[發明專利]一種節煤型高溫塔式太陽能熱互補燃煤電站集成系統

在審

• 申請號: 201710017852.5
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106918030A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 段立強;余曉輝;謝坤;呂鵬
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: F22B1/22
• 分類號: F22B1/22;F22B37/26;F22G1/16;F22D1/50;F24J2/34;F01D15/10
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于太陽能熱互補燃煤電站發電技術領域，具體涉及一種節煤型高溫塔式太陽能熱互補燃煤電站集成系統。

背景技術

自第一次工業革命起，化石能源在人類文明進步中擔任重要角色。但從上世紀50年代歐洲的光化學污染，到如今國內的大范圍霧霾，化石能源消耗帶來的環境污染問題已經嚴重影響到人們健康。如今節能減排已經成為國際共識，發展多元化能源結構是各國努力的目標。太陽能以其獨特的優勢逐漸被重視，總體來講發展太陽能有以下優勢：無溫室氣體(主要是CO₂，NO_X)或有毒氣體(SO₂，顆粒)排放；增加區域/國家能源獨立性；太陽能為可再生能源，能量充沛而且廉價。我國70％的電力來自于火力發電廠，受到資源和環境的制約，節能減排的工作越來越重要，許多耗煤量較高的中小型火力發電廠面臨關停的命運。因此能源的互補利用逐漸開始成為能源系統重要的發展趨勢。我國的太陽能資源非常豐富，太陽能輔助燃煤發電系統逐漸受到大家的重視。在傳統太陽能熱互補燃煤電站系統中，太陽能根據集成位置與集成溫度的不同引入系統后對汽水系統以及汽輪機的運行工況影響較大。在傳統太陽能熱互補燃煤電站集成系統中，利用槽式太陽能集熱器產生中低溫熱量的集成方式，這種方式不能高效、合理利用太陽能資源。本發明提出了一種塔式太陽能與常規燃煤電廠集成方案，不僅可以高效利用高溫太陽能熱，也可以利用太陽能加熱再熱蒸汽這一過程作為調控再熱蒸汽溫度的主要手段。汽輪機部分的運行工況并沒有因為太陽能熱的引入而改變，在減少給煤量的前提下也保證了太陽能熱互補燃煤電站系統的安全運行。

發明內容

本發明以太陽能熱互補燃煤電站系統為參考系統，通過改變系統中太陽能的集成位置與集成方式，提出以高溫塔式太陽能熱互補燃煤電站系統的節煤型新型集成系統。該系統采用以熔鹽為塔式太陽能集熱系統的中間換熱工質，同時加熱過熱蒸汽與再熱蒸汽的新型集成方案，不僅利用塔式太陽能集熱器提高了太陽能熱的集熱溫度，而且采取過熱、再熱兩段集成的方法可避免太陽能熱引入燃煤機組后產生的波動影響汽輪機的正常運行。在系統接收更多的太陽能的同時，節省更多的給煤量，提高太陽能的光-電轉換效率。本發明在太陽能熱的高溫利用方面相對傳統的集成方式更為合理，同時也具有顯著的熱力學優勢和經濟性優勢。

本發明采用的技術方案為：

一種節煤型高溫塔式太陽能熱互補燃煤電站集成系統，包括多個串聯的高壓加熱器，多個串聯的低壓加熱器，帶有省煤器以及水冷壁的鍋爐，汽水分離器，燃煤電站受熱裝置，太陽能加熱器，以及汽輪機高壓缸，汽輪機中壓缸，汽輪機低壓缸和發電機。

其中，系統中各個部件的連接關系以及工藝流程如下：一級高壓加熱器出來的給水引入鍋爐中經省煤器以及水冷壁受熱面加熱至飽和蒸汽狀態，在汽水分離器中將飽和蒸汽分為兩部分。一部分飽和蒸汽按照原有燃煤電站受熱面布置方式依次流經低溫過熱器(低過)、分割屏過熱器(分割屏)、后屏過熱器(后屏)以及高溫過熱器(高過)。由于采用節省煤型模式，高過出口蒸汽溫度會有所降低。另一部分飽和蒸汽引入太陽能加熱器中與高溫熔鹽換熱，然后將這部分過熱蒸汽與高過出口蒸汽混合，維持主蒸汽(高壓缸進汽)溫度不變(566℃)，隨后通入高壓缸(HP)中膨脹為發電機做功。汽輪機高壓缸排汽需引入至鍋爐中進行再熱，排汽將依次通過鍋爐內部低溫再熱器(低再)與高溫再熱器(高再)。由于采用節省煤型模式，高再出口蒸汽溫度會有所降低。將再熱蒸汽引入另一太陽能加熱器與熔鹽換熱，維持再熱蒸汽(中壓缸進汽)溫度不變(566℃)，隨后通入中壓缸(IP)中膨脹為發電機做功，進入中壓缸的這部分再熱蒸汽按照燃煤電站汽水系統流程繼續為發電機做功，依次流經低壓缸(LP)、串聯的低壓加熱器5,6,7,8、除氧器4以及串聯的高壓加熱器1,2,3，從而完成整個循環。

進一步，所述燃煤電站受熱裝置包括低過、分隔屏、后屏和高過設備，以及低再和高再設備，除氧器。

進一步，所述太陽能加熱器包括定日鏡，塔式接收器和多個高溫熔鹽槽式換熱器。

進一步，所述高溫熔鹽槽式換熱器的數目是2個，一個用于將飽和蒸汽加熱至過熱蒸汽狀態，并與高過出口的過熱蒸汽混合以維持高壓缸進汽溫度不變。另一個用于將高再出口低于額定溫度的再熱蒸汽加熱至額定溫度。