CN102080821A - 一种可再生能源辅助燃煤的加热器系统 - Google Patents
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Abstract
一种可再生能源辅助燃煤的加热器系统，用于降低发电耗煤量，减少环境污染。其技术方案是：它包括加热器和串联辅助系统，所述串联辅助系统由生物质气化装置与抛物面槽式太阳能集热器场串联组成，其工质出口经串联辅助系统蒸汽出口阀接加热器的蒸汽入口，其工质入口经串联辅助系统疏水入口阀接加热器的疏水出口。本发明将太阳能和生物质能同时引入到传统燃煤电厂加热器系统中，充分利用了多种可再生能源形式，不仅利用了生物质能源丰富的优势，而且调整了能源利用结构，提高了能源利用效率，降低了二氧化碳的排放量。
Description
技术领域
本发明涉及一种能有效利用生物质能和太阳能提高燃煤发电效率，实现低碳排放的新型辅助加热器系统，属可再生能源利用技术领域。
背景技术
目前，电力行业仍以火力发电为主，火力发电所用燃料主要是煤炭，这种发电方式煤耗高、能量利用率低、二氧化碳等有害气体排放量大，环境污染严重。
随着世界能源政策的调整，发展低碳经济和强化环境保护已成大势所趋。中国政府决定到2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40-45%，并作为约束性指标纳入“十二五”及其后的国民经济和社会发展中长期规划。而据初步统计，中国火力发电厂二氧化碳的排放量达到总排放量的近60%之多，因此，开展节能减排已成为火力发电厂必须面临的一个重大课题和紧迫任务。
我国可利用的生物质能源十分丰富，据统计每年可使用的生物质能与总量相当于5亿吨标准煤，而实际年利用率不足2%，因此开发潜力巨大。另外，太阳能资源也非常丰富，太阳能发电具有安全可靠、使用寿命长、运行费用少、维护简单、无噪声、无需燃料、无污染等优点，太阳能利用技术日趋成熟。在各类太阳能集热器中，抛物面槽式太阳能集热器属于一种中温集热器，它可以将工质加热到400℃，利用这种集热器收集太阳能热量进行发电是目前唯一实现商业化运营的太阳能热发电方式。
有鉴于此，通过整合生物质能和太阳能的低碳排放优势和传统火力发电的技术优势，将生物质能和太阳能的利用联合引入传统燃煤电厂系统中，势必能有效改善并提高系统发电的环保性和经济性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可再生能源辅助燃煤的加热器系统，以降低传统燃煤发电系统的煤耗、减少环境高污染。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种可再生能源辅助燃煤的加热器系统，构成中包括加热器和串联辅助系统，所述串联辅助系统由生物质气化装置与抛物面槽式太阳能集热器场串联组成，其工质出口经串联辅助系统蒸汽出口阀接加热器的蒸汽入口，其工质入口经串联辅助系统疏水入口阀接加热器的疏水出口。
上述可再生能源辅助燃煤的加热器系统，构成中还包括塔式太阳能空气预热系统，所述塔式太阳能空气预热系统由压气机和塔式太阳能集热器组成，所述压气机输出的压缩空气经塔式太阳能集热器预热后，供生物质气化装置使用。
上述可再生能源辅助燃煤的加热器系统，所述生物质气化装置由流化床生物质气化炉和燃烧换热器构成，其入口设置有生物质气化装置入口阀，出口设置有生物质气化装置出口阀，生物质气化装置入口阀、生物质气化装置出口阀两端并联有生物质气化装置旁路阀；所述抛物面槽式太阳能集热器场由多个抛物面槽式太阳能集热器串、并联连接而成，其入口设置有抛物面槽式太阳能集热器场入口阀，出口设置有抛物面槽式太阳能集热器场出口阀，抛物面槽式太阳能集热器场入口阀、抛物面槽式太阳能集热器场出口阀两端并联有抛物面槽式太阳能集热器场旁路阀。
上述可再生能源辅助燃煤的加热器系统，所述压气机的入口设置有塔式太阳能空气预热系统空气进口阀；所述塔式太阳能集热器的入口设置有塔式太阳能集热器入口阀，出口设置有塔式太阳能集热器出口阀；塔式太阳能集热器入口阀、塔式太阳能集热器出口阀两端并联塔式太阳能集热器旁路阀。
本发明在传统燃煤电厂加热器系统的基础上增加了由生物质气化装置与抛物面槽式太阳能集热器场串联构成的辅助系统，串联辅助系统联合利用生物质能和太阳能将加热器的部分疏水加热至具有本级加热器汽轮机侧抽汽参数的蒸汽后送回加热器，这些具有特定参数的蒸汽代替全部或部分汽轮机侧抽汽在加热器中放出热量，加热来自上一级加热器的给水，从而减少了本级加热器汽轮机侧抽汽量，在维持机组发电量不变的情况下，使煤耗量明显减少，有效降低了二氧化碳的排放量。
塔式太阳能集热器用于加热进入生物质气化装置的冷空气，提高气化炉气化效率，降低生物质原料的使用量。生物质气化装置、抛物面槽式太阳能集热器场和塔式太阳能集热器进出口都设有阀门，在设备出现故障时可以起到解裂该装置的作用，以防影响系统的正常运行。
本发明将太阳能和生物质能同时引入到传统燃煤电厂加热器系统中，充分利用了多种可再生能源形式，不仅利用了生物质能源丰富的优势，而且调整了能源利用结构，提高了能源利用效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的系统连接图；
图2 是抛物面槽式太阳能集热器场的结构示意图；
图3是抛物面槽式太阳能集热器的结构示意图；
图4是塔式太阳能集热装置的工作原理图；
图5是塔式太阳能集热装置的结构示意图；
图6是流化床生物质气化炉的结构示意图。
图中各标号为：1、加热器；2、上一级加热器；3、下一级加热器；4、加热器抽汽蒸汽阀；5、塔式太阳能空气预热系统空气进口阀；6、加热器疏水阀；7、塔式太阳能集热器旁路阀；8、串联辅助系统疏水入口阀；9、串联辅助系统蒸汽出口阀；10、生物质气化装置；11、抛物面槽式太阳能集热器场；12、压气机；13、生物质气化装置入口阀；14、生物质气化装置出口阀；15、抛物面槽式太阳能集热器场入口阀；16、抛物面槽式太阳能集热器场出口阀；17、塔式太阳能集热器；18、塔式太阳能集热器入口阀；19、塔式太阳能集热器出口阀；20、流化床床料；21、燃气；22、抛物面槽式太阳能集热器；23、塔式集热器；24、塔式太阳能空气预热系统聚光器；25、换热管；26、抛物面槽式聚光器；27、料箱；28、风机；29、生物质气化装置旁路阀；30、抛物面槽式太阳能集热器场旁路阀。
具体实施方式
参看图1，本发明提供了一种生物质与太阳能辅助燃煤电厂的加热器系统。该系统由加热器1、串联辅助系统、塔式太阳能空气预热系统以及各种相关管道和阀门组成，其中串联辅助系统由生物质气化装置10与抛物面槽式太阳能集热器场11串联而成；塔式太阳能空气预热系统由压气机12和塔式太阳能集热器17串联组成。
参看图2、3，抛物面槽式太阳能集热器场11由抛物面槽式太阳能集热器22经过串、并联连接方式组合而成，抛物面槽式太阳能集热器22由抛物面槽式聚光器26和换热管25组成，换热管25中有工质流动，抛物面槽式聚光器26将太阳能辐射热量反射汇集到换热管25上，加热其中流动的工质，其最高集热温度可达400℃。本发明所采用的抛物面槽式太阳能集热器可选用美国Solargenix公司的SGX-1或DS-1，Luz公司的LS-1、LS-2或LS-3。
生物质气化装置10由生物质气化炉和燃烧换热器构成，生物质气化炉采用流化床生物质气化炉，其结构如图6所示。生物质气化过程中首先将流化床加热到运行温度，床料吸收并储存热量，这部分热量可以由部分生物质燃料燃烧获得，鼓入空气将床料流化，将生物质原料处理后加入到流化床中，与高温床料迅速混合，完成干燥、热解、燃烧及气化过程，将产生的燃气通入燃烧换热器中进行燃烧放出大量热量，被加热的工质在燃烧换热器中吸收这部分热量以提高其参数。流化床生物质气化炉可以采用Foster Wheeler公司生产的增压流化床气化炉，操作温度为950-1000℃，或者TPS常压流化床气化炉，操作温度为850-900℃。所述生物质原料来源于农业废物、林业废物、废纸张等。
参看图4、5，塔式太阳能集热器17由聚光器阵和塔式集热器23组成，聚光器阵由大量的塔式太阳能空气预热系统聚光器24组成，将太阳辐射能反射到同一个塔式集热器23上，通过这种集热方式可以将工质加热到更高的温度，可以将空气加热到800℃。
参看图1， 系统流程为：加热器1的疏水由加热器疏水出口b流出，经串联辅助系统疏水入口阀8进入串联辅助系统，疏水在串联辅助系统中吸热，当疏水被加热成具有本级汽轮机侧抽汽参数的蒸汽后，蒸汽通过串联辅助系统蒸汽出口阀9进入加热器1进行放热，加热来自上一级加热器2的给水，给水吸热后升温升压进入下一级加热器3，而放热后冷凝的一部分疏水通过加热器1的疏水管路再进入串联辅助系统进行循环，其余疏水通过加热器疏水阀6进入上一级加热器的疏水入口。
由生物质气化装置10和抛物面槽式太阳能集热器场11构成的串联辅助系统的流程是：疏水通过串联辅助系统疏水入口阀8、生物质气化装置入口阀13进入生物质气化装置10中进行吸热（生物质气化装置中的气化炉产生高温燃气，高温燃气在燃烧换热器中燃烧放出大量热量，疏水进入燃烧换热器中，吸收这部分热量，使疏水的温度和压力升高），升温升压后的疏水通过生物质气化装置出口阀14、抛物面槽式太阳能集热器场入口阀15进入抛物面槽式太阳能集热器场11中进一步吸收热量（通过抛物面槽式聚光器将太阳能辐射反射到换热管上，疏水在换热管中流动，吸收太阳能的辐射热量使疏水温度和压力升高），当疏水通过上述过程被加热成具有本级加热器汽轮机侧抽汽参数的蒸汽时，蒸汽通过抛物面槽式太阳能集热器场出口阀16、串联辅助系统蒸汽出口阀9进入加热器1中加热给水。
生物质气化装置旁路阀29和抛物面槽式太阳能集热器场旁路阀30分别并联在生物质气化装置入口阀13、生物质气化装置出口阀14的两侧和抛物面槽式太阳能集热器场入口阀15、抛物面槽式太阳能集热器场出口阀16的两侧，起到事故状态下解裂生物质气化装置10和抛物面槽式太阳能集热器场11的作用。
塔式太阳能空气预热系统的流程是：冷空气经塔式太阳能空气预热系统空气进口阀5进入压气机12被压缩，压缩空气通过塔式太阳能集热器入口阀18进入塔式太阳能集热器17，吸收太阳能辐射热量升高温度（聚光器阵将太阳能辐射反射到集热器上，压缩空气进入集热器中吸收这部分热量来提高自身温度），具有一定参数的高温空气经过塔式太阳能集热器出口阀19进入生物质气化装置10，准确说是生物质气化装置10中的流化床生物质气化炉，代替冷空气进入气化炉流化床料，维持气化环境温度，提高气化炉气化效率，减少生物质原料的使用量。塔式太阳能集热器旁路阀7并联于塔式太阳能集热器入口阀18和塔式太阳能集热器出口阀19两端，可以起到旁路塔式太阳能集热器17的作用。
当天气晴好太阳能足够充足时，打开塔式太阳能空气预热系统空气进口阀5、塔式太阳能集热器入口阀18、塔式太阳能集热器出口阀19，关闭塔式太阳能集热器旁路阀7，使冷空气经过压气机12成为压缩空气进入塔式太阳能集热器17中吸收热量成为具有一定参数的热空气，然后进入生物质气化装置10中参与生物质气化过程；关闭加热器抽汽蒸汽阀4，关闭连接上一级加热器疏水入口的加热器疏水阀6，打开串联辅助系统疏水入口阀8、生物质气化装置入口阀13、生物质气化装置出口阀14、抛物面槽式太阳能集热器场入口阀15、抛物面槽式太阳能集热器场出口阀16，使疏水依次通过生物质气化装置10和抛物面槽式太阳能集热器场11吸收热量进行升温升压。当疏水在串联辅助系统中吸热成为具有本级加热器汽轮机侧抽汽参数的蒸汽后，经串联辅助系统蒸汽出口阀9使蒸汽进入加热器1中，进行放热加热给水。
当天气阴雨太阳能不足时，打开塔式太阳能空气预热系统空气进口阀5、塔式太阳能集热器入口阀18、塔式太阳能集热器出口阀19，关闭塔式太阳能集热器旁路阀7， 使冷空气经过压气机12成为压缩空气进入塔式太阳能集热器17中吸收热量成为具有一定参数的热空气，然后进入生物质气化装置10中参与生物质气化过程；适度调整加热器抽汽阀4开度，关闭连接上一级加热器疏水入口的加热器疏水阀6，打开串联辅助系统疏水入口阀8、生物质气化装置入口阀13、生物质气化装置出口阀14、抛物面槽式太阳能集热器场入口阀15、抛物面槽式太阳能集热器场出口阀16，使疏水依次通过生物质气化装置10和抛物面槽式太阳能集热器场11吸收热量进行升温升压；当疏水在串联辅助系统中吸热成为具有本级加热器汽轮机侧抽汽参数的蒸汽后，经串联辅助系统蒸汽出口阀9进入加热器1中进行放热加热给水。
当夜晚或无太阳能可以利用时，打开塔式太阳能空气预热系统空气进口阀5、塔式太阳能集热器旁路阀7，关闭塔式太阳能集热器入口阀18、塔式太阳能集热器出口阀19，使塔式太阳能集热器从系统中解裂，从而使冷空气经过压气机12成为压缩空气直接进入生物质气化装置10中参与生物质气化过程，此时生物质气化装置为常温运行工况；调整加热器抽汽蒸汽阀4开度，关闭连接上一级加热器疏水入口的加热器疏水阀6，关闭抛物面槽式太阳能集热器场入口阀15、抛物面槽式太阳能集热器场出口阀16，打开串联辅助联合系统疏水入口阀8、生物质气化装置入口阀13、生物质气化装置出口阀14，打开抛物面槽式太阳能集热器场旁路阀30，使疏水只通过生物质气化装置10吸收热量，当疏水被加热成具有本级加热器汽轮机侧抽汽参数的蒸汽后，经串联辅助系统蒸汽出口阀9，使蒸汽进入加热器中1中释放能量加热给水。
当生物质气化装置10或抛物面槽式太阳能集热器场11出现故障时，可以分别关闭生物质气化装置入口阀13、生物质气化装置出口阀14，打开生物质气化装置旁路阀29，或关闭抛物面槽式太阳能集热器场入口阀15、抛物面槽式太阳能集热器场出口阀16，打开抛物面槽式太阳能集热器场旁路阀30，旁路生物质气化装置10或抛物面槽式太阳能集热器场11，而不影响联合发电系统其他设备的运行，保证联合发电系统正常工作。
当塔式太阳能集热器17发生故障时，可以通过关闭塔式太阳能集热器入口阀18和塔式太阳能集热器出口阀19，打开塔式太阳能集热器旁路阀7来实现旁路掉塔式太阳能集热器17，而不影响其他设备运行，保证混合发电系统的正常工作。
Claims (4)
1.一种可再生能源辅助燃煤的加热器系统，其特征是，加热器系统构成中包括加热器（1）和串联辅助系统，所述串联辅助系统由生物质气化装置（10）与抛物面槽式太阳能集热器场（11）串联组成，其工质出口经串联辅助系统蒸汽出口阀（9）接加热器（1）的蒸汽入口（a），其工质入口经串联辅助系统疏水入口阀（8）接加热器的疏水出口（b）。
2.根据权利要求1所述可再生能源辅助燃煤的加热器系统，其特征是，加热器系统中还包括塔式太阳能空气预热系统，所述塔式太阳能空气预热系统由压气机（12）和塔式太阳能集热器（17）组成，所述压气机（12）输出的压缩空气经塔式太阳能集热器（17）预热后，供生物质气化装置（10）使用。
3.根据权利要求1或2所述可再生能源辅助燃煤的加热器系统，其特征是，所述生物质气化装置（10）由流化床生物质气化炉和燃烧换热器构成，其入口设置有生物质气化装置入口阀（13），出口设置有生物质气化装置出口阀（14），生物质气化装置入口阀（13）、生物质气化装置出口阀（14）两端并联有生物质气化装置旁路阀（29）；所述抛物面槽式太阳能集热器场（11）由多个抛物面槽式太阳能集热器（22）串、并联连接而成，其入口设置有抛物面槽式太阳能集热器场入口阀（15），出口设置有抛物面槽式太阳能集热器场出口阀（16），抛物面槽式太阳能集热器场入口阀（15）、抛物面槽式太阳能集热器场出口阀（16）两端并联有抛物面槽式太阳能集热器场旁路阀（30）。
4.根据权利要求3所述可再生能源辅助燃煤的加热器系统，其特征是，所述压气机（12）的入口设置有塔式太阳能空气预热系统空气进口阀（5）；所述塔式太阳能集热器（17）的入口设置有塔式太阳能集热器入口阀（18），出口设置有塔式太阳能集热器出口阀（19）；塔式太阳能集热器入口阀（18）、塔式太阳能集热器出口阀（19）两端并联塔式太阳能集热器旁路阀（7）。
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