CN212055006U - 沼气提纯生物天然气辅助槽式太阳能热发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种沼气提纯生物天然气辅助槽式太阳能热发电系统，包括：槽式太阳能热发电单元、沼气发生单元、沼气净化提纯并储存天然气单元、防凝锅炉、启动锅炉、采暖锅炉。优点：利用生物质沼气提纯天然气为槽式太阳能发电的提供气源，通过防凝锅炉、启动锅炉为槽式太阳能热发电系统提供导热油防凝以及汽轮机启动时段的轴封、除氧用汽，生物质沼气提存天然气不仅将植物秸秆、动物粪便等废弃物变废为宝，而且使槽式太阳能发电拜托依赖化石天然气资源的建设条件限制，有利于槽式太阳能热发电项目的推广与应用。

Description

沼气提纯生物天然气辅助槽式太阳能热发电系统

技术领域：

本实用新型涉及一种光热发电系统，尤其涉及一种沼气提纯生物天然气辅助槽式太阳能热发电系统。

背景技术：

我国幅员辽阔，太阳能资源广泛而丰富。太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应产生的能量，也是地球上最主要的能量来源，如果能够有效利用，可以产生巨大的作用。光热发电是一种较好的太阳能利用方式，还有极好的发电效果，是目前唯一有望作为基荷电力的清洁能源形式，必要的情况下可实现24小时全天候运行，解决了新能源的“最大难题”——能量储存，从而实现了电力输出“连续、稳定、可控”，而且直接输出交流电，并网友好。在技术较为成熟的槽式光热发电中，导热油防凝装置和启动锅炉房需要燃用天然气，天然气燃烧产生的热能主要用于加热导热油，防止导热油低温凝结，或者生产机组启动时的给水除氧和轴封用气，以及厂区采暖用气等。使用天然气优质、高效，较煤、液化石油气等燃烧产物对环境的污染少，与汽油相比，有害有毒物质排放量能降低85％左右，较为环保，而且价格上具有很大的优势。光热项目建设场地通常是远离城区，而天然气管道经过的地区会选择人口聚集密度较大的城区，因此光热项目对天然气的需求难以通过管道天然气解决。

生物天然气是利用农作物秸秆、养殖粪污等农村有机废弃物为原料，利用厌氧发酵工艺制成沼气，后经沼气进行提纯为天然气。在我国，生物天然气的原料在农村地区随处可见，可以就地收集起来进行沼气生产，提纯生物天然气，可满足光热发电项目用气需求，一般5 万千瓦的光热项目年消耗天然气量大约360万标准立方米。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于将光热发电技术与沼气提纯天然气技术相结合，光热发电由于有储热的功能，可实现全天候连续发电，较风力发电、光伏发电等其他可再生能源发电优势明显，但其易受地区天然气供应条件等影响，在场址选择和经济性方面受到制约。就地建设沼气工程，提纯生物天然气，就近满足光热发电防凝、启动与供暖的用气需求，可以有效解决太阳能热发电技术在太阳能资源较好但天然气供应条件较差地区的推广应用。

本实用新型由如下技术方案实施：沼气提纯生物天然气辅助槽式太阳能热发电系统，包括有槽式太阳能热发电单元(1)、沼气发生单元(2)、沼气净化提纯并储存天然气单元(3)、防凝锅炉(4)、启动锅炉(5)、采暖锅炉(6)；所述槽式太阳能热发电单元(1)的预热器(1.7)导热油出口与所述防凝锅炉(4)的导热油入口通过管道连通，所述防凝锅炉(4)的导热油出口与所述槽式太阳能热发电单元 (1)的槽式太阳能集热器(1.1)导热油入口通过管道连通；当导热油温度低于设定值时，防凝锅炉(4)可对导热油进行防凝加热；所述沼气发生单元(2)的发酵罐(2.2)出气口与所述沼气净化提纯并储存天然气单元(3)的净化提纯装置(3.1)的入口通过管道连通，产生的沼气进入净化提纯装置进行净化和提纯，所述沼气净化提纯并储存天然气单元(3)的储气罐(3.2)分别与所述防凝锅炉(4)、启动锅炉(5)以及采暖锅炉(6)通过管道连通；

所述启动锅炉(5)分别与槽式太阳能热发电单元(1)中的汽轮发电机组(1.8)的轴封汽供汽管路进气口、除氧器(1.11)的辅助加热管路进气口通过管道连通，启动锅炉(5)作为汽轮发电机组(1.8) 的辅助蒸汽气源，在启动初期，由启动锅炉(5)向汽轮发电机组(1.8) 的轴封及除氧器(1.11)供汽，当主蒸汽参数满足轴封供汽要求时，由主蒸汽向汽轮发电机组(1.8)的轴封及除氧器(1.11)供汽。

进一步的，所述槽式太阳能热发电单元(1)包括槽式太阳能集热器(1.1)、过热器(1.5)、蒸汽发生器(1.6)、预热器(1.7)、汽轮发电机组(1.8)、冷凝器(1.9)、低压给水预热器(1.10)、除氧器(1.11)；所述槽式太阳能集热器(1.1)的导热油出口通过导热油管路分别与所述油-盐换热器(1.2)的导热油入口和过热器(1.5) 的导热油入口连通，所述过热器(1.5)的导热油出口与所述蒸汽发生器(1.6)的导热油入口通过管道连通，所述蒸汽发生器(1.6)的导热油出口与所述预热器(1.7)的导热油入口通过管道连通，

所述过热器(1.5)的蒸汽出口与所述汽轮发电机组(1.8)的蒸汽入口通过管道连通，所述汽轮发电机组(1.8)的出口与所述冷凝器(1.9)的入口通过管道连通，所述冷凝器(1.9)的出口与所述低压给水预热器(1.10)的入口通过管道连通，所述低压给水预热器(1.10)的出口与所述除氧器(1.11)的入口通过管道连通，所述除氧器(1.11)的出口所述预热器(1.7)的进水口通过管道连通，所述预热器(1.7)的出水口与所述蒸汽发生器(1.6)的进水口通过管道连通，所述蒸汽发生器(1.6)的蒸汽出口与所述过热器(1.5)的蒸汽入口通过管道连通；汽轮发电机组(1.8)发电后的乏汽进入冷凝器(1.9)凝结为液态的水，液态水经冷凝器(1.9)回到低温给水预热器(1.10)，再经过除氧器(1.11)的完成除氧作用后进入预热器(1.7)，在预热器(1.7)经过与导热油第一次换热被加热后的水进入蒸汽发生器(1.6)，在蒸汽发生器(1.6)与导热油第二次换热后生成水蒸气，水蒸气经过过热器(1.5)被导热油加热为过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮发电机组(1.8)驱动汽轮机发电。

进一步的，所述槽式太阳能热发电单元(1)还包括油-盐换热器 (1.2)、低温熔盐罐(1.3)和高温熔盐罐(1.4)，所述低温熔盐罐 (1.3)内设有低温熔盐泵，所述高温熔盐罐(1.4)内设有高温熔盐泵，所述油-盐换热器(1.2)的导热油入口与所述槽式太阳能集热器(1.1)的导热油出口通过管道连通，所述油-盐换热器(1.2)的导热油出口与所述槽式太阳能集热器(1.1)的导热油入口通过管道连通；所述低温熔盐泵和所述高温熔盐泵分别与所述油-盐换热器(1.2) 的两个熔盐接口通过管道连通。

当槽式太阳能集热器(1.1)收集的太阳能热量用于汽轮机发电后仍有盈余时，盈余热量需进行储存，则启动设置在低温熔盐罐(1.3) 底部低温熔盐管路上熔盐吸入口的低温熔盐泵，低温熔盐与导热油分别进入油-盐换热器(1.2)的油盐两侧管路里，在油-盐换热器(1.2) 进行换热，低温熔盐吸收热量，温度升高，进入高温熔盐罐(1.4)；需要储能系统发电时，则启动设置在高温熔盐罐(1.4)底部高温熔盐管路上熔盐吸入口的高温熔盐泵，高温熔盐被抽出后，高温熔盐与导热油分别进入油-盐换热器(1.2)的油盐两侧管路里，在油-盐换热器(1.2)进行换热，被加热后的导热油分别经过过热器(1.5)、蒸汽发生器(1.6)、预热器(1.7)，将热量传递给水和蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机进行发电，换热后的熔盐进入低温熔盐罐(1.3)进行储存。

进一步的，所述沼气发生单元(2)包括预处理池(2.1)和发酵罐(2.2)，所述预处理池(2.1)的出料口与所述发酵罐(2.2)的进料口连通。

进一步的，所述沼气净化提纯并储存天然气单元(3)包括净化提纯装置(3.1)和储气罐(3.2)；所述净化提纯装置(3.1)的出气口和所述储气罐(3.2)的进气口通过管道连通。

本实用新型的槽式太阳能热发电单元，抛物型槽式聚光镜面将太阳能光汇集在太阳能集热器上，集热器管内导热油被加热后，一部分高温导热油流经过热器、蒸汽发生器及预热器将水加热成过热蒸汽，然后用过热蒸汽来驱动汽轮发电机组发电，另一部分高温导热油将盈余热能通过油-盐换热器储存在熔盐储罐中。在白天太阳能资源较好时段，当太阳能集热场吸收的热量高于汽轮发电机组设计容量所需热量时，储能系统进入储能工作模式，启动低温熔盐泵，低温熔盐与高温导热油在油-盐换热器换热，低温熔盐吸收热量温度升高，进入高温熔盐罐，将热量储存在高温熔盐罐；在夜间或白天太阳能资源较差时段，储热装置开启放热工作模式，启动高温熔盐泵，热量通过油- 盐换热器，将低温导热油加热成高温导热油，高温导热油送至过热器、蒸汽发生器及预热器，将水加热后产生过热蒸汽，驱动汽轮机发电，从而延长日照时数以外光热发电单元的运行时数。

在沼气发生单元和沼气净化提纯并储存天然气单元，根据光热发电规模，确定其每年消耗的天然气规模，确定所需沼气生产规模。植物秸秆和动物粪便等有机废弃物经过预处理后进入发酵罐中，厌氧发酵后产生沼气，沼气进入净化装置，经脱硫、脱水净化后，提纯为生物天然气，最后进入储气罐进行存储。

本实用新型的防凝锅炉，当太阳能集热场不运行且室外温度较低时，为防止导热油温度过低而发生凝结，生物天然气进入防凝锅炉燃烧，并将热量传递给导热油，防止导热油凝结。

本实用新型的启动锅炉，在槽式太阳能热发电单元汽轮机组启动初期，启动锅炉提供辅助蒸汽汽源，向轴封、除氧器供汽。

本实用新型的采暖锅炉，提纯后的生物天然气还作为厂区采暖用气，天然气进入采暖锅炉进行燃烧，为厂区用热单位供暖。

本实用新型具有如下优点：第一，打破了槽式热发电项目依赖天然气气源的建设条件限制，使光热发电的建设场址可选范围扩大，有利于槽式热发电项目的推广应用；第二，将污染农村生存环境的植物秸秆、动物粪便等有机废弃物变废为宝，通过将生物质生产沼气，提纯天然气，实现了较高的经济价值，改善了农村人居环境和大气环境；第三，槽式太阳能热发电可以持续产生稳定的用气需求，解决了生物天然气的市场销路问题，为沼气提纯生物天然气产业提供消费途径。

附图说明：

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实施例沼气提纯生物天然气辅助槽式太阳能热发电系统的示意图。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示的，沼气提纯生物天然气辅助槽式太阳能热发电系统，包括有槽式太阳能热发电单元1、沼气发生单元2、沼气净化提纯并储存天然气单元3、防凝锅炉4、启动锅炉5、采暖锅炉6；槽式太阳能热发电单元1的预热器1.7导热油出口与防凝锅炉4的导热油入口通过管道连通，防凝锅炉4的导热油出口与槽式太阳能热发电单元1的槽式太阳能集热器1.1导热油入口通过管道连通；当导热油温度低于设定值时，防凝锅炉4可对导热油进行防凝加热；沼气发生单元2的发酵罐2.2出气口与沼气净化提纯并储存天然气单元3的净化提纯装置3.1的入口通过管道连通，产生的沼气进入净化提纯装置进行净化和提纯，沼气净化提纯并储存天然气单元3的储气罐3.2分别与防凝锅炉4、启动锅炉5以及采暖锅炉6通过管道连通；

启动锅炉5分别与槽式太阳能热发电单元1中的汽轮发电机组 1.8的轴封汽供汽管路进气口、除氧器1.11的辅助加热管路进气口通过管道连通，启动锅炉5作为汽轮发电机组1.8的辅助蒸汽气源，在启动初期，由启动锅炉5向汽轮发电机组1.8的轴封及除氧器1.11供汽，当主蒸汽参数满足轴封供汽要求时，由主蒸汽向汽轮发电机组 1.8的轴封及除氧器1.11供汽。

槽式太阳能热发电单元1包括槽式太阳能集热器1.1、过热器 1.5、蒸汽发生器1.6、预热器1.7、汽轮发电机组1.8、冷凝器1.9、低压给水预热器1.10、除氧器1.11；槽式太阳能集热器1.1的导热油出口通过导热油管路分别与油-盐换热器1.2的导热油入口和过热器1.5的导热油入口连通，过热器1.5的导热油出口与蒸汽发生器 1.6的导热油入口通过管道连通，蒸汽发生器1.6的导热油出口与预热器1.7的导热油入口通过管道连通，

过热器1.5的蒸汽出口与汽轮发电机组1.8的蒸汽入口通过管道连通，汽轮发电机组1.8的出口与冷凝器1.9的入口通过管道连通，冷凝器1.9的出口与低压给水预热器1.10的入口通过管道连通，低压给水预热器1.10的出口与除氧器1.11的入口通过管道连通，除氧器1.11的出口预热器1.7的进水口通过管道连通，预热器1.7的出水口与蒸汽发生器1.6的进水口通过管道连通，蒸汽发生器1.6的蒸汽出口与过热器1.5的蒸汽入口通过管道连通；汽轮发电机组1.8发电后的乏汽进入冷凝器1.9凝结为液态的水，液态水经冷凝器1.9回到低温给水预热器1.10，再经过除氧器1.11的完成除氧作用后进入预热器1.7，在预热器1.7经过与导热油第一次换热被加热后的水进入蒸汽发生器1.6，在蒸汽发生器1.6与导热油第二次换热后生成水蒸气，水蒸气经过过热器1.5被导热油加热为过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮发电机组1.8驱动汽轮机发电。

槽式太阳能热发电单元1还包括油-盐换热器1.2、低温熔盐罐 1.3和高温熔盐罐1.4，低温熔盐罐1.3内设有低温熔盐泵，高温熔盐罐1.4内设有高温熔盐泵，油-盐换热器1.2的导热油入口与槽式太阳能集热器1.1的导热油出口通过管道连通，油-盐换热器1.2的导热油出口与槽式太阳能集热器1.1的导热油入口通过管道连通；低温熔盐泵和高温熔盐泵分别与油-盐换热器1.2的两个熔盐接口通过管道连通。

当槽式太阳能集热器1.1收集的太阳能热量用于汽轮机发电后仍有盈余时，盈余热量需进行储存，则启动设置在低温熔盐罐1.3底部低温熔盐管路上熔盐吸入口的低温熔盐泵，低温熔盐与导热油分别进入油-盐换热器1.2的油盐两侧管路里，在油-盐换热器1.2进行换热，低温熔盐吸收热量，温度升高，进入高温熔盐罐1.4；需要储能系统发电时，则启动设置在高温熔盐罐1.4底部高温熔盐管路上熔盐吸入口的高温熔盐泵，高温熔盐被抽出后，高温熔盐与导热油分别进入油-盐换热器1.2的油盐两侧管路里，在油-盐换热器1.2进行换热，被加热后的导热油分别经过过热器1.5、蒸汽发生器1.6、预热器1.7，将热量传递给水和蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机进行发电，换热后的熔盐进入低温熔盐罐1.3进行储存。

沼气发生单元2包括预处理池2.1和发酵罐2.2，预处理池2.1 的出料口与发酵罐2.2的进料口连通。

沼气净化提纯并储存天然气单元3包括净化提纯装置3.1和储气罐3.2；净化提纯装置3.1的出气口和储气罐3.2的进气口通过管道连通。

本实施例中沼气净化、提纯储存天然气单元3中的净化装置3.1 主要涉及到净化和提纯两个步骤，净化是去除沼气中微量的有害成分，如沼气中的硫主要以H₂S形式存在，须予以脱除，提纯主要是对沼气中的CO₂进行去除，减少CO₂的含量，增大CH₄的纯度。沼气的净化提纯工艺主要是保留其可燃和助燃成分，包括CH₄、H₂、O₂和CO，并对沼气中的CO₂、H₂S、H₂O和其他杂质进行去除。沼气净化提纯技术经过多年的发展，已形成一系列的成熟技术，且在市场已有成熟的设备可供选择，如浙江合坤生物能源科技有限公司自主研发的“沼气净化提纯制CNG/LNG成套技术装置”、湖南和道资源科技有限公司膜分离法沼气净化提纯成生物质天然气设备等。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、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 (5)

1.沼气提纯生物天然气辅助槽式太阳能热发电系统，其特征在于，其包括有槽式太阳能热发电单元(1)、沼气发生单元(2)、沼气净化提纯并储存天然气单元(3)、防凝锅炉(4)、启动锅炉(5)、采暖锅炉(6)；槽式太阳能热发电单元(1)的预热器(1.7)导热油出口与防凝锅炉(4)的导热油入口通过管道连通，防凝锅炉(4)的导热油出口与槽式太阳能热发电单元(1)的槽式太阳能集热器(1.1)导热油入口通过管道连通；沼气发生单元(2)的发酵罐(2.2)出气口与沼气净化提纯并储存天然气单元(3)的净化提纯装置(3.1)的入口通过管道连通，沼气净化提纯并储存天然气单元(3)的储气罐(3.2)分别与防凝锅炉(4)、启动锅炉(5)以及采暖锅炉(6)通过管道连通；

启动锅炉(5)分别与槽式太阳能热发电单元(1)中的汽轮发电机组(1.8)的轴封汽供汽管路进气口、除氧器(1.11)的辅助加热管路进气口通过管道连通，启动锅炉(5)作为汽轮发电机组(1.8)的辅助蒸汽气源，在启动初期，由启动锅炉(5)向汽轮发电机组(1.8)的轴封及除氧器(1.11)供汽，当主蒸汽参数满足轴封供汽要求时，由主蒸汽向汽轮发电机组(1.8)的轴封及除氧器(1.11)供汽。

2.根据权利要求1所述的沼气提纯生物天然气辅助槽式太阳能热发电系统，其特征在于，槽式太阳能热发电单元(1)包括槽式太阳能集热器(1.1)、过热器(1.5)、蒸汽发生器(1.6)、预热器(1.7)、汽轮发电机组(1.8)、冷凝器(1.9)、低压给水预热器(1.10)、除氧器(1.11)；槽式太阳能集热器(1.1)的导热油出口通过导热油管路分别与油-盐换热器(1.2)的导热油入口和过热器(1.5)的导热油入口连通，过热器(1.5)的导热油出口与蒸汽发生器(1.6)的导热油入口通过管道连通，蒸汽发生器(1.6)的导热油出口与预热器(1.7)的导热油入口通过管道连通；过热器(1.5)的蒸汽出口与汽轮发电机组(1.8)的蒸汽入口通过管道连通，汽轮发电机组(1.8)的出口与冷凝器(1.9)的入口通过管道连通，冷凝器(1.9)的出口与低压给水预热器(1.10)的入口通过管道连通，低压给水预热器(1.10)的出口与除氧器(1.11)的入口通过管道连通，除氧器(1.11)的出口预热器(1.7)的进水口通过管道连通，预热器(1.7)的出水口与蒸汽发生器(1.6)的进水口通过管道连通，蒸汽发生器(1.6)的蒸汽出口与过热器(1.5)的蒸汽入口通过管道连通；汽轮发电机组(1.8)发电后的乏汽进入冷凝器(1.9)凝结为液态的水，液态水经冷凝器(1.9)回到低温给水预热器(1.10)，再经过除氧器(1.11)的完成除氧作用后进入预热器(1.7)，在预热器(1.7)经过与导热油第一次换热被加热后的水进入蒸汽发生器(1.6)，在蒸汽发生器(1.6)与导热油第二次换热后生成水蒸气，水蒸气经过过热器(1.5)被导热油加热为过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮发电机组(1.8)驱动汽轮机发电。

3.根据权利要求2所述的沼气提纯生物天然气辅助槽式太阳能热发电系统，其特征在于，槽式太阳能热发电单元(1)还包括油-盐换热器(1.2)、低温熔盐罐(1.3)和高温熔盐罐(1.4)，低温熔盐罐(1.3)内设有低温熔盐泵，高温熔盐罐(1.4)内设有高温熔盐泵，油-盐换热器(1.2)的导热油入口与槽式太阳能集热器(1.1)的导热油出口通过管道连通，油-盐换热器(1.2)的导热油出口与槽式太阳能集热器(1.1)的导热油入口通过管道连通；低温熔盐泵和高温熔盐泵分别与油-盐换热器(1.2)的两个熔盐接口通过管道连通。

4.根据权利要求1所述的沼气提纯生物天然气辅助槽式太阳能热发电系统，其特征在于，沼气发生单元(2)包括预处理池(2.1)和发酵罐(2.2)，预处理池(2.1)的出料口与发酵罐(2.2)的进料口连通。

5.根据权利要求1所述的沼气提纯生物天然气辅助槽式太阳能热发电系统，其特征在于，沼气净化提纯并储存天然气单元(3)包括净化提纯装置(3.1)和储气罐(3.2)；净化提纯装置(3.1)的出气口和储气罐(3.2)的进气口通过管道连通。

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