太陽能光熱與bigcc集成的聯合發電系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統，包括太陽能聚光集熱系統、生物質氣化裝置、燃氣發電機、蒸汽輪機、蒸汽發電機，太陽能聚光集熱系統連接太陽能換熱系統；生物質氣化裝置通過燃氣壓縮機、燃燒室、燃氣透平機連接到燃氣發電機，燃氣透平機的輸出同時連接到燃氣余熱系統，燃氣余熱系統的低壓蒸汽輸出口連接到蒸汽輪機的中、低壓缸，燃氣余熱系統的高壓蒸汽輸出口與太陽能換熱系統產生的高壓蒸汽都連接到蒸汽混合調節系統，蒸汽混合調節系統輸出連接到蒸汽輪機的高壓缸，借助蒸汽混合調節系統，實現不同溫度蒸汽混合及蒸汽溫度加以調節控制，滿足滑參數蒸汽輪機用汽要求，實現太陽能光熱與生物質能雙能源、燃機布雷登與蒸汽朗肯循環相疊加的雙循環聯合發電模式。
【專利說明】太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統，屬于可再生新能源領域中，太陽能光熱與生物質能聯合發電的利用技術，具體地是指太陽能光熱與生物質氣化、燃氣一蒸汽聯合循環(BIGCC)集成新的聯合發電系統。
【背景技術】
[0002]太陽能和生物質能是分布廣泛、取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源，經濟、高效地利用它們是緩解甚至解決能源危機最有效的途徑。
[0003]光熱發電與常規熱力發電的工作原理相同，區別在于熱源形式不同，太陽能光熱發電是利用聚光集熱系統，聚集太陽的輻射能，通過光熱轉換、熱電轉換，從而實現太陽能的光熱發電過程。
[0004]太陽能主要的聚光集熱方式有:槽式、塔式、碟式和菲涅爾式四種，槽式系統結構簡單，只需單軸跟蹤，技術較為成熟，是目前已真正商業化的光熱發電系統；塔式須雙軸跟蹤，且對跟蹤控制技術的要求極高，商業化技術風險較大；碟式結構緊湊，安裝方便，適合于分布式能源系統，但其核心部件斯特林發動機技術難度大；菲涅爾式只適用于小規模中低溫太陽能熱利用。因此，現階段，采用槽式太陽能熱發電技術才是最可靠的、最合理的選擇。
[0005]然而，在槽式太陽能光熱發電技術的實際應用中，也存在著一些局限性問題。
[0006]投資成本高:太陽能的能量密度低，聚光集熱所需的光場面積大，占地也大；
[0007]集熱品位低:槽式系統使用的集熱介質為導熱油，而導熱油所能承受的最高油溫為400°C，通過換熱所產生的蒸汽只能達到390°C左右，而現代汽機的主蒸汽溫度最低也在435°C以上；
[0008]光熱供給不穩定:隨著時間及晝夜的變更，光熱供應存在波動和間歇性；
[0009]這些特性決定了太陽能光熱發電的效率低、成本高；電廠晝運夜停，發電時數少、設備利用率低；裝置頻繁啟停，設備沖擊大，影響使用壽命。
[0010]當前，國外有采用帶輔助加熱裝置的純太陽能熱發電模式、或與天然氣集成ISCC聯合循環發電模式，前者間斷運行，電廠經濟效益較差；后一類電站建設條件苛刻，仍然依賴傳統化石能源，且投資較大，很難大范圍推廣應用。
[0011]尋求一種與常規發電平臺的復合對接，實現高效連續運行，是當前槽式太陽能熱發電系統的重要研究方向。
【發明內容】
[0012]本實用新型的目的是提供一種太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統，利用BIGCC蒸汽朗肯循環滑參數運行的特點，將太陽能光熱集成到BIGCC的蒸汽朗肯循環中去，組成雙能源、雙循環聯合的能源梯級利用發電系統，有效解決槽式光熱蒸汽溫度低、太陽能供給存在間歇性、不穩定性問題。
[0013]本實用新型的技術方案:本實用新型的一種太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統包括太陽能聚光集熱系統、生物質氣化裝置、燃氣發電機、蒸汽輪機、蒸汽發電機，其太陽能聚光集熱系統連接太陽能換熱系統；生物質氣化裝置通過燃氣壓縮機、燃燒室、燃氣透平機連接到燃氣發電機，燃氣透平機的輸出同時連接到燃氣余熱系統，燃氣余熱系統的低壓蒸汽輸出口連接到蒸汽輪機的中、低壓缸，燃氣余熱系統的高壓蒸汽輸出口與太陽能換熱系統產生的高壓蒸汽都連接到蒸汽混合調節系統，蒸汽混合調節系統輸出連接到蒸汽輪機的聞壓缸。
[0014]所述的蒸汽混合調節系統包括混合器外殼，高壓蒸汽噴管由混合器外殼后端伸至腔體中前部，高壓蒸汽噴管的前端封閉，前部管壁上有噴汽孔，高壓蒸汽噴管的后端為高壓蒸汽入口，高壓蒸汽噴管的后部高壓蒸汽入口內安裝有減溫水噴管；減溫水噴管伸入到高壓蒸汽噴管中部分有噴水孔，減溫水噴管的外端減溫水入口連接電磁閥；混合器外殼后部外壁上有太陽能換熱系統蒸汽入口 ；混合器外殼前部外壁上安裝測溫器，測溫器探頭伸至混合器外殼內腔中，測溫器信號線連接溫度控制器，溫度控制器的控制輸出端連接到減溫水噴管外端的電磁閥；混合器外殼的前端是混合蒸汽出口。
[0015]在高壓蒸汽噴管內的中后部有內襯套管，內襯套管由高壓蒸汽進口至噴汽孔布置區后部，內襯套管兩端外環與混合器外殼之間封閉。
[0016]所述的太陽能換熱系統包括加熱器、蒸發器和過熱器，過熱器與太陽能聚光集熱系統的導熱油系統連接，導熱油管路經過蒸發器和加熱器，加熱器有低溫導熱油出口與太陽能聚光集熱系統的導熱油系統回油口連接；加熱器內有換熱水管，換熱水管連接到蒸發器內；蒸發器上端有汽水分離器，汽水分離器的蒸汽出口連接蒸汽管路，蒸汽管路經過過熱器，其輸出口至蒸汽混合調節系統。
[0017]設太陽能儲熱系統，太陽能儲熱系統分別與太陽能換熱系統和太陽能聚光集熱系統連接。
[0018]本實用新型的優點及效果:
[0019]1、構建出一種太陽能光熱與生物質氣化、燃氣一蒸汽聯合循環(BIGCC)集成的聯合發電新系統，實現太陽能光熱與生物質能雙能源、燃機布雷登與蒸汽朗肯循環相疊加的雙循環聯合發電模式；
[0020]2、與光熱補入汽機回熱系統利用方式相比，本系統光熱利用包括工質加熱、蒸發和過熱等多級、梯級高效利用過程；
[0021]3、利用BIGCC系統熱源，簡化光熱發電配置，光場不設置輔助加熱設備、光熱蒸汽共用BIGCC余熱蒸汽的汽機和發電機，降低光熱發電設備投入；
[0022]4、配置蒸汽混合調節系統，實現不同溫度蒸汽混合共融，并對混合蒸汽溫度加以調節控制，滿足滑參數蒸汽輪機用汽要求；
[0023]5、通過配置儲熱和系統集成，有效解決太陽能供給存在間歇性、不穩定性問題；
[0024]6、借助BIGCC清潔、高效的系統平臺，提高光熱發電效率；還能節省光熱發電汽機設備和輔助加熱設備及系統的投入，降低光熱發電的投資成本；利用電廠周邊的生物質資源，擺脫ISCC對天然氣資源及供應管網的依賴；另外，還可利用光熱的有效補充，做大聯合電廠的裝機規模，提高聯合電廠的經濟效益和環保效益。
[0025]7、擺脫聯合電廠對天然氣資源及供應管網的依賴；
[0026]8、利用光熱的補充，做大聯合電廠裝機規模，提高電廠的經濟、環保效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本實用新型太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統的主要設備及流程示意圖。
[0028]圖2為圖1中太陽能換熱系統的示意圖。
[0029]圖3為圖1中蒸汽混合調節系統的示意圖。
[0030]圖中:1 一生物質氣化裝置，2—燃氣凈化裝置，3—燃氣壓縮機，4一燃機壓氣機，5一燃燒室，6—燃氣透平機，7一燃機發電機，8一燃機余熱系統，9一太陽能聚光集熱系統，10 一太陽能儲熱系統，11 一太陽能換熱系統，12 一蒸汽混合調節系統，13 一蒸汽輪機，14 一蒸汽發電機。
【具體實施方式】
[0031]本實用新型所述目的通過如下技術方案來實現，結合BIGCC的底循環為蒸汽朗肯循環，且汽輪機滑參數運行的特點，設立一套蒸汽混合調節系統，將槽式太陽能光熱蒸汽與BIGCC余熱高壓蒸汽進行混合，并對混合蒸汽溫度加以調節控制，將調溫后的混合蒸汽作為主蒸汽，送入蒸汽輪機膨脹做功，帶動發電機發電，實現光熱蒸汽與BIGCC余熱蒸汽的共機發電。
[0032]以下結合附圖對本實用新型的具體實施作進一步的詳細描述。
[0033]如圖1所示，本實用新型提供的一種太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統包括太陽能聚光集熱系統9、生物質氣化裝置1、燃氣發電機7、蒸汽輪機13、蒸汽發電機14，太陽能聚光集熱系統9連接太陽能換熱系統11 ;生物質氣化裝置I通過燃氣壓縮機3、燃燒室
5、燃氣透平機6連接到燃氣發電7機，燃氣透平機6的輸出同時連接到燃氣余熱系統8，燃氣余熱系統8的低壓蒸汽輸出口連接到蒸汽輪機13的中、低壓缸，燃氣余熱系統8的高壓蒸汽輸出口與太陽能換熱系統11產生的高壓蒸汽都連接到蒸汽混合調節系統12，蒸汽混合調節系統12的輸出連接到蒸汽輪機13的高壓缸。2是燃氣凈化裝置，4是燃機壓氣機。設太陽能儲熱系統10，太陽能儲熱系統10分別與太陽能換熱系統11和太陽能聚光集熱系統9連接。
[0034]圖3蒸汽混合調節系統示意圖:
[0035]蒸汽混合調節系統12包括混合器外殼12a，高壓蒸汽噴管12b由混合器外殼12a后端伸至腔體中前部，高壓蒸汽噴管12b的前端封閉，前部管壁上有噴汽孔12bl，高壓蒸汽噴管12b的后端為高壓蒸汽入口 12b2，高壓蒸汽噴管12b的后部高壓蒸汽入口 12b2內安裝有減溫水噴管12d ;減溫水噴管12d伸入到高壓蒸汽噴管12b中部分有噴水孔12dl，減溫水噴管12d的外端減溫水入口連接電磁閥12h ;混合器外殼12a后部外壁上有太陽能換熱系統蒸汽入口 12g ;混合器外殼12a前部外壁上安裝測溫器12e，測溫器12e探頭伸至混合器外殼12a內腔中，測溫器12e外端信號線連接溫度控制器12f，溫度控制器12f的控制輸出端連接到減溫水噴管12d外端的電磁閥12h ;混合器外殼12a的前端是混合蒸汽出口。
[0036]在蒸汽噴管12b內的中后部有內襯套管12c，內襯套管12c由高壓蒸汽進口至噴汽孔12bl布置區后部，噴汽孔12bl布置區約占約占蒸汽噴管12b的三分之一左右，蒸汽噴管12b的三分之二左右，內襯套管12c兩端外環與混合器外殼12a之間封閉。
[0037]燃氣余熱系統8的高壓蒸汽參數可設計為高壓1MPa或中壓3.82MPa，蒸汽溫度為485°C ;太陽能換熱系統11的蒸汽參數也可設計為高壓1MPa或中壓設3.82MPa，蒸汽溫度為390°C ;蒸汽輪機13的主蒸汽溫度選為435°C ;供至蒸汽輪機13的混合蒸汽溫度為435。。。
[0038]混合汽調節過程:通常情況下，混合蒸汽的溫度不會超過450°C，能滿足汽機的進汽要求，在光照較弱或無光照時，光熱蒸汽的流量偏少，混合汽存在超溫的可能，通過測量混合汽的溫度自動調節減溫噴水量，從而實現對混合汽溫的調節和控制。
[0039]來自燃機余熱系統的高壓蒸汽軸向進入高壓蒸汽噴管12b，在高壓蒸汽噴管12b內流動，沿途經過減溫水噴管12d、內襯套管12c，至中后部時再沿眾多徑向噴汽孔12bl噴出；太陽能光熱蒸汽由太陽能換熱系統蒸汽入口 12g進入，軸向流動，在中部與燃機余熱高壓蒸汽溫混合，混合蒸汽的溫度通過測溫器12e探頭測出，所測溫度送至溫度控制器12f，溫度控制器12f通過運算處理，得出混合汽溫的變化趨勢，經分析作出汽溫過高或過低的判斷，控制減溫水調節電磁閥12h執行開、關、增加或減少減溫水量的動作。
[0040]蒸汽混合調節系統實現的效果:
[0041]1、設置本系統，實現了太陽能光熱與BIGCC蒸汽朗肯循環的聯合，克服了余熱鍋爐、汽輪機難以單獨完成聯合的目標；
[0042]2、將兩種不同溫度的蒸汽混配為同一參數的蒸汽，滿足了汽輪機對進汽參數的要求；
[0043]3、簡化了汽輪機進汽系統及結構，節省了汽機設備的生產成本；
[0044]4、避免了汽溫大幅波動對汽機造成沖擊，確保汽機安全穩定運行。
[0045]圖2是太陽能光熱換熱系統示意圖:
[0046]太陽能換熱系統11包括加熱器11a、蒸發器Ilb和過熱器11c，過熱器Ilc與太陽能聚光集熱系統9的導熱油系統連接，導熱油管路Ilf經過蒸發器Ilb和加熱器11a，加熱器Ila有低溫導熱油出口與太陽能聚光集熱系統9的導熱油系統回油口連接；加熱器Ila內有換熱水管llg，換熱水管I Ig連接到蒸發器Ilb內；蒸發器Ilb上端有汽水分離器lld，汽水分離器Ild的蒸汽出口連接蒸汽管路llh，蒸汽管路Ilh經過過熱器11c，其輸出口至蒸汽混合調節系統12。
[0047]太陽能換熱系統流程:來給水泵Ile的水經換熱水管Ilg進入加熱器11a，水在此吸熱升溫，達到近飽和狀態后，進入蒸發器11b，在蒸發器Ilb中蒸發，飽和水相變成飽和蒸汽，經汽水分離器Ild分離，飽和汽送至過熱器11c，飽和水返回繼續蒸發，過熱器Ilc將飽和汽加熱成約390°C的過熱蒸汽經蒸汽管路Ilh送出；換熱系統的熱源來自太陽能集熱系統，高溫導熱油經高溫導熱油管路輸送至過熱器11，后依次流過蒸發器Ilb和加熱器11a，將所帶熱量傳遞給汽水后變為低溫導熱油，低溫導熱油經低溫導熱油管路送光場集熱系統再次吸熱升溫，如此往復循環，完成太陽能能光熱的換熱過程。
[0048]生物質原料在氣化裝置I內完成氣化，產生粗燃氣，粗燃氣送入燃氣凈化裝置2經洗滌、冷卻、除塵、脫硫等凈化處理，把粗燃氣中的粉塵、硫化物等雜質清除干凈，潔凈的燃氣經燃氣壓縮機3加壓送入燃燒室5，另一路，由制氧設備制得的氧氣經燃機壓氣機4加壓也輸送至燃燒室5，燃氣與氧氣在燃燒室5內燃燒，產生的高溫高壓煙氣進入燃機透平機6膨脹做功，帶動燃機發電機7發電，完成燃機布雷登循環，實現燃機發電過程。
[0049]燃氣透平機6排出的高溫煙氣送入燃機余熱系統8，與燃機余熱系統8的高、低壓受熱面進行熱交換，產生高、低壓兩種參數的蒸汽，高壓蒸汽溫度可達450°C?485°C，待與光熱蒸汽混合調溫后作為主蒸汽，進入蒸汽輪機13的高壓缸，余熱低壓蒸汽作為補汽，進入蒸汽輪機13的低壓缸膨脹做功，帶動發電機14發電，共同實現蒸汽朗肯循環發電過程。
[0050]與燃機余熱系統并聯設置有太陽能聚光集熱系統9，它由拋物面聚光鏡、真空集熱管、光場支架、跟蹤驅動裝置、導熱油系統等組成。根據光資源條件和設定的光熱發電容量和儲能小時數，確定聚光鏡場面積和集熱管數量，通過聚光和集熱，將太陽的輻射能轉化為導熱油的熱能。白天，一部分高溫導熱油直接去太陽能換熱系統11，在此與汽水換熱產生約390°C的中溫蒸汽；另一部分高溫導熱油與太陽能儲熱系10統進行熱交換，將多余的熱能儲存在儲熱系統10中，夜晚無光照時，則由儲熱系統10放熱，以滿足發電所需熱量。在太陽能換熱系統11中冷卻后的導熱油返回太陽能集熱系統9重新集熱，準備下一輪循環。
[0051]白天，一部分高溫導熱油直接去太陽能換熱系統與汽水換熱產來自燃機余熱系統的高溫蒸汽與來自太陽能換熱系統的中溫蒸汽在蒸汽混合調節系統12中混合，為控制混合蒸汽溫度的大幅波動，避免熱應力對汽輪機的沖擊，通過監測兩股蒸汽的流量及混合溫度。汽溫調節器輔以噴水減溫調節，將混合蒸汽溫度控制在400°C?450°C范圍內，并保證汽溫呈漸增或漸減的平穩變化勢態，以滿足汽輪機13的進汽要求。
[0052]所述太陽能儲熱系統主要包括熱罐、冷罐、油鹽換熱器、熔鹽泵和附屬管路系統，白天及光照較強時段，除部分光熱直接供往發電外，多余部分通過油鹽換熱器，將冷罐內的熔鹽介質加熱到設定溫度送往熱罐儲存，在光照降低或夜晚無光照時，光場不能滿足發電所需熱量時，則由儲熱系統釋放提供:熱罐內的熔鹽介質泵回油鹽換熱器，加熱光場導熱油介質，導熱油將熱量送回發電，冷卻后的熔鹽送至冷罐儲存。如此往復循環，完成儲存和釋放光熱的功能。
【權利要求】
1.一種太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統，包括太陽能聚光集熱系統(9)、生物質氣化裝置(I)、燃氣發電機(7)、蒸汽輪機(13)、蒸汽發電機(14)，其特征在于:太陽能聚光集熱系統(9 )連接太陽能換熱系統(11);生物質氣化裝置(I)通過燃氣壓縮機(3 )、燃燒室(5 )、燃氣透平機(6 )連接到燃氣發電機(7 )，燃氣透平機(6 )的輸出同時連接到燃氣余熱系統(8)，燃氣余熱系統(8)的低壓蒸汽輸出口連接到蒸汽輪機(13)的中、低壓缸，燃氣余熱系統(8)的高壓蒸汽輸出口與太陽能換熱系統(11)產生的高壓蒸汽都連接到蒸汽混合調節系統(12)，蒸汽混合調節系統(12)的輸出連接到蒸汽輪機(13)的高壓缸。
2.根據權利要求1所述的太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統，其特征在于:蒸汽混合調節系統(12)包括混合器外殼(12a)，高壓蒸汽噴管(12b)由混合器外殼(12a)后端伸至腔體中前部，高壓蒸汽噴管(12b)的前端封閉，前部管壁上有噴汽孔(12bl)，高壓蒸汽噴管(12b)的后端為高壓蒸汽入口( 12b2)，高壓蒸汽噴管(12b)的后部高壓蒸汽入口(12b2)內安裝有減溫水噴管(12d);減溫水噴管(12d)伸入到高壓蒸汽噴管(12b)中部分有噴水孔(12dl)，減溫水噴管(12d)的外端減溫水入口連接電磁閥(12h);混合器外殼(12a)后部外壁上有太陽能換熱系統蒸汽入口( 12g);混合器外殼(12a)前部外壁上安裝測溫器(12e)，測溫器(12e)探頭伸至混合器外殼(12a)內腔中，測溫器(12e)信號線連接溫度控制器(12f)，溫度控制器(12f)的控制輸出端連接到減溫水噴管(12d)外端的電磁閥(12h);混合器外殼(12a)的前端是混合蒸汽出口。
3.根據權利要求2所述的太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統，其特征在于:在高壓蒸汽噴管(12b)內的中后部有內襯套管(12c)，內襯套管(12c)由高壓蒸汽進口至噴汽孔(12bl)布置區后部，內襯套管(12c)兩端外環與混合器外殼(12a)之間封閉。
4.根據權利要求1或2或3所述的太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統，其特征在于:太陽能換熱系統(11)包括加熱器(11a)、蒸發器(Ilb)和過熱器(11c)，過熱器(Ilc)與太陽能聚光集熱系統(9)的導熱油系統連接，導熱油管路(Hf)經過蒸發器(Ilb)和加熱器(11a)，加熱器(Ila)有低溫導熱油出口與太陽能聚光集熱系統(9)的導熱油系統回油口連接；加熱器(Ila)內有換熱水管(Hg)，換熱水管(Hg)連接到蒸發器(Ilb)內；蒸發器(Ilb)上端有汽水分離器(I ld)，汽水分離器(Ild)的蒸汽出口連接蒸汽管路(I lh)，蒸汽管路(Ilh)經過過熱器(11c)，其輸出口至蒸汽混合調節系統(12)。
5.根據權利要求1或2或3所述的太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統，其特征在于:還包括太陽能儲熱系統(10)，太陽能儲熱系統(10)分別與太陽能換熱系統(11)和太陽能聚光集熱系統(9)連接。
6.根據權利要求4所述的太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統，其特征在于:還包括太陽能儲熱系統(10)，太陽能儲熱系統(10)分別與太陽能換熱系統(11)和太陽能聚光集熱系統(9)連接。
7.根據權利要求5所述的太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統，其特征在于:還包括太陽能儲熱系統(10)，太陽能儲熱系統(10)分別與太陽能換熱系統(11)和太陽能聚光集熱系統(9)連接。
8.根據權利要求6所述的太陽能光熱與BIGCC集成的聯合發電系統，其特征在于:還包括太陽能儲熱系統(10)，太陽能儲熱系統(10)分別與太陽能換熱系統(11)和太陽能聚光集熱系統(9)連接。
【文檔編號】F01K27/02GK204003297SQ201420175318
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】陳義龍, 張巖豐, 唐宏明, 劉文焱 申請人:武漢凱迪工程技術研究總院有限公司