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发电厂以及运行发电厂的方法

阅读:483发布:2021-05-20

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1.发电厂,所述发电厂包括用于加热一介质蒸汽的一太阳辐射接收器(7)以及一涡轮机(13),所述涡轮机(13)设置用来接收来自所述太阳辐射接收器的加热后的介质蒸汽,所述涡轮机与一发电机(14)连接,其特征在于,
-在所述太阳辐射接收器(7)下游、所述涡轮机(13)上游设置一燃烧室(8);
-设置一具有压缩空气出口的空气压缩机,该装置用来向所述燃烧室(8)供应压缩后的助燃空气;以及
-设置一蒸汽生成器(15),以用来从来自所述涡轮机(13)的一出口流中提取热能,以及用来生成蒸汽,该蒸汽被传送到所述太阳辐射接收器(7)的一介质蒸汽入口,接着被传送到所述燃烧室。
2.如权利要求1所述的发电厂,其特征在于,所述太阳辐射接收器(7)被设置在第一位置(4),所述涡轮机被设置在与所述第一位置相隔一定距离的第二位置(6)。
3.如权利要求1或2所述的发电厂,其特征在于,提供一冷凝器(16)以及用来将液态传送到一个组中一个或多个的装置,冷凝器(16)位于所述蒸汽生成器的下游,所述液态水由所述冷凝器获得,所述组包括所述蒸汽生成器(15)、所述太阳辐射接收器(17)、所述空气压缩机(10;28)的一回路、所述空气压缩机(10;28)的压缩空气出口。
4.如前述任一权利要求所述的发电厂,其特征在于,在所述太阳辐射接收器的下游、所述涡轮机(13)的上游设置一辅助涡轮机(9)。
5.如权利要求4所述的发电厂,其特征在于,所述辅助涡轮机(9)传动地与所述空气压缩机(10)和/或一辅助发电机连接。
6.如从属于权利要求2的权利要求5所述的发电厂,其特征在于,所述辅助涡轮机(9)、所述空气压缩机(10)以及某些情况下的所述辅助发电机设置在邻近所述太阳辐射接收器(7)的第一位置。
7.如权利要求4-6任一所述的发电厂,其特征在于,所述涡轮机(13)以及所述辅助涡轮机(9)中每一个驱动一压缩机和/或一发电机。
8.如前述任一权利要求所述的发电厂,其特征在于,一再热燃烧室(8‘)被设置在所述涡轮机(13)的上游、所述辅助涡轮机(9)的下游。
9.如前述任一权利要求所述的发电厂,其特征在于,提供用于热传导目的的装置,以用于在所述燃烧室(8)的上游将压缩的空气引入到一换热器的第二回路,所述换热器包括至少一个初级回路,所述至少一个初级回路被连接以用于从所述太阳辐射接收器进行热传导,所述至少一个初级回路在从所述换热器出来后返回至所述太阳辐射接收器。
10.如前述任一权利要求所述的发电厂,其特征在于,所述发电厂包括辅助蒸汽生成装置,该装置从所述空气压缩机(10;28)的一中间冷却器回路和所述空气压缩机(10;28)的所述压缩空气出口任何一个中重新获取热能;所述发电厂设置有用于将生成的蒸汽传送到所述太阳辐射接收器的装置。
11.如前述任一权利要求所述的发电厂,其特征在于,提供混合装置,以用于混合压缩空气,使该压缩空气在所述太阳辐射接收器中利用蒸汽被加热,以形成所述介质蒸汽。
12.如前述任一权利要求所述的发电厂,其特征在于,提供一控制装置,以用于作为燃烧室(8;8')运行的响应,根据压缩的助燃空气调整所述空气压缩机(10;28)的运行。
13.运行发电厂的方法,所述方法包括:在一太阳辐射接收器(7)中对一介质蒸汽进行加热,将加热后的介质蒸汽传送到一涡轮机(13),其中,通过一发电机(14)从所述涡轮机中提取电能,其特征在于:
-在一燃烧室(8)中对位于所述太阳辐射接收器(7)下游、所述涡轮机(13)上游的所述介质蒸汽进行加热;
-在一空气压缩机(10;28)中生成压缩的助燃空气,将所述助燃空气供应给所述燃烧室(8),以及-通过一蒸汽生成器(15)从来自所述涡轮机(13)的出口流中提取热量,将产生的蒸汽传送到所述太阳辐射接收器(7)的一入口,接着传送到所述燃烧室。
14.如权利要求13所述的方法,其特征在于,所述太阳辐射接收器(7)被设置在第一位置(4),所述涡轮机被设置在与所述第一位置相隔一定距离的第二位置(6)。
15.如权利要求13或14所述的方法,其特征在于,在所述蒸汽生成器的下游执行冷凝操作,将由所述冷凝器获得的液态水传送到一个装置组的一个或多个,所述装置组包括所述蒸汽生成器(15)、所述太阳辐射接收器(17)、所述空气压缩机(10;28)的一回路、所述空气压缩机(10,28)的压缩空气出口。
16.如权利要求13-15任一所述的方法,其特征在于,在一辅助涡轮机(9)中对位于太阳辐射接收器下游、所述涡轮机(13)上游的所述介质蒸汽进行膨胀。
17.如权利要求16所述的方法,其特征在于,所述辅助涡轮机(9)对所述空气压缩机(10;28)和/或一辅助发电机进行驱动。
18.如权利要求13-17任一所述的方法,其特征在于,通过所述涡轮机(13)和所述辅助涡轮机(9)中的每一个对一压缩机和/或一发电机进行驱动。
19.如权利要求13-18任一所述的方法,其特征在于,在一再热燃烧室(8‘)中对位于所述涡轮机(13)上游、所述辅助涡轮机(9)下游的所述介质蒸汽进行重新加热。
20.如权利要求13-19任一所述的方法,其特征在于,在所述燃烧室(8)上游,所述压缩空气与来自所述太阳辐射接收器的至少一个闭合分支蒸汽进行热交换。
21.如权利要求13-20任一所述的方法,其特征在于,通过从所述空气压缩机(10;28)的回路以及所述空气压缩机(10;28)的压缩空气出口中一个或多个中回收热量,以生成辅助蒸汽;提供用于将生成的蒸汽传送到所述太阳辐射接收器的装置。
22.如权利要求13-21任一所述的方法,其特征在于,将在所述太阳辐射接收器中待加热的压缩空气与蒸汽进行混合,以形成所述介质蒸汽。
23.如权利要求13-22任一所述的方法,其特征在于,作为所述燃烧室(8)的回应,根据压缩的助燃空气,对所述空气压缩机(10;28)的运行进行调整。
24.发电厂,所述发电厂(1)包括用于加热一介质蒸汽的一太阳辐射接收器(7)以及一涡轮机(13),所述涡轮机(13)设置用来接收来自所述太阳辐射接收器的加热后的介质蒸汽,所述涡轮机与一发电机(14)连接,其特征在于,
-一蒸汽生成器(15)连接到所述涡轮机(13)一出口,从所述涡轮机(13)的出口流获取热量,以用于生成蒸汽;以及
-所述蒸汽生成器(15)的蒸汽出口与所述太阳辐射接收器的入口连接,以将生成的蒸汽引导到所述太阳辐射接收器中。
25.如权利要求24所述的发电厂,其特征在于,至少一水管通向所述太阳辐射接收器,以供应液态水,庐液态水用于被喷洒到所述太阳辐射接收器中。
26.如权利要求24或25所述的发电厂,其特征在于,所述蒸汽生成器包括一燃料燃烧器装置,以用于提供一辅助蒸汽生成的热源。
27.如权利要求24-26任一所述的发电厂,其特征在于,
-一辅助涡轮机(9)与所述太阳辐射接收器的一入口连接,以接收所述介质蒸汽,所述太阳辐射接收器的一出口通向所述涡轮机;以及
-所述辅助涡轮机(9)与一辅助发电机(18)连接。
28.如权利要求27所述的发电厂,其特征在于,所述太阳辐射接收器(7)、所述辅助涡轮机(9)以及所述辅助发电机(18)包括在一集成装置中。
29.如权利要求27或28所述的发电厂,其特征在于,所述辅助涡轮机(9)直接与所述太阳辐射接收器(7)连接。
30.如权利要求24-29任一所述的发电厂,其特征在于,从所述介质蒸汽中看,在所述蒸汽生成器(15)的下游提供一冷凝器(19),以在所述涡轮装置(13)下游获得液态水冷凝物。
31.如权利要求30所述的发电厂,其特征在于,所述冷凝器(19)的一液态水冷凝物出口与所述蒸汽生成器(15)连接。
32.如权利要求24-31任一所述的发电厂,其特征在于,流向所述太阳辐射接收器的所述蒸汽的至少一部分被用于冷却所述辅助涡轮机的多个部分。
33.如权利要求24-32任一所述的发电厂,其特征在于,所述太阳辐射接收器(7)设置在一太阳辐射反射器群(2)的聚焦区中,所述太阳辐射反射器群(2)包括一组分布的太阳辐射反射器(2),所述太阳辐射反射器(2)被控制将太阳辐射反射到所述太阳辐射接收器(7)。
34.如权利要求24-33任一所述的发电厂,其特征在于,所述太阳辐射接收器(7)以及特定情况下的所述辅助涡轮机(9)被设置在第一位置(4),所述涡轮机被设置在与所述第一装置相隔一距离的第二位置(6)。
35.如权利要求34所述的发电厂,其特征在于,所述第一位置高于所述太阳辐射反射器群(2)的位置,所述涡轮机(13)设置在更低位置,所述第一位置例如可位于塔(5)的顶部。
36.运行发电厂(1)的方法,所述方法包括:在一太阳辐射接收器(7)中对一介质蒸汽进行加热,在一涡轮机(13)中对加热后的介质蒸汽进行膨胀,在一发电机(14)中从所述涡轮机获取能量,其特征在于:
-通过一蒸汽生成器(15),从所述涡轮机(13)的出口流中获取热量,以用于蒸汽生成;
以及
-从所述蒸汽生成器(15)的蒸汽出口将生成的蒸汽引导到所述太阳辐射接收器的一入口。
37.如权利要求36所述的方法,其特征在于,供应液态水,以喷洒到所述接收器中。
38.如权利要求36或37所述的方法,其特征在于,通过所述蒸汽生成器中的一燃料燃烧器装置提供用于蒸汽生成的辅助热量。
39.如权利要求36-38任一所述的方法,其特征在于,来自所述太阳辐射接收器的所述介质蒸汽被引入,以膨胀到一辅助涡轮机(9),并从所述辅助涡轮机退出,其中,通过一辅助发电机(18)从所述辅助涡轮机(9)中获取能量。
40.如权利要求36-39任一所述的方法,其特征在于,在位于所述蒸汽生成器(15)下游的一冷凝器中获取液态水冷凝物,其中,获取的水被导向所述蒸汽生成器(15),以用于生成蒸汽和/或热水。
41.如权利要求36-40任一所述的方法,其特征在于,流向所述太阳辐射接收器的所述蒸汽的至少一部分被用于冷却所述辅助涡轮机的多个部分。

说明书全文

发电厂以及运行发电厂的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一发电厂,包括用于对一介质蒸汽进行加热的一太阳辐射接收器以及一涡轮机,该涡轮机用来接收来自所述太阳辐射接收器加热后的介质蒸汽,所述涡轮机与一发电机连接。本发明还涉及一用于运行发电厂的方法。

背景技术

[0002] 之前已知的发电厂包括多个太阳辐射反射器以及一太阳辐射接收器,这些反射器顺序地覆盖在接纳区域,在该太阳辐射接收器上反射的太阳光被集中。具体地,所述太阳辐射接收器对转交给涡轮机的介质蒸汽进行加热,涡轮机接着驱动发电机,以进行发电。
[0003] 涡轮机以及关联的发电机比较重且体积庞大,因此被安置在易于安装和访问的地方,而太阳辐射接收器则优选地被安放在具有最好接收条件的位置,以用于与之结合的反射器,大多数情况下这些反射器安装在相对较高的位置。来自太阳辐射接收器加热后的介质通过绝热的管道传至涡轮机。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于解决前述提到的现有发电厂的缺陷,提供一种解决方案,以使得发电厂可以进行更为经济的发电。
[0005] 根据本发明的主要方面,在前述提到的一发电厂中所述目的可以被达到,其中,在所述太阳辐射接收器下游、所述涡轮机上游设置一燃烧室;设置一具有压缩空气出口的空气压缩机,该压缩机用来向所述燃烧室供应压缩后的助燃空气;以及设置一蒸汽生成器,以用来从来自所述涡轮机的一出口流中提取热能,以及用来生成蒸汽,该蒸汽被传送到所述太阳辐射接收器的一介质蒸汽入口,接着被传送到所述燃烧室。
[0006] 典型地,所述发电厂包括一组分布的太阳辐射接收器,该接收器被控制以将太阳辐射反射到所述太阳辐射接收器。通常地,这意味着太阳辐射接收器应安装在明显高于地面的位置。
[0007] 在具有太阳辐射接收器发电厂中,作为冷却介质以及热传导介质,蒸汽优于空气。因此,本发明提出利用蒸汽作为主要介质,以替代空气。优选地,在发电工作中的空气本质上为燃烧所必须的助燃空气,以获得理想配比。因此,避免了并不需要燃烧时为压缩空气消耗能量(包括气)。
[0008] 极小化空气的消耗提高了回收的情况。因此,当空气含量降低时,露点被升高,这样,水可以容易地通过简单使用环境空气冷却剂被回收,甚至在热带环境情况下,水被完全回收也是可能的。由于太阳能电厂常常位于水源短缺的地区,因此,这也是本发明最重要的一个优势。
[0009] 燃烧室设置在所述太阳辐射接收器的下游、所述涡轮机的上游是一种有效的方式,该方式为发电厂的组合运行提供了条件。有时,运行可通过燃料的燃烧能来达到期望的水平。因此,整个电厂不仅是可运行的,而且是高效率的,且在有限或没有太阳射入工厂时,工厂仍然可以被利用,而不限于太阳辐射被充分或几乎充分接收。因此,在太阳如期望的一样照射时,在太阳辐射接收器正常情况下本发明的这方面对提高发电厂效率也是非常重要的。即使低于该近似理想的条件时,正常起作用的太阳辐射接收器仍然可以提供加热到900-1300℃的工作介质,该温度明显低于可产生最好循环效率的温度,而为了与最好涡轮机入口参考匹配,在这种类型的工厂中最好循环效率的温度大约为1400-1600℃。
[0010] 考虑到这一点,通过点燃燃烧室能够将涡轮机入口温度提到最高值,这是非常有优势的。因此,为了达到期望的温度水平,结合所述太阳辐射接收器下游、燃烧室下游的温度检测以及控制向燃烧室的燃料供应,这是非常有益的。
[0011] 这样,为了有效地实现装置的混合使用,燃烧室与所述太阳辐射接收器进行串联
[0012] 在本发明的一混合系统中,结合了太阳能和燃烧能,相对于背景技术系统,本发明的效率,不仅是整个发电厂的效率,而且单个部分的效率都得到了提高。燃烧室使得可以将温度提升到更高的水平,这对整个发电厂的效率都是有益的。因此,可以说,由于涡轮机可以在各种不同的工作模式下,自始至终在更优的条件下工作,由太阳辐射接收器获得的能量可以被更好的利用。
[0013] 为了从所述涡轮机的出口流中获取热能,一蒸汽生成器与涡轮机连接,从而可增加所述发电厂的效率以及增加使用蒸汽作为一种接收器的有效冷却介质的机会。因此,作为介质蒸汽(或介质蒸汽的一部分),产生的蒸汽被传送到所述接收器。
[0014] 优选地,所述太阳辐射接收器设置在第一位置,所述涡轮机设置在与第一位置相隔一距离的第二位置,这是因为这样有利于太阳辐射的接收效率。
[0015] 燃烧室可以被构造为一较轻的装置,以极好地适应安装在较高的位置,从而与所述太阳辐射接收器、所述辅助涡轮机一起形成一个装置。所述太阳辐射接收器和所述涡轮机几乎接近,这样可以最小化对贵重材料的需求。
[0016] 而且,优选地,燃烧室形成一低流阻装置,该装置具有一中心轴,该中心轴与所述太阳辐射接收器一出口的中心轴同轴或交叉,与所述辅助涡轮机的中心轴同轴。
[0017] 为了达到闭合系统的目的,优选地,一冷凝器被提供在所述蒸汽生成器的下游,其中,用于将通过所述冷凝器获得的液态水传送到蒸汽生成器的装置被提供。优选地,提供一装置,以用于将通过所述冷凝器获得的液态水传送到所述太阳辐射接收器、空气压缩机的一回路和/或所述空气压缩机的压缩空气出口。该目的在于最小化空气的使用,这意味着额外的替换水必须被注入,以作为工作介质。
[0018] 所述蒸汽生成器包括一水加热器以及一串联的蒸发器,水加热器以及蒸发器可以是独立的装置,但优选地,将两者集成在一单一的组件中,在这里,该组件可以被称为“蒸汽生成器”,根据需要,该蒸汽生成器可设置不同的出口。
[0019] 通常地,通过设置在管道中的,水压被提高到例如50-110巴,其中,所述管道用于传送所述水冷凝物。另外,还提供一管道,以用于将来自所述蒸汽生成器的蒸汽传送到所述太阳辐射接收器的一入口,优选地,在本发明的发电厂中,至少部分通过蒸汽所述辅助涡轮机中的对流冷却管道。如上所示,部分蒸汽可用于对涡轮机中组件、燃烧室中的暴露组件以及所述太阳辐射接收器进行薄膜式冷却。
[0020] 作为示例地,来自冷凝器的水通常大约为80℃,而在水加热器中该水具有60巴的压,从所述蒸汽生成器出来的液态水可以达到高达270℃的温度,这样,有利于进一步的使用。
[0021] 根据本发明主要方面,将水喷洒到所述太阳辐射接收器中可容易地生成额外的蒸汽,且例如当太阳辐射接收位于峰值时,可以快速和容易地增加所述介质蒸汽中蒸汽的比例。
[0022] 在压缩机回路中喷洒水有利于将温度降低到更容易管理的水平。所述空气压缩机的回路可以为一中间冷却器回路。
[0023] 这种方式的液体传送是一种容易影响露点和接下来所述涡轮机下游热回收的方式。
[0024] 非常优选地,作为本发明主要方面的一变化方面以及权利要求24-41的本发明独立的第二方面的主要特征,一具有一入口的辅助涡轮机设置在第一位置,且与所述太阳辐射接收器连接,以接收、膨胀所述介质蒸汽,从而将所述介质蒸汽排出到所述涡轮机,以用于进一步的膨胀。所述辅助涡轮机与至少一个辅助电力消耗装置连接,以用于从所述辅助涡机中提取能量。
[0025] 包括一辅助涡轮机具有多个优点。通常地所述辅助涡轮机为一高压涡轮机,当设置在第一位置时,该涡轮机可利用所述太阳辐射接收器中盛行的向下蒸汽的高压和高温。由于工作气体在所述高压涡轮机中膨胀,因此,意味着从所述辅助涡轮机出来的介质具有较低的压力、温度,这使得当涉及由于常压和常温的效率损耗时,转移给所述辅助涡轮机问题更少。
[0026] 当设置在第一位置时,所述太阳辐射接收器的出口中的高温水平可直接给传送给所述辅助涡轮机,所述辅助涡轮机可产生较高的工作效率。
[0027] 为高压涡轮机的所述辅助涡轮机、所述太阳辐射接收器以及所述辅助电力消耗装置可以容易地形成一轻量级的、紧凑的装置,该装置可容易地安装在例如一较高位置。另外,由于从所述高压涡轮机出来的工作气体具有较低的温度,因此,可以将其转送到所述涡轮机,而只损耗较低的热量和压力。
[0028] 进一步地,由于温度和压力降低,可以避免使用昂贵的材料。而且,由于所述辅助涡轮机下游介质蒸汽中的温度将会降低,因此,可以允许所述接收器中的温度增加,而不会发生特定的问题,增加的温度提高了效率,且不需要在第一和第二位置之间提供高温传导。
[0029] 具体在,混合模式中,当所述太阳辐射接收器以及所述燃烧室活动时,流经所述太阳辐射接收器的工作介质可以为蒸汽和空气的混合物。但是,当助燃空气被引导至所述燃烧室中、而没有通过所述太阳辐射接收器时,所述工作介质也可以仅为蒸汽。
[0030] 优选地,根据所述主要方面,所述辅助电力消耗装置为一空气压缩机。压缩空气以及高压蒸汽被带至所述接收器,以带走太阳能。一般情况下,将蒸汽混合到空气中会增加热传导能力。
[0031] 所述蒸汽也可以被用于增强所述接收器中温度敏感位置的冷却,具体地,如靠近辐射的进入窗口,以及涡轮机中温度敏感位置的冷却,具体地,如热暴露的涡轮机叶片。有益地,在所述蒸汽进入所述太阳辐射接收器之前,至少部分蒸汽通过所述涡轮机以用于冷却目的。部分蒸汽可用于涡轮机中组件中暴露组件以及所述太阳辐射接收器的暴露组件的薄膜式冷却。
[0032] 一方面,由于在部分负载期间可以引导合适数量的蒸汽,因此,为了获得最好的效率,部分负载效率是有利的,另一方面,可以改变辅助涡轮机以及相关装置上的旋转速度,以达到最好的效率。本质上,热工作效率是以热量被工作介质接纳的位置和热量被送出的位置之间的温度差为基础的。因此,为了提供最好的效率,该差别应尽可能的大,即:在所述接收器出口应具有尽可能高的温度,而装置的下游应具有尽可能低的温度,而能量则从所述工作介质中被提取。
[0033] 优选地,所述辅助涡轮机、为空气压缩机的一辅助电力消耗装置以及在一定情况下具有的辅助发电机被设置在与所述太阳辐射接收器的邻近位置,而为了减少效率损失,所述太阳辐射接收器安装在太阳辐射反射器群的聚焦区域中。当所述太阳辐射接收器、所述辅助涡轮机以及所述辅助电力消耗装置设置在高于所述太阳辐射反射器群的较高位置时,例如,一个塔的顶部,而所述涡轮机设置在一较低位置时,这是非常有益的。
[0034] 优选地,所述辅助涡轮机直接与一高压压缩机连接,和/或通过一降速齿轮传动与一低压压缩机连接。
[0035] 为了为所述涡轮机提高运行条件、进而提高整个发电厂的效率,一再热燃烧室可以被设置在所述涡轮机上游、所述辅助涡轮下游。尽管如此,在这里这种布局并不是优选的方案。
[0036] 优选地,用于热传导的装置被提供,以将所述燃烧室上游的压缩空气引导到一换热器的次级回路,该换热器具有初级回路,该初级回路被连接以用于热传导,其中至少一初级回路来自所述太阳辐射接收器。这样,利用蒸汽比空气具有更高热传导的特征,可以使用由所述接收器加热后的蒸汽加热助燃空气。每一个所述至少一个初级回路为一闭合的分支,所述分支从所述太阳辐射接收器开始,在经过所述换热器后又返回向所述接收器,从而增加从所述太阳辐射接收器到所述涡轮机运送的热能的数量。具有多于一个初级回路可以提高热交换效率。
[0037] 优选地,所述发电厂包括辅助蒸汽生成装置,以从所述一空气压缩机的中间冷却器回路、空气压缩机的压缩空气出口中任一个回收热能,其中,用于将生成的蒸汽传送到所述太阳辐射接收器的装置被提供。因此,压缩回路可以获得有效的冷却效果。从所述空气压缩机的压缩空气出口回收热能意味着进一步数量的蒸汽可以被用于热传输以及增加通向所述涡轮机的能量,所述发电厂仍然可以只使用蒸汽作为工作介质和热传输介质。
[0038] 所述压缩机的控制可以通过调整压缩机导流叶片、发电机控制的压缩机速度或产生一涡轮机控制的自由轴来实现。
[0039] 在特定情况下,在所述太阳辐射接收器中对压缩空气进行加热,是有益的。
[0040] 有益地,在那种情况下,优选地,提供用于将该压缩空气与蒸汽进行混合的混合装置,以形成所述介质蒸汽。
[0041] 非常优选地,一控制装置被提供,以用于作为所述燃烧室的响应,根据压缩的助燃空气的生成,调整所述空气压缩机的运行。因此,所述压缩机可以根据燃烧室运行时压缩空气的需求进行调整。这样,可以避免能量没有必要地被消耗。优选地,相应地对燃烧室燃料供应进行控制。
[0042] 应注意,介质蒸汽中空气的减少使得需要增加蒸汽的比例。优选地,蒸汽比例也可以被调整,以作为介质蒸汽中各种位置感应到的条件的响应。最简单地,增加蒸汽比例控制可通过增加喷洒到所述发电厂一个或多个不同组件中的水来实现。
[0043] 根据本发明第二方面,本发明涉及一发电厂,包括用于加热一介质蒸汽的一太阳辐射接收器以及一涡轮机,所述涡轮机设置用来接收来自所述太阳辐射接收器的加热后的介质蒸汽,所述涡轮机与一发电机连接,其中,一蒸汽生成器与所述涡轮机一出口连接,以用来从所述涡轮装置的出口流中提取热能,以及用来生成蒸汽,所述蒸汽生成器的蒸汽出口与所述太阳辐射接收器的一入口连接,以将生成的蒸汽导向所述太阳辐射接收器。
[0044] 通常地,对于使用蒸汽作为工作介质的背景技术中类似类型的太阳能发电厂,蒸汽已在所述涡轮中尽可能地膨胀为环境压力和温度。这意味着用于引导到所述太阳辐射接收器的蒸汽,除了所述接收器自身生成和蒸汽,必须在独立的加热器中被生成。通常地,可以使用燃料,这样的话则可能获得较低的总效率。
[0045] 根据本发明的该方面,这可以通过如下布局进行避免:使离开所述涡轮机的蒸汽具有相对较高的温度,优选地,350℃-800℃,更优选地,400℃-700℃,最优选地,450℃-600℃。因此,离开涡轮机的仍然较热的蒸汽仍然可以携带较多的能量,这样,该蒸汽可在所述蒸汽生成中使用,以用于足够压力下足够温度蒸汽的生成,从而接下来被引入到所述太阳辐射接收器中。优选地,一个泵被设置,以用于提升进来的水的压力,这些水将在所述蒸汽生成器中被加热为蒸汽。
[0046] 在这里描述的发电厂中,代替使用蒸汽和空气的混合物,只使用蒸汽作为工作介质的优点在于:相对于使用空气-蒸汽混合的工作介质,根据混合的工作介质中使用的比例,工作介质的功率密度可以被提升高达60%。这意味着相对于其他类似的发电厂,功率输出可以被提高。
[0047] 这些优点以及参考数据原则上也可以应用到本发明主要方面。
[0048] 优选地,至少一根水管通向所述太阳辐射接收器,以用于供应液态水,该液态水用于被喷洒到所述太阳辐射接收器中。
[0049] 同样优选地,所述蒸汽生成器包括一燃料燃烧器装置,以用于提供一辅助蒸汽生成的热源。
[0050] 非常优选地,一辅助涡轮机与所述太阳辐射接收器的一入口连接,以接收所述介质蒸汽,以及与通向所述涡轮机的一出口连接,所述辅助涡轮机与一辅助发电机连接。
[0051] 优选地,所述太阳辐射接收器、辅助涡轮机以及辅助发电机被包括在一集成装置中。
[0052] 优选地,所述辅助涡轮机直接与所述太阳辐射接收器连接。
[0053] 有益地,如在所述介质蒸汽中看到的,一冷凝器在所述蒸汽生成器下游被提供,以在所述涡轮机下游获取液态水冷凝物。合适地,所述冷凝器的液态水冷凝物出口与所述蒸汽生成器连接。
[0054] 优选地,流向所述太阳辐射接收器的所述蒸汽的至少一部分用于对所述辅助涡轮机的部分进行冷却。
[0055] 优选地,所述太阳辐射接收器设置在太阳辐射反射器群的聚焦区域中,所述反射器群包括一组分布的太阳辐射反射器,这些反射器用于将太阳辐射反射到所述太阳辐射接收器。
[0056] 优选地,所述太阳辐射接收器以及特定情况下的辅助涡轮机被设置在第一位置,所述涡轮机设置与第一位置相隔一距离的第二位置。
[0057] 优选地,第一位置高于所述太阳辐射反射器群的位置,例如位于一个塔的顶部,而所述涡轮机位于一较低位置。
[0058] 根据本发明第二方面,用于运行发电厂的方法,包括:在一太阳辐射接收器中对一介质蒸汽进行加热,在一涡轮机中对加热后的介质蒸汽进行膨胀,在一发电机中从所述涡轮机中提取电力。
[0059] 通过一蒸汽生成器,从所述涡轮机的出口流中提取热能,以用于生成蒸汽,将生成的蒸汽从所述蒸汽生成器的一蒸汽出口导出到所述太阳辐射接收器的一入口。
[0060] 该第二方面的发电厂以及其对应的方法可用于基本上只使用蒸汽运行的情况。
[0061] 这样,尽管如此,在介质蒸汽中提供一燃烧装置仍然是有益的或必需的,从而在停止一段时间后,可简化电厂运行的启动。作为示例地,这可以通过简单地在蒸汽生成器中通过液态燃料、添加的空气进行点火来实现,这样,所述蒸汽生成器可包括一燃料燃烧器装置,以用于提供辅助蒸汽生成的热源。应注意,在该启动顺序情况下,所述冷凝器需要与一燃烧废气出口配合工作。所述蒸汽生成器和冷凝器压力应比环境压力高一点,而在正常运行情况下,优选的压力应适合局部冷却条件以及补给水的要求。
[0062] 第二方面不同特征获得的优点与通过涉及本发明主要方面和前述描述的对应单个特征获得的优势对应。因此,当之前关于本发明主要方面的单个特征与第二方面的特征相同时,之前关于通过本发明主要方面的单个特征可获得优点的描述可应用到第二方面的特征。
[0063] 根据本发明各个主要和第二发明方面,对应的优点也可以通过涉及本发明运行发电厂方法的特征被获得。附图说明
[0064] 现在将结合实施例以及附图对本发明进行描述,其中:
[0065] 图1示出了本发明的发电厂;
[0066] 图2用框图示出了发电厂第一实施例的布局;
[0067] 图3示出了本发明发电厂的第二实施例;
[0068] 图4示出了本发明发电厂的第三实施例;
[0069] 图5示出了本发明发电厂的第四实施例;
[0070] 图6示出了本发明发电厂的第五实施例;
[0071] 图7示出了本发明发电厂的第六实施例;
[0072] 图8示出了本发明发电厂的第七实施例;
[0073] 图9示出了本发明发电厂的第八实施例;以及
[0074] 图10为本发明方法的流程图

具体实施方式

[0075] 图1示出了发电厂1,该发电厂包括一组分布的反射器2,以用于将太阳辐射反射到太阳辐射接收器(在这里也被称为“接收器”)。3是发电厂的能动器件,该能动器件包括顶端装置4,该顶端装置4作为一集成装置,包括太阳辐射接收器以及(可能地)一辅助涡轮机,该辅助涡轮机与辅助电力消耗装置连接,辅助电力消耗装置例如为压缩机和/或辅助发电机。所述顶端装置4位于第一位置,优选地,所述顶端装置4还可以包括燃烧室,以在太阳辐射能将要充满、较低或不存在期间,允许所述发电厂运行。
[0076] 所述顶端装置4可安装在塔5的顶部,所述塔5包括用于在所述顶端装置4和底部装置6之间传输工作介质的管道,底部装置6位于第二位置处,包括一涡轮机以及一发电机。所述底部装置6进一步包括蒸汽生成器以及回水冷凝器。在图1没有示出顶部的构件和底部装置。
[0077] 图2详细描述了本发明的第一实施例,其中,在所述顶端装置4中,示出了一太阳能接收器7,所述太阳能接收器7包括一蒸汽入口以及一液体喷洒进水口33。
[0078] 压缩空气由一空气压缩机28提供,所述空气压缩机28由一涡轮机13驱动,所述涡轮机13具有一入口,该入口通过燃烧室8与太阳辐射接收器7的出口连接。所述压缩机28具有一空气入口12。在所述太阳辐射接收器7和所述涡轮机13之间设置有一燃烧室
8,以在一CPU装置(未示出)的控制下在一定范围内向所述过程提供燃烧能,所述CPU装置包括在所述发电厂中,所述燃烧室具有一燃料进口11。所述燃烧室中使用的燃料可以为气化生物燃料或任何其它合适的燃料。来自空气压缩机的空气构成了用于燃烧室8的助燃空气。
[0079] 所述涡轮机13驱动发电机14,以进行发电。从所述涡轮机13出来的工作介质被导向蒸汽(或热水)生成器15,以用于产生蒸汽和热水,所述蒸汽和热水被传送到所述顶端装置4,以被导入到太阳辐射接收器7中。在蒸汽生成器15下游所述工作介质被引导到回水冷凝器16,所述回水冷凝器16与空气冷却器17连接,以用于冷凝器冷却,所述回水冷凝器16还与所述蒸汽生成器15连接,以用于向热水和蒸汽生产供应相同的供水。通过泵27水压可以被提高到期望的水平,其中,所述泵27设置在所述回水冷凝器16和所述蒸汽生成器15之间。29是一管道,该管道用于将来自所述蒸汽生成器15的部分蒸汽传送到/通过所述涡轮机以用于冷却目的。请参考前述有关冷却的问题。
[0080] 图3示出了一实施例,其中,辅助涡轮机9设置在所述底部装置6中,所述辅助涡轮机9通过燃烧室8具有一蒸汽入口,该蒸汽入口与所述太阳辐射接收器7的出口连接。在所述太阳辐射接收器7和辅助涡轮机9之间设置有一燃烧室8,该燃烧室8具有一燃料入口11。
[0081] 从所述辅助涡轮机9出来的工作介质的压力、温度被降低,该工作介质被引导到所述涡轮机13的入口,接着该涡轮机13驱动所述发电机14。从所述涡轮机13出来的工作介质如关于图2的描述一样被引导。
[0082] 在图3的实施例中,示出的空气压缩机10由所述辅助涡轮机9驱动,所述空气压缩机10具有一空气入口,该空气入口源自所述压缩机28,所述压缩机28由所述涡轮机13驱动。所述压缩机28具有一空气入口12。从空气压缩机10出来的气体构成了用于燃烧室8的助燃空气。
[0083] 35是安装在所述压缩机28和所述压缩机10之间的蒸汽生成器,36是安装在所述压缩机10和所述燃烧室8之间的蒸汽生成器。生成的蒸汽被引导至所述太阳辐射接收器7。
[0084] 除驱动所述空气压缩机10之外,在此情形下所述辅助装置9还与在一定范围内用于发电的辅助发电机18连接。向蒸汽生成器35和36提供增压的供水的入口来自冷凝器出口、液体水泵27的下游。
[0085] 图4所示的实施例有别于图2中的实施例,区别点主要在于提供了用于热传导目的的装置,以使来自所述燃烧室8上游的所述压缩机28的压缩空气进入换热器34的次级回路,所述换热器34包括初级回路,该回路被连接以用于来自所述太阳辐射接收器7的热传导。这样,利用蒸汽比空气具有更好的传热特性,由接收器加热的蒸汽可被用于对助燃空气进行加热。在通过换热器34后通过所述接收器7,最后进入燃烧室8的入口,所述初级回路导回至所太阳辐射接收器7,以进行第二轮的循环。这样,大大地提高了从所述接收器到涡轮机的热传导能力。
[0086] 图5更详细地示出了本发明的另一实施例,其中,在所述顶端装置4中,示出了一太阳辐射接收器7以及所述辅助涡轮机9,在这些装置之间,安装有一燃烧室8,以在所述CPU装置(未示出)的控制下,在一定范围内向所述工作提供燃烧能,所述燃烧室具有一燃料入口11。
[0087] 从所述辅助涡轮机9出来的、压力和温度降低的工作介质向下被引导到底部装置6,其中,该工作介质在所述涡轮机13的入口被接收,接着,所述涡轮机13驱动发电机14进行发电。从所述涡轮装置13出来的工作介质如前面描述的一样被引导。
[0088] 在图5所示的实施例中,所述空气压缩机10被示出,该装置带有从环境进气的进气口12。
[0089] 除驱动所述空气压缩机10之外,在此情形下所述辅助装置9还与在一定范围内用于发电的辅助发电机18连接。应注意,一般来说,考虑到前述较高位置处重型设备的问题,为了将到所述底部装置的所述管道中的温度和压力保持在较低的水平,许多工作由辅助涡轮机来执行,这是有益的。
[0090] 图6中的发电厂与图5中发电厂的区别在于:示出了所述空气压缩机10,且该装置由两级压缩机组成。所述发电厂还提供了一齿轮箱30,以用于将辅助涡轮机9的高速旋转速度降低到较低的旋转速度,以更好地适应合适发电机的运行。
[0091] 根据目前的应用,通常地,在蒸汽循环(兰金循环)中,工作介质在加热过程中从液态水转化到过热蒸汽。对于太阳能接收器,在加热过程中,如果沿着接收器的扩展部,介质流状态(medium flow phase)一直相同,这是一种优选方式。相对于背景技术,这是有益的,在背景技术中,太阳辐射接收器必须设计成可对热水、沸水以及过热蒸汽进行管理。
[0092] 进一步地,根据图6中的实施例,热水在蒸汽/水生成器15中产生。从这里开始,热水可以被容易地注入并在与热空气混合时容易地转换为蒸汽。在太阳辐射接收器之前注入一些水,只要这些水蒸发,这是有益的,这样,只有蒸汽形式的水可到达接收器7。在第一喷雾站31中,这些水可以注入位于两个压缩机级之间的压缩机气流中,和/或在第二喷雾站32中在压缩机的出口这些水可以被注入。对于压缩机运行,需要低功耗的压缩机,这是有益的。然后,这种方式生成的蒸汽有利地进入通向太阳辐射接收器的蒸汽管道。33是用于将液态水喷射到接收器的装置。
[0093] 图7中的发电厂与图5发电厂的主要区别在于,图7中发电厂包括用于生成蒸汽的装置35、36,还包括一压缩机28,该装置与图3中示出的和描述的对应。
[0094] 图8中的发电厂与前述发电厂的主要区别在于:有益地提供了一辅助的再热燃烧室8‘,该燃烧室设置在靠近所述涡轮机13,且在其上游,以在一些运行模式中提高所述涡轮机的运行情况,从而为提高整个发电厂的效率提供可能。这并不排除所述温度被所述再热燃烧室提升高达1400℃或甚至更高。
[0095] 这种布局使得可以提供双蒸汽压力,一方面,例如55-110巴(bar)的高压可以提供给太阳辐射接收器,另一方面,例如20-40巴的低压可以提供给再热燃烧室8‘。这样,图8中的泵布局27被建立以用于以选择的数量、选择的压力将蒸汽传输到所述目的地。
[0096] 这种方式使得可以降低所述辅助涡轮机的最高温度要求,例如,只要1100-1200℃,这意味着通过更经常地使用所述燃烧室8,使得在太阳辐射接收器出口温度经常没有达到任一最高温时,也足以满足发电厂运行的需要。
[0097] 在该实施例中,进一步地,齿轮箱被设置用于恰当地调整压缩机10第一级的旋转速度。因此,所述辅助涡轮机9可以直接与所述空气压缩机中高压压缩机级连接,经过速度降低齿轮传动与所述空气压缩机中的低压压缩机级间接连接。
[0098] 来自所述压缩机的空气,例如,所述压缩机10第一级后的空气,被有利地提供给所述再热燃烧室8‘。可选地,与图7中压缩机28对应的、由所述涡轮机13驱动的一压缩机(未示出)可用于向所述再热燃烧室8’供应空气。
[0099] 图9中的实施例与本发明第二方面相对应,(主要)单独适用于蒸汽,太阳辐射接收器7的出口直接与辅助涡轮机9连接,辅助涡轮机9与辅助发电机18连接,以进行发电。
[0100] 与图5-8类似,从所述辅助涡轮机9出来的、具有降低温度和压力的工作介质从第一位置被引导到所述辅助涡轮机13的入口,该装置13设置在第二位置。所述辅助涡轮机13为一纯蒸汽机,因为如前所述,所述工作介质为纯蒸汽。其中,一蒸汽生成器15被使用,以用来生成高压蒸汽。
[0101] 19为蒸汽冷凝器,该冷凝器将所有蒸汽完全恢复为水冷凝物,并将补给水提供给所述蒸汽生成器15。这样,一完全闭合的水-蒸汽回路被建立。通过泵27水压可以被提高到期望的高压水平,其中,所述泵27设置在所述回水冷凝器19和所述蒸汽生成器15之间。29为一管道,该管道用于将来自所述蒸汽生成器15的部分蒸汽传送到/通过所述涡轮机以用于冷却目的。请参考前述有关冷却的问题。
[0102] 尽管并不总是必须的,然而提供一燃烧装置是有益的,其中,燃烧装置可以在所述工作介质中以燃料燃烧器装置的形式提供,以用于例如在停止一段时间后简化发电厂运行的启动。这可以通过添加一燃料燃烧器装置来实现,以在所述蒸汽生成器内部点燃燃料。图9示出了到与所述蒸汽生成器关联的燃料燃烧器装置的液体燃料入口11‘’以及空气入口
12‘,所述蒸汽生成器设置用来点火、产生蒸汽以及启动。图中还示出了用于排出燃烧废气的小排气烟囱37。
[0103] 如前所述,通过喷射装置33直接将液态水喷射到蒸汽流或蒸汽流适合的一部分或多部分,液态水可以被引入到所述太阳辐射接收器。
[0104] 图10以框图的形式示出了本发明的示例性方法步骤,其中,位置20是步骤的开始。
[0105] 位置21为步骤:在太阳辐射接收器中对一介质蒸汽进行加热,将所述加热的介质蒸汽传送到一辅助涡轮机。
[0106] 位置22为步骤:对所述辅助涡轮机中的所述介质蒸汽进行膨胀,将所述膨胀后的介质传送到一涡轮机。
[0107] 位置23为步骤:在所述涡轮机装置中对所述介质蒸汽进行进一步的膨胀。
[0108] 位置24为步骤:从所述涡轮机将所述介质蒸汽传送到一蒸汽生成器,以在所述涡轮机下游回收能量,将这样生成的蒸汽传送到所述太阳辐射接收器。
[0109] 位置25为步骤:将从所述蒸汽生成器出来的工作介质传送到回水冷凝器,以用于生成到所述蒸汽生成器的补给水。
[0110] 位置26为方法步骤的结束点。
[0111] 根据本发明的主要方面,本发明的步骤序列辅以提供燃烧能,这是非常有益的,如前描述一样。本发明可以在附加的权利要求的范围内进行进一步的修改
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