太阳能光热与BIGCC集成的联合发电系统 |
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| 申请号 | CN201410144008.5 | 申请日 | 2014-04-11 | 公开(公告)号 | CN103912464B | 公开(公告)日 | 2016-09-14 |
| 申请人 | 武汉凯迪工程技术研究总院有限公司; | 发明人 | 陈义龙; 张岩丰; 唐宏明; 刘文焱; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 太阳能 光热与BIGCC集成的联合发电系统，包括太阳能聚光集热系统、 生物 质 气化 装置、燃气发 电机 、蒸 汽轮机 、 蒸汽 发电机，太阳能聚光集热系统连接太阳能换热系统；生物质气化装置通过燃气 压缩机 、 燃烧室 、燃气透平机连接到燃气发电机，燃气透平机的输出同时连接到燃气余热系统，燃气余热系统的低压蒸汽输出口连接到蒸汽轮机的中、低压缸，燃气余热系统的高压蒸汽输出口与太阳能换热系统产生的高压蒸汽都连接到蒸汽混合调节系统，蒸汽混合调节系统输出连接到蒸汽轮机的高压缸，借助蒸汽混合调节系统，实现不同 温度 蒸汽混合，并对混合蒸汽温度加以调节控制，满足滑参数蒸汽轮机用汽要求，实现太阳能光热与生物质能双 能源 、燃机布雷登与蒸汽 朗肯循环 相 叠加 的双循环联合发电模式。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种太阳能光热与BIGCC集成的联合发电系统，包括太阳能聚光集热系统(9)、生物质气化装置(1)、燃气发电机(7)、蒸汽轮机(13)、蒸汽发电机(14)，其特征在于：太阳能聚光集热系统(9)连接太阳能换热系统(11)；生物质气化装置(1)通过燃气压缩机(3)、燃烧室(5)、燃气透平机(6)连接到燃气发电机(7)，燃气透平机(6)的输出同时连接到燃气余热系统(8)，燃气余热系统(8)的低压蒸汽输出口连接到蒸汽轮机(13)的中、低压缸，燃气余热系统(8)的高压蒸汽输出口与太阳能换热系统(11)产生的高压蒸汽都连接到蒸汽混合调节系统(12)，蒸汽混合调节系统(12)的输出连接到蒸汽轮机(13)的高压缸； |
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| 说明书全文 | 太阳能光热与BIGCC集成的联合发电系统技术领域[0001] 本发明涉及一种太阳能光热与BIGCC集成的联合发电系统，属于可再生新能源领域中，太阳能光热与生物质能联合发电的利用技术，具体地是指太阳能光热与生物质气化、燃气－蒸汽联合循环（BIGCC）集成新的联合发电系统。 背景技术[0002] 太阳能和生物质能是分布广泛、取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，经济、高效地利用它们是缓解甚至解决能源危机最有效的途径。 [0004] 太阳能主要的聚光集热方式有：槽式、塔式、碟式和菲涅尔式四种，槽式系统结构简单，只需单轴跟踪，技术较为成熟，是目前已真正商业化的光热发电系统；塔式须双轴跟踪，且对跟踪控制技术的要求极高，商业化技术风险较大；碟式结构紧凑，安装方便，适合于分布式能源系统，但其核心部件斯特林发动机技术难度大；菲涅尔式只适用于小规模中低温太阳能热利用。因此，现阶段，采用槽式太阳能热发电技术才是最可靠的、最合理的选择。 [0005] 然而，在槽式太阳能光热发电技术的实际应用中，也存在着一些局限性问题。 [0008] 光热供给不稳定：随着时间及昼夜的变更，光热供应存在波动和间歇性； [0009] 这些特性决定了太阳能光热发电的效率低、成本高；电厂昼运夜停，发电时数少、设备利用率低；装置频繁启停，设备冲击大，影响使用寿命。 [0010] 当前，国外有采用带辅助加热装置的纯太阳能热发电模式、或与天然气集成ISCC联合循环发电模式，前者间断运行，电厂经济效益较差；后一类电站建设条件苛刻，仍然依赖传统化石能源，且投资较大，很难大范围推广应用。 [0011] 寻求一种与常规发电平台的复合对接，实现高效连续运行，是当前槽式太阳能热发电系统的重要研究方向，本发明就是针对这一课题进行的。 发明内容[0012] 本发明的目的是提供一种太阳能光热与BIGCC集成的联合发电系统，利用BIGCC蒸汽朗肯循环滑参数运行的特点，将太阳能光热集成到BIGCC的蒸汽朗肯循环中去，组成双能源、双循环联合的能源梯级利用发电系统，有效解决槽式光热蒸汽温度低、太阳能供给存在间歇性、不稳定性问题。 [0013] 本发明的技术方案：本发明的一种太阳能光热与BIGCC集成的联合发电系统包括太阳能聚光集热系统、生物质气化装置、燃气发电机、蒸汽轮机、蒸汽发电机，其太阳能聚光集热系统连接太阳能换热系统；生物质气化装置通过燃气压缩机、燃烧室、燃气透平机连接到燃气发电机，燃气透平机的输出同时连接到燃气余热系统，燃气余热系统的低压蒸汽输出口连接到蒸汽轮机的中、低压缸，燃气余热系统的高压蒸汽输出口与太阳能换热系统产生的高压蒸汽都连接到蒸汽混合调节系统，蒸汽混合调节系统输出连接到蒸汽轮机的高压缸。 [0014] 所述的蒸汽混合调节系统包括混合器外壳，高压蒸汽喷管由混合器外壳后端伸至腔体中前部，高压蒸汽喷管的前端封闭，前部管壁上有喷汽孔，高压蒸汽喷管的后端为高压蒸汽入口，高压蒸汽喷管的后部高压蒸汽入口内安装有减温水喷管；减温水喷管伸入到高压蒸汽喷管中部分有喷水孔，减温水喷管的外端减温水入口连接电磁阀；混合器外壳后部外壁上有太阳能换热系统蒸汽入口；混合器外壳前部外壁上安装测温器，测温器探头伸至混合器外壳内腔中，测温器信号线连接温度控制器，温度控制器的控制输出端连接到减温水喷管外端的电磁阀；混合器外壳的前端是混合蒸汽出口。 [0016] 所述的太阳能换热系统包括加热器、蒸发器和过热器，过热器与太阳能聚光集热系统的导热油系统连接，导热油管路经过蒸发器和加热器，加热器有低温导热油出口与太阳能聚光集热系统的导热油系统回油口连接；加热器内有换热水管，换热水管连接到蒸发器内；蒸发器上端有汽水分离器，汽水分离器的蒸汽出口连接蒸汽管路，蒸汽管路经过过热器，其输出口至蒸汽混合调节系统。 [0017] 所述的燃气余热系统的高压蒸汽参数为高压10MPa或中压3.82MPa，蒸汽温度为485℃；太阳能换热系统的蒸汽参数为高压10MPa或中压设3.82MPa，蒸汽温度为390℃；蒸汽轮机的主蒸汽温度选为435℃；供至蒸汽轮机的混合蒸汽温度为435℃。 [0018] 设太阳能储热系统，太阳能储热系统分别与太阳能换热系统和太阳能聚光集热系统连接。 [0019] 本发明的优点及效果： [0020] 1、构建出一种太阳能光热与生物质气化、燃气－蒸汽联合循环（BIGCC）集成的联合发电新系统，实现太阳能光热与生物质能双能源、燃机布雷登与蒸汽朗肯循环相叠加的双循环联合发电模式； [0021] 2、与光热补入汽机回热系统利用方式相比，本系统光热利用包括工质加热、蒸发和过热等多级、梯级高效利用过程； [0022] 3、利用BIGCC系统热源，简化光热发电配置，光场不设置辅助加热设备、光热蒸汽共用BIGCC余热蒸汽的汽机和发电机，降低光热发电设备投入； [0023] 4、配置蒸汽混合调节系统，实现不同温度蒸汽混合共融，并对混合蒸汽温度加以调节控制，满足滑参数蒸汽轮机用汽要求； [0024] 5、通过配置储热和系统集成，有效解决太阳能供给存在间歇性、不稳定性问题； [0025] 6、借助BIGCC清洁、高效的系统平台，提高光热发电效率；还能节省光热发电汽机设备和辅助加热设备及系统的投入，降低光热发电的投资成本；利用电厂周边的生物质资源，摆脱ISCC对天然气资源及供应管网的依赖；另外，还可利用光热的有效补充，做大联合电厂的装机规模，提高联合电厂的经济效益和环保效益。 [0026] 7、摆脱联合电厂对天然气资源及供应管网的依赖； [0028] 图1为本发明太阳能光热与BIGCC集成的联合发电系统的主要设备及流程示意图。 [0029] 图2为图1中太阳能换热系统的示意图。 [0030] 图3为图1中蒸汽混合调节系统的示意图。 [0031] 图中：1－生物质气化装置，2—燃气净化装置，3—燃气压缩机，4—燃机压气机，5—燃烧室，6—燃气透平机，7—燃机发电机，8—燃机余热系统，9—太阳能聚光集热系统， 10—太阳能储热系统，11—太阳能换热系统，12—蒸汽混合调节系统，13—蒸汽轮机，14—蒸汽发电机。 具体实施方式[0032] 本发明所述目的通过如下技术方案来实现，结合BIGCC的底循环为蒸汽朗肯循环，且汽轮机滑参数运行的特点，设立一套蒸汽混合调节系统，将槽式太阳能光热蒸汽与BIGCC余热高压蒸汽进行混合，并对混合蒸汽温度加以调节控制，将调温后的混合蒸汽作为主蒸汽，送入蒸汽轮机膨胀做功，带动发电机发电，实现光热蒸汽与BIGCC余热蒸汽的共机发电。 [0033] 以下结合附图对本发明的具体实施作进一步的详细描述。 [0034] 如图1所示，本发明提供的一种太阳能光热与BIGCC集成的联合发电系统包括太阳能聚光集热系统9、生物质气化装置1、燃气发电机7、蒸汽轮机13、蒸汽发电机14，太阳能聚光集热系统9连接太阳能换热系统11；生物质气化装置1通过燃气压缩机3、燃烧室5、燃气透平机6连接到燃气发电7机，燃气透平机6的输出同时连接到燃气余热系统8，燃气余热系统8的低压蒸汽输出口连接到蒸汽轮机13的中、低压缸，燃气余热系统8的高压蒸汽输出口与太阳能换热系统11产生的高压蒸汽都连接到蒸汽混合调节系统12，蒸汽混合调节系统12的输出连接到蒸汽轮机13的高压缸。2是燃气净化装置，4是燃机压气机。设太阳能储热系统10，太阳能储热系统10分别与太阳能换热系统11和太阳能聚光集热系统9连接。 [0035] 图3蒸汽混合调节系统示意图： [0036] 蒸汽混合调节系统12包括混合器外壳12a，高压蒸汽喷管12b由混合器外壳12a后端伸至腔体中前部，高压蒸汽喷管12b的前端封闭，前部管壁上有喷汽孔12b1，高压蒸汽喷管12b的后端为高压蒸汽入口12b2，高压蒸汽喷管12b的后部高压蒸汽入口12b2内安装有减温水喷管12d；减温水喷管12d伸入到高压蒸汽喷管12b中部分有喷水孔12d1，减温水喷管12d的外端减温水入口连接电磁阀12h；混合器外壳12a后部外壁上有太阳能换热系统蒸汽入口12g；混合器外壳12a前部外壁上安装测温器12e，测温器12e探头伸至混合器外壳12a内腔中，测温器12e外端信号线连接温度控制器12f，温度控制器12f的控制输出端连接到减温水喷管12d外端的电磁阀12h；混合器外壳12a的前端是混合蒸汽出口。 [0037] 在蒸汽喷管12b内的中后部有内衬套管12c，内衬套管12c由高压蒸汽进口至喷汽孔12b1布置区后部，喷汽孔12b1布置区约占约占蒸汽喷管12b的三分之一左右，蒸汽喷管12b的三分之二左右，内衬套管12c两端外环与混合器外壳12a之间封闭。 [0038] 燃气余热系统8的高压蒸汽参数可设计为高压10MPa或中压3.82MPa，蒸汽温度为485℃；太阳能换热系统11的蒸汽参数也可设计为高压10MPa或中压设3.82MPa，蒸汽温度为 390℃；蒸汽轮机13的主蒸汽温度选为435℃；供至蒸汽轮机13的混合蒸汽温度为435℃。 [0039] 混合汽调节过程：通常情况下，混合蒸汽的温度不会超过450℃，能满足汽机的进汽要求，在光照较弱或无光照时，光热蒸汽的流量偏少，混合汽存在超温的可能，通过测量混合汽的温度自动调节减温喷水量，从而实现对混合汽温的调节和控制。 [0040] 来自燃机余热系统的高压蒸汽轴向进入高压蒸汽喷管12b，在高压蒸汽喷管12b内流动，沿途经过减温水喷管12d、内衬套管12c，至中后部时再沿众多径向喷汽孔12b1喷出；太阳能光热蒸汽由太阳能换热系统蒸汽入口12g进入，轴向流动，在中部与燃机余热高压蒸汽温混合，混合蒸汽的温度通过测温器12e探头测出，所测温度送至温度控制器12f，温度控制器12f通过运算处理，得出混合汽温的变化趋势，经分析作出汽温过高或过低的判断，控制减温水调节电磁阀12h执行开、关、增加或减少减温水量的动作。 [0041] 蒸汽混合调节系统实现的效果： [0043] 2、将两种不同温度的蒸汽混配为同一参数的蒸汽，满足了汽轮机对进汽参数的要求； [0044] 3、简化了汽轮机进汽系统及结构，节省了汽机设备的生产成本； [0045] 4、避免了汽温大幅波动对汽机造成冲击，确保汽机安全稳定运行。 [0046] 图2是太阳能光热换热系统示意图： [0047] 太阳能换热系统11包括加热器11a、蒸发器11b和过热器11c，过热器11c与太阳能聚光集热系统9的导热油系统连接，导热油管路11f经过蒸发器11b和加热器11a，加热器11a有低温导热油出口与太阳能聚光集热系统9的导热油系统回油口连接；加热器11a内有换热水管11g，换热水管11g连接到蒸发器11b内；蒸发器11b上端有汽水分离器11d，汽水分离器11d的蒸汽出口连接蒸汽管路11h，蒸汽管路11h经过过热器11c，其输出口至蒸汽混合调节系统12。 [0048] 太阳能换热系统流程：来给水泵11e的水经换热水管11g进入加热器11a，水在此吸热升温，达到近饱和状态后，进入蒸发器11b，在蒸发器11b中蒸发，饱和水相变成饱和蒸汽，经汽水分离器11d分离，饱和汽送至过热器11c，饱和水返回继续蒸发，过热器11c将饱和汽加热成约390℃的过热蒸汽经蒸汽管路11h送出；换热系统的热源来自太阳能集热系统，高温导热油经高温导热油管路输送至过热器11，后依次流过蒸发器11b和加热器11a，将所带热量传递给汽水后变为低温导热油，低温导热油经低温导热油管路送光场集热系统再次吸热升温，如此往复循环，完成太阳能能光热的换热过程。 [0049] 生物质原料在气化装置1内完成气化，产生粗燃气，粗燃气送入燃气净化装置2经洗涤、冷却、除尘、脱硫等净化处理，把粗燃气中的粉尘、硫化物等杂质清除干净，洁净的燃气经燃气压缩机3加压送入燃烧室5，另一路，由制氧设备制得的氧气经燃机压气机4加压也输送至燃烧室5，燃气与氧气在燃烧室5内燃烧，产生的高温高压烟气进入燃机透平机6膨胀做功，带动燃机发电机7发电，完成燃机布雷登循环，实现燃机发电过程。 [0050] 燃气透平机6排出的高温烟气送入燃机余热系统8，与燃机余热系统8的高、低压受热面进行热交换，产生高、低压两种参数的蒸汽，高压蒸汽温度可达450℃～485℃，待与光热蒸汽混合调温后作为主蒸汽，进入蒸汽轮机13的高压缸，余热低压蒸汽作为补汽，进入蒸汽轮机13的低压缸膨胀做功，带动发电机14发电，共同实现蒸汽朗肯循环发电过程。 [0051] 与燃机余热系统并联设置有太阳能聚光集热系统9，它由抛物面聚光镜、真空集热管、光场支架、跟踪驱动装置、导热油系统等组成。根据光资源条件和设定的光热发电容量和储能小时数，确定聚光镜场面积和集热管数量，通过聚光和集热，将太阳的辐射能转化为导热油的热能。白天，一部分高温导热油直接去太阳能换热系统11，在此与汽水换热产生约390℃的中温蒸汽；另一部分高温导热油与太阳能储热系10统进行热交换，将多余的热能储存在储热系统10中，夜晚无光照时，则由储热系统10放热，以满足发电所需热量。在太阳能换热系统11中冷却后的导热油返回太阳能集热系统9重新集热，准备下一轮循环。 [0052] 白天，一部分高温导热油直接去太阳能换热系统与汽水换热产来自燃机余热系统的高温蒸汽与来自太阳能换热系统的中温蒸汽在蒸汽混合调节系统12中混合，为控制混合蒸汽温度的大幅波动，避免热应力对汽轮机的冲击，通过监测两股蒸汽的流量及混合温度。汽温调节器辅以喷水减温调节，将混合蒸汽温度控制在400℃～450℃范围内，并保证汽温呈渐增或渐减的平稳变化势态，以满足汽轮机13的进汽要求。 [0053] 所述太阳能储热系统主要包括热罐、冷罐、油盐换热器、熔盐泵和附属管路系统，白天及光照较强时段，除部分光热直接供往发电外，多余部分通过油盐换热器，将冷罐内的熔盐介质加热到设定温度送往热罐储存，在光照降低或夜晚无光照时，光场不能满足发电所需热量时，则由储热系统释放提供：热罐内的熔盐介质泵回油盐换热器，加热光场导热油介质，导热油将热量送回发电，冷却后的熔盐送至冷罐储存。如此往复循环，完成储存和释放光热的功能。 |
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