本發(fā)明屬于太陽能與燃煤火電機(jī)組集成發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種同時(shí)集成槽式、塔式太陽能集熱系統(tǒng)的燃煤發(fā)電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，我國(guó)新建的高參數(shù)、大容量的超臨界和超超臨界機(jī)組的效率已經(jīng)接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，進(jìn)一步提高參數(shù)、增大容量來提高機(jī)組效率的途徑會(huì)受到材料等技術(shù)瓶頸的制約，單純從機(jī)組內(nèi)部上考慮，進(jìn)一步降低煤耗的潛力已經(jīng)很小。以及常規(guī)燃煤發(fā)電系統(tǒng)中，化石能源的大量消耗，造成了諸如霧霾、酸雨等環(huán)境問題，同時(shí)還產(chǎn)生大量溫室氣體CO₂，帶來一系列氣候變化問題，嚴(yán)重影響了人們的生產(chǎn)和生活安全。另外，不可再生的化石能源的日益枯竭和人類對(duì)于能源的不斷增長(zhǎng)的需求，已經(jīng)成為制約人類社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重要因素。太陽能是地球上所有能源的來源，同時(shí)相比于化石能源，太陽能可以說是取之不盡、用之不竭的，而且太陽能具有清潔無污染的特點(diǎn)，得到了各國(guó)的充分重視。

現(xiàn)在的太陽能熱發(fā)電技術(shù)主要分為菲涅耳式、槽式、塔式、碟式四種。與槽式和菲涅耳太陽能相比，塔式太陽能集熱溫度更高，效率更好，建廠條件要求低；與塔式太陽能相比，碟式太陽能熱發(fā)電技術(shù)正處于研究、實(shí)驗(yàn)階段，且其成本更高；故塔式太陽能熱發(fā)電是未來最適合大規(guī)模發(fā)電、最有應(yīng)用前景的發(fā)電技術(shù)。但是若是太陽能集熱系統(tǒng)單獨(dú)發(fā)電，需要昂貴的蓄熱設(shè)施，而且現(xiàn)在蓄熱技術(shù)不穩(wěn)定且成本很大，故太陽能集熱系統(tǒng)與其他發(fā)電形式結(jié)合起來，取消蓄熱設(shè)施會(huì)有很大應(yīng)用前途。

綜上所述，將太陽能熱發(fā)電技術(shù)與成熟的常規(guī)發(fā)電技術(shù)整合，進(jìn)行多能源互補(bǔ)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)深層次的技術(shù)節(jié)能，既可降低開發(fā)利用太陽能的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，有效解決太陽能利用不穩(wěn)定和蓄熱技術(shù)不成熟等技術(shù)瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)高效、低成本地利用太陽能，又可以進(jìn)一步降低電廠煤耗，節(jié)約化石能源。但是傳統(tǒng)常規(guī)燃煤電廠和槽式太陽能集熱系統(tǒng)有效集成多集中在機(jī)組的回?zé)嵯到y(tǒng)上，即采用槽式太陽能能量代替一些機(jī)組的回?zé)崞髦械某槠ヌ岣咤仩t給水的溫度，但這種集成方式會(huì)帶來抽汽量減少，再熱蒸汽流量增大進(jìn)而給鍋爐機(jī)組穩(wěn)定安全運(yùn)行帶來一定隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種同時(shí)集成槽式、塔式太陽能集熱系統(tǒng)的燃煤發(fā)電系統(tǒng)。

一種同時(shí)集成槽式、塔式太陽能集熱系統(tǒng)的燃煤發(fā)電系統(tǒng)，將塔式太陽能集熱系統(tǒng)與燃煤發(fā)電系統(tǒng)的再熱蒸汽側(cè)相結(jié)合，同時(shí)將槽式太陽能集熱系統(tǒng)與燃煤發(fā)電系統(tǒng)的高加側(cè)相結(jié)合，從而將槽式太陽能集熱系統(tǒng)和塔式太陽能集熱系統(tǒng)同時(shí)集成在燃煤發(fā)電系統(tǒng)中；

太陽能集熱塔32、第二換熱器30和熔鹽泵31依次連接形成熔鹽的閉合回路；汽輪機(jī)高壓缸的冷再熱蒸汽出口與蒸汽分流器33連接，蒸汽分流器33的出口分為兩路，一路經(jīng)第二換熱器30與蒸汽混合器34的入口連接，另一路依次經(jīng)低溫再熱器和高溫再熱器與蒸汽混合器34的入口連接，蒸汽混合器34的出口連接至汽輪機(jī)中壓缸的進(jìn)口；

槽式太陽能集熱場(chǎng)29、第一換熱器27和油泵28依次連接形成導(dǎo)熱油的閉合回路；3#高溫加熱器的給水出口與給水分流器35的入口連接，給水分流器35的出口分為兩路，一路經(jīng)第一換熱器27與給水混合器36的入口連接，另一路依次經(jīng)2#高溫加熱器、1#高溫加熱器與給水混合器36的入口連接，給水混合器36的出口分別連接至低再側(cè)省煤器和低過側(cè)省煤器的給水入口。

進(jìn)一步地，第一換熱器27與給水混合器36之間設(shè)有給水泵以平衡給水壓力。

一種同時(shí)集成槽式、塔式太陽能集熱系統(tǒng)的燃煤發(fā)電系統(tǒng)的工藝方法：

將塔式太陽能集熱系統(tǒng)與燃煤發(fā)電系統(tǒng)的再熱蒸汽側(cè)相結(jié)合，同時(shí)將槽式太陽能集熱系統(tǒng)與燃煤發(fā)電系統(tǒng)的高加側(cè)相結(jié)合，從而將槽式太陽能集熱系統(tǒng)和塔式太陽能集熱系統(tǒng)同時(shí)集成在燃煤發(fā)電系統(tǒng)中；

熔鹽至太陽能集熱塔32中吸收熱量后輸送至第二換熱器30；在汽輪機(jī)高壓缸做完功后的冷再熱蒸汽進(jìn)入蒸汽分流器33，由蒸汽分流器33控制分為兩路，一路冷再熱蒸汽經(jīng)第二換熱器30吸收熔鹽中的熱量，另一路冷再熱蒸汽依次經(jīng)過低溫再熱器和高溫再熱器進(jìn)行再熱；兩路再熱蒸汽均達(dá)到設(shè)計(jì)溫度參數(shù)后進(jìn)入蒸汽混合器34混合，然后依次進(jìn)入汽輪機(jī)中壓缸和汽輪機(jī)低壓缸做功；

導(dǎo)熱油至槽式太陽能集熱場(chǎng)29中吸收熱量后輸送至第一換熱器27；3#高溫加熱器的給水進(jìn)入給水分流器35，由給水分流器35控制分為兩路，一路給水經(jīng)第一換熱器27吸收導(dǎo)熱油中的熱量，另一路給水依次經(jīng)過2#高溫加熱器和1#高溫加熱器進(jìn)行預(yù)熱；兩路給水均達(dá)到鍋爐給水設(shè)計(jì)溫度參數(shù)后進(jìn)入給水混合器36混合，然后分別進(jìn)入低再側(cè)省煤器和低過側(cè)省煤器進(jìn)行預(yù)熱后進(jìn)入鍋爐的水冷壁受熱蒸發(fā)。

進(jìn)一步地，第一換熱器27與給水混合器36之間設(shè)有給水泵以平衡給水壓力。

為了避免太陽能集熱系統(tǒng)集成于燃煤發(fā)電系統(tǒng)后對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行以及經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生較大的影響，通過控制槽式太陽能集熱系統(tǒng)側(cè)的給水流量和/或塔式太陽能集熱系統(tǒng)側(cè)的冷再熱蒸汽流量，保證鍋爐的熱負(fù)荷分布比例保持穩(wěn)定，保證鍋爐出口的主蒸汽參數(shù)以及再熱蒸汽參數(shù)均能達(dá)到設(shè)計(jì)值。

通過控制導(dǎo)熱油以及進(jìn)入第一換熱器27的給水的流量，來維持槽式太陽能集熱場(chǎng)29出口導(dǎo)熱油溫度以及第一換熱器27出口給水溫度的穩(wěn)定。

通過控制熔鹽以及進(jìn)入第二換熱器30的蒸汽的流量，來維持太陽能集熱塔32出口熔鹽溫度以及第二換熱器30出口蒸汽溫度的穩(wěn)定。

在確定槽式太陽能集熱系統(tǒng)導(dǎo)熱油集熱溫度以及塔式太陽能集熱系統(tǒng)熔鹽集熱溫度的情況下，分別通過控制導(dǎo)熱油以及熔鹽的流速來適應(yīng)太陽能輻射變化帶來的能量收益的波動(dòng)。

工作原理為：在接收太陽輻射的情況下，根據(jù)太陽能輻射情況，槽式太陽能集熱系統(tǒng)替代1#高溫加熱器和2#高溫加熱器的部分受熱面，以降低汽輪機(jī)高壓缸的抽汽量；同時(shí)，塔式太陽能集熱系統(tǒng)替代再熱蒸汽側(cè)部分受熱面，以保證鍋爐機(jī)組的穩(wěn)定安全運(yùn)行。當(dāng)太陽輻射變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)槽式太陽能集熱系統(tǒng)側(cè)的給水流量以及塔式太陽能集熱系統(tǒng)側(cè)的冷再熱蒸汽流量，實(shí)現(xiàn)太陽能與常規(guī)火電燃煤機(jī)組的互補(bǔ)運(yùn)行。通過合理選擇導(dǎo)熱油的集熱出口溫度以及熔鹽的集熱出口溫度來提升集成新系統(tǒng)的熱力學(xué)性能以及太陽能利用率。當(dāng)太陽輻射不足或者有一個(gè)太陽能子系統(tǒng)故障時(shí)，同時(shí)切停兩個(gè)太陽能集熱系統(tǒng)，火電廠系統(tǒng)切換回原火力發(fā)電工況。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提出的同時(shí)集成槽式、塔式太陽能集熱系統(tǒng)的燃煤發(fā)電系統(tǒng)，是將太陽能側(cè)和鍋爐側(cè)更加有效的結(jié)合起來，保證各級(jí)汽輪機(jī)組進(jìn)汽量、溫度、壓力等各項(xiàng)參數(shù)的穩(wěn)定。即利用槽式太陽能集熱系統(tǒng)集成高溫加熱器部分加熱鍋爐給水，同時(shí)也降低了高壓缸的蒸汽抽汽量，這種集成方式下會(huì)造成再熱蒸汽量的增加，引起鍋爐內(nèi)部熱負(fù)荷分配比例的變化，因此，在本發(fā)明提出的方案中，再將塔式太陽能集熱系統(tǒng)集成于冷再熱蒸汽段，將部分冷再熱蒸汽抽出并利用太陽能加熱，既起到了節(jié)煤降耗的作用，又保證了鍋爐機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

本發(fā)明是針對(duì)于太陽能集熱系統(tǒng)集成于常規(guī)燃煤火電機(jī)組的發(fā)電系統(tǒng)，提出了對(duì)現(xiàn)有機(jī)組的改造變動(dòng)以及安全性影響較小的集成方案，解決了由于槽式太陽能集熱系統(tǒng)集成于常規(guī)燃煤火電機(jī)組產(chǎn)生的鍋爐運(yùn)行方面的安全性和效率的影響，避免了純太陽能熱發(fā)電受季節(jié)與天氣影響導(dǎo)致的不穩(wěn)定性問題，還充分利用的常規(guī)燃煤火電機(jī)組發(fā)電成本低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)；部分集成降低了太陽能鏡場(chǎng)的占地面積，同時(shí)對(duì)常規(guī)燃煤火電機(jī)組的節(jié)能降耗也起到了顯著地幫助作用，為傳統(tǒng)燃煤火電廠節(jié)能改造提出了更為穩(wěn)定實(shí)際的集成思路。

附圖說明

圖1為常規(guī)燃煤發(fā)電系統(tǒng)的流程示意圖，作為基準(zhǔn)系統(tǒng)；

圖2為一種同時(shí)集成槽式、塔式太陽能集熱系統(tǒng)的燃煤發(fā)電系統(tǒng)的流程示意圖。

標(biāo)號(hào)說明：1-鍋爐；2-屏式過熱器；3-高溫過熱器；4-高溫再熱器；5-低溫再熱器；6-低溫過熱器；7-低再側(cè)省煤器；8-低過側(cè)省煤器；9-空氣預(yù)熱器；10-汽水分離器；11-汽輪機(jī)高壓缸；12-汽輪機(jī)中壓缸；13-汽輪機(jī)低壓缸；14-發(fā)電機(jī)；15-凝汽器；16-低壓給水泵；17-8#低溫加熱器；18-7#低溫加熱器；19-6#低溫加熱器；20-5#低溫加熱器；21-小汽輪機(jī)；22-除氧器；23-高壓給水泵；24-3#高溫加熱器；25-2#高溫加熱器；26-1#高溫加熱器；27-第一換熱器；28-油泵；29-槽式集熱鏡場(chǎng)；30-第二換熱器；31-熔鹽泵；32-太陽能集熱塔；33-蒸汽分流器；34-蒸汽混合器；35-給水分流器；36-給水混合器；37-定日鏡場(chǎng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

圖1為常規(guī)燃煤發(fā)電系統(tǒng)流程示意圖，其作為基準(zhǔn)系統(tǒng)。給水依次經(jīng)8#低溫加熱器17、7#低溫加熱器18、6#低溫加熱器19、5#低溫加熱器20、3#高溫加熱器24、2#高溫加熱器25和1#高溫加熱器26預(yù)熱后，進(jìn)入低再側(cè)省煤器7和低過側(cè)省煤器8進(jìn)一步預(yù)熱，然后進(jìn)入鍋爐1的水冷壁受熱蒸發(fā)，經(jīng)汽水分離器10進(jìn)行汽水分離后，過熱蒸汽依次經(jīng)過低溫過熱器6、屏式過熱器2和高溫過熱器3進(jìn)行吸熱，達(dá)到主蒸汽設(shè)計(jì)溫度參數(shù)后進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸11做功。汽輪機(jī)高壓缸11做功后的冷再熱蒸汽依次經(jīng)過低溫再熱器5和高溫再熱器4進(jìn)行再熱，達(dá)到再熱蒸汽設(shè)計(jì)溫度參數(shù)后進(jìn)入汽輪機(jī)中壓缸12，依次經(jīng)汽輪機(jī)中壓缸12和汽輪機(jī)低壓缸13做功。汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)14軸連接，進(jìn)行發(fā)電。

汽輪機(jī)設(shè)八段非調(diào)整抽汽，一、二、三段抽汽分別供至1#高溫加熱器26、2#高溫加熱器25和3#高溫加熱器24，四段抽汽供給小汽輪機(jī)23、除氧器22和輔助蒸汽系統(tǒng)等，五、六、七、八段抽汽分別供至5#低溫加熱器20、6#低溫加熱器19、7#低溫加熱器18和8#低溫加熱器17。汽輪機(jī)排汽進(jìn)入凝汽器15，凝結(jié)水進(jìn)入給水系統(tǒng)循環(huán)利用。

圖2是在圖1所示基準(zhǔn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增設(shè)塔式太陽能集熱系統(tǒng)和槽式太陽能集熱系統(tǒng)，得到的一種同時(shí)集成槽式、塔式太陽能集熱系統(tǒng)的燃煤發(fā)電系統(tǒng)。

如圖2所示，塔式太陽能集熱系統(tǒng)與燃煤發(fā)電系統(tǒng)的再熱蒸汽側(cè)耦合。塔式太陽能集熱系統(tǒng)以氯化鉀KCl、氯化鋰LiCl中的一種或兩種熔鹽作為吸熱工質(zhì)，太陽能集熱塔32、第二換熱器30和熔鹽泵31依次連接形成熔鹽的閉合回路。熔鹽進(jìn)入太陽能集熱塔32吸收來自定日鏡場(chǎng)37反射的太陽能，吸收熱量后進(jìn)入第二換熱器30將熱量傳遞給蒸汽。在汽輪機(jī)高壓缸11做完功后的冷再熱蒸汽進(jìn)入蒸汽分流器33，由蒸汽分流器33控制分為兩路，一路冷再熱蒸汽經(jīng)第二換熱器30吸收熔鹽中的熱量；另一路冷再熱蒸汽依次經(jīng)過低溫再熱器5和高溫再熱器4進(jìn)行再熱；兩路再熱蒸汽均達(dá)到設(shè)計(jì)溫度參數(shù)后進(jìn)入蒸汽混合器34混合，然后依次進(jìn)入汽輪機(jī)中壓缸12和汽輪機(jī)低壓缸13做功。

槽式太陽能集熱系統(tǒng)與燃煤發(fā)電系統(tǒng)的高加側(cè)耦合。槽式太陽能集熱系統(tǒng)以VP-1導(dǎo)熱油作為吸熱工質(zhì)，槽式太陽能集熱場(chǎng)29、第一換熱器27和油泵28依次連接形成導(dǎo)熱油的閉合回路。VP-1導(dǎo)熱油進(jìn)入槽式太陽能集熱場(chǎng)29吸收槽式鏡場(chǎng)反射聚焦的太陽能，吸收熱量后進(jìn)入第一換熱器27將熱量傳遞給給水。3#高溫加熱器24的給水進(jìn)入給水分流器35，由給水分流器35控制分為兩路，一路給水經(jīng)第一換熱器27吸收導(dǎo)熱油中的熱量，另一路給水依次經(jīng)過2#高溫加熱器25和1#高溫加熱器26進(jìn)行預(yù)熱；兩路給水均達(dá)到鍋爐給水設(shè)計(jì)溫度參數(shù)后進(jìn)入給水混合器36混合，然后分別進(jìn)入低再側(cè)省煤器7和低過側(cè)省煤器8進(jìn)行預(yù)熱后進(jìn)入鍋爐1的水冷壁受熱蒸發(fā)。由于經(jīng)過槽式太陽能集熱系統(tǒng)的給水壓降與經(jīng)過2#高溫加熱器25和1#高溫加熱器26的給水壓降不同而導(dǎo)致鍋爐進(jìn)口水溫不匹配，可以在第一換熱器27之后的給水管道增加一個(gè)給水泵以匹配給水壓力。

燃煤發(fā)電系統(tǒng)的其他部分仍然按照其常規(guī)方式穩(wěn)定運(yùn)行。

下面結(jié)合算例，對(duì)本發(fā)明的效果進(jìn)行說明。

系統(tǒng)初始條件：

以原電廠未集成太陽能系統(tǒng)燃煤機(jī)組系統(tǒng)作為基準(zhǔn)系統(tǒng)，基準(zhǔn)系統(tǒng)和集成太陽能的新型發(fā)電系統(tǒng)基于相同的假設(shè)和相同的參數(shù)值。系統(tǒng)假設(shè)及條件見下表1。燃料煤的元素分析：C 61.45％，H 3.95％，O 9.95％，N 0.70％，S 0.45％，灰分8.5％，水分15％。煤的低位熱值為23500kJ/kg。以THA工況為參比系統(tǒng)，將模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

表1熱力學(xué)分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表2效率比較

由表2可知，基準(zhǔn)系統(tǒng)的發(fā)電效率為45.11％，在同時(shí)集成槽式太陽能集熱系統(tǒng)和塔式太陽能集熱系統(tǒng)方式下電廠系統(tǒng)效率有所提升，功率不變型和功率增大型的工藝方式均分別將電廠效率提升到了47.70％和46.95％，分別較相同條件下的基準(zhǔn)系統(tǒng)效率提高了2.59個(gè)百分點(diǎn)和1.8個(gè)百分點(diǎn)，發(fā)電折標(biāo)煤耗降低到了257.84g/kWh和261.99g/kWh，分別較相同條件下的基準(zhǔn)系統(tǒng)效率降低了14.84g/kWh和10.69g/kWh，顯示出本發(fā)明系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的有益效果。