CN202468182U - 一种给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统，包括镜场、第一温度传感器、第一控制器、油泵、油罐、第一分流器、太阳能调控器、减压阀、第二温度传感器、第二控制器、水泵、水箱、汽-水换热器、原抽汽给水加热器、第二分流器和油-水换热器。在辐照强度等于设计值时，导热油将回热系统中的给水加热至锅炉进口要求温度；在辐照强度高于设计值时，导热油分流至太阳能调控器中放热，太阳能调控器中高压水吸热升温；在辐照强度低于设计值时，太阳能调控器中高压水经减压阀变为过热蒸汽，在汽-水换热器释放潜热加热部分给水，冷凝后流回水箱。本实用新型解决了光-煤互补电站在太阳能变工况下太阳能年均发电效率低的技术难题。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能与化石能源互补发电技术领域，尤其涉及一种给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统。
背景技术
太阳能与化石能源互补利用的模式可以有效改善燃煤电厂的环境污染问题，并通过成熟的常规发电技术，降低开发利用太阳能时伴随的技术和经济风险。例如申请号为200810104285.8的实用新型专利申请提出了利用太阳能加热回热系统中给水加热器的疏水，变为蒸汽后返回给水加热器放热，申请号为200810104848.3的实用新型专利申请提出了利用太阳能直接加热锅炉给水，申请号为200810104849.8的实用新型专利申请提出了分流部分回热系统给水进入太阳能集热器生成蒸汽，注入给水加热器加热剩余锅炉给水，以上方式可节省蒸汽抽汽，有效增加系统出功，且无需蓄能，只需根据太阳辐照降低情况而适时减少进入太阳能集热器中的给水流量，启用原有汽轮机抽汽提供其余热量。
以上方案主要针对互补电站设计工况进行，但当太阳辐照偏离设计值时，互补系统处于变工况运行的状态，系统偏离设计值，且给水加热器中给水量和汽轮机各级抽汽量变化频繁，不利于汽轮机和回热系统的稳定运行，目前这种太阳能与化石燃料结合的互补电站变工况运行的调控系统及方法还尚未见报到。另外，当太阳辐照大于设计值时，无法有效利用多收集到的热量，只能使部分镜场闲置，浪费了造价昂贵的镜场和良好的辐照资源，无法进一步有效降低太阳能的发电成本。
因此，如何调控系统，实现变工况下高效稳定运行，即保证变工况下互补系统的发电功率稳定且太阳能净发电功率接近设计值，同时实现太阳能资源的充分有效利用，成为了太阳能与火电站互补技术的急需解决的重要技术问题。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统，在低辐照下系统不再被动依赖汽轮机抽汽加热锅炉给水，而是利用高辐照太阳热来补偿低辐照太阳热，继续代替汽机抽汽的调控方法，使互补电站在太阳能变辐照下发电效率接近设计工况且运行稳定，从而解决当前太阳能热发电系统变工况热力性能差和年均发电效率低的技术瓶颈。
(二)技术方案
为达到上述目的，本实用新型提供了一种给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统，其特征在于，该系统包括镜场1、第一温度传感器2、第一控制器3、油泵4、油罐5、第一分流器6、太阳能调控器7、减压阀8、第二温度传感器9、第二控制器10、水泵11、水箱12、汽-水换热器13、原抽汽给水加热器14、第二分流器15和油-水换热器16，其中：
油泵4将油罐5中的导热油加压送入镜场1，第一控制器3根据第一温度传感器2显示的导热油出口温度控制进入镜场1的导热油流量，保证镜场1出口温度恒定；
太阳辐照强度等于设计值时，导热油吸收太阳能升温后全部进入油-水换热器16，将给水加热至锅炉进口要求水温；
太阳辐照强度高于设计值时，镜场1导热流量增加，增加的导热油进入太阳能调控器7放热，水泵11将水箱12水加压送入太阳能调控器7中吸热，其余导热油仍进入油-水换热器16加热给水；
太阳辐照强度低于设计值时，镜场1导热油流量减少，并全部进入油-水换热器16放热，同时，太阳能调控器中高压水经过减压阀8降压变为过热蒸汽，进入汽-水换热器13，与油-水换热器16共同加热电站回热系统中的锅炉给水，过热蒸汽冷凝后流回水箱12。
上述方案中，所述太阳能调控器7用于将高于设计辐照的太阳热弥补给低于设计辐照的工况，实现低辐照条件下也能够最大程度替代原有汽轮机蒸汽抽汽，这是一种主动调控方式，而不是再通过被动改变汽机抽汽量 去控制系统运行，这种变工况的主动调控能够保证系统太阳能净发电效率接近设计工况。
上述方案中，所述太阳能调控器7出口装有第二温度传感器9，太阳辐照偏离设计值时，第二控制器10根据第二温度传感器9显示的高压水出口温度改变水泵11出口阀门开度大小，调控水箱12上水流量，保证太阳能调控器7出口温度恒定。当太阳辐照强度高于设计值时，从水箱12到太阳能调控器7的上水量增加，液位上升。当太阳辐照强度低于设计值时，水箱12停止上水，太阳能调控器7中高压水不断消耗，液位下降。
上述方案中，所述汽-水换热器13与油-水换热器16并联，与电站回热系统中的其余给水加热器14串联或并联运行。
上述方案中，所述汽-水换热器13采用原有蒸汽抽汽加热给水，在日出前日落后或该调控系统出现故障时，及时开启蒸汽抽汽，保证回热系统的正常工作，提高安全可靠性。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本实用新型具有以下有益效果：
1、利用本实用新型，太阳辐照强度低于设计值时，不需要重新启用原燃煤电站汽轮机蒸汽抽汽，互补系统发电效率和输出功率仍接近设计值。
2、利用本实用新型，实现了太阳能资源的最大化利用，太阳能日均发电效率接近设计工况的最大值。
3、利用本实用新型，太阳能变工况时，不需要频繁变化汽轮机蒸汽抽汽，保证了汽轮机的稳定运行。
4、利用本实用新型，避免了太阳辐照大于设计值时，部分镜子闲置，有利于太阳能镜场的充分利用。
附图说明
图1为依照本实用新型实施例的给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统的示意图；
其中附图标记为：1-镜场；2-第一温度传感器；3-第一控制器；4-油泵； 5-油罐；6-第一分流器；7-太阳能调控器；8-减压阀；9-第二温度传感器；10-第二控制器；11-水泵；12-水箱；13-汽-水换热器；14-原抽汽给水加热器；15-第二分流器；16-油-水换热器。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
本实用新型提供的给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统，在设计辐照条件下，即辐照强度等于设计值时，导热油在抛物槽式太阳能镜场中吸热，在油-水换热器中放热，将回热系统中的给水加热至锅炉进口要求温度；在辐照强度高于设计值时，太阳能镜场中导热油流量增加，增加的导热油分流至太阳能调控器中放热，太阳能调控器中高压水吸热升温；在辐照强度低于设计值时，太阳能调控器中高压水经减压阀变为过热蒸汽，替代原有汽轮机蒸汽抽汽，在汽-水换热器释放潜热加热部分给水，冷凝后流回水箱。
如图1所示，图1为依照本实用新型实施例的给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统的示意图，该系统包括：镜场1、第一温度传感器2、第一控制器3、油泵4、油罐5、第一分流器6、太阳能调控器7、减压阀8、第二温度传感器9、第二控制器10、水泵11、水箱12、汽-水换热器13、原抽汽给水加热器14、第二分流器15和油-水换热器16。
其中，所述太阳能调控器7用于将高于设计辐照的太阳热弥补给低于设计辐照的工况，实现低辐照条件下也能够最大程度替代原有汽轮机蒸汽抽汽，这是一种主动调控方式，而不是再通过被动改变汽机抽汽量去控制系统运行，这种变工况的主动调控能够保证系统太阳能净发电效率接近设计工况。
中国西部地区如宁夏等地太阳能资源丰富，选用当地200MW常规燃煤火电站进行互补改造。在本实施例中，选取年平均辐照强度610W/m2作为辐照设计值，镜场采用的是抛物槽式太阳能集热器，取代该火电站第一级蒸汽抽汽需太阳能提供热量21.3MW，需镜场面积约58200m2。
油泵4将油罐5中250℃的导热油加压送入镜场1，第一控制器3根 据第一温度传感器2显示的导热油出口温度控制进入镜场1的导热油流量，保证出口温度恒定为300℃。
当辐照强度等于设计值610W/m2时，高温导热油全部进入油-水换热器16中放热，将回热系统给水从218℃加热至245℃，而后降温至250℃回到油罐5。
当辐照强度大于设计值610W/m2时，镜场1的太阳热能增加，为保证镜场1出口温度恒为300℃，第一控制器3控制油泵4阀门开度加大，导热油流量增加。增加的高温导热油进入太阳能调控器7放热，水泵11将水箱12中的水加压至65bar，送入太阳能调控器7吸热升温至280℃，第二控制器10根据第二温度传感器9显示的高压水出口温度控制进入太阳能调控器的水量，保证高压水出口温度恒定为280℃。随着辐照强度增加，太阳能调控器7的液位上升。其余高温导热油仍进入油-水换热器16中放热，将回热系统给水从218℃加热至245℃，而后降温至250℃回到油罐5。
当辐照强度小于设计值610W/m2时，镜场1的太阳热能减少，为保证镜场1出口温度恒为300℃，第一控制器3控制油泵4阀门开度减小，导热油流量减小。高温导热油全部进入油-水换热器16中放热，而后降温至250℃回到油罐5。同时，开启减压阀8，太阳能调控器7中的65bar/280℃高温水变为60bar/280℃过热蒸汽，注入汽-水换热器13中释放潜热，与油-水换热器16一起将回热系统给水从218℃加热至245℃。过热蒸汽放热后变为230℃的冷凝水流入水箱12。随着辐照强度下降，太阳能调控器7的液位下降。在日出前日落后，或该调控系统出现故障时，汽-水换热器13仍可采用原蒸汽抽汽加热给水。汽-水换热器13及油-水换热器16与电站回热系统中的其余给水加热器14串联或并联运行。
基于图1所示的给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统，本发明还提供了一种给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控方法，该方法包括以下步骤：在设计辐照条件下，即辐照强度等于设计值时，导热油在抛物槽式太阳能镜场中吸热，在油-水换热器中放热，将回热系统中的给水加热至锅炉进口要求温度；在辐照强度高于设计值时，太阳能镜场中导热油流量增加，增加的导热油分流至太阳能调控器中放热，太阳能调控器中高压水吸热升温；在辐照强度低于设计值时，太阳能调控器中高压水经 减压阀变为过热蒸汽，替代原有汽轮机蒸汽抽汽，在汽-水换热器释放潜热加热部分给水，冷凝后流回水箱。
其中，所述太阳能调控器7出口装有第二温度传感器9，太阳辐照偏离设计值时，第二控制器10根据第二温度传感器9显示的高压水出口温度改变水泵11出口阀门开度大小，调控水箱12上水流量，保证太阳能调控器7出口温度恒定。当太阳辐照强度高于设计值时，从水箱12到太阳能调控器7的上水量增加，液位上升。当太阳辐照强度低于设计值时，水箱12停止上水，太阳能调控器7中高压水不断消耗，液位下降。所述汽-水换热器13与油-水换热器16并联，与电站回热系统中的其余给水加热器14串联或并联运行。所述汽-水换热器13采用原有蒸汽抽汽加热给水，在日出前日落后或该调控系统出现故障时，及时开启蒸汽抽汽，保证回热系统的正常工作，提高安全可靠性。
对于没有调控系统的互补电站，全年太阳辐照低于平均值610W/m2，集热量小于第一级给水加热器中给水所需热量21.3MW时，需要启用该级原有蒸汽抽汽共同加热给水，减小了系统出功，降低了太阳能净发电效率，且抽汽量需根据辐照变化而实时变化。而辐照大于平均值610W/m2，集热量大于21.3MW时又需要调整部分镜场使其失焦，避免锅炉进口给水过热。太阳能年平均净发电效率为20.5％。
而采用本实用新型的主动调控方法，可将辐照大于610W/m2时段的镜场多收集到的太阳热能用于弥补低于610W/m2的时段中的能量不足，实现从日出到日落时间段里尽可能完全取代第一级抽汽。这样，互补系统可在太阳辐照强度低于设计值时仍维持在设计工况下运行，保证最大出功和太阳能净发电效率。通过这种调控，可使太阳能年平均净发电效率达到28.0％。同时，互补电站实现了连续运行和稳定出功。日出前日落后系统恢复至原系统，完全切换至该级原蒸汽抽汽进行供热。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统，其特征在于，该系统包括镜场(1)、第一温度传感器(2)、第一控制器(3)、油泵(4)、油罐(5)、第一分流器(6)、太阳能调控器(7)、减压阀(8)、第二温度传感器(9)、第二控制器(10)、水泵(11)、水箱(12)、汽-水换热器(13)、原抽汽给水加热器(14)、第二分流器(15)和油-水换热器(16)，其中：
油泵(4)将油罐(5)中的导热油加压送入镜场(1)，第一控制器(3)根据第一温度传感器(2)显示的导热油出口温度控制进入镜场(1)的导热油流量，保证镜场(1)出口温度恒定；
太阳辐照强度等于设计值时，导热油吸收太阳能升温后全部进入油-水换热器(16)，将给水加热至锅炉进口要求水温；
太阳辐照强度高于设计值时，镜场(1)导热流量增加，增加的导热油进入太阳能调控器(7)放热，水泵(11)将水箱(12)水加压送入太阳能调控器(7)中吸热，其余导热油仍进入油-水换热器(16)加热给水；
太阳辐照强度低于设计值时，镜场(1)导热油流量减少，并全部进入油-水换热器(16)放热，同时，太阳能调控器中高压水经过减压阀(8)降压变为过热蒸汽，进入汽-水换热器(13)，与油-水换热器(16)共同加热电站回热系统中的锅炉给水，过热蒸汽冷凝后流回水箱(12)。
2.根据权利要求1所述的给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统，其特征在于，所述太阳能调控器(7)出口装有第二温度传感器(9)，太阳辐照偏离设计值时，第二控制器(10)根据第二温度传感器(9)显示的高压水出口温度改变水泵(11)出口阀门开度大小，调控水箱(12)上水流量，保证太阳能调控器(7)出口温度恒定。
3.根据权利要求2所述的给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统，其特征在于，当太阳辐照强度高于设计值时，从水箱(12)到太阳能调控器(7)的上水量增加，液位上升。
4.根据权利要求2所述的给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统，其特征在于，当太阳辐照强度低于设计值时，水箱(12)停止上 水，太阳能调控器(7)中高压水不断消耗，液位下降。
5.根据权利要求1所述的给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统，其特征在于，所述汽-水换热器(13)与油-水换热器(16)并联，与电站回热系统中的其余给水加热器(14)串联或并联运行。
6.根据权利要求1所述的给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统，其特征在于，所述汽-水换热器(13)采用原有蒸汽抽汽加热给水，在日出前日落后或该调控系统出现故障时，及时开启蒸汽抽汽，保证回热系统的正常工作，提高安全可靠性。
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