[發明專利]一種太陽能化學回熱燃氣輪機系統及其方法

無效

• 申請號: 201610236918.5
• 申請日: 2016-04-15
• 公開（公告）號: CN105756782A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 肖剛;楊天鋒;倪明江;駱仲泱;高翔;岑可法;方夢祥;周勁松;施正倫;程樂鳴;王勤輝;王樹榮;余春江;王濤;鄭成航
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F02C6/00
• 分類號: F02C6/00;F24J2/06;F22B1/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

技術領域

本發明涉及太陽能燃氣輪機系統，尤其涉及一種太陽能化學回熱燃氣輪機系統及其方法。

背景技術

全球太陽能輻射總量約1.7×10¹⁷W，其中我國約占1％(1.8×10¹⁵W，相當于1.9萬億噸標煤/年)，是我國目前年能耗總量的680倍。電力是世界上消耗量最大的二次能源，太陽能發電技術是緩解當前能源危機的有效手段，應用前景極廣。

太陽能發電技術主要分為光伏發電和光熱發電兩大類。光伏發電主要是利用光伏電池板的光電效應進行發電。該技術目前主要存在三大缺點：(1)發電功率隨太陽光強度變化而變化，在晚上和陰雨天完全不能發電，對電網沖擊大；(2)太陽光流密度低，單位發電容量所需的光伏電池板面積大，而光伏電池板制造過程污染嚴重、成本很高；(3)光伏電池板對太陽能光譜的響應波段主要集中在高頻短波區域(400<λ<1100nm)，低頻長波區域的能量則大部分轉化為熱量，致使光伏電池板溫度升高、光電轉換效率降低、使用壽命縮短。采用聚光光伏發電方法可以成倍減少光伏電池板的使用面積、采用薄膜分頻方法將太陽光中的低頻長波分離后再照射光伏電池板，是目前光伏發電技術的兩個重要方向；對于晝夜不連續的問題，光伏發電技術本身難以克服，主要依靠蓄電池或蓄能發電系統(如蓄能水電站等)配套補充，成本很高。

太陽能熱發電主要有槽式熱發電、線性菲涅爾熱發電、塔式熱發電和碟式熱發電技術。基本原理主要是利用聚光拋物面反射鏡(槽式鏡、線性菲涅爾鏡、塔式定日鏡以及碟式鏡)將太陽光聚集起來，通過光熱轉換及換熱裝置產生蒸汽或加熱流體驅動熱機進行發電；其優點在于該技術可吸收全波段的太陽光、可通過蓄熱以及燃料補充實現晝夜連續發電。常見的太陽能熱發電系統中的熱機采用的是蒸汽輪機，系統復雜，效率不高。燃氣輪機也是一種熱機，簡單燃氣輪機系統由壓縮機、燃燒室和燃氣透平組成。一般太陽能燃氣輪機系統是在簡單燃氣輪機系統中增加太陽能空氣集熱器，即從壓縮機出來的空氣經過太陽能空氣集熱器預熱，再進入燃燒室燃燒生成高溫燃氣，最后進入燃氣透平對外做功。燃氣輪機系統比功率大，振動噪聲小，壽命長，易于維護等應用越來越廣，但是簡單燃氣輪機循環其效率較低，尾氣排放熱損失大，一般與水蒸汽朗肯循環聯合使用，提高系統整體效率。簡單太陽能燃氣輪機系統效率低，而燃氣-蒸汽聯合循環系統復雜，由于太陽能熱發電站相比傳統化石燃料電站規模相對較小，整體效率比大型機組要低，投資大，風險高。

發明內容

本發明針對現有的太陽能燃氣輪系統所存在的問題，提出了一種太陽能化學回熱燃氣輪機系統及其方法，提高了系統整體效率，避免了聯合循環系統的復雜性，而且增加了太陽能所占比例，提高了系統的環境效益和經濟效益。

本發明的具體方案如下：

一種太陽能化學回熱燃氣輪機系統，其特征在于：包括壓縮機、太陽能空氣集熱器、燃燒室、燃氣透平、尾氣重整器、余熱蒸汽發生器、太陽能重整器，空氣進入壓縮機，經過壓縮后壓縮空氣進入太陽能空氣集熱器，空氣被聚焦太陽光加熱后進入燃燒室，產生的高溫燃氣進入燃氣透平對外做功，燃氣透平尾氣依次通過尾氣重整器和余熱蒸汽發生器；給水在余熱蒸汽發生器中被尾氣加熱蒸發成水蒸汽，并與燃料混合進入尾氣重整器，尾氣加熱燃料和水蒸汽，使其發生重整反應，重整反應產生的合成氣混合物進入太陽能重整器，吸收聚焦太陽能，進一步發生重整反應，重整反應產生的合成氣進入燃燒室與空氣進行反應，生產高溫燃氣。

所述太陽能空氣集熱器利用聚焦的太陽光加熱集熱器內流過的空氣。常見的結構形式有管式集熱器和容積式集熱器。管式集熱器中空氣在管內流動，管外壁接受聚焦太陽光照射而被加熱；容積式集熱器利用石英玻璃窗將空氣密封在集熱器腔中，聚焦太陽光被容積式集熱器中布置的多孔介質吸收，利用多孔介質再加熱空氣?？諝饧療崞髂軌驅⒖諝饧訜岬?00℃以上，所述的太陽能空氣集熱器為管式集熱器或容積式集熱器的一種或兩者的組合。

所述尾氣重整器利用尾氣熱量加熱水蒸汽和燃料混合物，分為煙氣側和反應側，煙氣側流過尾氣，提供反應所需熱量，反應側發生重整反應生產合成氣，以甲烷和水蒸汽為例，重整反應化學方程式為，

CH₄+H₂O＝CO+3H₂；

CO+H₂O＝CO₂+H₂；

重整后，合成氣為甲烷、水蒸汽、一氧化碳、二氧化碳和氫氣的混合物。該總反應為吸熱反應，回收尾氣的余熱，減小排放，提高系統效率。