CN114934827A - 一种光热与火电联合发电和供暖系统 - Google Patents

一种光热与火电联合发电和供暖系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光热与火电联合发电和供暖系统，主要采用的技术方案为:热网加热器；火电机组，其包括锅炉、与锅炉连接的汽轮机、与汽轮机连接的凝结单元、分别与汽轮机和所述凝结单元连接的加热器单元；汽轮机包括均与锅炉连接的汽轮机高压缸和汽轮机中压缸、汽轮机低压缸，汽轮机中压缸排汽口通过第一控制阀与汽轮机低压缸入口连接，汽轮机中压缸排汽口通过第二控制阀与热网加热器入口连接；光热集热组，其包括光热集热器和热交换器；热交换器的入口与凝结水泵出口连接，热交换器的出口通过第三控制阀和第一控制阀与汽轮机低压缸入口连接，热交换器的出口通过第三控制阀和第二控制阀与热网加热器连接。

Description

一种光热与火电联合发电和供暖系统
技术领域
本发明涉及发电与供热技术领域，特别是涉及一种光热与火电联合发电和供暖系统。
背景技术
近几年来新能源发电快速增长，投资也一直在下降，但投资成本偏高也一直影响着新能源的发展，尤其是光热发电技术，相对风力发电和光伏发电，光热发电的投资成本尤为偏高，从而严重制约了其产业化的发展。
将现有的火力发电设备与光热产生的热能结合起来，无疑可以大幅度降低光热发电的投资成本，促进其产业化及其发展。
将火力发电的发电和供热与光热结合起来的同时，还可以实现火力发电和光热发电以及供热的互补，一定程度的释放热电机组的发电和供热的捆绑，从而一定程度的实现热电机组的热电解耦，增加调度的灵活性与深度调峰的能力。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种光热与火电联合发电和供暖系统，主要目的在于利用火电供热实现光热供热，以及在实现火电机组与光热集热组发电和供热互补的同时，也可以一定程度的实现火电机组的调峰和热电解耦。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
本发明的实施例提供一种光热与火电联合发电和供暖系统。其包括：
热网加热器；
火电机组，其包括锅炉、与所述锅炉连接的汽轮机、与所述汽轮机连接的凝结单元、分别与所述汽轮机和所述凝结单元连接的加热器单元；所述汽轮机包括均与所述锅炉连接的汽轮机高压缸和汽轮机中压缸、汽轮机低压缸，所述汽轮机中压缸排汽口通过第一控制阀与所述汽轮机低压缸入口连接，所述汽轮机中压缸排汽口通过第二控制阀与所述热网加热器入口连接，所述凝结单元包括凝结水泵；当火电机组正常运行时，所述锅炉产生的蒸汽进入到汽轮机高压缸做功，再返回到锅炉再热吸热，吸热后的再热蒸汽进入到汽轮机中压缸做功，做功后的蒸汽一路进入到汽轮机低压缸做功变成凝结水，再依次通过凝结单元、加热器单元进入到锅炉吸热重新变为新蒸汽，另一路进入到热网加热器供热，实现常规火力发电厂的发电与供热；
光热集热组，其包括光热集热器和热交换器；所述热交换器的入口与所述凝结水泵出口连接，所述热交换器的出口通过第三控制阀和第一控制阀与所述汽轮机低压缸入口连接，所述热交换器的出口通过第三控制阀和第二控制阀与所述热网加热器连接实现光热集热组产生的热量向火电机组的传输转换；所述光热集热器内设置有热储存工质，所述光热集热组用于将所述热储存工质从所述光热集热器输送到所述热交换器，再从所述热交换器输送到光热集热器实现热储存工质的热冷工质的存储输送循环；
所述光热集热器向所述热交换器输送热工质，热交换器通过热工质对凝结水泵出口的凝结水加热到与汽轮机低压缸入口蒸汽温度和压力相匹配的过热蒸汽，过热蒸汽分别进入到汽轮机低压缸和热网加热器实现光热集热设备的发电与供热，以及通过第一控制阀、第二是控制阀和第三控制阀的控制实现火电机组和光热集热组的同时发电和同时供热。
如前所述的，所述锅炉过热蒸汽出口与所述汽轮机高压缸入口连接，所述锅炉的再热器入口与所述汽轮机高压缸排汽口连接，所述锅炉再热器出口与所述汽轮机中压缸入口连接，所述汽轮机低压缸与所述凝结单元连接。
如前所述的，所述凝结单元还包括分别与所述汽轮机低压缸和所述凝结水泵入口连接的凝汽器；
所述加热器单元还包括与所述凝结水泵出口连接的低压加热器、分别与所述低压加热器和所述给水泵连接的除氧器、高压加热器组；所述高压加热器组的一端与所述给水泵连接，所述高压加热器组的另一端与所述锅炉入口连接；所述高压加热器组包括三个串联在一起的高压加热器，所述汽轮机高压缸抽汽分别与两个高压加热器连接，所述汽轮机中压缸抽汽分别与一个高压加热器和除氧器连接，所述汽轮机低压缸抽汽与所述低压加热器连接。
如前所述的，所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀均为调节阀。
如前所述的，所述光热集热组还包括分别与所述光热集热器和所述热交换器入口连接的至少一个热工质存储站、与所述热交换器出口连接的至少一个第四控制阀、与所述至少一个第四控制阀连接的至少一个冷工质存储站、与所述至少一个冷工质存储站连接的至少一个工质输送泵、分别与所述至少一个工质输送泵和所述光热集热器连接的至少一个第五控制阀。
如前所述的，所述四控制阀和所述第五控制阀均为调节阀。
如前所述的，所述光热集热器采用槽式光热集热器；或者，
所述光热集热器采用塔式光热集热器。
如前所述的，所述热储存工质为储热油；或者，
所述热储存工质为熔融盐。
如前所述的，所述过热蒸汽的温度大于320℃。
如前所述的，所述热交换器采用管式热交换器；或者，
所述热交换器采用板式热交换器。或者，
所述热交换器采用蒸发式热交换器。
借由上述技术方案，本发明光热与火电联合发电和供暖系统至少具有下列优点：
本发明的光热与火电联合发电和供暖系统通过设置热网加热器、火电机组、光热集热组，可以利用火电机组设备和光热集热组产生的能量转换成电能和供热热能，实现光热设备的发电与供热，无需光热投资建设发电设备，有效的降低光热发电的投资成本，也可以利用火电机组供热实现光热集热组供热，本发明在实现火电机组与光热集热组发电和供热互补的同时，也可以一定程度的实现火电机组的调峰和热电解耦。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明光热与火电联合发电和供暖系统的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后，图中箭头方向为供电方向和供热方向。
如图1所示，本发明的一个实施例提出的一种光热与火电联合发电和供暖系统，其包括：热网加热器10、火电机组20、光热集热组30。
如图1所示，所述热网加热器10分别连接热网供水装置101和热网回水装置102。
如图1所述，所述火电机组20，其包括锅炉201、与所述锅炉201连接的汽轮机202、与所述汽轮机202连接的凝结单元203、分别与所述汽轮机202和所述凝结单元203连接的加热器单元204；所述汽轮机202包括均与所述锅炉201连接的汽轮机高压缸2021和汽轮机中压缸2022、汽轮机低压缸2023，具体的，所述锅炉201过热蒸汽出口与所述汽轮机高压缸2021 入口连接，所述锅炉201的再热器入口与所述汽轮机高压缸2021排汽口连接，所述锅炉201再热器出口与所述汽轮机中压缸2022连接，所述汽轮机中压缸2022排汽口与第一控制阀205的一端连接，第一控制阀205的另一端与所述汽轮机低压缸2023入口连接，所述汽轮机中压缸2022排汽口与第二控制阀206的一端连接，第二控制阀206的另一端与热网加热器10入口连接；所述凝结单元203包括与所述汽轮机低压缸2023连接的凝汽器 2031和与所述凝汽器2031连接的凝结水泵2032，所述凝结水泵2032的入口与所述凝汽器2031连接；所述加热器单元204包括给水泵2041，与所述凝结水泵2032出口连接的低压加热器2042、分别与所述低压加热器2042 和所述给水泵2041连接的除氧器2043、高压加热器组2044；所述高压加热器组2044的一端与所述给水泵2041连接，所述高压加热器组2044的另一端与所述锅炉201入口连接；所述高压加热器组2044包括三个串联在一起的高压加热器20441，所述汽轮机高压缸2021抽汽分别与两个高压加热器20441连接，所述汽轮机中压缸2022抽汽分别与一个高压加热器20441 和除氧器2043连接，所述汽轮机低压缸2023抽汽与所述低压加热器2042 连接。通过上述连接方式，可以实现常规火力发电厂的发电与供热。
在火力发电正常运行的情况下，锅炉产生的蒸汽进入到汽轮机高压缸做功，然后返回到锅炉再热吸热，吸热后的再热蒸汽进入到汽轮机中压缸做功，做工后的蒸汽一路进入到汽轮机低压缸做功，而后变为凝结水再通过凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器和高压加热器组进入到锅炉吸热重新变为新蒸汽，另外一路则进入到热网加热器供热。在本发明中，汽轮机包括100MW等级、200MW等级、300MW等级、600MW、1000MW等级任何容量等级的供热机组及其热力系统。火电机组供热包括0.2-0.9MPa任何压力和温度等级的采暖供热系统。
如图1所示，所述光热集热组30，其包括光热集热器301和热交换器 302；所述热交换器302的入口与所述凝结水泵2032出口连接，所述热交换器302的出口通过第三控制阀303和第二控制阀206与所述热网加热器 10连接，所述热交换器302的出口通过第三控制阀303和第一控制阀205 与所述汽轮机低压缸2023入口连接，实现光热集热组产生的热量向火电机组的传输转换以及利用火电机组设备实现光热集热设备的发电与供热，具体的，热交换器302的出口与第三控制阀303的一端连接，第三控制阀303 的另一端分别与第一控制阀205的一端和第二控制阀206的一端连接；所述光热集热器301内设置有热储存工质，如图1所示，所述光热集热组30 还包括分别与所述光热集热器301和所述热交换器302入口连接的至少一个热工质存储站304、与所述热交换器302出口连接的至少一个第四控制阀 305、与所述至少一个第四控制阀305连接的至少一个冷工质存储站306、与所述至少一个冷工质存储站306连接的至少一个工质输送泵307、分别与所述至少一个工质输送泵307和所述光热集热器301连接的至少一个第五控制阀308。在日间有光照时，光热集热器301吸收太阳产生的能量传送给热储存工质使热储存工质变为热工质，通过第四控制阀和第五控制阀的控制实现光热存储工质从光热集热器—热工质存储站—热交换器—冷工质存储站—工质输送泵——光热集热器的热冷工质的存储输送循环，也实现了光热集热的产生与传输，在本发明中，热工质存储站、第四控制阀、冷工质存储站、工质输送泵和第五控制阀可以为一个，还可以为两个或者为多个，具体的本发明实施例对此不进行限制。
当日照之时，光热集热器301吸收太阳产生的能量，并将该能量传输给流经光热集热器301的热储存工质，热储存工质变为热工质进入到热工质存储站304，同时也进入到热交换器302，在热交换器302中将热量传递给火电机组凝结水泵2032出口的凝结水，将该凝结水加热到过热蒸汽，过热蒸汽进入到汽轮机低压缸2023带动旋转机械转子做功，从而带动发电机发电。其中在热交换器302中能量交换的控制由第四控制阀305调节热工质存储站304和冷工质存储站306工质的流量来实现。
进一步，光热集热器301吸收太阳产生的能量传送给热储存工质，其热储存工质变成热工质，热工质温度要大于350℃以上；凝结水泵2032出口的凝结水需要加热到过热蒸汽要与汽轮机低压缸2023入口蒸汽温度和压力相匹配，一般温度要大于320℃，压力在0.25-0.8MPa之间，其压力的调节通过第三控制阀实现，温度的调节通过第四控制阀来实现。
当火电机组需要供热的时候，除了常规的火电机组供热方法—即由汽轮机中压缸2022排汽口进入到热网加热器10加热热网水之外，还可以通过第三控制阀和第一控制阀的控制，实现光热集热组的供热。同时，通过调整第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀控制比例，也可以实现火电机组和光热集热组的发电负荷和供热负荷之间的转换。
在本发明中，当光热集热器301镜场占地面积约1.5km2，聚光面积近约50万平方米，配置储热可为6小时，其将吸收的太阳能量传送给热储存工质，热储存工质将约200t/h凝结水加热到温度370℃、压力0.8MPa的过热蒸汽，可在火电机组上产生约40MW的电量，约有近150MW的供热能力，折合供热量230GJ/年，供热面积约270万平方米，使得火电机组的热电解耦能力增加约60MW。
进一步的，所述光热集热器301采用槽式光热集热器；或者，所述光热集热器301采用塔式光热集热器。
进一步的，所述热储存工质为储热油；或者，所述热储存工质为熔融盐。
进一步的，热交换器202采用管式热交换器；或者，所述热交换器202 采用板式热交换器；或者，所述热交换器采用蒸发式热交换器，当然热交换器还可以采用其他形式的热交换器，具体的本发明实施例对此不进行限制。
进一步的，在本发明中，所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀、所述第四控制阀和所述五控制阀均为调节阀。当然，所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀、所述第四控制阀和所述五控制阀还可以为截止阀，或者其他的控制阀，具体的本发明实施例对此不进行限制。
本发明的光热与火电联合发电和供暖系统在日间时，当需要增加电负荷的时候，通过调节汽轮机低压缸入口的第一控制阀和光热集热组的第三控制阀，火电产生的蒸汽与光热产生的蒸汽同时进入到低压缸做功发电；当热负荷需要增加的时候，通过热网加热器入口的第二控制阀，实现火电与光热的同时供热。在这样的动态调整过程中，同样可以通过调整火电组和光热集热组的供热分配，实现火电增加负荷或降低负荷，以及供热量增加的同时，发电量减少。
本发明的光热与火电联合发电和供暖系统实施例通过设置热网加热器、火电机组、光热集热组，可以利用火电机组设备和光热集热组产生的能量转换成电能和供热热能，实现光热设备的发电与供热，无需光热投资建设发电设备，有效的降低光热发电的投资成本，也可以利用火电机组供热实现光热集热组供热，本发明在实现火电机组与光热集热组发电和供热互补的同时，也可以一定程度的实现了火电机组的调峰和热电解耦。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种光热与火电联合发电和供暖系统，其特征在于：其包括:
热网加热器；
火电机组，其包括锅炉、与所述锅炉连接的汽轮机、与所述汽轮机连接的凝结单元、分别与所述汽轮机和所述凝结单元连接的加热器单元；所述汽轮机包括均与所述锅炉连接的汽轮机高压缸和汽轮机中压缸、汽轮机低压缸，所述汽轮机中压缸排汽口通过第一控制阀与所述汽轮机低压缸入口连接，所述汽轮机中压缸排汽口通过第二控制阀与所述热网加热器入口连接，所述凝结单元包括凝结水泵；当火电机组正常运行时，所述锅炉产生的蒸汽进入到汽轮机高压缸做功，再返回到锅炉再热吸热，吸热后的再热蒸汽进入到汽轮机中压缸做功，做功后的蒸汽一路进入到汽轮机低压缸做功变成凝结水，再依次通过凝结单元、加热器单元进入到锅炉吸热重新变为新蒸汽，另一路进入到热网加热器供热，实现常规火力发电厂的发电与供热；
光热集热组，其包括光热集热器和热交换器；所述热交换器的入口与所述凝结水泵出口连接，所述热交换器的出口通过第三控制阀和第一控制阀与所述汽轮机低压缸入口连接，所述热交换器的出口通过第三控制阀和第二控制阀与所述热网加热器连接实现光热集热组产生的热量向火电机组的传输转换；所述光热集热器内设置有热储存工质，所述光热集热组用于将所述热储存工质从所述光热集热器输送到所述热交换器，再从所述热交换器输送到光热集热器实现热储存工质的热冷工质的存储输送循环；
所述光热集热器向所述热交换器输送热工质，热交换器通过热工质对凝结水泵出口的凝结水加热到与汽轮机低压缸入口蒸汽温度和压力相匹配的过热蒸汽，过热蒸汽分别进入到汽轮机低压缸和热网加热器实现光热集热设备的发电与供热，以及通过第一控制阀、第二是控制阀和第三控制阀的控制实现火电机组和光热集热组的同时发电和同时供热。
2.根据权利要求1所述的光热与火电联合发电和供暖系统，其特征在于，
所述锅炉过热蒸汽出口与所述汽轮机高压缸入口连接，所述锅炉的再热器入口与所述汽轮机高压缸排汽口连接，所述锅炉再热器出口与所述汽轮机中压缸入口连接，所述汽轮机低压缸与所述凝结单元连接。
3.根据权利要求2所述的光热与火电联合发电和供暖系统，其特征在于，
所述凝结单元还包括分别与所述汽轮机低压缸和所述凝结水泵入口连接的凝汽器；
所述加热器单元包括给水泵、与所述凝结水泵出口连接的低压加热器、分别与所述低压加热器和所述给水泵连接的除氧器、高压加热器组；所述高压加热器组的一端与所述给水泵连接，所述高压加热器组的另一端与所述锅炉入口连接；所述高压加热器组包括三个串联在一起的高压加热器，所述汽轮机高压缸抽汽分别与两个高压加热器连接，所述汽轮机中压缸抽汽分别与一个高压加热器和除氧器连接，所述汽轮机低压缸抽汽与所述低压加热器连接。
4.根据权利要求1所述的光热与火电联合发电和供暖系统，其特征在于，
所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第三控制阀均为调节阀。
5.根据权利要求1所述的光热与火电联合发电和供暖系统，其特征在于，
所述光热集热组还包括分别与所述光热集热器和所述热交换器入口连接的至少一个热工质存储站、与所述热交换器出口连接的至少一个第四控制阀、与所述至少一个第四控制阀连接的至少一个冷工质存储站、与所述至少一个冷工质存储站连接的至少一个工质输送泵、分别与所述至少一个工质输送泵和所述光热集热器连接的至少一个第五控制阀。
6.根据权利要求5所述的光热与火电联合发电和供暖系统，其特征在于，
所述四控制阀和所述第五控制阀均为调节阀。
7.根据权利要求1所述的光热与火电联合发电和供暖系统，其特征在于，
所述光热集热器采用槽式光热集热器；或者，
所述光热集热器采用塔式光热集热器。
8.根据权利要求1所述的光热与火电联合发电和供暖系统，其特征在于，
所述热储存工质为储热油；或者，
所述热储存工质为熔融盐。
9.根据权利要求1所述的光热与火电联合发电和供暖系统，其特征在于，
所述过热蒸汽的温度大于320℃。
10.根据权利要求1所述的光热与火电联合发电及供暖系统，其特征在于，
所述热交换器采用管式热交换器；或者，
所述热交换器采用板式热交换器；或者
所述热交换器采用蒸发式热交换器。
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