CN114961908B - 一种太阳能燃煤耦合发电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种太阳能燃煤耦合发电系统及方法，属于多能源互补发电技术领域，太阳能燃煤耦合发电系统包括：燃煤发电组件，所述燃煤发电组件包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中低压缸、低压加热器、高压加热器、除氧器和凝汽器；太阳能发电组件，所述太阳能发电组件包括太阳能集热器、蒸汽发生器、辅助汽轮机、热熔盐罐和冷熔盐罐；本发明的太阳能燃煤耦合发电系统，根据光照的情况，调节第一调节阀和第二调节阀的开度，调节进入到蒸汽发生器内的蒸汽的量，进而实现辅助汽轮机做功以及预热给水，实现在不同光照条件下有效的利用太阳能，快速响应电网的需求进行变负荷。

Description

一种太阳能燃煤耦合发电系统及方法

技术领域

本发明涉及多能源互补发电技术领域，具体涉及一种太阳能燃煤耦合发电系统及方法。

背景技术

为应对气候变化，我国政府大力发展非化石能源，近年来，太阳能、风能等可再生能源发电蓬勃发展，但太阳能具有可间歇性，太阳能发电的间断性和不稳定性易引起电网波动，造成我国部分地区可再生能源消纳困难。

这要求太阳能热发电和燃煤热力发电提升经济性和灵活性，要求其能在不同光照条件下安全高效地利用太阳能，维持稳定的输出功率，同时也能响应电网调峰调频需求，灵活经济地运行。

现有太阳能热发电与燃煤发电系统的耦合不足以在不同光照条件下有效利用太阳能，不足以快速响应电网的需求进行变负荷。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的太阳能热发电与燃煤发电系统的耦合不足以在不同光照条件下有效利用太阳能，不足以快速响应电网的需求进行变负荷的缺陷，从而提供一种太阳能燃煤耦合发电系统。

本发明还提供一种太阳能燃煤耦合发电方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种太阳能燃煤耦合发电系统，包括：

燃煤发电组件，所述燃煤发电组件包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中低压缸、低压加热器、高压加热器、除氧器和凝汽器；

所述锅炉的过热蒸汽出口与所述汽轮机高压缸的入口连通；所述汽轮机高压缸的蒸汽出口与所述锅炉的再热蒸汽入口相连通；所述锅炉的再热蒸汽出口与汽轮机中低压缸的蒸汽入口相连通；所述汽轮机高压缸的抽汽出口与高压加热器的蒸汽入口相连通；

所述汽轮机中低压缸的第一级抽汽出口与所述除氧器的蒸汽入口相连通，第二级抽汽出口与低压加热器的蒸汽入口相连通；汽轮机中低压缸的蒸汽出口与凝汽器的蒸汽入口相连通；凝汽器的水工质出口与低压加热器的水工质入口相连通；所述低压加热器的水工质出口与所述除氧器的水工质入口相连通；所述除氧器的给水出口与所述高压加热器的给水入口连通；所述高压加热器的给水出口与所述锅炉的给水入口相连通；

太阳能发电组件，所述太阳能发电组件包括太阳能集热器、蒸汽发生器、辅助汽轮机、热熔盐罐和冷熔盐罐；

所述太阳能集热器的出口与所述热熔盐罐的入口相连通；所述热熔盐罐的出口与所述蒸汽发生器的熔盐入口相连通；所述蒸汽发生器的熔盐出口与所述冷熔盐罐的入口相连通；所述冷熔盐罐的出口与所述太阳能集热器的入口相连通；

所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述辅助汽轮机的蒸汽进口相连通；所述蒸汽发生器的给水入口通过第一连通管路与所述高压加热器的给水出口连通；所述第一连通管路上设置有第一调节阀。

作为优选方案，还包括：

熔盐给水换热器，所述熔盐给水换热器具有熔盐侧和给水侧；所述给水侧的进口端通过第二连通管路与所述除氧器的出口连通，出口端与所述锅炉的给水入口、所述第一连通管路的入口均连通；所述熔盐侧的进口端与所述蒸汽发生器的熔盐出口连通，出口端与冷熔盐罐的入口连通；所述第二连通管路上设置有第二调节阀。

作为优选方案，所述熔盐给水换热器的熔盐侧的进口端通过第三连通管路与所述太阳能集热器的熔盐出口连通；所述第三连通管路上设置有第三调节阀。

作为优选方案，所述凝汽器的水工质出口端设置有凝结水泵。

作为优选方案，所述除氧器的给水出口端设置有给水泵。

作为优选方案，所述热熔盐罐的熔盐出口设置有热熔盐泵；所述冷熔盐罐的熔盐出口设置有冷熔盐泵。

作为优选方案，所述太阳能集热器、热熔盐罐和冷熔盐罐中的传热介质为二元熔盐，所述二元熔盐的工作温度为180℃-550℃。

本发明还提供一种太阳能燃煤耦合发电方法，采用上述中任一项所述太阳能燃煤耦合发电系统；包括以下步骤：

当太阳辐射强度大于第一预定值，打开第一调节阀，高压加热器的给水出口中的给水部分通过第一连通管路进入到蒸汽发生器的给水入口，与热熔盐罐中的传热介质发生换热，进而驱动辅助汽轮机发电；

高压加热器的给水出口中的给水另一部分进入到锅炉的给水入口中；

当太阳辐射强度小于第一预定值，关闭第一调节阀或者调节第一调节阀的开度。

作为优选方案，包括以下步骤：

当太阳辐射强度大于第一预定值时，关闭第三调节阀，打开第一调节阀和第二调节阀，蒸汽发生器的熔盐管路中释热完成的传热介质进入到熔盐给水换热器的熔盐侧；从除氧器的给水出口流出的水工质一部分进入到熔盐给水换热器的给水侧，另一部分进入到高压加热器的给水入口中；从高压加热器的给水出口和熔盐给水换热器的给水侧的加热的给水汇合后一部分进入到锅炉的给水入口中，一部分进入到蒸汽发生器的给水入口中；

当太阳辐射强度小于第一预定值时，关闭第一调节阀，打开第三调节阀，且调节第二调节阀的开度；使得太阳能集热器中的传热介质直接进入到熔盐给水换热器的熔盐侧；从除氧器的给水出口流出的水工质一部分进入到熔盐给水换热器的给水侧，另一部分进入到高压加热器的给水入口中；从高压加热器的给水出口和熔盐给水换热器的给水侧流出的加热的给水汇合后全部进入到锅炉的给水入口中。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的太阳能燃煤耦合发电系统，包括：燃煤发电组件和太阳能发电组件；在蒸汽发生器和高压加热器之间连通有第一连通管路，在第一连通管路上设置有第一调节阀；根据光照的情况，调节第一调节阀的开度，调节进入到蒸汽发生器内的水工质流量，进而实现辅助汽轮机的做功以及预热给水，实现在不同光照条件下有效的利用太阳能，快速响应电网的需求进行变负荷。

同时，增加辅助汽轮机，可以实现蒸汽发生器出口运行压力低于燃煤发电机组主蒸汽运行压力，辅助汽轮机单独做功，减小太阳能波动对燃煤发电机组的影响，利于机组的安全稳定运行。

2.本发明提供的太阳能燃煤耦合发电系统，还包括：熔盐给水换热器；当在不同光照条件下，调节第一调节阀、第二调节阀和第三调节阀的开度情况，太阳能与燃煤发电能够相互配合，实现能量梯级利用，经济稳定运行。

3.本发明提供的太阳能燃煤耦合发电系统，通过设置冷熔盐泵和热熔盐泵，进而调整传热介质的流速，配合第一调节阀、第二调节阀和第三调节阀的开度，从而实现太阳能与燃煤灵活多位置耦合，实现能量梯级利用，提高能量利用率，节约煤耗量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种太阳能燃煤耦合发电系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、锅炉；2、汽轮机高压缸；3、汽轮机中低压缸；4、凝汽器；5、凝结水泵；6、低压加热器；7、除氧器；8、给水泵；9、高压加热器；10、第二调节阀；11、熔盐给水换热器；12、冷熔盐罐；13、冷熔盐泵；14、太阳能集热器；15、热熔盐罐；16、热熔盐泵；17、蒸汽发生器；18、辅助汽轮机；19、第一调节阀；20、第三调节阀。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种太阳能燃煤耦合发电系统，如图1所示，包括燃煤发电组件和太阳能发电组件。

燃煤发电组件包括锅炉1、汽轮机高压缸2、汽轮机中低压缸3、低压加热器6、高压加热器9、除氧器7和凝汽器4；

具体的，锅炉1的过热蒸汽出口与汽轮机高压缸2的入口连通，汽轮机高压缸2的蒸汽出口与锅炉1的再热蒸汽入口相连通，锅炉1的再热蒸汽出口与汽轮机中低压缸3的蒸汽入口相连通。汽轮机中低压缸3的蒸汽出口与凝汽器4的蒸汽入口相连通；凝汽器4的水工质出口与低压加热器6的水工质入口相连通；低压加热器6的水工质出口与除氧器7的水工质入口相连通；除氧器7的给水出口与高压加热器9的给水入口连通；高压加热器9的给水出口与锅炉1的给水入口相连通；

汽轮机高压缸2的抽汽出口与高压加热器9的蒸汽入口相连通；汽轮机中低压缸3的第一级抽汽出口与除氧器7的蒸汽入口相连通，第二级抽汽出口与低压加热器6的蒸汽入口相连通。

太阳能发电组件包括：太阳能集热器14、冷熔盐罐12、热熔盐罐15、蒸汽发生器17和辅助汽轮机18；蒸汽发生器17具有熔盐管路和蒸汽管路，熔盐管路的两端为蒸汽发生器17的熔盐入口和熔盐出口，蒸汽管路的两端为蒸汽发生器17的给水入口和蒸汽出口；

太阳能集热器14的出口与热熔盐罐15的入口相连通；热熔盐罐15的出口与蒸汽发生器17的熔盐入口相连通；蒸汽发生器17的熔盐出口与冷熔盐罐12的入口相连通；冷熔盐罐12的出口与太阳能集热器14的入口相连通；

蒸汽发生器17的蒸汽出口与辅助汽轮机18的蒸汽进口相连通；蒸汽发生器17的给水入口与第一连通管路、与高压加热器9的出口连通；第一连通管路上设置有第一调节阀19。

太阳集热器14对内部的传热介质进行加热，加热后的传热介质进入热熔盐罐15，之后传热介质进入到蒸汽发生器17的熔盐管路中；高压加热器9中的给水进入到蒸汽发生器17的蒸汽管路的给水入口中，且被通过蒸汽发生器17的熔盐管路的传热介质加热，蒸汽发生器中的给水被加热成蒸汽后驱动辅助汽轮机18做功；

根据太阳辐射强度的情况，调节第一调节阀19的开度，进而调整高压加热器9中的给水进入到蒸汽发生器17的蒸汽管路中的质量流量，质量流量不同，辅助汽轮机18的做功量不同，实现在不同太阳辐射强度下有效的利用太阳能。

同时，增加辅助汽轮机18，可以实现蒸汽发生器17蒸汽出口运行压力低于燃煤发电机组主蒸汽运行压力，辅助汽轮机18单独做功，减小太阳能波动对燃煤发电机组的影响，利于机组的安全稳定运行。

进一步的，在燃煤发电组件和太阳能发电组件之间设置有熔盐给水换热器11；熔盐给水换热器11具有熔盐侧和给水侧；熔盐给水换热器11的给水侧的进口端通过第二连通管路与除氧器7的给水出口连通，出口端通过三通与锅炉1的给水入口、第一连通管路的给水入口均连通；即熔盐给水换热器11的给水侧出口端与锅炉1、蒸汽发生器17均连通，且熔盐给水换热器11与高压加热器9并联设置；

第二连通管路上设置有第二调节阀10，第二调节阀10的设置，可以调节且分配从除氧器7出来的给水进入到高压加热器9和熔盐给水换热器11中的比例，即当太阳辐射强度充足时，熔盐给水换热器11的熔盐侧有足够的热量将给水侧的水工质进行加热，则可以将第二调节阀10开大，尽可能多的利用太阳能；同时通过调节第一调节阀19，可以将从高压加热器9和熔盐给水换热器11的给水侧加热过后的给水流量对于进入到锅炉1还是蒸汽发生器17进行分配。

熔盐给水换热器11的熔盐侧的进口端通过第三连通管路与太阳能集热器14的出口连通；第三连通管路上设置有第三调节阀20。通过第三调节阀20的设置，可以在不同太阳辐射强度下，选择进入到熔盐给水换热器11的熔盐侧的传热介质是来源于蒸汽发生器17的熔盐管路还是直接来源于太阳能集热器14。

进一步，凝汽器4的水工质出口端设置有凝结水泵5。

进一步，除氧器7的给水出口端设置有给水泵8。

进一步，热熔盐罐15的熔盐出口设置有热熔盐泵16；冷熔盐罐12的熔盐出口设置有冷熔盐泵13；热熔盐泵16和冷熔盐泵13可以调整传热介质的流通速度。

进一步，传热介质为二元熔盐，可以选择60％NaNO3+40％KNO3，二元熔盐的工作温度为180℃-550℃。

实施例2

本实施例提供一种太阳能燃煤耦合发电方法，采用实施例1中的太阳能燃煤耦合发电系统；

当太阳能燃煤耦合发电系统，包括：太阳能集热器14、蒸汽发生器17、辅助汽轮机18、热熔盐罐15和冷熔盐罐12时，太阳能燃煤耦合发电方法包括以下步骤：

当太阳辐射强度大于第一预定值时，打开第一调节阀19，高压加热器中的水工质通过第一连通管路进入到蒸汽发生器17的给水入口，与热熔盐罐15中的传热介质发生换热，产生蒸汽，进而驱动辅助汽轮机18发电；

当太阳辐射强度小于第一预定值时，关闭第一调节阀19或者调小第一调节阀19的开度。

当太阳能燃煤耦合发电系统，还包括熔盐给水换热器11和第三调节阀20时，太阳能燃煤耦合发电方法，包括以下步骤：

当太阳辐射强度大于第一预定值时，关闭第三调节阀20，打开第一调节阀19和第二调节阀10，调节第一调节阀19和第二调节阀10的开度，蒸汽发生器17的熔盐管路中的传热介质进入到熔盐给水换热器11的熔盐侧；从除氧器7的给水出口流出的水工质一部分进入到熔盐给水换热器11的给水侧，一部分进入到高压加热器9的给水入口中；从高压加热器9和熔盐给水换热器11产生的水工质汇合后一部分进入到锅炉1的给水入口中，另一部分进入到蒸汽发生器17的蒸汽管路中；增加辅助汽轮机18的出力，减少燃煤机组的煤耗量，同时配合调节冷熔盐泵13和热熔盐泵16的转速使冷熔盐罐12和热熔盐罐15中所存熔盐质量保持平衡并保证辅助汽轮机18蒸汽进口的蒸汽参数稳定。

当太阳辐射强度小于第一预定值时，打开第三调节阀20，使得太阳能集热器14中的传热介质直接进入到熔盐给水换热器11的熔盐侧，调节第二调节阀10的开度，调节目标为进入锅炉1的给水温度符合锅炉1的要求，发电功率稳定，具体的，打开第三调节阀20，且调节第二调节阀10的开度，使得太阳能集热器14中的传热介质直接进入到熔盐给水换热器11的熔盐侧；从除氧器7的给水出口流出的水工质一部分进入到熔盐给水换热器11的给水侧，另一部分进入到高压加热器9的给水入口中；从高压加热器9和熔盐给水换热器11加热的水工质汇合后全部进入到锅炉1的给水入口中。

当电网要求发电机组快速升负荷时，增加第一调节阀19的开度，增加辅助汽轮机18出力，提高发电机组发电升负荷速率，使燃煤发电机组稳定灵活运行。

第一预定值的选择与冷熔盐罐和热熔盐罐的容量和工作温度区间、电网侧负荷指令、燃煤机组额定发电功率、熔盐性质等因素有关。

本发明采用太阳能发电组件发电和燃煤发电组件发电，实现能量梯级利用，在不同光照条件下安全有效地利用太阳能，减小太阳能波动对燃煤机组发电功率的影响，当太阳辐射强度大于第一预定值时，太阳能加热传热介质，传热介质加热蒸汽发生器17中的蒸汽，加热后的蒸汽进入辅助汽轮机18做功，实现辅助汽轮机18的压力低于燃煤机组运行压力的安全运行，调节第一调节阀19和第二调节阀10，配合冷熔盐泵13和热熔盐泵16，增加辅助汽轮机18做功，减少燃煤发电机组煤耗，还可以提高燃煤机组变负荷运行能力；当太阳辐射强度小于第一预定值时，通过打开第三调节阀20，温度较低的热熔盐直接进入熔盐给水换热器11加热给水，提高机组运行经济性。本发明可以解决太阳能与燃煤机组运行经济性和灵活性不足的问题。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种太阳能燃煤耦合发电系统，其特征在于，包括：

燃煤发电组件，所述燃煤发电组件包括锅炉、汽轮机高压缸、汽轮机中低压缸、低压加热器、高压加热器、除氧器和凝汽器；

所述锅炉的过热蒸汽出口与所述汽轮机高压缸的入口连通；所述汽轮机高压缸的蒸汽出口与所述锅炉的再热蒸汽入口相连通；所述锅炉的再热蒸汽出口与汽轮机中低压缸的蒸汽入口相连通；所述汽轮机高压缸的抽汽出口与高压加热器的蒸汽入口相连通；

所述汽轮机中低压缸的第一级抽汽出口与所述除氧器的蒸汽入口相连通，第二级抽汽出口与低压加热器的蒸汽入口相连通；汽轮机中低压缸的蒸汽出口与凝汽器的蒸汽入口相连通；凝汽器的水工质出口与低压加热器的水工质入口相连通；所述低压加热器的水工质出口与所述除氧器的水工质入口相连通；所述除氧器的给水出口与所述高压加热器的给水入口连通；所述高压加热器的给水出口与所述锅炉的给水入口相连通；

太阳能发电组件，所述太阳能发电组件包括太阳能集热器、蒸汽发生器、辅助汽轮机、热熔盐罐和冷熔盐罐；

所述太阳能集热器的出口与所述热熔盐罐的入口相连通；所述热熔盐罐的出口与所述蒸汽发生器的熔盐入口相连通；所述蒸汽发生器的熔盐出口与所述冷熔盐罐的入口相连通；所述冷熔盐罐的出口与所述太阳能集热器的入口相连通；

所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述辅助汽轮机的蒸汽进口相连通；所述蒸汽发生器的给水入口通过第一连通管路与所述高压加热器的给水出口连通；所述第一连通管路上设置有第一调节阀。

2.根据权利要求1所述的太阳能燃煤耦合发电系统，其特征在于，还包括：

熔盐给水换热器，所述熔盐给水换热器具有熔盐侧和给水侧；所述给水侧的进口端通过第二连通管路与所述除氧器的出口连通，出口端与所述锅炉的给水入口、所述第一连通管路的入口均连通；所述熔盐侧的进口端与所述蒸汽发生器的熔盐出口连通，出口端与冷熔盐罐的入口连通；所述第二连通管路上设置有第二调节阀。

3.根据权利要求2所述的太阳能燃煤耦合发电系统，其特征在于，所述熔盐给水换热器的熔盐侧的进口端通过第三连通管路与所述太阳能集热器的熔盐出口连通；所述第三连通管路上设置有第三调节阀。

4.根据权利要求1所述的太阳能燃煤耦合发电系统，其特征在于，所述凝汽器的水工质出口端设置有凝结水泵。

5.根据权利要求1所述的太阳能燃煤耦合发电系统，其特征在于，所述除氧器的给水出口端设置有给水泵。

6.根据权利要求1所述的太阳能燃煤耦合发电系统，其特征在于，所述热熔盐罐的熔盐出口设置有热熔盐泵；所述冷熔盐罐的熔盐出口设置有冷熔盐泵。

7.根据权利要求1所述的太阳能燃煤耦合发电系统，其特征在于，所述太阳能集热器、热熔盐罐和冷熔盐罐中的传热介质为二元熔盐，所述二元熔盐的工作温度为180℃-550℃。

8.一种太阳能燃煤耦合发电方法，其特征在于，采用权利要求3中所述太阳能燃煤耦合发电系统；包括以下步骤：

当太阳辐射强度大于第一预定值，打开第一调节阀，高压加热器的给水出口中的给水部分通过第一连通管路进入到蒸汽发生器的给水入口，与热熔盐罐中的传热介质发生换热，进而驱动辅助汽轮机发电；

高压加热器的给水出口中的给水另一部分进入到锅炉的给水入口中；

当太阳辐射强度小于第一预定值，关闭第一调节阀或者调节第一调节阀的开度。

9.根据权利要求8所述的太阳能燃煤耦合发电方法，其特征在于，包括以下步骤：

当太阳辐射强度大于第一预定值时，关闭第三调节阀，打开第一调节阀和第二调节阀，蒸汽发生器的熔盐管路中释热完成的传热介质进入到熔盐给水换热器的熔盐侧；从除氧器的给水出口流出的水工质一部分进入到熔盐给水换热器的给水侧，另一部分进入到高压加热器的给水入口中；从高压加热器的给水出口和熔盐给水换热器的给水侧的加热的给水汇合后一部分进入到锅炉的给水入口中，一部分进入到蒸汽发生器的给水入口中；

当太阳辐射强度小于第一预定值时，关闭第一调节阀，打开第三调节阀，且调节第二调节阀的开度；使得太阳能集热器中的传热介质直接进入到熔盐给水换热器的熔盐侧；从除氧器的给水出口流出的水工质一部分进入到熔盐给水换热器的给水侧，另一部分进入到高压加热器的给水入口中；从高压加热器的给水出口和熔盐给水换热器的给水侧流出的加热的给水汇合后全部进入到锅炉的给水入口中。

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