CN204553131U - 一种光煤互补太阳能热发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光煤互补太阳能热发电系统，包括太阳能集热系统和燃煤电站集成系统，太阳能集热系统包括用于加热传热介质的聚光集热系统和用于驱动传热介质循环的传热介质系统，传热介质系统连接聚光集热系统；所述的传热介质系统包括换热系统，换热系统接入燃煤电站集成系统；所述的聚光集热系统聚光加热传热介质，传热介质经传热介质系统的换热系统换热给燃煤电站集成系统，换热后的传热介质再经传热介质系统返回聚光集热系统。本实用新型太阳能集热系统接入燃煤电站集成系统的方式对燃煤机组热力系统扰动最小。

Description

一种光煤互补太阳能热发电系统

技术领域

本实用新型涉及发电技术领域，具体地，涉及一种光煤互补太阳能热发电系统。

背景技术

能源危机在世界范围内日渐凸显，可再生能源未来将成为世界能源结构的重要组成部分。尤其是对太阳能利用的合理开发具有重要意义。近些年来，全世界各个国家的科研工作者在这方面进行了大量的工作和科学探索，并取得了一定的成果，太阳能热发电就是其中最典型的代表。

目前太阳能热发电系统形式主要包括：太阳能塔式、太阳能槽式、太阳能碟式及太阳能菲涅尔式等几种形式。其中太阳能槽式聚光集热系统是太阳能热发电近些年来采用的主要形式。它是最早实现商业化运行的太阳能热发电形式，主要因为其技术发展迅猛，技术比较成熟，相对成本较低。随着近些年的不断完善和发展技术逐渐趋于成熟，目前已大规模应用于太阳能热发电领域。其工作原理是：利用槽式抛物柱面反光镜将平行于该反光镜对称中心面的光线聚焦到位于焦线处的真空吸热管上，吸热管内部有流体工质将热量带走后直接发电，或加热水后再进行发电。

而中国能源结构以煤炭为主，大部份电力通过燃煤发电提供，燃煤发电占比超过70％，因此，如何实现燃煤电站与太阳能发电相互结合，便成为解决当今社会能源问题的一个重要内容。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种光煤互补太阳能热发电系统，具体地，采用了如下的技术方案：

一种光煤互补太阳能热发电系统，包括太阳能集热系统和燃煤电站集成系统，太阳能集热系统包括用于加热传热介质的聚光集热系统和用于驱动传热介质循环的传热介质系统，传热介质系统连接聚光集热系统；所述的传热介质系统包括换热系统，换热系统接入燃煤电站集成系统；所述的聚光集热系统聚光加热传热介质，传热介质经传热介质系统的换热系统换热给燃煤电站集成系统，换热后的传热介质再经传热介质系统返回聚光集热系统。

进一步地，所述的换热系统包括换热器，所述的燃煤电站集成系统包括依次连接的凝结水泵、汽封加热器、低压加热器和除氧器，所述换热器的进水口连接凝结水泵的出口，换热器的出水口连接除氧器。

进一步地，所述的凝结水泵的出口端连接凝结水母管，；所述的凝结水母管连接凝结水支管，凝结水支管连接至换热器后接入除氧器处的凝结水母管。

进一步地，所述凝结水泵的出口和换热器的进水口之间管路上依次设置止回阀、电动调节阀、孔板流量计和闸阀，所述的换热器的出水口处管路上设置电动闸阀。

进一步地，所述除氧器的入口管路上设置水质在线检测分析仪表。

进一步地，所述换热器的出水口处管路上设置电伴热带。

进一步地，所述的聚光集热系统包括多组串联在一起的抛物面槽式太阳能聚光器。

进一步地，所述的传热介质为导热油。

进一步地，所述的传热介质系统还包括依次连接的冷却系统、膨胀系统、循环泵系统和电加热系统，所述的换热系统的进口端连接聚光集热系统，出口端连接冷却系统，所述的电加热系统连接聚光集热系统。

本实用新型将太阳能集热系统和燃煤电站集成系统通过换热系统实现结合。具体地，首先利用太阳能集热系统加热传热介质，再将传热介质的热量通过换热系统的换热器将热量交换给燃煤电站集成系统来自凝汽器分流出的部分凝结水，加热后的凝结水返回除氧器，从而实现太阳能集热系统辅助加热功能。本实用新型太阳能集热系统接入燃煤电站集成系统的方式对燃煤机组热力系统扰动最小。

另外，本实用新型更加有效的利用太阳能，节省现有燃煤发电厂的燃煤量，对节省不可再生能源具有重要的意义。

附图说明

图1本实用新型的太阳能集热系统的系统图；

图2本实用新型的氮封系统的系统放大图；

图3本实用新型的燃煤电站集成系统的系统图；

图4本实用新型的热工控制系统的系统图。

附图中的标号说明：1-聚光集热系统 2-换热系统 3-冷却系统 4-氮封系统 5-膨胀系统 6-循环泵系统 7-电加热系统 8-回收系统 9-凝汽器 10-凝结水泵 11-汽封加热器 13除氧器 14-低压加热器 15-凝结水母管 16-凝结水支管 15-太阳能聚光集热器控制箱 16-光电DCS控制柜 19-网络交换机 20-气象站数据采集器 21-气象站主机 22-DCS操作站 23-打印设备 24-配电系统 25-逻辑开关 26-变送器27-实时数字仿真仪 101-抛物面槽式太阳能聚光器 201-换热器 301-空气冷却器401-氮气瓶 402-减压器 403-高压截止阀 404-低压截止阀 501-膨胀罐 601-循环泵 701-电加热器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的一种光煤互补太阳能热发电系统进行详细描述：

如图1及图3所示，一种光煤互补太阳能热发电系统，包括太阳能集热系统和燃煤电站集成系统，太阳能集热系统包括用于加热传热介质的聚光集热系统1和用于驱动传热介质循环的传热介质系统，传热介质系统连接聚光集热系统1；所述的传热介质系统包括换热系统2，换热系统2接入燃煤电站集成系统；所述的聚光集热系统1聚光加热传热介质，传热介质经传热介质系统的换热系统2换热给燃煤电站集成系统，换热后的传热介质再经传热介质系统返回聚光集热系统1。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述的换热系统2包括换热器201，所述的燃煤电站集成系统包括依次连接的凝结水泵10、汽封加热器11、低压加热器14和除氧器13；所述换热器201的进水口连接凝结水泵10的出口，换热器201的出水口连接除氧器13。

本实用新型将太阳能集热系统和燃煤电站集成系统通过换热系统实现结合。具体地，首先利用太阳能集热系统加热传热介质，再将传热介质的热量通过换热系统2的换热器201将热量交换给燃煤电站集成系统来自凝汽器分流出的部分凝结水，加热后的凝结水返回除氧器，从而实现太阳能集热系统辅助加热功能。本实用新型太阳能集热系统接入燃煤电站集成系统的方式对燃煤机组热力系统扰动最小。

另外，本实用新型更加有效的利用太阳能，节省现有燃煤发电厂的燃煤量，对节省不可再生能源具有重要的意义。

具体地，本实用新型所述的凝结水泵10的出口端连接凝结水母管15，所述的凝结水母管15连接凝结水支管16，凝结水支管16连接至换热器201后接入除氧器13处的凝结水母管15。

为了防止水倒流和紧急情况时快速隔离、停用换热器，在所述凝结水泵10的出口和换热器201的进水口之间管路上依次设置止回阀、电动调节阀、孔板流量计和闸阀，所述的换热器201的出水口处管路上设置电动闸阀。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述除氧器13的入口处管路上设置水质在线检测分析仪表。这样可对水质进行实时监测，防止因传热介质泄露造成水质的污染。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述换热器201的出水口处管路上设置电伴热带。电伴热带是由导电聚合物和两根平行金属导线及绝缘护层构成，其特点是导电聚合物具有很高的正温度系数特性，且互相并联，能随被加热体系的温度变化自动调节输出功率，自动限制加热的温度，可以任意截短或在一定范围内接长使用，并允许多次交叉重叠而无高温热点及烧毁之虑。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述换热器201的进口处设置加压装置，使换热器内水侧压力高于导热油压力，以保证导热油不会泄露进入水系统。所述换热器201的出口处设置减压装置，将加热后的凝结水减压至要求的压强后再进入除氧器。

本实用新型的燃煤电站集成系统还包括凝汽器9，凝汽器9连接凝结水泵10。

综上，本实用新型经过换热器201加热后的水为不饱和水，换热过程中不产生相变，不涉及锅炉本体；可以调节换热器201水侧流量使出水温度相对恒定并满足要求，充分利用聚光集热系统1获得的热能，对整个系统影响较小。对于可能出现的问题在设计上均进行了考虑，因此本方案是安全可行的。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述的聚光集热系统1包括多组串联在一起的抛物面槽式太阳能聚光器101。

抛物面槽式太阳能聚光器101包括抛物面聚光镜、吸收器、跟踪装置、一端与地面相固定的集热器支架和固定在集热器支架上的吸收器支杆，抛物面聚光镜固定在集热器支架上，是一种表面上涂有聚光材料的抛物面镜面，作用是将分散的低密度阳光聚焦到吸收器上以产生高温。吸收器固定在吸收器支杆上，采用双层管结构，设置在抛物面聚光镜焦线上，内侧为热载体，外侧为真空，以防热流失。热载体可以为水蒸气、热油或熔盐。跟踪装置采用单轴跟踪方式，使得抛物面对称平面围绕南北方向的纵轴转动，与太阳照射方向始终保持0.04°夹角，以便在任何情况下都能有效的反射太阳光。抛物面聚光镜将太阳光聚焦在一条线上，通过这条焦线上安装的管状吸收器吸收聚焦后的太阳辐射能。吸收器内冲装有用于吸收天阳能辐射的流体热载体(热油)，通过管线将被加热的热油送到蒸汽发生器(太阳能锅炉)，产生热蒸汽送入汽轮发电机系统发电，从而完成太阳能到电能的转换。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述的传热介质系统还包括依次连接的冷却系统3、膨胀系统5、循环泵系统6和电加热系统7，所述的换热系统2的进口端连接聚光集热系统1，出口端连接冷却系统3，所述的电加热系统连接聚光集热系统1。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述的传热介质为导热油。导热油是一种低熔点共晶混合物，具体的可选为聚二甲基硅氧烷。

本实用新型在设计和运行时需要采取特别的措施，以防凝结、防火和防污染。为防止这些情况发生，系统中需设置氮封系统4。

如图1及图2所示，本实用新型的一种光煤互补太阳能热发电系统的太阳能集热系统包括用于加热传热介质的聚光集热系统1和用于驱动传热介质循环的传热介质系统，传热介质系统包括依次连接的换热系统2、冷却系统3、膨胀系统5、循环泵系统6和电加热系统7，所述的聚光集热系统1的出口端连接换热系统2，进口端连接电加热系统7；所述的膨胀系统5并联连接氮封系统4。

本实用新型所述的膨胀系统5包括膨胀罐501，所述的氮封系统4包括氮气瓶401，所述的氮气瓶401连通膨胀罐501，用于将氮气瓶401内的氮气注入膨胀罐501内。

本实用新型所述的氮气瓶401与膨胀罐501之间的管路上设置减压器402，减压器402与氮气瓶401之间的管路上设置高压截止阀403，减压器402与膨胀罐501之间的管路上设置低压截止阀404。

本实用新型所述的膨胀罐501设置在传热介质系统的最高位置处。

本实用新型膨胀罐501主要功能是用于吸收导热油因温度变化而产生的体积膨胀量。膨胀罐501设置在系统最高点，对处于下游的导热油泵入口造成一个正压头，使泵吸入口充满流体，保证导热油泵的持续稳定运行。

本实用新型所述的膨胀罐501的下方设置溢流罐，溢流罐内设置溢流回油泵；所述的溢流罐下方设置储油槽，储油槽内设置排油泵。

当抛物面槽式太阳能聚光器101跟踪太阳时，导热油开始升温、体积膨胀，部分导热油膨胀至膨胀罐501中，如果膨胀罐501中的导热油液面高度达到其设计值，额外增加的量将溢出到溢流罐中。当抛物面槽式太阳能聚光器101收集的热量减少时，导热油开始降温、体积减少，膨胀罐501内液面将下降；溢流回油泵将溢流罐中导热油输送至膨胀罐501，以维持膨胀罐501内有足够的导热油。膨胀罐501高位布置，以便可以倒灌循环泵。溢流罐布置在膨胀罐501的下方，溢流膨胀区域下方设置储油槽，当导热油罐不能容纳全部导热油时，储油槽可以容纳系统内全部导热油。油槽内壁面涂阻油剂，同时设置排油泵。

本实用新型所述的冷却系统3包括空气冷却器301，空气冷却器301并联安装在换热系统2的出口与膨胀系统5的入口之间的管路。

正常运行工况下，空气冷却器301不工作，从聚光集热系统1出来的高温导热油在换热器201中换热降温后经由空气冷却器301旁路直接进入膨胀系统5。

在特殊情况下，如换热器201由于某种原因关闭，高温导热油流经换热器旁路而不与水发生热交换，此时，必须启动空气冷却器301，切断其旁路，使高温导热油进入空气冷却器301进行冷却降温。根据空气冷却器301出口处导热油温度调节风机转速，从而调节通风量使导热油出口温度维持系统要求的温度范围内。

本实用新型所述的循环泵系统6包括循环泵601。

本实用新型所述的循环泵601为离心泵，离心泵将导热油由膨胀罐501输送到传热介质系统设备的各个点，作为循环内建立传热介质工作压力的起始点，给系统循环提供所需的最低压力。

本实用新型电加热系统7主要包括电加热器701和控制器，主要功能是防止传热介质温度低于设定的安全温度。

在防冻工况下，当导热油温度接近15℃时，系统将启动电加热器，对管路中循环导热油进行加热，使其逐渐升温，到设定加热温度后即可关闭，加热上限为不超过60℃。在正常运行时，为保证导热油在进入光场前达到指定温度(268℃)，也可以开启电加热器对导热油进行加热，其它工况条件导热油流经加热器旁路管道。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述的循环泵系统还包括与循环泵601连接的防凝泵。为防止导热油低温凝结，在夜间或寒冷天气时启动太阳能集热场的循环泵和(或)防凝泵保证导热油循环流动，必要时启动防凝加热装置对导热油进行防凝加热。部分管道和容器都配备电子温度监视器和浸泡式加热器，所有导热油管道及容器均配备伴热系统。

如图1所示，作为本实用新型的一种优选实施方式，本实用新型所述的太阳能集热系统还包括回收系统8，回收系统8分别连接聚光集热系统1和传热介质系统。

本实用新型传热介质系统包括依次连接的换热系统2、冷却系统3、膨胀系统5、循环泵系统6和电加热系统7，所述的聚光集热系统1的出口端连接换热系统2，进口端连接电加热系统7；所述的回收系统8分别与聚光集热系统1、换热系统2、冷却系统3、膨胀系统5、循环泵系统6和电加热系统7连接。

作为本实用新型的一种优选实施方式，本实用新型所述的回收系统8包括排放罐801，所述的聚光集热系统1、换热系统2、冷却系统3、膨胀系统5、循环泵系统6和电加热系统7分别与排放罐801连接。

作为本实用新型的一种优选实施方式，本实用新型所述的排放罐801设置在光煤互补太阳能热发电系统的最低位置处。

本实用新型所述的排放罐801与聚光集热系统1、换热系统2、冷却系统3、膨胀系统5、循环泵系统6和电加热系统7的连接管路分别倾斜一定角度设置。

本实用新型所述的排放罐801与聚光集热系统1、换热系统2、冷却系统3、膨胀系统5、循环泵系统6和电加热系统7的连接管路上分别设置安全阀。

本实用新型的回收系统主要由排放罐801及与其它设备安全阀相连的管道系统组成，用于系统回收导热油。排放罐801设置在整个传热介质系统的最低点，所有与排放罐801相连的管道都必须以一定倾斜角度安装，以保证排空回收干净。

如图4所示，本实用新型的一种光煤互补太阳能热发电系统，还包括热工控制系统，热工控制系统包括用于控制太阳能集热系统的光电DCS控制系统和用于控制燃煤电站集成系统的火电DCS控制系统，所述的光电DCS控制系统与火电DCS控制系统之间进行通讯连接。

本实用新型的光电DCS控制系统与火电DCS控制系统之间通讯连接主要是实现将光电DCS控制系统的一些控制参数上传给火电DCS控制系统，但光电DCS控制系统与火电DCS控制系统之间为独立工作，相互之间不能实现相互控制或者干扰。

另外，对于光电DCS控制系统的传感器等检测仪器，其监测获得的数据分两路分别独立传输给光电DCS控制系统与火电DCS控制系统。

本实用新型的热工控制系统同时实现了太阳能集热系统的控制和燃煤电站集成系统的控制，从而实现对整个系统的启动、停机、正常运行和故障情况的监测、处理。

本实用新型所述的光电DCS控制系统包括光电DCS控制柜18和太阳能聚光集热器控制箱17，光电DCS控制柜18和太阳能聚光集热器控制箱17之间通过工业总线相连。

聚光集热系统1的作用就是聚集太阳光能加热传热介质，每一个抛物面槽式太阳能聚光器101由自己的太阳能聚光集热器控制箱17来控制其运动。太阳能聚光集热器控制箱17根据太阳位置控制抛物面槽式太阳能聚光器101的抛物槽运动和其他参数的状态，如吸收器内高/低热流体温度报警等。根据需要，太阳能聚光集热器控制箱17定位抛物槽到以下任意位置：

a)抛物槽阳光跟踪；

b)抛物槽夜间定位或降低/静止位置；

c)启动位置。

本实用新型所述的DCS控制柜18连接网络交换机19，网络交换机19通过工业以太网通讯的方式连接至少两个DCS操作站22。DCS控制柜18可以监测太阳能聚光集热器控制箱17的参数和远程启停太阳能聚光集热器控制箱17。DCS操作站22便于操作人员进行操作，方便远程控制。

作为本实用新型的一种优选实施方式，所述的网络交换机19通过工业以太网通讯的方式连接打印设备23。这样，便于输出监测结果，做出相关的故障研究分析。

本实用新型所述的光电DCS控制系统还包括气象站数据采集系统，气象站数据采集系统通过工业以太网通讯的方式连接网络交换机19。

本实用新型所述的气象站数据采集系统包括气象站数据采集器20和气象站主机21，气象站数据采集器20连接气象站主机21，气象站主机21通过工业以太网通讯的方式连接网络交换机19。

本实用新型系统效率的性质需要一些感应系统来监测回路地点的气象变化。气象站就是安装用来定期测量和记录诸如辐射、DNI、入射角、气温、风速和风向等气象信息的。从气象站得到的信息被气象站数据采集器20进行采集，然后记录在气象站主机21上，气象站主机21通过工业以太网将采集的数据通讯到光电DCS控制系统，其目的是：

a)控制回路性能；

b)在高风速条件下保护聚光组件以保障光场能够正确、高效地运行。

本实用新型所述的光电DCS控制柜18连接配电系统24，所述的光电DCS控制柜18还分别连接逻辑开关25、变送器26和实时数字仿真仪27。

变送器是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号(或将传感器输入的非电量转换成电信号同时放大以便供远方测量和控制的信号源)的转换器。实时数字仿真仪是一种专门设计用于研究电力系统中电磁暂态现象的装置。

本实用新型所述的热工控制系统的电源采用双回路的供电方式，其中一路来自燃煤电站集成系统，另一路来自UPS供电系统。

本实用新型的光电DCS控制柜18和保护仪表不停电电源(UPS供电系统)容量需经核算，必要时需增加UPS供电系统容量，以保证系统电源失电时光电DCS控制柜18的30分钟的需要。

本实用新型所述的热工控制系统设置接地汇聚箱，接地电阻小于1欧姆。

本实用新型的热工控制系统主要对太阳能集热系统进行远程监测和启停控制，对聚光集热系统、冷却系统、膨胀系统、循环泵系统和电加热系统设备进行集中监测和控制，对试验站的配电系统的电量参数和开关状态进行监测。主要闭环控制回路包括换热器201的温度控制、空气冷却器301的温度控制、传热介质系统泵出口的压力控制和膨胀罐501的压力控制等。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型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，均仍属于本实用新型方案的范围内。

Claims (9)

1.一种光煤互补太阳能热发电系统，其特征在于，包括太阳能集热系统和燃煤电站集成系统，太阳能集热系统包括用于加热传热介质的聚光集热系统(1)和用于驱动传热介质循环的传热介质系统，传热介质系统连接聚光集热系统(1)；所述的传热介质系统包括换热系统(2)，换热系统(2)接入燃煤电站集成系统；所述的聚光集热系统(1)聚光加热传热介质，传热介质经传热介质系统的换热系统(2)换热给燃煤电站集成系统，换热后的传热介质再经传热介质系统返回聚光集热系统(1)。

2.根据权利要求1所述的一种光煤互补太阳能热发电系统，其特征在于，所述的换热系统(2)包括换热器(201)，所述的燃煤电站集成系统包括依次连接的凝结水泵(10)、汽封加热器(11)、低压加热器(14)和除氧器(13)；所述换热器(201)的进水口连接凝结水泵(10)的出口，换热器(201)的出水口连接除氧器(13)。

3.根据权利要求2所述的一种光煤互补太阳能热发电系统，其特征在于，所述的凝结水泵(10)的出口端连接凝结水母管(15)；所述的凝结水母管(15)连接凝结水支管(16)，凝结水支管(16)连接至换热器(201)后接入除氧器(13)。

4.根据权利要求2所述的一种光煤互补太阳能热发电系统，其特征在于，所述凝结水泵(10)的出口和换热器(201)的进水口之间管路上依次设置止回阀、电动调节阀、孔板流量计和闸阀，所述的换热器(201)的出水口处管路上设置电动闸阀。

5.根据权利要求2所述的一种光煤互补太阳能热发电系统，其特征在于，所述除氧器(13)的入口管路上设置水质在线检测分析仪表。

6.根据权利要求2所述的一种光煤互补太阳能热发电系统，其特征在于，所述换热器(201)的出水口处管路上设置电伴热带。

7.根据权利要求1所述的一种光煤互补太阳能热发电系统，其特征在于，所述的聚光集热系统(1)包括多组串联在一起的抛物面槽式太阳能聚光器(101)。

8.根据权利要求1所述的一种光煤互补太阳能热发电系统，其特征在于，所述的传热介质为导热油。

9.根据权利要求1所述的一种光煤互补太阳能热发电系统，其特征在于，所述的传热介质系统还包括依次连接的冷却系统(3)、膨胀系统(5)、循环泵系统(6)和电加热系统(7)，所述的换热系统(2)的进口端连接聚光集热系统(1)，出口端连接冷却系统(3)，所述的电加热系统连接聚光集热系统(1)。