專利名稱：太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及清潔能源發(fā)電設備，具體地指一種太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備。
背景技術：
目前，隨著煤、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源儲量的日益減少，尋找可再生的清潔能源已成為社會普遍關注的焦點。另一方面，由于使用化石能源帶來的環(huán)境污染直接威脅人類的生存和發(fā)展，因此重視和發(fā)展可再生的清潔能源、減少和ω2排放已成為各國政府的共識。太陽能具有分布廣泛、儲量無限、收集利用清潔、SO2和ω2零排放等優(yōu)點，但由于其能量較為分散、受天氣影響較大、能量匯集不穩(wěn)定不連續(xù)等問題，長期以來太陽能聚熱發(fā)電的大規(guī)模開發(fā)利用受到了很大的限制。自然界存在的沼氣以及將人畜糞便、農林廢棄生物質發(fā)酵而生產的沼氣也是一種重要的可再生能源，其較化石能源清潔，也具有CO2零排放的特征，但由于人畜糞便、農林廢棄生物質分布廣泛、分散度大、收集困難，不僅利用率很低，而且對環(huán)境的污染極大。如何有效地治理人畜糞便和農林廢棄生物質，將其與太陽能聚熱發(fā)電結合起來，實現(xiàn)變廢為寶，一直是本領域科研人員亟待解決的難題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是要充分利用人畜糞便和農林廢棄生物質中所蘊含的能量，克服已知太陽能熱電站受天氣影響較大、能量匯集不穩(wěn)定、不連續(xù)的缺陷，提供一種太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明設計的技術方案如下本發(fā)明提供的一種太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，包括太陽能集熱裝置、沼氣儲罐、沼氣鍋爐、汽輪機組、以及與汽輪機組聯(lián)動的發(fā)電機，所述沼氣鍋爐內設置有沼氣燃燒器、蒸汽過熱器和工藝水預熱器。所述太陽能集熱裝置的輸出端通過第一開關閥與蒸汽過熱器的輸入端相連，所述蒸汽過熱器的輸出端通過蒸汽調節(jié)閥與汽輪機組的高壓蒸汽入口相連，所述汽輪機組的低壓蒸汽出口與冷凝器的輸入端相連，所述冷凝器的輸出端與除氧器的輸入端相連，用以脫除循環(huán)水中的氧氣，防止設備及管路氧化腐蝕。所述除氧器的輸出端與給水泵的輸入端相連，所述給水泵的輸出端通過第二開關閥和給水調節(jié)閥與工藝水預熱器的輸入端相連，通過對循環(huán)水的預熱可以節(jié)省沼氣用量，提高熱效率。所述工藝水預熱器的輸出端與太陽能集熱裝置的輸入端相連，由此構成蒸汽的循環(huán)回路。所述沼氣儲罐的出口通過沼氣壓縮泵與沼氣燃燒器相連，用以對蒸汽過熱器中的蒸汽提供熱量。所述沼氣儲罐的出口與沼氣燃燒器之間的管路上設置有第三開關閥和沼氣調節(jié)閥，第三開關閥用于控制沼氣管路的通斷，沼氣調節(jié)閥則控制沼氣的流量，調節(jié)沼氣燃燒器火焰的大小，從而控制蒸汽過熱器中蒸汽的溫度。上述太陽能集熱裝置內的導熱介質為水，水吸收太陽能后，再通過蒸汽過熱器直接汽化成高溫高壓蒸汽對汽輪機組做功，其結構簡單、成本低廉。進一步地，所述太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備還包括軟水儲罐，所述軟水儲罐的出水口通過補水泵與除氧器的補水口相連，所述軟水儲罐的出水口與除氧器的補水口之間的管路上設置有第四開關閥，由此構成蒸汽循環(huán)回路中的循環(huán)水儲備與補充系統(tǒng)。所述軟水儲罐用于儲備來自化學水處理裝置制備好的軟水，這種軟水脫除了其中的鈣、鎂離子，可有效防止設備內部結垢；所述第四開關閥用于控制軟水的供給及流量大小，以根據實際情況補充循環(huán)水的損失。進一步地，所述太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備還包括沼氣發(fā)生裝置，所述沼氣發(fā)生裝置的沼氣出口通過第五開關閥與氣水分離器的輸入端相連，所述氣水分離器的輸出端與脫硫脫碳塔的輸入端相連，所述脫硫脫碳塔的輸出端與沼氣儲罐的進口相連。由于沼氣發(fā)生裝置所采用的原料主要是人畜糞便和農林廢棄生物質，其在發(fā)酵過程中所產生的沼氣是一種混合氣體，大約含有60 65%的甲烷、30 35%的二氧化碳、的硫化氫、少量水份、一氧化碳、氫氣和其它碳氫化合物，其中硫化氫及水份的存在對設備有強烈的腐蝕性， 二氧化碳沒有燃燒價值，在系統(tǒng)中運行會白白耗能，因此氣水分離器和脫硫脫碳塔的設置能夠凈化沼氣，脫除其中的水汽、硫化氫、二氧化碳等無效組份。進一步地，所述汽輪機組的高壓蒸汽入口處管路上設置有壓力計和溫度計。設置壓力計和溫度計的目的是為了直觀控制輸入汽輪機組的蒸汽壓力及溫度，滿足汽輪機組的運行要求。進一步地，所述工藝水預熱器的輸出端與蒸汽過熱器的輸入端之間通過第六開關閥相連。在白天陽光充足時，第六開關閥處于關閉狀態(tài)，由太陽能和沼氣能同時、或太陽能單獨提供汽輪機組發(fā)電所需的蒸汽。當夜晚來臨或陰雨天氣時，打開第六開關閥，關閉第一開關閥，汽輪機組的蒸汽管路就不必流向太陽能集熱裝置，僅由沼氣能單獨提供汽輪機組發(fā)電所需的蒸汽。本發(fā)明提供的另一種太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，包括太陽能集熱裝置、沼氣儲罐、沼氣鍋爐、汽輪機組、以及與汽輪機組聯(lián)動的發(fā)電機，所述沼氣鍋爐內設置有沼氣燃燒器、蒸汽過熱器和工藝水預熱器。所述太陽能集熱裝置的輸出端通過第一開關閥與蓄熱換熱器的熱介質進口相連，所述蓄熱換熱器的熱介質出口通過熱液泵與太陽能集熱裝置的輸入端相連。所述蓄熱換熱器的蒸汽輸出端通過第七開關閥與蒸汽過熱器的輸入端相連， 所述蒸汽過熱器的輸出端通過蒸汽調節(jié)閥與汽輪機組的高壓蒸汽入口相連，所述汽輪機組的低壓蒸汽出口與冷凝器的輸入端相連，所述冷凝器的輸出端與除氧器的輸入端相連，用以脫除循環(huán)水中的氧氣，防止設備及管路氧化腐蝕。所述除氧器的輸出端與給水泵的輸入端相連，所述給水泵的輸出端通過第二開關閥和給水調節(jié)閥與工藝水預熱器的輸入端相連，通過對循環(huán)水的預熱可以節(jié)省沼氣用量，提高熱效率。所述工藝水預熱器的輸出端與蓄熱換熱器的循環(huán)水輸入端相連，由此構成蒸汽的循環(huán)回路。所述沼氣儲罐的出口通過沼氣壓縮泵與沼氣燃燒器相連，用以對蒸汽過熱器中的蒸汽提供熱量。所述沼氣儲罐的出口與沼氣燃燒器之間的管路上設置有第三開關閥和沼氣調節(jié)閥，第三開關閥用于控制沼氣管路的通斷，沼氣調節(jié)閥則控制沼氣的流量，調節(jié)沼氣燃燒器火焰的大小，從而控制蒸汽過熱器中蒸汽的溫度。上述太陽能集熱裝置內的導熱介質采用高溫導熱油等，可以是重油、石臘、熔融鹽、或其它已知的液態(tài)導熱混合物，如用聯(lián)苯和聯(lián)苯醚混合液的加熱溫度可達400°c。吸收了太陽能的高溫導熱介質通過蓄熱換熱器將熱量傳遞給水，水再通過蒸汽過熱器汽化成高溫高壓蒸汽對汽輪機組做功，其運行穩(wěn)定，安全可靠?？蓛?yōu)選地，它還包括軟水儲罐，所述軟水儲罐的出水口通過補水泵與除氧器的補水口相連，所述軟水儲罐的出水口與除氧器的補水口之間的管路上設置有第四開關閥。同樣，所述軟水脫除了其中的鈣、鎂離子，可有效防止設備內部結垢；所述第四開關閥用于調節(jié)軟水的供給及流量大小，補充循環(huán)水的損失?？蓛?yōu)選地，它還包括沼氣發(fā)生裝置，所述沼氣發(fā)生裝置的沼氣出口通過第五開關閥與氣水分離器的輸入端相連，所述氣水分離器的輸出端與脫硫脫碳塔的輸入端相連，所述脫硫脫碳塔的輸出端與沼氣儲罐的進口相連。同樣，沼氣發(fā)生裝置的設置可以確保系統(tǒng)運行的連續(xù)性，氣水分離器和脫硫脫碳塔的設置能夠凈化沼氣，脫除其中的水汽、硫化氫、 二氧化碳等無效組份，防止設備腐蝕，提高沼氣的利用效率?？蓛?yōu)選地，所述汽輪機組的高壓蒸汽入口處管路上設置有壓力計和溫度計。同樣， 壓力計和溫度計的設置可以直觀確定輸入汽輪機組的蒸汽壓力及溫度是否達到額定設計參數，從而及時調整，使其滿足汽輪機組的運行要求?？蓛?yōu)選地，所述蓄熱換熱器的蒸汽輸出端還設置有與外界相連的緊急開關閥。設置緊急開關閥的目的是為了在系統(tǒng)運行突發(fā)故障時，與其它開關閥共同作用，保護系統(tǒng)安全停機。本發(fā)明的工作原理簡述如下通過合理控制相應管路上開關閥的通斷，可以實現(xiàn)以下三種工作模式1、白天日照充分時的太陽能集熱裝置單獨運行模式；2、夜晚或陰雨天氣時的沼氣燃燒器單獨運行模式；3、白天日照不足時的太陽能集熱裝置與沼氣燃燒器同步運行模式。無論設備處于何種模式，都可以對蒸汽過熱器中的蒸汽進行加熱，所形成的高溫高壓蒸汽經過蒸汽調節(jié)閥的調整，達到汽輪機組額定的壓力和溫度后，進入汽輪機組做功， 驅動發(fā)電機發(fā)電。做完功的蒸汽經過冷凝器冷卻成常壓低溫水，然后經過除氧器脫除其中的氧份，再經過給水泵、給水調節(jié)閥輸送至工藝水預熱器中。從工藝水預熱器輸出的循環(huán)水可以經太陽能集熱裝置重新加熱后返回蒸汽過熱器，也可以直接返回蒸汽過熱器，開始新一輪循環(huán)。沼氣燃燒器則針對蒸汽過熱器進一步加熱。當需要補充循環(huán)水時，通過補水泵將軟水儲罐中的軟水抽吸到除氧器中即可，補水量的多寡由相應的開關閥控制。本發(fā)明的優(yōu)點在于所設計發(fā)電設備的蒸汽熱動力既來自于干凈清潔、取之不盡、 用之不竭的太陽能，又來自于人畜糞便、廢棄生物質發(fā)酵而成的沼氣能，兩種能源協(xié)同互補，不僅克服了太陽能分散、能量匯集不穩(wěn)定等的問題，而且可以根治人畜糞便、廢棄生物質對環(huán)境的污染，發(fā)酵生產沼氣所得副產品沼渣、沼液還是優(yōu)質的農作物有機肥料，變廢為寶，一舉多得。與傳統(tǒng)的化石能源發(fā)電相比，本發(fā)明既不排放SO2和CO2，又平抑了天氣對太陽能的波動影響。通過對相應開關閥、調節(jié)閥的調控，可方便地改變汽輪發(fā)組的運行模式， 使發(fā)電機無論在白天黑夜、無論是晴天陰天均可二十四小時全天侯穩(wěn)定發(fā)電。


圖1為實施例1所述太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備的結構示意圖。其中塔頂太陽能鍋爐將熱能直接傳遞給汽輪機組的蒸汽循環(huán)管路。圖2為實施例2所述太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備的結構示意圖。其中太陽能真空聚熱管將熱能直接傳遞給汽輪機組的蒸汽循環(huán)管路。
圖3為實施例3所述太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備的結構示意圖。其中塔頂太陽能鍋爐將熱能間接傳遞給汽輪機組的蒸汽循環(huán)管路。圖4為實施例4所述太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備的結構示意圖。其中太陽能真空聚熱管將熱能間接傳遞給汽輪機組的蒸汽循環(huán)管路。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。實施例1 如圖1所示的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，主要由太陽能集熱裝置、沼氣發(fā)生裝置20、氣水分離器31、脫硫脫碳塔32、沼氣儲罐19、沼氣鍋爐10、汽輪機組2、與汽輪機組 2聯(lián)動的發(fā)電機1、冷凝器5、除氧器6、給水泵7、軟水儲罐9和補水泵8等裝置通過管路和閥門組合而成。沼氣鍋爐10內安裝有沼氣燃燒器16、蒸汽過熱器11和工藝水預熱器12。 閥門包括第一至第六開關閥22、24、觀、26、21、33，以及緊急開關閥30，用以控制管路的通斷；蒸汽調節(jié)閥23、給水調節(jié)閥25、沼氣調節(jié)閥27，用以調節(jié)相應流體的流量。圖1所示太陽能集熱裝置包括一個塔頂太陽能鍋爐13和若干個與其匹配的定日反射鏡14，定日反射鏡14可在白天跟蹤太陽，使陽光始終聚射到太陽能鍋爐13的聚熱管上。塔頂太陽能鍋爐13的聚熱管輸出端通過第一開關閥22與蒸汽過熱器11的輸入端相連，蒸汽過熱器11的輸出端通過蒸汽調節(jié)閥23與汽輪機組2的高壓蒸汽入口 3相連，且在汽輪機組2的高壓蒸汽入口 3處管路上安裝有壓力計P和溫度計T，用以直觀顯示蒸汽的壓力和溫度參數。上述汽輪機組2的低壓蒸汽出口 4與冷凝器5的輸入端相連，冷凝器5的輸出端與除氧器6的輸入端相連。軟水儲罐9的出水口通過補水泵8與除氧器6的補水口相連， 第四開關閥26設置在軟水儲罐9的出水口與除氧器6的補水口之間的管路上，用以控制補水管路的開閉和補水量的多少。除氧器6的輸出端與給水泵7的輸入端相連，給水泵7的輸出端通過第二開關閥M和給水調節(jié)閥25與工藝水預熱器12的輸入端相連，工藝水預熱器12的輸出端與塔頂太陽能鍋爐13的聚熱管輸入端相連，構成汽輪機組2的蒸汽的循環(huán)回路。上述沼氣發(fā)生裝置20的沼氣出口通過第五開關閥21與氣水分離器31的輸入端相連，氣水分離器31的輸出端與脫硫脫碳塔32的輸入端相連，脫硫脫碳塔32的輸出端與沼氣儲罐19的進口相連，沼氣儲罐19的出口通過沼氣壓縮泵18與沼氣燃燒器16相連。第三開關閥觀和沼氣調節(jié)閥27設置在沼氣儲罐19的出口與沼氣燃燒器16之間的管路上， 用以調節(jié)沼氣的通斷和流量大小，進而調節(jié)沼氣燃燒器16中火焰的大小，從而控制蒸汽過熱器11中蒸汽的溫度。上述第六開關閥33設置在工藝水預熱器12的輸出端與蒸汽過熱器11的輸入端之間的連接管路上。當僅采用沼氣發(fā)電時，打開第六開關閥33，關閉第一開關閥22，汽輪機組2的循環(huán)蒸汽可繞過塔頂太陽能鍋爐13的聚熱管，節(jié)省蒸汽循環(huán)的路徑，從而降低沼氣熱能消耗。上述與外界相連的緊急開關閥30設置在塔頂太陽能鍋爐13的聚熱管輸出端， 以便在突發(fā)故障時與其它開關閥共同作用，保護設備安全停機。實施例1的工作過程是這樣的白天有陽光照射時，關閉第六開關閥33，開啟第一開關閥22、第二開關閥M，系統(tǒng)處于太陽能聚熱發(fā)電運行狀態(tài)。此時，定日反射鏡14跟蹤陽光，并將陽光熱能聚集到塔頂太陽能鍋爐13的聚熱管上，使其中的循環(huán)水受熱升溫升壓， 并流入蒸汽過熱器11中形成高溫高壓蒸汽。高溫高壓蒸汽通過蒸汽調節(jié)閥23調整到額定的壓力和溫度后，輸送到汽輪機組2中做功發(fā)電。做功后的蒸汽經冷凝器5冷卻成40°C左右的常壓低溫水，輸往除氧器6中脫除水中溶解的氧氣，再由給水泵7輸送到工藝水預熱器 12中吸收余熱，最后送回到塔頂太陽能鍋爐13的聚熱管中，開始下一輪循環(huán)。與此同時，另行采集的地表水或井水初步凈化后，再經過化學水處理車間脫除其中的鈣、鎂離子，輸送至軟水儲罐9備用。需要補水時，軟水由補水泵8抽吸，并通過第四開關閥沈控制流量，送入除氧器6中補充水損失量。當陽光不足或者需要增加發(fā)電量時，可以采用太陽能與沼氣能共同發(fā)電的模式。 此時，開啟第三開關閥觀，通過沼氣壓縮泵18將沼氣儲罐19中的沼氣抽吸到沼氣燃燒器 16中燃燒，使沼氣燃燒所產生的熱能施加在蒸汽過熱器11上，進一步加熱其中的蒸汽，彌補太陽能不足的影響。通過沼氣調節(jié)閥27可以控制沼氣燃燒火焰的大小，從而控制蒸汽過熱器中蒸汽的溫度和壓力，使其達到汽輪機組2發(fā)電所需的額定參數。當需要補充沼氣量時，開啟第五開關閥21，沼氣發(fā)生裝置20所產生的沼氣經氣水分離器31和脫硫脫碳塔32處理后，輸入沼氣儲罐19中備用。平時也可以始終保持沼氣發(fā)生裝置20與沼氣儲罐19之間的管路暢通，以便源源不斷地向沼氣儲罐19輸送沼氣。晚上或陰雨天氣時，關閉第一開關閥22，開啟第二開關閥24、第六開關閥33和第三開關閥觀，系統(tǒng)處于沼氣燃燒發(fā)電運行狀態(tài)。此時，沼氣壓縮泵18將沼氣儲罐19中的沼氣抽吸到沼氣燃燒器16中燃燒，對蒸汽過熱器11加熱升溫，沼氣調節(jié)閥27可以控制沼氣燃燒火焰的大小，所形成高溫高壓蒸汽通過蒸汽調節(jié)閥23調整到額定的壓力和溫度后，輸送到汽輪機組2中做功發(fā)電。做功后的蒸汽經冷凝器5冷卻成40°C左右的常壓低溫水，輸往除氧器6中脫除水中溶解的氧氣，再由給水泵7輸送到工藝水預熱器12中吸收余熱，最后通過第六開關閥33返回到蒸汽過熱器11中，開始下一輪循環(huán)。沼氣燃燒發(fā)電時，沼氣和軟水的補充過程同上。實施例1中塔頂太陽能鍋爐內的導熱介質為水，無需附加更多的換熱設備，水直接汽化成高溫高壓蒸汽后對汽輪機組做功，其結構簡單、成本低廉。實施例2 如圖2所示的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，其結構與圖1所示太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備基本相同，只是圖2中的太陽能集熱裝置稍有改變，它由若干組太陽能真空聚熱管13'和與其匹配的槽型拋物面反射鏡14'組成，太陽能真空聚熱管13'的輸出端通過第一開關閥22與蒸汽過熱器11的輸入端相連，太陽能真空聚熱管13'的輸入端與工藝水預熱器12的輸出端相連。這兩種太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備的工作過程基本一致， 于此不再贅述。實施例3 如圖3所示的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，主要由太陽能集熱裝置、沼氣發(fā)生裝置20、氣水分離器31、脫硫脫碳塔32、沼氣儲罐19、沼氣鍋爐10、汽輪機組2、與汽輪機組 2聯(lián)動的發(fā)電機1、冷凝器5、除氧器6、給水泵7、軟水儲罐9和補水泵8等裝置通過管路和閥門組合而成。沼氣鍋爐10內安裝有沼氣燃燒器16、蒸汽過熱器11和工藝水預熱器12。閥門包括第一至第五開關閥22、M、28J6、21，第七開關閥29，以及緊急開關閥30，用以控制管路的通斷；蒸汽調節(jié)閥23、給水調節(jié)閥25、沼氣調節(jié)閥27，用以調節(jié)相應流體的流量。圖3所示太陽能集熱裝置包括一個塔頂太陽能鍋爐13和若干個與其匹配的定日反射鏡14，定日反射鏡14可在白天跟蹤太陽，使陽光始終聚射到太陽能鍋爐13的聚熱管上。塔頂太陽能鍋爐13的聚熱管輸出端通過第一開關閥22與蓄熱換熱器15的熱介質進口相連，蓄熱換熱器15的熱介質出口通過熱液泵17與塔頂太陽能鍋爐13的聚熱管輸入端相連。熱介質采用聯(lián)苯和聯(lián)苯醚混合液，充滿在設有保溫層的蓄熱換熱器15中，其吸熱升溫可達到400°C左右，足以用來熱交換產生高溫高壓蒸汽。蓄熱換熱器15的蒸汽輸出端通過第七開關閥四與蒸汽過熱器11的輸入端相連，蒸汽過熱器11的輸出端通過蒸汽調節(jié)閥 23與汽輪機組2的高壓蒸汽入口 3相連，且在汽輪機組2的高壓蒸汽入口 3處管路上安裝有壓力計P和溫度計T，用以直觀顯示蒸汽的壓力和溫度參數。上述汽輪機組2的低壓蒸汽出口 4與冷凝器5的輸入端相連，冷凝器5的輸出端與除氧器6的輸入端相連。軟水儲罐9的出水口通過補水泵8與除氧器6的補水口相連， 第四開關閥26設置在軟水儲罐9的出水口與除氧器6的補水口之間的管路上，用以控制補水管路的開閉和補水量的多少。除氧器6的輸出端與給水泵7的輸入端相連，給水泵7的輸出端通過第二開關閥M和給水調節(jié)閥25與工藝水預熱器12的輸入端相連，工藝水預熱器12的輸出端與蓄熱換熱器15的循環(huán)水輸入端相連，構成汽輪機組2的蒸汽的循環(huán)回路。上述沼氣發(fā)生裝置20的沼氣出口通過第五開關閥21與氣水分離器31的輸入端相連，氣水分離器31的輸出端與脫硫脫碳塔32的輸入端相連，脫硫脫碳塔32的輸出端與沼氣儲罐19的進口相連，沼氣儲罐19的出口通過沼氣壓縮泵18與沼氣燃燒器16相連。第三開關閥觀和沼氣調節(jié)閥27設置在沼氣儲罐19的出口與沼氣燃燒器16之間的管路上， 用以調節(jié)沼氣的通斷和流量大小，進而調節(jié)沼氣燃燒器16中火焰的大小，從而控制蒸汽過熱器11中蒸汽的溫度。上述與外界相連的緊急開關閥30設置在蓄熱換熱器15的蒸汽輸出端，以便在突發(fā)故障時與其它開關閥共同作用，保護設備安全停機。實施例3的工作過程是這樣的白天有陽光照射時，開啟第一開關閥22、第二開關閥M，系統(tǒng)處于太陽能聚熱發(fā)電運行狀態(tài)。此時，定日反射鏡14跟蹤陽光，并將陽光熱能聚集到塔頂太陽能鍋爐13的聚熱管上，使其中的熱介質聯(lián)苯和聯(lián)苯醚混合液吸熱升溫， 400°C左右的高溫聯(lián)苯和聯(lián)苯醚混合液通過第一開關閥22進入蓄熱換熱器15中，與蓄熱換熱器15中另一管路內的循環(huán)水發(fā)生熱交換，聯(lián)苯和聯(lián)苯醚混合液的溫度逐步降低，從蓄熱換熱器15出來時已降低到245°C左右，再在熱液泵17的驅動下重新送回到塔頂太陽能鍋爐13的聚熱管中，開始下一輪吸收太陽能的循環(huán)。而蓄熱換熱器15中的循環(huán)水與高溫聯(lián)苯和聯(lián)苯醚混合液換熱后受熱升溫升壓，并通過第七開關閥四流入蒸汽過熱器11中形成高溫高壓蒸汽。高溫高壓蒸汽再通過蒸汽調節(jié)閥23調整到額定的壓力和溫度后，輸送到汽輪機組2中做功發(fā)電。做功后的蒸汽經冷凝器5冷卻成40°C左右的常壓低溫水，輸往除氧器6中脫除水中溶解的氧氣，再由給水泵7輸送到工藝水預熱器12中吸收余熱，最后送回到蓄熱換熱器15中，開始下一輪循環(huán)。與此同時，另行采集的地表水或井水初步凈化后，再經過化學水處理車間脫除其中的鈣、鎂離子，輸送至軟水儲罐9備用。需要補水時，軟水由補水泵8抽吸，并通過第四開關閥沈控制流量，送入除氧器6中補充水損失量。當陽光不足或者需要增加發(fā)電量時，可以采用太陽能與沼氣能共同發(fā)電的模式。此時，開啟第三開關閥28，通過沼氣壓縮泵18將沼氣儲罐19中的沼氣抽吸到沼氣燃燒器 16中燃燒，使沼氣燃燒所產生的熱能施加在蒸汽過熱器11上，進一步加熱其中的蒸汽，彌補太陽能不足的影響。通過沼氣調節(jié)閥27可以控制沼氣燃燒火焰的大小，從而控制蒸汽過熱器中蒸汽的溫度和壓力，使其達到汽輪機組2發(fā)電所需的額定參數。當需要補充沼氣量時，開啟第五開關閥21，沼氣發(fā)生裝置20所產生的沼氣經氣水分離器31和脫硫脫碳塔32處理后，輸入沼氣儲罐19中備用。平時也可以始終保持沼氣發(fā)生裝置20與沼氣儲罐19之間的管路暢通，以便源源不斷地向沼氣儲罐19輸送沼氣。晚上或陰雨天氣時，關閉第一開關閥22，開啟第二開關閥24、第七開關閥29和第三開關閥28，系統(tǒng)處于沼氣燃燒發(fā)電運行狀態(tài)。此時，沼氣壓縮泵18將沼氣儲罐19中的沼氣抽吸到沼氣燃燒器16中燃燒，對蒸汽過熱器11加熱升溫，沼氣調節(jié)閥27可以控制沼氣燃燒火焰的大小，所形成高溫高壓蒸汽通過蒸汽調節(jié)閥23調整到額定的壓力和溫度后，輸送到汽輪機組2中做功發(fā)電。做功后的蒸汽經冷凝器5冷卻成40°C左右的常壓低溫水，輸往除氧器6中脫除水中溶解的氧氣，再由給水泵7輸送到工藝水預熱器12中吸收余熱，最后依次經過蓄熱換熱器15、第七開關閥29返回到蒸汽過熱器11中，開始下一輪循環(huán)。沼氣燃燒發(fā)電時，沼氣和軟水的補充過程同上。實施例3中塔頂太陽能鍋爐內的導熱介質采用聯(lián)苯和聯(lián)苯醚混合液，其加熱溫度可達400°C。吸收了太陽能的高溫聯(lián)苯和聯(lián)苯醚混合液再通過蓄熱換熱器將熱量傳遞給水， 水被汽化成高溫高壓蒸汽后對汽輪機組做功，其運行穩(wěn)定，安全可靠。實施例4 如圖4所示的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，其結構與圖3所示太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備基本相同，只是圖4中的太陽能集熱裝置稍有改變，它由若干組太陽能真空聚熱管13'和與其匹配的槽型拋物面反射鏡14'組成，太陽能真空聚熱管13'的輸出端通過第一開關閥22與蓄熱換熱器15的熱介質進口相連，太陽能真空聚熱管13'的輸入端通過熱液泵17與蓄熱換熱器15的熱介質出口相連。這兩種太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備的工作過程也基本一致，于此不再贅述。
權利要求
1.一種太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，包括太陽能集熱裝置、沼氣儲罐(19)、沼氣鍋爐(10)、汽輪機組O)、以及與汽輪機組(2)聯(lián)動的發(fā)電機(1)，所述沼氣鍋爐(10)內設置有沼氣燃燒器(16)、蒸汽過熱器(11)和工藝水預熱器(12)，其特征在于所述太陽能集熱裝置的輸出端通過第一開關閥0 與蒸汽過熱器(11)的輸入端相連，所述蒸汽過熱器 (11)的輸出端通過蒸汽調節(jié)閥與汽輪機組O)的高壓蒸汽入口( 相連，所述汽輪機組⑵的低壓蒸汽出口⑷與冷凝器(5)的輸入端相連，所述冷凝器(5)的輸出端與除氧器(6)的輸入端相連，所述除氧器(6)的輸出端與給水泵(7)的輸入端相連，所述給水泵 (7)的輸出端通過第二開關閥04)和給水調節(jié)閥0 與工藝水預熱器(1 的輸入端相連，所述工藝水預熱器(1 的輸出端與太陽能集熱裝置的輸入端相連；所述沼氣儲罐(19) 的出口通過沼氣壓縮泵(18)與沼氣燃燒器(16)相連，所述沼氣儲罐(19)的出口與沼氣燃燒器(16)之間的管路上設置有第三開關閥08)和沼氣調節(jié)閥07)。
2.根據權利要求1所述的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，其特征在于它還包括軟水儲罐(9)，所述軟水儲罐(9)的出水口通過補水泵(8)與除氧器(6)的補水口相連，所述軟水儲罐(9)的出水口與除氧器(6)的補水口之間的管路上設置有第四開關閥06)。
3.根據權利要求2所述的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，其特征在于它還包括沼氣發(fā)生裝置(20)，所述沼氣發(fā)生裝置OO)的沼氣出口通過第五開關閥與氣水分離器 (31)的輸入端相連，所述氣水分離器(31)的輸出端與脫硫脫碳塔(3 的輸入端相連，所述脫硫脫碳塔(32)的輸出端與沼氣儲罐(19)的進口相連。
4.根據權利要求1或2或3所述的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，其特征在于所述汽輪機組O)的高壓蒸汽入口( 處管路上設置有壓力計(P)和溫度計(T)。
5.根據權利要求1或2或3所述的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，其特征在于所述工藝水預熱器(1 的輸出端與蒸汽過熱器(11)的輸入端之間通過第六開關閥(3 相連。
6.根據權利要求1或2或3所述的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，其特征在于所述太陽能集熱裝置包括一個塔頂太陽能鍋爐(1 和若干個與其匹配的定日反射鏡(14)，所述塔頂太陽能鍋爐(1 的聚熱管輸出端通過第一開關閥0 與蒸汽過熱器(11)的輸入端相連，所述塔頂太陽能鍋爐(1 的聚熱管輸入端與工藝水預熱器(1 的輸出端相連。
7.根據權利要求1或2或3所述的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，其特征在于所述太陽能集熱裝置包括若干組太陽能真空聚熱管(13')和與其匹配的槽型拋物面反射鏡 (14')，所述太陽能真空聚熱管(13')的輸出端通過第一開關閥02)與蒸汽過熱器(11) 的輸入端相連，所述太陽能真空聚熱管(13')的輸入端與工藝水預熱器(1 的輸出端相連。
8.一種太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，包括太陽能集熱裝置、沼氣儲罐(19)、沼氣鍋爐(10)、汽輪機組O)、以及與汽輪機組(2)聯(lián)動的發(fā)電機(1)，所述沼氣鍋爐(10)內設置有沼氣燃燒器(16)、蒸汽過熱器(11)和工藝水預熱器(12)，其特征在于所述太陽能集熱裝置的輸出端通過第一開關閥0 與蓄熱換熱器(1 的熱介質進口相連，所述蓄熱換熱器(1 的熱介質出口通過熱液泵(17)與太陽能集熱裝置的輸入端相連；所述蓄熱換熱器 (15)的蒸汽輸出端通過第七開關閥09)與蒸汽過熱器(11)的輸入端相連，所述蒸汽過熱器(11)的輸出端通過蒸汽調節(jié)閥與汽輪機組O)的高壓蒸汽入口( 相連，所述汽輪機組O)的低壓蒸汽出口(4)與冷凝器(5)的輸入端相連，所述冷凝器(5)的輸出端與除氧器(6)的輸入端相連，所述除氧器(6)的輸出端與給水泵(7)的輸入端相連，所述給水泵(7)的輸出端通過第二開關閥04)和給水調節(jié)閥0 與工藝水預熱器(1 的輸入端相連，所述工藝水預熱器(1 的輸出端與蓄熱換熱器(1 的循環(huán)水輸入端相連；所述沼氣儲罐(19)的出口通過沼氣壓縮泵(18)與沼氣燃燒器(16)相連，所述沼氣儲罐(19)的出口與沼氣燃燒器(16)之間的管路上設置有第三開關閥08)和沼氣調節(jié)閥07)。
9.根據權利要求8所述的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，其特征在于它還包括軟水儲罐(9)，所述軟水儲罐(9)的出水口通過補水泵(8)與除氧器(6)的補水口相連，所述軟水儲罐(9)的出水口與除氧器(6)的補水口之間的管路上設置有第四開關閥06)。
10.根據權利要求9所述的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，其特征在于它還包括沼氣發(fā)生裝置(20)，所述沼氣發(fā)生裝置OO)的沼氣出口通過第五開關閥與氣水分離器 (31)的輸入端相連，所述氣水分離器(31)的輸出端與脫硫脫碳塔(3 的輸入端相連，所述脫硫脫碳塔(32)的輸出端與沼氣儲罐(19)的進口相連。
11.根據權利要求8或9或10所述的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，其特征在于所述汽輪機組O)的高壓蒸汽入口( 處管路上設置有壓力計(P)和溫度計(T)。
12.根據權利要求8或9或10所述的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，其特征在于所述蓄熱換熱器(1 的蒸汽輸出端還設置有與外界相連的緊急開關閥(30)。
13.根據權利要求8或9或10所述的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，其特征在于所述太陽能集熱裝置包括一個塔頂太陽能鍋爐(1 和若干個與其匹配的定日反射鏡(14)， 所述塔頂太陽能鍋爐(1 的聚熱管輸出端通過第一開關閥0 與蓄熱換熱器(1 的熱介質進口相連，所述塔頂太陽能鍋爐(1 的聚熱管輸入端通過熱液泵(17)與蓄熱換熱器 (15)的熱介質出口相連。
14.根據權利要求8或9或10所述的太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備，其特征在于所述太陽能集熱裝置包括若干組太陽能真空聚熱管(13')和與其匹配的槽型拋物面反射鏡 (14')，所述太陽能真空聚熱管(13')的輸出端通過第一開關閥02)與蓄熱換熱器(15) 的熱介質進口相連，所述太陽能真空聚熱管(13')的輸入端通過熱液泵(17)與蓄熱換熱器(15)的熱介質出口相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能與沼氣能互補發(fā)電設備。包括太陽能集熱裝置、沼氣儲罐、沼氣鍋爐、汽輪機組和發(fā)電機，沼氣鍋爐內設有沼氣燃燒器、蒸汽過熱器和工藝水預熱器。太陽能集熱裝置和沼氣燃燒器可以同時或分別對蒸汽過熱器中的蒸汽加熱，蒸汽過熱器的輸出端與汽輪機組的高壓蒸汽入口相連，汽輪機組的低壓蒸汽出口依次通過冷凝器、除氧器、給水泵與工藝水預熱器相連，從工藝水預熱器輸出的循環(huán)水經太陽能集熱裝置重新加熱后返回蒸汽過熱器。與傳統(tǒng)的化石能源發(fā)電相比，本發(fā)明既不排放SO2和CO2，又平抑了天氣對太陽能的波動影響，并可方便地改變汽輪發(fā)組的運行模式，使發(fā)電機無論在白天黑夜、無論是晴天陰天均可二十四小時全天侯穩(wěn)定發(fā)電。
文檔編號F03G6/06GK102493931SQ201110411918
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權日2011年12月12日
發(fā)明者張巖豐, 楊清萍, 陳義龍 申請人:武漢凱迪工程技術研究總院有限公司