CN207348906U - 一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了属于清洁高效发电优化领域的一种耦合太阳能的氢气‑氧气燃烧联合循环发电系统。该系统包括塔式太阳能吸热器、压缩机1‑4、燃烧室1、燃烧室2、高压蒸汽透平、低压蒸汽透平、燃气轮机、发电机、凝汽器、凝结水泵、分流器、高温换热器、低温换热器。本实用新型提出塔式太阳能电站中集成纯氢与纯氧的燃烧，提高进入燃气轮机的蒸汽温度，并通过增设两个换热器装置以回收部分汽轮机排汽热量，有效地提高了系统热量的利用率。

Description

一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统
技术领域
本发明属于清洁高效发电优化领域，特别涉及一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统。
背景技术
随着化石能源的枯竭，能源问题日益受到人们的关注，大力发展可再生能源已经是各发达国家、发展中国家能源政策的主要议题。提高能源利用效率以及寻找和利用可再生能源以及新能源如太阳能、生物能、核电等具有重要意义。太阳能热发电技术越来越受到人们的关注，与太阳能光电技术相比其优势在于高温时热效率高，同时便于采用较为廉价的蓄热技术来储能。
为了实现智能电网内大规模间歇性清洁能源并网发电的可持续发展和协调、安全、可靠、高效运行，大规模储能技术是解决间歇性清洁能源并网发电所带来一系列问题的有效途径之一。
在众多的新能源中，氢为完全不含碳、最清洁的二次能源，同时也具有热值高、来源广泛等特点。从长远来看，零污染排放的氢能有着广阔的发展前景。20世纪90年代以来，以氢气为能源来推动经济发展的“氢经济”得到了各国的重视。围绕氢气的生产、储存和利用环节，各国都建立了相应的研究平台。而如何提高氢能的最终利用效率也是一项关键的技术。以燃气轮机为核心的燃气-蒸汽联合循环系统在技术上和商业应用上都取得了重大成果，但是循环所带来的低温烟气的散热损失，以及COx,NOx的污染问题仍旧没有办法解决，氢氧联合循环发电系统以燃气-蒸汽联合循环为模型，在循环效率和排放物污染问题上取得了重大突破。
氢氧联合循环以氢气为燃料，是一种高效、清洁的发电系统，考虑到氢氧燃烧产物只有水蒸气，与传统燃煤机组做功工质相同，所以可以考虑通过采取适当的形式，利用现有的设备使氢能在传统的燃煤机组中得以利用。利用太阳能制氢也是将来发展的方向。将氢氧联合循环与太阳能耦合，并利用氢储能替代常规的储能装置无疑是为清洁燃烧的可再生能源提供了一个新思路。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统，该系统包括压缩机1、压缩机2、压缩机3、压缩机4、燃烧室1、高压蒸汽透平、低压蒸汽透平、燃气轮机、凝汽器、凝结水泵、分流器、高温换热器、低温换热器、燃烧室2、塔式太阳能吸热器；其特征在于：塔式太阳能吸热器（1）与燃烧室1（2）并联在低温换热器（3）给水出口端和高压蒸汽透平（4）入口之间，压缩机1（5）和压缩机2（6）分别与燃烧室1（2）相连，高温换热器（7）下入口与高压蒸汽透平（4）出口相连，其上出口则与燃烧室2（8）蒸汽入口端串联连接；压缩机3（9）和压缩机4（10）分别连接在燃烧室2（8）气体入口端，燃烧室2（8）蒸汽出口端与燃气轮机（11）入口相连，燃气轮机（11）出口与高温换热器（7）上入口相连，高温换热器（7）下出口与低温换热器（3）上入口相连，而低温换热器（3）上出口则与低压蒸汽透平（12）入口相连；低压蒸汽透平（12）出口与凝汽器（13）、分流器（14）入口、凝结水泵（15）和低温换热器（3）给水入口端串联连接，同时分流器（14）出水口a端则与河道或者储水槽相连，以排出系统多余的工质水。
所述的一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统，其特征在于，塔式太阳能吸热器（1）与燃烧室1（2）并联在低温换热器（3）给水出口端和高压蒸汽透平（4）入口之间，给水经太阳能吸热器（1）加热至500℃左右，进入到高压蒸汽透平（4）中膨胀做功，压缩机1（5）和压缩机2（6）分别与燃烧室1（2）相连，高温换热器（7）下入口与高压蒸汽透平（4）出口相连，其上出口则与燃烧室2（8）蒸汽入口端串联连接。
所述的一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统，其特征在于，压缩机3（9）和压缩机4（10）分别连接在燃烧室2（8）气体入口端，燃烧室2（8）蒸汽出口端与燃气轮机（11）入口相连，高温换热器（7）出来的水蒸气经燃烧室2（8）中的高温水蒸气加热掺混至1500℃左右进入燃气轮机（11）膨胀做功，燃气轮机（11）出口与高温换热器（7）上入口相连，高温换热器（7）下出口与低温换热器（3）上入口相连，而低温换热器（3）上出口则与低压蒸汽透平（12）入口相连。
所述的一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统，其特征在于，低压蒸汽透平（12）出口与凝汽器（13）、分流器（14）入口、凝结水泵（15）和低温换热器（3）给水入口端串联连接，同时分流器（14）出水口a端则与河道或者储水槽相连，以排出系统多余的工质水。
本实用新型的有益效果是塔式太阳能电站中集成纯氢与纯氧的燃烧，提高进入燃气轮机的蒸汽温度。同时由于燃气透平排汽温度较高，所以增设两个换热器装置以回收部分汽轮机排汽热量，有效地提高了系统热量的利用率。
本实用新型首次提出在太阳能热发电站中将氢氧燃烧作为储能系统，同时利用氢氧燃烧来加热燃气轮机进口蒸汽温度，并利用太阳能热解煤的方式制氢，巧妙的解决了太阳能昼夜分布不均、夜晚供能不足的问题，使系统能够达到持续发电的状态，实现了清洁能源利用、年发电量增加的双重效果，节能效益显著。因此具有如下特点：
1.太阳能充足的时候，给水经塔式太阳能吸热器吸热后，高温高压的蒸汽进入高压蒸汽透平中膨胀做功，排汽经高温换热器加热后进入燃烧室2,燃烧室2以纯氢为燃料，以纯氧为氧化剂，反应生成1300~1500℃的高温水蒸气，与高压蒸汽透平排汽混合后进入燃气轮机膨胀做功；
2. 排汽先经过高温换热器加热高压蒸汽透平出口蒸汽，再经过低温换热器加热给水，然后才进入低压蒸汽透平做功，蒸汽在低压蒸汽透平做功后凝结成水，分流器分离出氢氧燃烧产生的水量后经凝结水泵升压，经低温换热器加热后进入塔式太阳能吸热器，从而完成一个循环；
3. 太阳能不足时，采用氢氧燃烧方式提供合适的主蒸汽温度和压力进入高压蒸汽透平做功，达到氢储能的效果。
附图说明
图1为一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统示意图。
具体实施方式
本实用新型提出一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统。下面结合附图和实施案例予以说明。
如图1所示的一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统，该系统包括压缩机1、压缩机2、压缩机3、压缩机4、燃烧室1、高压蒸汽透平、低压蒸汽透平、燃气轮机、凝汽器、凝结水泵、分流器、高温换热器、低温换热器、燃烧室2、塔式太阳能吸热器；
塔式太阳能吸热器（1）与燃烧室1（2）并联在低温换热器（3）给水出口端和高压蒸汽透平（4）入口之间，压缩机1（5）和压缩机2（6）分别与燃烧室1（2）相连，高温换热器（7）下入口与高压蒸汽透平（4）出口相连，其上出口则与燃烧室2（8）蒸汽入口端串联连接；压缩机3（9）和压缩机4（10）分别连接在燃烧室2（8）气体入口端，燃烧室2（8）蒸汽出口端与燃气轮机（11）入口相连，燃气轮机（11）出口与高温换热器（7）上入口相连，高温换热器（7）下出口与低温换热器（3）上入口相连，而低温换热器（3）上出口则与低压蒸汽透平（12）入口相连；低压蒸汽透平（12）出口与凝汽器（13）、分流器（14）入口、凝结水泵（15）和低温换热器（3）给水入口端串联连接，同时分流器（14）出水口a端则与河道或者储水槽相连，以排出系统多余的工质水。
如图1所示的一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统中，太阳能充足的时候，给水经塔式太阳能吸热器（1）吸热至500℃左右，高温高压的蒸汽进入高压蒸汽透平（4）中膨胀做功，排汽经高温换热器（7）加热后进入燃烧室2（8）,燃烧室2（8）以纯氢为燃料，以纯氧为氧化剂，反应生成高温水蒸气，与高压蒸汽透平（4）排汽混合后（约1500℃）进入燃气轮机（11）膨胀做功。
如图1所示的一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统中，因燃气轮机（11）的排汽有较高的温度（500℃左右），因此排汽先经过高温换热器（7）加热高压蒸汽透平（4）出口蒸汽，再经过低温换热器（3）加热给水，然后才进入低压蒸汽透平（12）做功，蒸汽在低压蒸汽透平（12）做功后经凝汽器（13）凝结成水，分流器（14）将氢氧燃烧产生的水量分离到河流或者储水槽的同时其余水经凝结水泵（13）升压，经低温换热器（3）加热后进入塔式太阳能吸热器（1），从而完成一个循环。
如图1所示的一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统中，太阳能不足时，采用氢氧燃烧方式提供合适的主蒸汽温度（约500℃）和压力进入高压蒸汽透平（4）做功。
本实用新型首次提出在太阳能热发电站中将氢氧燃烧作为储能系统，同时利用氢氧燃烧来加热燃气轮机进口蒸汽温度，并利用太阳能热解煤的方式制氢，同时增设两个换热器装置以回收部分汽轮机排汽热量，不仅巧妙的解决了太阳能昼夜分布不均、夜晚供能不足的问题，而且有效的提高了系统热量的利用率，使系统能够达到持续发电的状态，实现了清洁能源利用、年发电量增加的双重效果，节能收益效果显著。

Claims (4)

1.一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统，该系统包括压缩机1、压缩机2、压缩机3、压缩机4、燃烧室1、高压蒸汽透平、低压蒸汽透平、燃气轮机、凝汽器、凝结水泵、分流器、高温换热器、低温换热器、燃烧室2、塔式太阳能吸热器；其特征在于：塔式太阳能吸热器（1）与燃烧室1（2）并联在低温换热器（3）给水出口端和高压蒸汽透平（4）入口之间，压缩机1（5）和压缩机2（6）分别与燃烧室1（2）相连，高温换热器（7）下入口与高压蒸汽透平（4）出口相连，其上出口则与燃烧室2（8）蒸汽入口端串联连接；压缩机3（9）和压缩机4（10）分别连接在燃烧室2（8）气体入口端，燃烧室2（8）蒸汽出口端与燃气轮机（11）入口相连，燃气轮机（11）出口与高温换热器（7）上入口相连，高温换热器（7）下出口与低温换热器（3）上入口相连，而低温换热器（3）上出口则与低压蒸汽透平（12）入口相连；低压蒸汽透平（12）出口与凝汽器（13）、分流器（14）入口、凝结水泵（15）和低温换热器（3）给水入口端串联连接，同时分流器（14）出水口a端则与河道或者储水槽相连，以排出系统多余的工质水。
2.根据权利要求1所述一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统，其特征在于，塔式太阳能吸热器（1）与燃烧室1（2）并联在低温换热器（3）给水出口端和高压蒸汽透平（4）入口之间，压缩机1（5）和压缩机2（6）分别与燃烧室1（2）相连，高温换热器（7）下入口与高压蒸汽透平（4）出口相连，其上出口则与燃烧室2（8）蒸汽入口端串联连接。
3.根据权利要求1所述一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统，其特征在于，压缩机3（9）和压缩机4（10）分别连接在燃烧室2（8）气体入口端，燃烧室2（8）蒸汽出口端与燃气轮机（11）入口相连，燃气轮机（11）出口与高温换热器（7）上入口相连，高温换热器（7）下出口与低温换热器（3）上入口相连，而低温换热器（3）上出口则与低压蒸汽透平（12）入口相连。
4.根据权利要求1所述一种耦合太阳能的氢气-氧气燃烧联合循环发电系统，其特征在于，低压蒸汽透平（12）出口与凝汽器（13）、分流器（14）入口、凝结水泵（15）和低温换热器（3）给水入口端串联连接，同时分流器（14）出水口a端则与河道或者储水槽相连，以排出系统多余的工质水。
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