有第二温度传感器(52)，所述发电机上设置有功率传感器(53)。
3.如权利要求1或2所述的一种太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统，其特征在于，所述太阳能集热场优选采用槽式、塔式或菲涅尔式。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统，其特征在于，所述太阳能集热场的传热介质优选采用熔盐。
5.如权利要求4所述的一种太阳能协同汽轮发电机组二次再热系统，其特征在于，所述冷泵(31)、热泵(32)、冷缓冲罐(41)、热缓冲罐(42)分别优选采用熔盐冷泵、熔盐热泵、熔盐冷缓冲罐和熔盐热缓冲罐。
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