CN101876299A - 一种将太阳能热发电与生物质发电相结合的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种将太阳能热发电与生物质发电结合的方法及系统，本发明方法白天(晴天)发电时，在集热场被加热的导热油，一路经热交换器使反向流动的水升温成为360～380℃的过热蒸汽；另一路通过换热器对熔盐加热，进行能量存储。在生物质锅炉的水冷壁内被加热的水，变成蒸汽进入汽包和汽水分离器后，与上述360～380℃的蒸汽一起送入锅炉的过热器加热到535～545℃，再提供给汽轮机，带动发电机完成发电过程。接受电力调谷时，生物质锅炉要维持最小稳燃状态，可以利用本发明的自发电为熔盐储热系统中的电加热器供电加热熔盐，为熔盐热罐进行二次储能。当夜间或太阳能条件不好时，通过换热器将熔盐储存的热能释放出来进行发电。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电方法及系统，特别是关于一种将太阳能热发电与生物质发电结合的方法及系统。
背景技术
太阳能热发电与生物质发电是两种重要的可再生能源利用方式，受到世界各国能源研究人员密切关注。其中：
太阳能热发电是利用集热器将太阳辐射能转换成热能并通过热力循环过程进行发电。根据聚光方式的不同，太阳能热发电系统大致分为三类：槽式线聚焦系统、塔式系统和碟式系统。目前槽式太阳能热发电系统商业化最为成功，但是它的聚光倍数较低，产生的水蒸汽温度一般不超过400℃，因此导致系统只能采用饱和蒸汽发电，发电效率较低，并且机组只能采用专用的饱和蒸汽汽轮机，机组价格昂贵，故障率高；其次，由于太阳能资源的季节性差异较大、连续阴雨天无法发电等因素，导致系统设备利用率较低。
生物质发电是通过燃烧玉米、小麦等农作物茎秆或林木枝条加热蒸汽进行热发电。据统计，每吨生物质秸秆的热值约相当于标准煤50％，平均含硫量只有3.8‰，而且在生物质秸秆的再生利用过程中，排放的CO2与生物质秸秆再生时吸收的CO2达到碳平衡，具有CO2零排放的作用。生物质秸秆容易收购管理，属于废弃物再利用，如果利用它发电不仅有利于减少燃烧生物质秸秆而引起的烟尘排放，也有利于提高农民的经济收入。但是由于生物质本身热值较低，采用单一的生物质发电系统虽然能够保证24小时发电，但是原料用量庞大，其来源和存储占地都可能有一些问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种将太阳能热发电与生物质发电相结合的方法及系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种将太阳能热发电与生物质发电结合的方法，其包括以下运行状态：1)白天发电时，在太阳能集热系统中高温油泵带动导热油循环流动，利用太阳能加热的导热油一路用于加热太阳能过热器、蒸汽发生器和预热器中反向流动的水，使其升温成为360℃～380℃的过热蒸汽；另一路通过熔盐储热系统的换热器使加热的熔盐从熔盐冷罐泵入熔盐热罐储能；在生物质燃烧系统中生物质锅炉水冷壁内的水被加热进入汽包经汽水分离器分离后，蒸汽与360℃～380℃的过热蒸汽一起进入生物质锅炉继续加热形成535℃～545℃的过热蒸汽，再送入热电转换系统的汽轮机，带动发电机发电送入公共电网；2)夜间发电时，关闭太阳能集热系统中集热场的管路，熔盐储热系统的热罐熔盐泵驱动熔盐从熔盐热罐反向流入熔盐冷罐释放能量，为换热器的换热管中的导热油加热，再利用导热油的循环加热反向流动的水，使其升温成为360℃～380℃的过热蒸汽，在生物质系统和热电转换系统的运行过程与白天发电相同；3)连续阴雨天气发电时，太阳能集热系统和熔盐储热系统停止工作，仅靠生物质燃烧系统单独为热电转换系统提供热蒸汽。
在熔盐储热系统中设置一电加热器，当采用第2)种发电状态，且在夜间接受电力调谷时，利用热电转换系统的自发电为所述电加热器供电加热熔盐，使熔盐从熔盐冷罐流向熔盐热罐，既维持生物质锅炉的最小稳燃状态，又为熔盐热罐进行二次储能，当恢复向公共电网供电时，再通过所述换热器将热能释放出来。
实现上述方法的一种将太阳能热发电与生物质发电结合的系统，其特征在于：它包括太阳能集热系统、熔盐储热系统、生物质燃烧系统、热电转换系统和控制系统；所述太阳能集热系统包括采用槽式线聚焦系统的集热场，所述集热场的导热油出口管路顺序连接太阳能过热器、蒸汽发生器、预热器、高温油泵和集热场的导热油进口管路，所述太阳能过热器、蒸汽发生器和预热器的换热管串联连接；所述熔盐储热系统包括一换热器，所述换热器通过管路分别连接一熔盐冷罐和一熔盐热罐，所述换热器的换热管一端连接所述集热场的导热油出口管路，另一端通过另一三通阀跨接在所述高温油泵的进、出口两端；所述生物质燃烧系统包括一生物质锅炉，所述生物质锅炉的水冷壁出汽口依次连接一汽包和一汽水分离器，所述汽水分离器的出汽口与所述太阳能过热器换热管的出口通过管路并联后穿过所述生物质锅炉炉膛内的过热器，连接所述热电转换系统的汽轮机进汽口；所述热电转换系统的所述汽轮机采用入口蒸汽温度为535℃，压力为8.38MPa的高参数单缸汽轮机，所述汽轮机的机械输出端连接一发电机，所述发电机发出的电送入一变电站后送入公共电网；所述汽轮机底部的两出水管路，一路依次连接一低压加热器和一水泵，另一路依次连接一凝汽器、所述水泵、一低压加热器的换热管、一除氧器、另一水泵和所述太阳能集热系统的预热器的换热管进口。
在所述熔盐储热系统的换热器与熔盐热罐之间的管路上设置有一电加热器，所述电加热器连接所述热电转换系统自发电的输出端。
在所述生物质锅炉的烟气通道内设置有一省煤器，在所述除氧器与所述过热器之间的管路上设置一三通阀，所述三通阀的第三个口连接一管路，所述管路穿过所述省煤器后连接所述汽包。
在所述生物质锅炉内的烟气通道内设置有一空气预热器，所述空气预热器内的气体管路一端连接设置压缩空气源，另一端连接所述生物质锅炉的燃料入口。
在所述过热器与所述高温油泵之间的导热管上连接一膨胀罐。
所述生物质锅炉采用∏形水冷振动炉排锅炉。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于首先采用技术较为成熟的槽式太阳能集热系统将水加热到360℃～380℃形成过热蒸汽后，再供给生物质锅炉继续加热至535℃～545℃，因此不但可以充分利用太阳能这一取之不尽用之不竭的清洁能源，而且可以极大地节省生物质燃料的用量。2、本发明利用生物质锅炉可以持续发电的特性，解决了太阳能热发电储能容量有限而不能在夜间及阴雨天长时间发电的问题，不但使本发明系统保证24小时连续供电，而且可以参与电网的调峰调谷的运行操作。3、本发明由于利用生物质锅炉将常规太阳能集热系统所提供的380℃左右的过热蒸汽加热到540℃左右，因此可以采用已有技术的高参数的汽轮发电机，而不必为太阳能热发电系统配备专用的饱和蒸汽汽轮机，不但降低了汽轮机的采购成本，还提高了发电效率。特别是在目前国家大力提倡拆除小火电机组，上马大型发电机组的情况下，更可以充分利用拆除下来的汽轮机，而不必另行投资购置新设备。4、本发明由于在熔盐储热系统中设置了一个电加热器，因此当夜间系统接受电力调谷时，可以将系统自发电引入电加热器对熔盐加热储能，这样既可以保证生物质锅炉不熄火维持最小稳燃状态，又可以为熔盐储热系统进行二次储能，保证第二天开始发电而太阳能集热系统热量不够时，由熔盐储存的热能为系统提供热量。本发明将太阳能热发电与生物质发电这两种重要的可再生能源方式结合起来，不但有效地提高了发电效率，而且很好地保护了环境，它可以广泛用于各种具有较好的太阳能辐射条件和生物质燃料资源的发电场合。
附图说明
图1是本发明将太阳能热发电与生物质发电相结合的电站系统结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明主要包括太阳能集热系统1、熔盐储热系统2、生物质燃烧系统3、热电转换系统4和控制系统。
本发明的太阳能集热系统1主要包括集热场11、太阳能过热器12、蒸汽发生器13、预热器14、高温油泵15和膨胀罐16。本发明的集热场11内串联或并联设置有多个集热单元，每个集热单元与已有技术中的槽式线聚焦系统类似，包括抛物槽式反射镜、太阳跟踪装置和集热管等设备(图中未示出)。太阳跟踪装置南北向放置，采用单轴跟踪方式跟踪太阳，太阳光线经过槽式反射镜反射，聚集在每一集热管上，以加热集热管中的导热油。集热场11的导热油出口管路17依次串联连接太阳能过热器12、蒸汽发生器13、预热器14、高温油泵15，并通过导热油进口管路18回到集热场11，膨胀罐16连接在预热器14与高温油泵15之间的管路上。太阳能过热器12、蒸汽发生器13和预热器14内的换热管串联连接，预热器14一端的换热管进水，太阳能过热器12一端的换热管出过热蒸汽。
本发明的熔盐储热系统2主要包括熔盐冷罐21、熔盐热罐22和换热器23。本发明熔盐冷罐21、熔盐热罐22和换热器23与已有技术中的熔盐储热系统类似，其内存储的熔盐可以是硝酸熔盐或其它介质，换热器23通过两管路24、25分别连通熔盐冷罐21和熔盐热罐22，换热器23的换热管26的一端通过一三通阀27连接太阳能集热系统1的导热油出口管路17上，另一端通过另一三通阀28跨越连接在高温油泵15两端的导热油进口管路18上。本发明还在换热器23通往熔盐热罐22的管路25上设置了一电加热器29。
本发明的生物质燃烧系统3主要包括生物质锅炉31，生物质锅炉31可以采用已有技术中的∏形水冷振动炉排锅炉，也可以采用其它结构形式的锅炉。炉膛内设置有过热器32，在生物质锅炉31的烟气通道内设置有一省煤器33和一空气预热器34。生物质锅炉31的内壁为一水冷壁，水冷壁的顶部连接一汽包35，汽包35的入口连接一管路，该管路作为省煤器33的换热管穿过省煤器33后，通过一三通阀36连接至太阳能集热系统1预热器14的换热管进口端；汽包35的出口连接一汽水分离器37，汽水分离器37的出口与太阳能过热器12的换热管出口并联，进入过热器32后，连接热电转换系统4的汽轮机41进汽口，作为汽轮41机的驱动力。空气预热器34内的气体管路一端连接设置在系统外部的压缩空气源，另一端连接生物质锅炉31的燃料入口38处，与燃料一起送入锅炉的炉膛内燃烧。
本发明的热电转换系统4中，汽轮机41采用已有技术中入口蒸汽温度为535℃，压力为8.38MPa的高参数单缸汽轮机，发电机42和变电站43的设备也都采用已有技术中的相应设备和操作程序。发电机42发出的电，一路通过变电站43送入公共电网44，另一路连接电加热器29。另外，在汽轮机41底部的出水口并联设置三条管路，其中第一路连接一凝汽器45，凝汽器45的换热管连接冷源，凝汽器45出口连接一水泵46，水泵46的出口通过一管路连接低压加热器47的换热管，换热管的出口连接除氧器48；第二路连接一低压加热器47的腔体进口，低压加热器47的腔体出口通过管路连接到水泵46的入口；第三路连接除氧器48的另一进口。除氧器48出口通过一水泵49连接至三通阀36。
本发明的控制系统主要用于协调太阳能集热系统1、熔盐储热系统2、生物质燃烧系统3、热电转换系统4的运行。具体的控制系统技术人员可以根据要求进行常规设计，在此不再赘述。
本发明将太阳能热发电与生物质发电结合的方法，包括以下几种运行状态：
(1)白天(晴天)发电时，在集热场被加热的导热油通过高温油泵15，一路导热油经由太阳能过热器12、蒸汽发生器13和预热器14使反向流动的水升温成为360～380℃(一般取380℃)过热蒸汽；当太阳辐射高于设定值(已有技术)时，控制另一路导热油通过换热器23对熔盐加热，此时，冷罐熔盐泵51将熔盐从熔盐冷罐21泵入熔盐热罐22，进行能量存储，三通阀27和三通阀28之间换热管26中的导热油是从三通阀27流向三通阀28。
在生物质燃烧系统3的生物质锅炉31的水冷壁内被加热的水，会变成蒸汽进入汽包35再经蒸汽分离器37分离后，与从太阳能过热器12流出的过热蒸汽一起进入生物质锅炉31内的过热器32进行加热，升温形成535～545℃(一般取540℃)过热蒸汽，这些高温高压蒸汽经过管道送入热电转换系统4的汽轮机41，带动发电机42完成发电过程，发出的电量经变电站43后送入公共电网44。汽包35中的水会通过管路流回生物质锅炉31的水冷壁；设置在生物质锅炉31的烟气通道内的空气预热器34，将外部输入的冷空气预热后，与燃料一起送入炉膛内燃烧。
在热电转换系统4中，汽轮机41出口的第一路蒸汽流入凝汽器45，冷凝成水后通过一水泵46进入低压加热器47的换热管后流入除氧器48，从除氧器48流出的水经水泵49和三通阀36后，一路进入太阳能集热系统1的预热器14，另一路进入生物质锅炉31内的省煤器33，利用烟气通道内的余热加热后送回汽包35；汽轮机41出口的第二路蒸汽流过低压加热器47的腔体后进入水泵46；汽轮机41出口的第三路蒸汽进入除氧器45，为流经除氧器45中的水进行除氧。
(2)夜间发电时，关闭集热场11内的管路，热罐熔盐泵52将熔盐从熔盐热罐22中泵回熔盐冷罐21，进行能量释放，换热器23内的熔盐为换热管内的导热油加热，导热油通过太阳能过热器12、蒸汽发生器13、预热器14与蒸汽或水进行热交换。此时，三通阀27和三通阀28之间换热管26中的导热油是从三通阀28流向三通阀27。
(3)连续阴雨天气发电时，太阳能集热系统1和熔盐储热系统2停止工作，仅靠生物质燃烧系统3单独为热电转换系统4提供热蒸汽。
当本发明夜间接受电力调谷时，生物质锅炉31要维持最小稳燃状态，可以利用本发明的自发电为熔盐储热系统2中的电加热器29供电加热熔盐，并启动冷罐熔盐泵51使熔盐从熔盐冷罐21流向熔盐热罐22，为熔盐热罐22进行二次储能；当恢复向公共电网44供电时，再关闭电加热器和冷罐熔盐泵51，打开热罐熔盐泵52通过换热器23将熔盐热罐22的热能释放出来。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种将太阳能热发电与生物质发电结合的方法，其包括以下运行状态：
1)白天发电时，在太阳能集热系统中高温油泵带动导热油循环流动，利用太阳能加热的导热油一路用于加热太阳能过热器、蒸汽发生器和预热器中反向流动的水，使其升温成为360℃～380℃的过热蒸汽；另一路通过熔盐储热系统的换热器使加热的熔盐从熔盐冷罐泵入熔盐热罐储能；在生物质燃烧系统中生物质锅炉水冷壁内的水被加热进入汽包经汽水分离器分离后，蒸汽与360℃～380℃的过热蒸汽一起进入生物质锅炉继续加热形成535℃～545℃的过热蒸汽，再送入热电转换系统的汽轮机，带动发电机发电送入公共电网；
2)夜间发电时，关闭太阳能集热系统中集热场的管路，熔盐储热系统的热罐熔盐泵驱动熔盐从熔盐热罐反向流入熔盐冷罐释放能量，为换热器的换热管中的导热油加热，再利用导热油的循环加热反向流动的水，使其升温成为360℃～380℃的过热蒸汽，在生物质系统和热电转换系统的运行过程与白天发电相同；
3)连续阴雨天气发电时，太阳能集热系统和熔盐储热系统停止工作，仅靠生物质燃烧系统单独为热电转换系统提供热蒸汽。
2.如权利要求1所述的一种将太阳能热发电与生物质发电结合的方法，其特征在于：在熔盐储热系统中设置一电加热器，当采用第2)种发电状态，且在夜间接受电力调谷时，利用热电转换系统的自发电为所述电加热器供电加热熔盐，使熔盐从熔盐冷罐流向熔盐热罐，既维持生物质锅炉的最小稳燃状态，又为熔盐热罐进行二次储能，当恢复向公共电网供电时，再通过所述换热器将热能释放出来。
3.实现如权利要求1或2中的任一项所述方法的一种将太阳能热发电与生物质发电结合的系统，其特征在于：它包括太阳能集热系统、熔盐储热系统、生物质燃烧系统、热电转换系统和控制系统；
所述太阳能集热系统包括采用槽式线聚焦系统的集热场，所述集热场的导热油出口管路顺序连接太阳能过热器、蒸汽发生器、预热器、高温油泵和集热场的导热油进口管路，所述太阳能过热器、蒸汽发生器和预热器的换热管串联连接；
所述熔盐储热系统包括一换热器，所述换热器通过管路分别连接一熔盐冷罐和一熔盐热罐，所述换热器的换热管一端连接所述集热场的导热油出口管路，另一端通过另一三通阀跨接在所述高温油泵的进、出口两端；
所述生物质燃烧系统包括一生物质锅炉，所述生物质锅炉的水冷壁出汽口依次连接一汽包和一汽水分离器，所述汽水分离器的出汽口与所述太阳能过热器换热管的出口通过管路并联后穿过所述生物质锅炉炉膛内的过热器，连接所述热电转换系统的汽轮机进汽口；
所述热电转换系统的所述汽轮机采用入口蒸汽温度为535℃，压力为8.38MPa的高参数单缸汽轮机，所述汽轮机的机械输出端连接一发电机，所述发电机发出的电送入一变电站后送入公共电网；所述汽轮机底部的两出水管路，一路依次连接一低压加热器和一水泵，另一路依次连接一凝汽器、所述水泵、一低压加热器的换热管、一除氧器、另一水泵和所述太阳能集热系统的预热器的换热管进口。
4.如权利要求3所述的一种将太阳能热发电与生物质发电结合的系统，其特征在于：在所述熔盐储热系统的换热器与熔盐热罐之间的管路上设置有一电加热器，所述电加热器连接所述热电转换系统自发电的输出端。
5.如权利要求3所述的一种将太阳能热发电与生物质发电结合的系统，其特征在于：在所述生物质锅炉的烟气通道内设置有一省煤器，在所述除氧器与所述过热器之间的管路上设置一三通阀，所述三通阀的第三个口连接一管路，所述管路穿过所述省煤器后连接所述汽包。
6.如权利要求4所述的一种将太阳能热发电与生物质发电结合的系统，其特征在于：在所述生物质锅炉的烟气通道内设置有一省煤器，在所述除氧器与所述过热器之间的管路上设置一三通阀，所述三通阀的第三个口连接一管路，所述管路穿过所述省煤器后连接所述汽包。
7.如权利要求3或4或5或6所述的一种将太阳能热发电与生物质发电结合的系统，其特征在于：在所述生物质锅炉内的烟气通道内设置有一空气预热器，所述空气预热器内的气体管路一端连接设置压缩空气源，另一端连接所述生物质锅炉的燃料入口。
8.如权利要求3或4或5或6所述的一种将太阳能热发电与生物质发电结合的系统，其特征在于：在所述过热器与所述高温油泵之间的导热管上连接一膨胀罐。
9.如权利要求7所述的一种将太阳能热发电与生物质发电结合的系统，其特征在于：在所述过热器与所述高温油泵之间的导热管上连接一膨胀罐。
10.如权利要求7所述的一种将太阳能热发电与生物质发电结合的系统，其特征在于：所述生物质锅炉采用∏形水冷振动炉排锅炉。
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