CN106870020B - 一种发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发电系统，包括高温储热介质储罐、低温储热介质储罐、换热装置、汽轮机、发电机、排汽冷凝装置；换热装置包括两台过热器、两台串联的蒸发器和两台预热器，高温储热介质储罐、过热器、蒸发器、预热器及低温储热介质储罐依次连接，形成储热介质流通的通路，排气冷凝装置、预热器、蒸发器、过热器及汽轮机依次连接，形成水工质流通的通路，水工质与高温储热介质在换热装置中完成热量交换后，形成蒸汽供汽轮机做功，以带动发电机发电，汽轮机排出的蒸汽进入排气冷凝装置形成的冷凝水作为水工质进入换热装置与高温储热介质进行热量交换。与现有技术相比，本发明的换热装置提高了整个发电系统应对故障的能力。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能热发电领域，尤其是涉及一种发电系统。
背景技术
随着传统化石燃料的不断燃烧，人类可利用的常规能源越来越少，并且化石能源的大量耗用，使人类生存的生态环境遭到破坏，严重威胁着人类的安全和生存。为了保护人类赖以生存的地球生态环境，必须采取措施减少化石能源的耗用，大力开发利用清洁、干净的新能源和可再生能源，走与生态环境和谐的绿色能源之路。
太阳能是世界上最丰富的永久能源，地球每年接受的太阳能总量为1×1018kW·h，这相当于5×1014桶原油，是探明原油储量的近千倍，是世界年耗总能量的一万余倍。
太阳能热发电是太阳能利用的主要方式之一，配备储热系统的太阳能热发电站可以实现连续稳定的电力输出，尤其夜间不间断的电力输出。太阳能热发电技术主要有塔式技术、槽式技术、碟式技术、线性菲涅尔技术等技术流派，其中塔式技术具有较高的聚光比，可以实现更高的介质温度和蒸汽温度，蒸汽质量较高。
其中，包含储热系统的塔式太阳能热发电系统是指利用太阳能量加热储热介质，进而利用换热装置实现储热介质与水工质之间的热量传递，产生过热蒸汽，最终利用过热蒸汽驱动汽轮机带动发电机产生电能。在常规的包含储热系统的塔式太阳能热发电系统中，换热装置常用单一的换热装置，即仅有一台过热器、一台蒸发器、一台预热器，来实现储热介质与水工质之间的换热。采用单一的换热装置在某一系统设备故障的情况下，会直接影响换热装置运行，间接导致整个发电系统停机，造成电站不能正常发电，引发一系列的损失。另一方面，塔式太阳能热发电站常会因为电网需求或者系统运行需求，要求系统低负荷运行，此时换热装置需配合汽轮机实现低负荷运行与变负荷操作，此时如果换热装置是单一的换热装置，在低负荷条件下，换热装置会出现运行效率低，换热效果差等问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种发电系统,该发电系统中的换热装置通过利用两台过热器、两台蒸发器、两台预热器串并联设计来实现提升整个发电系统应对故障的能力，同时提升低负荷下换热装置的换热效果。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种发电系统，包括:
高温储热介质储罐，用于存储高温储热介质；
低温储热介质储罐，用于存储低温储热介质；
换热装置，与所述高温储热介质储罐和低温储热介质储罐连接，用于实现高温储热介质与水工质之间的热量交换，将液态的水工质转化为过热蒸汽，同时高温储热介质转变为低温储热介质；
汽轮机，与所述换热装置和发电机连接，在所述过热蒸汽的驱动下带动发电机产生电能；
排汽冷凝装置，与所述换热装置和汽轮机连接，将所述汽轮机排出的蒸汽冷凝成水，并进一步将冷凝后的水导入换热装置中作为水工质与所述高温储热介质进行热量交换，其特征在于，
所述换热装置包括：第一过热器，第二过热器，第一蒸发器，第二蒸发器，第一预热器以及第二预热器，
所述高温储热介质储罐的储热介质出口通过第一储热介质分流管分别与所述第一过热器的储热介质入口和第二过热器的储热介质入口连通，所述第一过热器的储热介质出口和第二过热器的储热介质出口通过第一储热介质汇流管汇合后与所述第一蒸发器的储热介质入口连通，所述第一蒸发器的储热介质出口通过储热介质传输管与所述第二蒸发器的储热介质入口连通，所述第二蒸发器的储热介质出口通过第二储热介质分流管分别与所述第一预热器的储热介质入口和第二预热器的储热介质入口连通，所述第一预热器的储热介质出口和第二预热器的储热介质出口通过第二储热介质汇流管与所述低温储热介质储罐的储热介质入口连通；
所述排汽冷凝装置的出口通过第一水工质分流管分别与所述第一预热器的水工质入口和第二预热器的水工质入口连通，所述第一预热器的水工质出口和第二预热器的水工质出口分别通过管道与所述第一蒸发器的水工质入口和第二蒸发器的水工质入口连通，所述第一蒸发器的水工质出口和第二蒸发器的水工质出口分别通过管道与所述第一过热器的水工质入口和第二过热器的水工质入口连通，所述第一过热器的水工质出口和第二过热器的水工质出口分别通过管道与所述汽轮机的蒸汽入口连通，所述汽轮机的蒸汽出口与所述排汽冷凝装置的入口连通。
作为本发明所述的一种发电系统的改进，该发电系统还包括第一支管，所述第一支管上设有第一阀门，所述第一支管的一端与所述第一储热介质汇流管连通，所述第一支管的另一端与所述储热介质传输管连通，通过所述第一阀门调节进入所述第一蒸发器的高温储热介质。
作为本发明所述的一种发电系统的改进，该发电系统还包括第二支管，所述第二支管上设有第二阀门，所述第二支管的一端与所述储热介质传输管连通，所述第二支管的另一端与所述第二储热介质分流管连通，通过所述第二阀门调节进入所述第二蒸发器的高温储热介质。
作为本发明所述的一种发电系统的改进，该发电系统还包括第一再热器和第二再热器，所述汽轮机为再热汽轮机，所述汽轮机排出的再热抽汽通过第四水工质分流管道分别与所述第一再热器和第二再热器的水工质入口连通，所述第一再热器和第二再热器的水工质出口分别通过管道与所述汽轮机的再热蒸汽入口连通；
所述高温储热介质储罐的储热介质出口通过第三储热介质分流管分别与所述第一再热器和第二再热器的储热介质入口连通，所述第一再热器和第二再热器的储热介质出口通过第三储热介质汇流管汇合后与所述第一蒸发器的储热介质入口连通。
作为本发明所述的一种发电系统的改进，所述蒸发器为釜式蒸发器、虹吸式蒸发器或带强制循环装置的汽包分离式蒸发器中的任意一种。
作为本发明所述的一种发电系统的改进，所述第一预热器，第二预热器，第一过热器，第二过热器，第一再热器以及第二再热器均为发夹式换热器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的发电系统采用两台预热器、两台蒸发器和两台过热器串并联设计，当系统中的某台设备发生故障时候，可以通过管路切换，增大另一台具有相同功能的对应设备的运行负荷，从而保证发电系统不用停机，进而减少因发电系统停机而导致的经济损失。
2、在本发明的换热装置中，一方面，两个蒸发器在水工质一侧并联，即自两个预热器中流出的水工质汇流混合后再分流分别同时进入第一蒸发器和第二蒸发器，也就是水工质一侧进入第一蒸发器和第二蒸发器中的水工质温度相同，另一方面，两个蒸发器在储热介质一侧串联，即自两个过热器中流出的储热介质依次经过第一蒸发器和第二蒸发器，也就是储热介质一侧进入第一蒸发器中的储热介质温度要高于进入第二蒸发器中的储热介质的温度。采用该种设计使本身由一个设备承受的温差，变为由两个设备承受，设备上承受的温差有所减小，从而减小设备的温差应力。例如，由于储热介质经过在第一蒸发器中与水工质换热，温度降低，使得在第二蒸发器中水工质与储热介质之间的温差得到缩小，从而能够减小第二蒸发器中管程与壳程因温差原因所受到的热应力。因此，采用本发明的设计，在蒸发器段能够实现相同的换热效率输出的前提下，由两个蒸发器串联组成的蒸发器段与单独一个蒸发器构成的蒸发器段相比，前者能够明显降低蒸发器所受到的热应力，从而能够延长换热装置的使用寿命。
3、储热介质相对于水工质来讲，介质显热往往储热密度较低，这就造成储热介质与水工质换热过程，储热介质的流量往往远大于水工质的流量，如采用单一设备，则可能因为储热介质流量较大，造成储热介质流阻太大，从而增大为在换热装置中输送储热介质而消耗的电能，进而使得发电厂用电增加，即增大了发电成本。采用本技术方案的设计，预热器、过热器均并联的方式，在达到同样发电功率的前提下，可使得其中每台设备的流量得到降低，即降低储热介质在换热装置中的流阻，减少发电厂用电，降低了发电成本。
附图说明
图1是本发明发电系统的原理结构框图。
图2是本发明的一种发电系统的结构图。
图3是本发明的另外一种发电系统的结构图。
图中标识为：1-低温储热介质储罐，2-高温储热介质储罐，3-第一过热器，4-第二过热器，5-第一蒸发器，6-第二蒸发器，7-第一预热器，8-第二预热器，9-汽轮机，10-发电机，11-排汽冷凝装置，12-第一储热介质分流管，13-第三水工质汇流管，14-第一储热介质汇流管，15-第三水工质分流管，16-第二水工质汇流管，17-第二水工质分流管，18-储热介质传输管，19-第二支管，20-第二储热介质分流管，21-第一水工质汇流管、22-第一水工质分流管，23-第二储热介质汇流管，24-第一支管，25-第一阀门，26-第一再热器，27-第二再热器，28-第三储热介质分流管，29-第三储热介质汇流管，30-第四水工质汇流管，31-第四水工质分流管。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供的一种发电系统，包括:高温储热介质储罐2：用于存储高温储热介质；低温储热介质储罐1：用于存储低温储热介质；换热装置：用于实现储热介质与水工质之间的热量交换，将液态的水工质转化为过热蒸汽；汽轮机9：在过热蒸汽的驱动下带动发电机10产生电能；排汽冷凝装置11：将汽轮机9排出的蒸汽冷凝成水，并进一步将冷凝后的水导入换热装置中作为水工质与储热介质进行换热。
具体的，如图2所示，换热装置包括第一过热器3，第二过热器4，第一蒸发器5，第二蒸发器6，第一预热器7以及第二预热器8，高温储热介质储罐2的储热介质出口通过第一储热介质分流管12分别与第一过热器3的储热介质入口和第二过热器4的储热介质入口连通，第一过热器3的储热介质出口和第二过热器4的储热介质出口通过第一储热介质汇流管14汇合后与第一蒸发器5的储热介质入口连通，第一蒸发器5的储热介质出口通过储热介质传输管18与第二蒸发器6的储热介质入口连通，第二蒸发器6的储热介质出口通过第二储热介质分流管20分别与第一预热器7的储热介质入口和第二预热器8的储热介质入口连通，第一预热器7的储热介质出口和第二预热器8的储热介质出口通过第二储热介质汇流管23与低温储热介质储罐1的储热介质入口连通；
进一步的，排汽冷凝装置11的出口通过第一水工质分流管22分别与第一预热器7的水工质入口和第二预热器8的水工质入口连通，第一预热器7的水工质出口和第二预热器8的水工质出口分别通过管道与第一蒸发器5的水工质入口和第二蒸发器6的水工质入口连通(需要注意的是，第一预热器7的水工质出口和第二预热器8的水工质出口也可通过第一水工质汇流管21汇合后，再通过第二水工质分流管17与第一蒸发器5水工质入口和第二蒸发器6水工质入口连通)，第一蒸发器5的水工质出口和第二蒸发器6的水工质出口分别通过管道与第一过热器3的水工质入口和第二过热器4的水工质入口连通(需要注意的是，第一蒸发器5的水工质出口和第二蒸发器6的水工质出口也可通过第二水工质汇流管16汇合后，再通过第三水工质分流管15与第一过热器3的水工质入口和第二过热器4的水工质入口连通)，第一过热器3的水工质出口和第二过热器4的水工质出口分别通过管道与汽轮机9的蒸汽入口连通或者第一过热器3的水工质出口和第二过热器4的水工质出口通过第三水工质汇流管13汇合后与汽轮机9的蒸汽入口连通，汽轮机9的蒸汽出口与排汽冷凝装置11的入口连通。
本发明提供的换热装置采用两台预热器、两台蒸发器和两台过热器串并联设计，当系统中的某台设备发生故障时候，可以通过管路切换，增大另一台具有相同功能的对应设备的运行负荷，从而保证发电系统不用停机，进而减少因发电系统停机而导致的经济损失。
本发明也可采用外界水工质供给装置(图中未示出)提供水工质，外界水工质供给装置与第一预热器7的水工质入口和第二预热器8的水工质入口连接。
如图1所示，本发明一实施例中，该发电系统还包括第一支管24，第一支管24上设有第一阀门25，第一支管24的一端与第一储热介质汇流管14连通，第一支管24的另一端与储热介质传输管18连通，通过第一阀门25灵活调节进入第一蒸发器5的高温储热介质。
如图1所示，本发明一实施例中，该发电系统还包括第二支管19，第二支管19上设有第二阀门，第二支管19的一端与储热介质传输管18连通，第二支管19的另一端与第二储热介质分流管20连通，通过第二阀门调节进入第二蒸发器6的高温储热介质。
本发明一实施例中，蒸发器为釜式蒸发器、虹吸式蒸发器或带强制循环装置的汽包分离式蒸发器中的任意一种。当然，也可选择为其他形式的蒸发器。
本发明一实施例中，第一预热器7，第二预热器8，第一过热器3，第二过热器4均为发夹式换热器。当然，本发明并不以此为限，可选择为其他的形式换热器，第一预热器7，第二预热器8，第一过热器3，第二过热器4也可不同。
实施例2
如图3所示，本实施例提供的发电系统跟实施例1一样，其不同之处在于：本实施例的发电系统还包括第一再热器26和第二再热器27，汽轮机9为再热汽轮机9，包括至少一个低压缸和一个高压缸，低压缸排出的低压蒸汽通过第四水工质分流管31道分别与第一再热器26和第二再热器27的水工质入口连通，第一再热器26和第二再热器27的水工质出口分别通过管道汇合于第四水工质汇流管30后与汽轮机9的蒸汽入口连通；
高温储热介质储罐2的储热介质出口通过第三储热介质分流管28分别与第一再热器26和第二再热器27的储热介质入口连通，第一再热器26和第二再热器27的储热介质出口通过第三储热介质汇流管29汇合后与第一蒸发器5的储热介质入口连通。
综上，在本发明的换热装置中，一方面，两个蒸发器在水工质一侧并联，即自两个预热器中流出的水工质汇流混合后再分流分别同时进入第一蒸发器5和第二蒸发器6，也就是水工质一侧进入第一蒸发器5和第二蒸发器6中的水工质温度相同，另一方面，两个蒸发器在储热介质一侧串联，即自两个过热器中流出的储热介质依次经过第一蒸发器5和第二蒸发器6，也就是储热介质一侧进入第一蒸发器5中的储热介质温度要高于进入第二蒸发器6中的储热介质的温度。采用该种设计使本身由一个设备承受的温差，变为由两个设备承受，设备上承受的温差有所减小，从而减小设备的温差应力。例如，由于储热介质经过在第一蒸发器5中与水工质换热，温度降低，使得在第二蒸发器6中水工质与储热介质之间的温差得到缩小，从而能够减小第二蒸发器6中管程与壳程因温差原因所受到的热应力。因此，采用本发明的设计，在蒸发器段能够实现相同的换热效率输出的前提下，由两个蒸发器串联组成的蒸发器段与单独一个蒸发器构成的蒸发器段相比，前者能够明显降低蒸发器所受到的热应力，从而能够延长换热装置的使用寿命。
储热介质相对于水工质来讲，介质显热和储热密度往往较低，这就造成储热介质与水工质换热过程，储热介质的流量往往远大于水工质的流量，如采用单一设备，则可能因为储热介质流量较大，造成储热介质流阻太大，从而增大为在换热装置中输送储热介质而消耗的电能，进而使得发电厂用电增加，即增大了发电成本。采用本技术方案的设计，预热器、过热器均并联的方式，在达到同样发电功率的前提下，可使得其中每台设备的流量得到降低，即降低储热介质在换热装置中的流阻，减少发电厂用电，降低了发电成本。
虽然本发明对以上实施例进行说明，但是应当理解，这并不意味着本发明将局限于以上实施例。相反，本发明将包括可以包含在由所附的权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的所有替代，变更和等同方案。
Claims (6)
1.一种发电系统，包括:
高温储热介质储罐，用于存储高温储热介质；
低温储热介质储罐，用于存储低温储热介质；
换热装置，与所述高温储热介质储罐和低温储热介质储罐连接，用于实现高温储热介质与水工质之间的热量交换，将液态的水工质转化为过热蒸汽，同时高温储热介质转变为低温储热介质；
汽轮机，与所述换热装置和发电机连接，在所述过热蒸汽的驱动下带动发电机产生电能；
排汽冷凝装置，与所述换热装置和汽轮机连接，将所述汽轮机排出的蒸汽冷凝成水，并进一步将冷凝后的水导入换热装置中作为水工质与所述高温储热介质进行热量交换，其特征在于，
所述换热装置包括：第一过热器，第二过热器，第一蒸发器，第二蒸发器，第一预热器以及第二预热器，
所述高温储热介质储罐的储热介质出口通过第一储热介质分流管分别与所述第一过热器的储热介质入口和第二过热器的储热介质入口连通，所述第一过热器的储热介质出口和第二过热器的储热介质出口通过第一储热介质汇流管汇合后与所述第一蒸发器的储热介质入口连通，所述第一蒸发器的储热介质出口通过储热介质传输管与所述第二蒸发器的储热介质入口连通，所述第二蒸发器的储热介质出口通过第二储热介质分流管分别与所述第一预热器的储热介质入口和第二预热器的储热介质入口连通，所述第一预热器的储热介质出口和第二预热器的储热介质出口通过第二储热介质汇流管与所述低温储热介质储罐的储热介质入口连通；
所述排汽冷凝装置的出口通过第一水工质分流管分别与所述第一预热器的水工质入口和第二预热器的水工质入口连通，所述第一预热器的水工质出口和第二预热器的水工质出口分别通过管道与所述第一蒸发器的水工质入口和第二蒸发器的水工质入口连通，所述第一蒸发器的水工质出口和第二蒸发器的水工质出口分别通过管道与所述第一过热器的水工质入口和第二过热器的水工质入口连通，所述第一过热器的水工质出口和第二过热器的水工质出口分别通过管道与所述汽轮机的蒸汽入口连通，所述汽轮机的蒸汽出口与所述排汽冷凝装置的入口连通。
2.如权利要求1所述的一种发电系统，其特征在于，该发电系统还包括第一支管，所述第一支管上设有第一阀门，所述第一支管的一端与所述第一储热介质汇流管连通，所述第一支管的另一端与所述储热介质传输管连通，通过所述第一阀门调节进入所述第一蒸发器的高温储热介质。
3.如权利要求1所述的一种发电系统，其特征在于，该发电系统还包括第二支管，所述第二支管上设有第二阀门，所述第二支管的一端与所述储热介质传输管连通，所述第二支管的另一端与所述第二储热介质分流管连通，通过所述第二阀门调节进入所述第二蒸发器的高温储热介质。
4.如权利要求1所述的一种发电系统，其特征在于，该发电系统还包括第一再热器和第二再热器，所述汽轮机为再热汽轮机，所述汽轮机排出的再热抽汽通过第四水工质分流管道分别与所述第一再热器和第二再热器的水工质入口连通，所述第一再热器和第二再热器的水工质出口分别通过管道与所述汽轮机的再热蒸汽入口连通；
所述高温储热介质储罐的储热介质出口通过第三储热介质分流管分别与所述第一再热器和第二再热器的储热介质入口连通，所述第一再热器和第二再热器的储热介质出口通过第三储热介质汇流管汇合后与所述第一蒸发器的储热介质入口连通。
5.根据权利要求1所述的一种发电系统，其特征在于，所述第一蒸发器和第二蒸发器均为釜式蒸发器、虹吸式蒸发器或带强制循环装置的汽包分离式蒸发器中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种发电系统，其特征在于，所述第一预热器，第二预热器，第一过热器，第二过热器，第一再热器以及第二再热器均为发夹式换热器。
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