CN201786587U - 采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统 - Google Patents

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张岩丰
李宏
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Abstract

本实用新型公开一种采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统,包括太阳能聚光集热装置、生物质锅炉装置、汽轮发电机系统,其太阳能聚光集热装置以水为介质,采用中压太阳能真空集热管串并联矩阵组合,太阳能聚光集热装置的出口通过第二控制阀与生物质锅炉的汽包底部连通,生物质锅炉汽包的蒸汽出口与汽轮发电机的气缸连接。太阳能聚光集热装置的进水管路中串联除氧器和给水泵。生物质锅炉汽包的蒸汽出口与汽轮发电机气缸连接的管路中串联蒸汽再热器,蒸汽再热器连接到汽轮发电机气缸,蒸汽再热器置于生物质锅炉烟道中。补水罐是除盐储水罐,除盐储水罐通过补水泵与除氧器连接;通过第一控制阀与太阳能聚光集热装置的出口连接。

Description

采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统
技术领域
本实用新型涉及一种采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统,属于新能源发电领域,特别是生物质和太阳能发电的清洁能源。
背景技术
随着传统化石能源(煤、石油、天然气)储量的日益减少,以及由于使用化石能源所带来的环境污染问题,直接威胁着人类的生存和发展,重视和发展可再生、环保能源已成为各国政府的共识。太阳能具有分布广泛,储量无限,收集利用清洁,CO2零排放的优点引起人们广泛关注。
但长期以来,太阳能的大规模开发利用,因成本还是很高,在经济上无法与常规的化石能源相匹敌,而且在地面上收集太阳光热受天气变化的影响较大,存在不稳定、不连续问题。因此,寻找技术途径,解决上述问题就成为当今能源动力领域研究的热点及前沿课题。
生物质是植物通过光合作用生成的有机物质,其分布广泛、可利用量大、较化石能源清洁,具有CO2零排放的特征,是一种重要的可再生能源。生物质利用同样也是当今能源领域研究的热点及前沿课题。以农作物秸杆、森林薪炭材、木材加工废弃物为燃料的生物质电站锅炉已有很成熟的产业化案例。但是,这种燃料与煤相比,单位体积所含热值小,为维持电站锅炉连续运转,其储料场面积相当大,造成土地开发投资大,燃料露天储存遇阴雨受潮影响燃烧,有的品种受潮还会发生自燃,这些问题都严重影响生物质电厂的整体效益。
美国eSolar公司开发了一种塔式太阳能热发电技术,塔式Ⅱ系统采用几百或几千个反射镜(又称定日镜)将太阳光辐射反射到接收器上(又称太阳锅炉),其聚焦工作温度可达1000℃左右,加热传热介质熔化盐(或导热油)到560℃左右,并储存在蓄热罐内,再通过热交换器由熔化盐(或导热油)加热水成为高温高压蒸汽,通入汽轮机中作功发电。
以色列LUZ公司在美国南加州沙漠开发了9套抛物线槽式太阳能发电系统,通过抛物而槽式反射镜,线聚光到位于抛物面焦线上的吸热管上,管内的传热介质油被加热流动并储存在蓄热罐内,蓄热油再通过热交换器加热水成为约372℃的蒸汽,通入汽轮机中作功发电。
由于太阳光幅射到地面上受天气云雾的影响较大,以及太阳光能的收集只能在当地时间约早8:00-17:30时进行,为了适应太阳能的这种特点,频繁快速地启动机组,并维持汽轮机的转速稳定,上述的塔式或槽式光热发电系统曾经采用了一种专门开发的快速启动汽轮机(又称太阳能汽轮机,便于昼启夜停或晴启阴停),相对于传统化石能源汽轮机无需较长的盘车预热启动时间,同时还设置了足够大的蓄热系统,并采用了蓄热介质(蓄热油或熔融盐)与工作介质(水蒸汽)的二次热交换,此种方案使得系统复杂,投资增大,二次热交换还降低了热电转换效率,并且专用的太阳能汽轮发电机同样相对于传统化石能源汽轮机,因特殊材料,特殊结构而体积大,价格贵,热效率低。
特别是蓄热介质采用熔化盐的系统,更使得机组运行困难,因为熔化盐的温度低于260℃左右时,液态盐将变为固态,固态盐无论是在管道内或是蓄热罐内,都会对运行造成影响,而长期(数日连阴雨或冬季数日连阴雪天是会存在的)保温熔化盐到260℃以上,也是很复杂困难及耗费能量的事。
在冬季夜晚或长期阴雪天,气温降至摄氏零度以下时,上述太阳能机组因不能连续运行,除去设备闲置,不能产生效益外,如何对汽水系统设备保温防冻避免冻坏,也成为很复杂、困难及耗费能源的事。
发明内容
为了克服上述已知能源电站的技术缺陷,本实用新型的主要目的在于提供一种采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统,采用生物质锅炉作为辅助热源,巧妙地将生物质能源与太阳能结合,解决太阳能的不稳定等问题。
本实用新型的技术方案:本实用新型的采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统包括太阳能聚光集热装置、生物质锅炉装置、汽轮发电机系统,其太阳能聚光集热装置和生物质锅炉装置都以水为介质,太阳能聚光集热装置采用中压太阳能真空集热管串并联矩阵组合,太阳能聚光集热装置的出口通过第二控制阀与生物质锅炉的汽包底部连通,生物质锅炉汽包的蒸汽出口与汽轮机的气缸连接。
进一步地,所述的生物质锅炉汽包的蒸汽出口与汽轮机气缸连接的管路中串联蒸汽过热器,蒸汽过热器连接到汽轮机高压气缸的进口,蒸汽过热器置于生物质锅炉烟道中。
进一步地,所述的汽轮机高压气缸的出口通过管路连接蒸汽再热器,蒸汽再热器连接到汽轮机低压气缸的进口,蒸汽再热器置于生物质锅炉烟道中。
进一步地,所述的汽轮机气缸出口冷凝器的出水口连接到除氧器,通过除氧器和给水泵连接到太阳能聚光集热装置和/或生物质锅炉的进水口。
进一步地,所述的生物质锅炉的进水管路中串联辅助加热器,辅助加热器安装在生物质锅炉烟道中。
进一步地,所述的太阳能聚光集热装置和生物质锅炉的补水罐是有保温层的除盐储水罐,除盐储水罐通过补水泵与除氧器连接,通过除氧器和给水泵连接到太阳能聚光集热装置和生物质锅炉的进水口;除盐储水罐还通过第一控制阀与太阳能聚光集热装置的出口连接。
进一步地,在太阳能聚光集热装置的出口至第二控制阀和第一控制阀之间的管路上安装温度传感器T3,温度传感器T3所显示控制点的最终输出在第二控制阀和第一控制阀的控制回路中;温度传感器T3的动作温度设在锅炉安全运行温度值。
具体地,所述的太阳能聚光集热装置包括抛物线槽式反射镜和太阳能真空集热管,太阳能真空集热管位于抛物线槽式反射镜的焦线上。
所述的太阳能聚光集热装置采用反射式菲涅耳透镜及太阳能真空集热管,太阳能真空集热管位于反射式菲涅耳透镜的焦线上。
所述的太阳能聚光集热装置采用透射式菲涅耳透镜及太阳能真空集热管,太阳能真空集热管位于透射式菲涅耳透镜的焦线上。
本实用新型的优点:
本发明的双热源发电装置的汽水系统中设置有多种阀门,可根据太阳光照的日夜变化,或阴晴天阳光的时有时无,方便地将系统切换为太阳能发电,或生物质发电,或太阳能与生物质共同发电,使汽轮机组可日夜不间断连续运行,并方便的解决了太阳能聚热管水系统的冬季防冻问题。
生物质锅炉装置中设置辅助加热器、蒸汽过热器、蒸汽再热器是由于太阳能聚热装置可达到的最高温度远较传统锅炉低,这就使太阳能聚热装置中的水可以根据现场具体情况将其送入锅炉汽包及辅加装置中进行过热或者再加热,实现太阳能热的温度梯度运用,从而提高整个机组的热效率。
本实用新型没有已知技术中的太阳能热电站的(以导热油或熔融盐为蓄热介质的)蓄热系统,使机组系统简化,又可根据太阳光幅射的阴、晴、日、夜变化,方便地交替或同时使用太阳能热源,及生物质热源,可以使汽轮机发电机组日夜不间断地稳定运行,极大的提高了太阳能发电设备利用率又可有效解决太阳能集热汽水系统的冬季防冻问题。
其中生物质锅炉的燃料储场的屋顶上,可以设置太阳能聚光集热装置,由于生物质锅炉的燃料储场足够大,这种方法既可使生物燃料不受雨淋,又提高了生物质锅炉作为辅助热源的太阳能热发电厂的土地使用率。
附图说明
图1为本实用新型的系统示意图。
图2为抛物线槽式太阳能聚光集热装置安装在生物质储料场屋顶上的示意图。
图3为太阳能聚光集热装置由反射式菲涅耳透镜及太阳能集热管组成的示意图。
图4为太阳能聚光集热装置由透射式菲涅耳透镜及太阳能集热管组成的示意图。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本实用新型的系统布置结构、最佳实施方式、工艺过程:
图1中:1是发电机、2是汽轮机、3是2的高压缸、4是2的低压缸、5是冷凝器、6是生物质锅炉、7是安装于6烟道6a中的辅助加热器、8是安装于6烟道6a中的蒸汽再热器、9是安装于6烟道6a中的蒸汽过热器、10是锅炉汽包的给水泵、11是锅炉补水泵、12是附有足够保温层的除盐储水罐,用于储备来自化学水处理装置制好的软化水、13是太阳能集热管、14是槽式抛物面太阳光反射镜,n个13与m个14组装成太阳能集热场,n与m均为正整数,19、20、21、22是开关切换阀(或气动、或电动、或液动、或电磁阀均可,图中显示的是气动切换阀),开闭这些阀门可以方便的改变整个发电系统的运行方式,23、24、25、26是调节阀(气动、或电动、或液动,图中显示的是气动调节阀),23、24可以用来调控输入汽轮机的蒸汽流量,25可用来调控锅炉给水流量,26可用来调控太阳能聚光集热装置给水母管流量,28是除氧器,L1是锅炉汽包液位计,P1是锅炉额定出口蒸汽压力表,T1是锅炉出口蒸气温度传感器,T3是太阳能聚热场出水总管水温传感器。
本实用新型包括太阳能聚光集热装置、生物质锅炉装置、汽轮发电机,其特怔在于:太阳能聚光集热装置以水为介质,采用中压太阳能真空集热管13串并联矩阵组合,太阳能聚光集热装置的出口通过第二控制阀22与生物质锅炉6的汽包6a底部连通,生物质锅炉汽包6a的蒸汽出口与汽轮机的气缸连接。太阳能聚光集热装置与生物质锅炉装置直接加热同一种工质水,产生蒸汽,使汽轮机2运转带动发电机1发电。
具体地,所述的太阳能聚光集热装置的进水管路中串联除氧器28和给水泵10。
进一步地,所述的生物质锅炉汽包6a的蒸汽出口与汽轮机气缸连接的管路中串联蒸汽过热器9,蒸汽过热器9连接到汽轮发电机高压气缸3,蒸汽过热器9置于生物质锅炉烟道6b中,由生物质锅炉烟气加热蒸汽使之成为干蒸汽。
进一步地,所述的汽轮机高压气缸3通过管路连接蒸汽再热器8,蒸汽再热器8连接到汽轮机低压气缸4,蒸汽再热器8置于生物质锅炉烟道6b中。由生物质锅炉烟气加热蒸汽。
进一步地,所述的汽轮机气缸出口冷凝器5的出水口通过除氧器28和第二给水泵10连接到太阳能聚光集热装置13和/或生物质锅炉的进水口,实现水循环。
进一步地,所述的生物质锅炉的进水管路中串联辅助加热器7,辅助加热器7安装在生物质锅炉烟道6b中。由生物质锅炉烟气对生物质锅炉的进水预加热。
进一步地,所述的太阳能聚光集热装置和生物质锅炉的补水罐是附有保温层的除盐储水罐12,除盐储水罐12通过补水泵11与除氧器28连接,通过除氧器28和给水泵10连接到太阳能聚光集热装置13和生物质锅炉的进水口;除盐储水罐12还通过第一控制阀21与太阳能聚光集热装置的出口连接。
进一步地,在太阳能聚光集热装置的出口与第二控制阀22和第一控制阀21之间的管路上安装温度传感器T3,温度传感器T3所显示控制点的最终输出在第二控制阀22和第一控制阀21的控制回路中;温度传感器T3的动作温度设在锅炉安全运行温度值。
图2为抛物线槽式太阳能聚热场安装在生物质储料场屋顶上的示意图,所述的太阳能聚光集热装置包括抛物线槽式反射镜14和太阳能真空集热管13,太阳能真空集热管13位于抛物线槽式反射镜的焦线上。17是生物质储料场屋顶面板。
图3为太阳能聚光集热装置由反射式菲涅耳透镜及太阳能集热管组成的示意图,所述的太阳能聚光集热装置包括反射式菲涅耳透镜30及太阳能真空集热管13,太阳能真空集热管13位于反射式菲涅耳透镜30的焦线上。17是生物质储料场屋顶面板。
图4为太阳能聚光集热装置由透射式菲涅耳透镜及太阳能集热管组成的示意图,所述的太阳能聚光集热装置包括透射式菲涅耳透镜31及太阳能真空集热管13,太阳能真空集热管13位于透射式菲涅耳透镜31的焦线上。
具体地,生物质锅炉的热源原料场(以下称燃料储场)设有高度适宜的屋顶,面积足够大,而太阳能聚光集热装置设置于燃料储场的屋顶(或成为屋顶构件)上,水作为太阳能集热器及生物质锅炉的传热介质,由同一套化学水处理装置(已知的任何化水处理装置,其中的除盐水罐需加保温层)预先处理后,单独或者同时分别送往太阳能集热管内、生物质锅炉内加热,转化为蒸气,输入汽轮机内使汽轮机运转发电。
具体地,方案中的生物质锅炉装置及太阳能聚热装置中设置有切换阀(手动、气动、电动、电磁均可)18、19、20、22;开启或关闭其中的部分阀门,可方便的改变生物质锅炉装置及太阳能聚热装置中的汽、水运行状态(或单独太阳能集热装置运行,或单独生物质锅炉运行、或太阳能集热装置和生物质锅炉同时运行)。
显而易见,使用已公知技术中的燃生物质生成气锅炉、或燃煤锅炉、或燃油锅炉、或燃天然气锅炉、或煤田瓦斯气锅炉、或油田采油气锅炉置换图1中的生物质锅炉6同样可以实现。
显而易见,使用已知技术的黑体式集热管,或其它已知集热管置换图1、图2、图3、图4中的太阳能真空集热管13也是简便易行的方案。
下面以图1、图2为例说明本实用新型的工作过程:
太阳能聚热装置、生物质锅炉辅助加热同时启动:
在当地时间早上太阳出来前,关闭开关阀21,打开18、19、20、22,启动补水泵11,使生物质锅炉汽包6a水位L1检测达到预定水位,并充满所有太阳能真空集热管,太阳出来时,点燃生物质锅炉,按生物质锅炉发电厂的运行规程启动汽轮机组;随着太阳的升高,当地时间早8:00时后太阳光幅射会在半小时内快速增强至最大值,太阳能聚光集热装置中已被加热的水直接注入到生物质锅炉的汽包6a中。以65T/h中温中压生物质锅炉为例,额定压力P1:5.29Mpa,额定温度T1:450℃,辅助加热器7出口水温为231℃,维持锅炉汽包水位L1、及P1、T1为额定值则机组会稳定运行。
白天,太阳能聚光集热装置、生物质锅炉辅助加热同时运行中遇到云层或阴雨的方案A:
机组白天运行遇到阴雨,太阳能聚光集热装置出口总管水温T3会下降,要维持锅炉汽包6a水位L1、及P1、T1为额定值,则机组控制系统自动调节,增大生物质锅炉燃料投入量,使锅炉汽包6a压力P1及温度T1维持额定值.当云层继续加厚并阴雨,太阳能集热场出口总管水温T3会继续下降,当T3温度低到省燃料器出口水温为231℃以下约为95℃(以锅炉安全运行最低温度值为准)时,关闭太阳能集热场出口第二控制阀22及第三控制阀19,太阳能真空集热管中水停止流动,处于保温待运行状态,机组变为生物质热电厂发电模式,直至阴雨散尽。太阳光幅射恢复,太阳能真空集热管内水温上升为95℃以上时,打开第二控制阀22及第三控制阀19,太阳能集热场恢复运行,向生物质锅炉汽包6a供水.随集热管水温上升,则机组控制系统自动调节生物质燃料流量下降。
夜幕来临无太阳光方案B:
当机组运行到夜幕来临前,太阳能聚光集热装置收集不到太阳光时,太阳能聚光集热装置出口总管水温T3会下降,只要夜间T3不低到9~5℃以下(T3≥5℃),系统会按方案A运行,太阳能集热管中常温水停止流动,处于等待天明再运行状态,机组转换为生物质热电厂发电模式,直至天明并无阴云太阳光照射恢复。
夜间气温低到水结冰时(或阴天气温低到水结冰时)方案C:
当机组运行到夜幕来临前,太阳能聚光集热装置收集不到太阳光时,机组先是按上述方案B运行,T3温度继续下降到9~5℃之中,打开第一控制阀21和放气阀27,集热管中所有常温水会全部流入除盐储水罐12,这时打开放水阀28,排除完管道内余水,并引压缩空气从排气口吹扫至所有管道无水。太阳能聚光集热装置管线处于无水避冻状态,机组处于生物质锅炉发电状态。
本方法适用于冬季冰冻气温数日连续阴天的环境下机组运行。
综上所述:
上述生物质锅炉为辅助热源的太阳能直热式(直接加热水)发电装置,没有已知技术中的太阳能热电站的(以导热油或熔融盐为蓄热介质)蓄热系统,使机组系统简化,又可根据太阳光幅射的阴、晴、日、夜变化,方便地交替或同时使用太阳能热源及生物质热源,可以使汽轮机发电机组日夜不间断地稳定运行,极大的提高了太阳能发电设备利用率又可有效解决太阳能集热汽水系统的冬季防冻问题。
上述燃生物质生成气锅炉(或燃煤锅炉、或燃油锅炉、或燃天然气锅炉、或煤田瓦斯气锅炉、或油田采油气锅炉)为辅助热源的太阳能直热式(直接加热水)发电方法及装置,没有已知技术中的太阳能热电站的(以导热油或熔融盐为蓄热介质)蓄热系统,使机组系统简化,又可根据太阳光幅射的阴、晴、日、夜变化,方便地交替或同时使用太阳能热源及生物质热源,可以使汽轮机发电机组日夜不间断地稳定运行,极大的提高了太阳能发电设备利用率又可有效解决太阳能集热汽水系统的冬季防冻问题。

Claims (10)

1.一种采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统,包括太阳能聚光集热装置、生物质锅炉装置、汽轮发电机系统,其特怔在于:太阳能聚光集热装置和生物质锅炉装置都以水为介质,太阳能聚光集热装置采用中压太阳能真空集热管串并联矩阵组合,太阳能聚光集热装置的出口通过第二控制阀(22)与生物质锅炉(6)的汽包(6a)底部连通,生物质锅炉汽包(6a)的蒸汽出口与汽轮机的气缸连接。
2.根据权利要求1所述的采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统,其特怔在于:生物质锅炉汽包(6a)的蒸汽出口与汽轮机气缸连接的管路中串联蒸汽过热器(9),蒸汽过热器(9)连接到汽轮机高压气缸(3)的进口,蒸汽过热器(9)置于生物质锅炉烟道(6b)中。
3.根据权利要求1或2所述的采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统,其特怔在于:汽轮机高压气缸(3)的出口通过管路连接蒸汽再热器(8),蒸汽再热器(8)连接到汽轮机低压气缸(4)的进口,蒸汽再热器(8)置于生物质锅炉烟道(6b)中。
4.根据权利要求1或2所述的采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统,其特怔在于:汽轮机气缸出口冷凝器(5)的出水口连接到除氧器(28),通过除氧器(28)和给水泵(10)连接到太阳能聚光集热装置(13)和/或生物质锅炉(6)的进水口。
5.根据权利要求1或2所述的采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统,其特怔在于:生物质锅炉(6)的进水管路中串联辅助加热器(7),辅助加热器(7)安装在生物质锅炉烟道(6b)中。
6.根据权利要求1或2所述的采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统,其特怔在于:太阳能聚光集热装置和生物质锅炉的补水罐是有保温层的除盐储水罐(12),除盐储水罐(12)通过补水泵(11)与除氧器(28)连接,通过除氧器(28)和给水泵(10)连接到太阳能聚光集热装置(13)和生物质锅炉的进水口;除盐储水罐(12)还通过第一控制阀(21)与太阳能聚光集热装置的水出口连接。
7.根据权利要求1或2所述的采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统,其特怔在于:在太阳能聚光集热装置的出口至第二控制阀(22)和第一控制阀(21)之间的管路上安装温度传感器T3,温度传感器T3所显示控制点的最终输出在第二控制阀(22)和第一控制阀(21)的控制回路中;温度传感器T3的动作温度设在锅炉安全运行温度值。
8.根据权利要求1或2所述的采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统,其特怔在于:太阳能聚光集热装置包括抛物线槽式反射镜(14)和太阳能真空集热管(13),太阳能真空集热管(13)位于抛物线槽式反射镜的焦线上。
9.根据权利要求1或2所述的采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统,其特怔在于:太阳能聚光集热装置包括反射式菲涅耳透镜(30)及太阳能真空集热管(13),太阳能真空集热管(13)位于反射式菲涅耳透镜(30)的焦线上。
10.根据权利要求1或2所述的采用生物质锅炉作为辅助热源的太阳能发电系统,其特怔在于:太阳能聚光集热装置包括透射式菲涅耳透镜(31)及太阳能真空集热管(13),太阳能真空集热管(13)位于透射式菲涅耳透镜(31)的焦线上。
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