塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统

摘要

本发明公开了一种塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统，涉及塔式太阳能光热联产领域，用以实现塔式太阳能与燃煤锅炉的光热联产。该系统包括燃煤锅炉、塔式太阳能集热器和高压缸；燃煤锅炉的进水口和塔式太阳能集热器的入口都与高压加热器的出水口连接，燃煤锅炉的锅炉过热蒸汽出口和塔式太阳能集热器的塔式太阳能集热器过热蒸汽出口都与高压缸的入口连接。上述技术方案实现了塔式太阳能与燃煤锅炉的光热联产。

说明书

技术领域

本发明涉及塔式太阳能光热联产领域，具体涉及一种塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统。

背景技术

在过去的十几年中，太阳能的利用主要集中在光伏发电领域。近年来，太阳能光热发电技术得到了长足的发展，但是主要为槽式系统，对塔式太阳能光热发电技术研究不多。然而，塔式太阳能光热发电具有自己独特的优势，产生的蒸汽品质较高。因此，加大对塔式太阳能光热发电技术的研究具有重要意义。

由于塔式太阳能光热发电受到光照强度和地域性的限制，单独采用塔式太阳能光热发电技术并不能满足我们日常的需求。

发明内容

本发明的其中一个目的是提出一种塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统，用以实现塔式太阳能与燃煤锅炉的光热联产。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统，其中，包括塔式太阳能集热器、燃煤锅炉、汽轮机；

所述燃煤锅炉的进水口和所述塔式太阳能集热器的入口都与进水连接，所述燃煤锅炉的锅炉过热蒸汽出口和所述塔式太阳能集热器的塔式太阳能集热器过热蒸汽出口都与所述汽轮机的高压缸入口连接。

如上所述的塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统，优选的是，还包括增压泵和高压加热器；

所述燃煤锅炉的进水口和所述塔式太阳能集热器的入口都与所述高压加热器的出水口连接；

所述增压泵设置在所述高压加热器的出水口与所述塔式太阳能集热器的入口之间。

如上所述的塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统，优选的是，还包括汽汽换热器；

所述汽汽换热器具有过热蒸汽进口、乏汽管道入口、乏汽管道出口和未饱和水出口，所述汽汽换热器的过热蒸汽进口与所述汽汽换热器的未饱和水出口连通，所述汽汽换热器的乏汽管道入口与所述汽汽换热器的乏汽管道出口连通；

所述汽汽换热器的过热蒸汽进口与所述塔式太阳能集热器的塔式太阳能集热器过热蒸汽出口连接，所述汽汽换热器的未饱和水出口与所述增压泵的入口连接；所述汽汽换热器的乏汽管道入口与所述汽轮机的高压缸出口连接，所述汽汽换热器的乏汽管道出口与所述燃煤锅炉的蒸汽输入口连接。

如上所述的塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统，优选的是，所述汽汽换热器包括换热器外壳和乏汽管道；

所述换热器外壳的一端开设有过热蒸汽进口，所述换热器外壳的另一端开设有未饱和水出口；

所述乏汽管道穿过所述换热器外壳的内部。

如上所述的塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统，优选的是，所述换热器外壳内部设置有隔板，所述隔板的数量至少为一块；

所述隔板设置在所述过热蒸汽进口和所述未饱和水出口之间，所述隔板用于在所述过热蒸汽进口和所述未饱和水出口之间形成有流通通道；

其中，所述过热蒸汽进口和所述未饱和水出口之间直接形成的流通通道短于所述过热蒸汽进口和所述未饱和水出口之间经由所述隔板形成的流通通道。

如上所述的塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统，优选的是，所述隔板为板状结构，所述隔板与所述乏汽管道相交，所述隔板上设置有用于使所述乏汽管道穿过的通孔。

如上所述的塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统，优选的是，所述隔板至少为两块，各所述隔板平行设置；

相邻的两块所述隔板中其中一块靠近所述过热蒸汽进口所在一侧的所述换热器外壳内壁设置，且该隔板与靠近所述未饱和水出口所在一侧的所述换热器外壳内壁之间存在空隙；另一块靠近所述未饱和水出口所在一侧的所述换热器外壳内壁设置，且该隔板与靠近所述过热蒸汽进口所在一侧的所述换热器外壳内壁之间存在空隙。

如上所述的塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统，优选的是，还包括水箱；

所述水箱设置在所述汽汽换热器的未饱和水出口与所述增压泵的入口之间。

如上所述的塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统，优选的是，还包括循环水泵；

所述循环水泵设置在所述水箱和所述增压泵的入口之间。

如上所述的塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统，优选的是，所述燃煤锅炉还具有再热蒸汽出口，所述再热蒸汽出口与所述汽轮机的中压缸和低压缸的入口连接；

所述汽轮机的高压缸出口与所述燃煤锅炉的蒸汽输入口连接。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

上述技术方案，将燃煤锅炉的锅炉过热蒸汽出口、塔式太阳能集热器的塔式太阳能集热器过热蒸汽出口都与所述高压缸的入口连接，过热蒸汽在高压缸中一起做功。上述技术方案，将太阳能与常规燃煤发电厂相结合，利用火电机组调整范围大的优势，省去太阳能光热发电中的蓄热系统和汽轮机系统，达到降低发电成本、实现连续稳定发电的目的。同时，与其他可再生能源相比，太阳能光热发电系统以热作为中间能量的载体，使之可相对容易地通过热量与燃煤发电系统相耦合。此外，太阳辐射的峰值在夏季和白天，正好与用电的峰值相对应，从而可以有效地减少电网调峰的压力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一提供的塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统的原理示意图；

图2为本发明实施例二提供的塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统的原理示意图；

图3为本发明实施例三提供的汽汽换热器应用在塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统中的示意图；

图4为本发明实施例三中汽汽换热器的剖视示意图；

图5为图4左视图；

图6为图4的A-A向剖视示意图；

图7为图4的B-B向剖视示意图；

图8为图4中隔板的示意图；

附图标记：

1、末级高加出口2、燃煤锅炉给水；3、太阳能集热器分路给水；

的给水；

4、燃煤锅炉；5、增压泵；7、太阳能过热蒸汽；

6、塔式太阳能集9、高压缸乏汽；10、燃煤锅炉过热蒸汽；

热器；

8、高压缸；11、汽汽换热器；13、汽汽换热器出口乏汽；

12、水箱；16、循环水泵；15、太阳能集热器给水；

20、过热蒸汽；18、塔式太阳能过热蒸汽做功部分；

17、未饱和水；19、塔式太阳能过热蒸汽汽汽换热器部分；

21、换热器外壳；22、乏汽管道；23、过热蒸汽进口；

25、隔板；24、未饱和水出口；26、通孔；

27、总乏汽；28、汽汽换热器高压缸乏汽进口；

29、汽汽换热器高压缸乏汽出口。

具体实施方式

下面结合图1～图8对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述，将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的技术方案均应该在本发明的保护范围之内。

实施例一

参见图1，本发明实施例提供一种塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统包括燃煤锅炉4、塔式太阳能集热器6和高压缸8。燃煤锅炉4的进水口和塔式太阳能集热器6的入口都与进水连接，此处具体与高压加热器的出水口连接，燃煤锅炉4的锅炉过热蒸汽出口和塔式太阳能集热器6的塔式太阳能集热器过热蒸汽出口都与汽轮机的高压缸8的入口连接。

上述塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统，采用传统燃煤锅炉系统中的部分部件和塔式太阳能光热发电系统中的部分部件结合，以实现光热联产。燃煤锅炉系统主要由燃煤锅炉4、汽轮机等结构组成，其中：燃煤锅炉系统中的燃煤锅炉4为普通的锅炉，汽轮机为普通的背压式汽轮机。塔式太阳能集热器6起到将塔式太阳能集热器6给水加热变为塔式太阳能过热蒸汽的作用。

参见图1，来自末级高加出口的给水1分为两部分，一部分进入燃煤锅炉4，另一部分进入塔式太阳能集热器6，具体可经过增压泵5增压后再进入。给水在燃煤锅炉4和塔式太阳能集热器6中吸热变为过热蒸汽，燃煤锅炉4产生的过热蒸汽和塔式太阳能集热器6产生的过热蒸汽混合后一同进入高压缸8做功。图1中的箭头示意了光热联产过程中气体和水的流向。

上述技术方案，将燃煤锅炉4的锅炉过热蒸汽出口、塔式太阳能集热器6的塔式太阳能集热器过热蒸汽出口都与高压缸8的入口连接，过热蒸汽在高压缸8中一起做功。上述技术方案，将太阳能与常规燃煤发电厂相结合，利用火电机组调整范围大的优势，省去太阳能光热发电中的蓄热系统和汽轮机系统，达到降低发电成本、实现连续稳定发电的目的。同时，与其他可再生能源相比，太阳能光热发电系统以热作为中间能量的载体，使之可相对容易地通过热量与燃煤发电系统相耦合。此外，太阳辐射的峰值在夏季和白天，正好与用电的峰值相对应，从而可以有效地减少电网调峰的压力。

进一步地，燃煤锅炉4还具有再热蒸汽出口，再热蒸汽出口与汽轮机的中压缸和低压缸的入口连接。汽轮机的高压缸8的出口与燃煤锅炉4的蒸汽输入口连接。

在高压缸8做完功的蒸汽再次进入燃煤锅炉4吸热，变为再热蒸汽后再次通过中压缸和低压缸做功。

进一步地，塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统还包括增压泵5和高压加热器。燃煤锅炉4的进水口和塔式太阳能集热器6的入口都与高压加热器的出水口连接。增压泵5设置在高压加热器的出水口与塔式太阳能集热器6的入口之间。增压泵5主要起到为太阳能集热器分路给水3增压的作用。

如图1所示，来自末级高加的给水1分为燃煤锅炉给水2和太阳能集热器分路给水3；燃煤锅炉给水2在燃煤锅炉4中吸热变为燃煤锅炉过热蒸汽10；太阳能集热器分路给水3经增压泵5加压后通往塔式太阳能集热器6吸热，之后变为太阳能过热蒸汽7；太阳能过热蒸汽7和燃煤锅炉过热蒸汽10混合后通往高压缸8做功；在高压缸8中做完功的高压缸乏汽9再次进入燃煤锅炉4吸热变为再热蒸汽后，继续通往中压缸和低压缸做功。

实施例二

参见图2，本发明实施例在上述实施例的技术方案基础之上，进一步地，塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统还包括汽汽换热器11；汽汽换热器11具有过热蒸汽进口C、乏汽管道入口D、乏汽管道出口E和未饱和水出口F，汽汽换热器11的过热蒸汽进口C与汽汽换热器11的未饱和水出口连通F，汽汽换热器11的乏汽管道入口D与汽汽换热器11的乏汽管道出口E连通。汽汽换热器11的过热蒸汽进口C还与塔式太阳能集热器6的塔式太阳能集热器过热蒸汽出口连接，汽汽换热器11的未饱和水出口F与增压泵5的入口连接；汽汽换热器11的乏汽管道入口D与高压缸8的出口连接，汽汽换热器11的乏汽管道出口E与燃煤锅炉4的蒸汽输入口连接。

汽汽换热器11的作用为：将通过高压缸8出口的乏汽和部分塔式太阳能过热蒸汽的热量交换，以使得部分塔式太阳能过热蒸汽变为未饱和水、燃煤锅炉4高压缸8出口的乏汽温度升高，品质参数提高。

参见图2，塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统还包括水箱12；水箱12设置在汽汽换热器11的未饱和水出口与增压泵5的入口之间。水箱12起到储存循环水的作用。

参见图2，塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统还包括循环水泵16；循环水泵16设置在水箱12和增压泵5的入口之间。循环水泵16起到将循环水加压的作用。

参见图2，来自末级高加出口的给水1分为燃煤锅炉给水2、塔式太阳能塔式太阳能集热器分路给水3两部分，一部分进入燃煤锅炉4，另一部分和未饱和水17混合后，经增压泵5增压后进入塔式太阳能集热器6。

燃煤锅炉给水2在燃煤锅炉4中吸热变为燃煤锅炉过热蒸汽10，太阳能集热器给水15在塔式太阳能集热器6中吸热变为塔式太阳能过热蒸汽。

塔式太阳能过热蒸汽分为塔式太阳能过热蒸汽做功部分18和塔式太阳能过热蒸汽汽汽换热器部分19两部分，一部分和燃煤锅炉过热蒸汽10混合后作为过热蒸汽20进入高压缸8做功，另一部分进入汽汽换热器11。

在高压缸8做完功的乏汽进入汽汽换热器11，在汽汽换热器11中吸热后成为汽汽换热器出口乏汽13继续通往燃煤锅炉4。

塔式太阳能过热蒸汽汽汽换热器部分19在汽汽换热器11中放热后变为未饱和水，经过水箱12的富集后，经由循环水泵16增压，再次返回增压泵5进口。

上述技术方案，克服了塔式太阳能蒸汽品质不足的缺点；克服了燃煤电厂CO₂产量过高的缺点；克服了燃煤电厂污染严重的缺点；克服了单一太阳能电站需要建立蓄热系统而成本太高的问题；克服了电网调峰压力大的问题；提高了机组效率，节约了燃煤；充分利用了我国充足的太阳能资源。

实施例三

参见图3-图8，本实施例中，塔式太阳能与燃煤锅炉光热联产系统的汽汽换热器11的未饱和水出口24直接循环流向增压泵5。汽轮机的高压缸8的出口乏汽分为两部分，一部分经由汽汽换热器高压缸乏汽进口28(即乏汽管道入口D)进入到汽汽换热器11中进行加热处理，然后由汽汽换热器高压缸乏汽出口29(即乏汽管道出口E)输出；另一部分乏汽不经过加热处理，直接和上述经过加热处理的乏汽汇总成总乏汽27经由燃煤锅炉4的蒸汽输入口通回到燃煤锅炉4中。

本实施例和上述实施例二中所采用的汽汽换热器11均可采用下述结构。

汽汽换热器11包括换热器外壳21和乏汽管道22；换热器外壳21的一端开设有过热蒸汽进口23，换热器外壳21的另一端开设有未饱和水出口24；乏汽管道22穿过换热器外壳21的内部。

为改善换热效果，换热器外壳21内部设置有隔板25，隔板25的数量至少为一块。隔板25设置在过热蒸汽进口23和未饱和水出口24之间，隔板25用于在过热蒸汽进口23和未饱和水出口24之间形成有流通通道。其中，过热蒸汽进口23和未饱和水出口24之间直接形成的流通通道短于过热蒸汽进口23和未饱和水出口24之间经由隔板25形成的流通通道。

过热蒸汽进口23和未饱和水出口24之间直接形成的流通通道是指换热器外壳21位于过热蒸汽进口23和未饱和水出口24之间不设置隔板25时形成的流通通道，若以去除图4中的隔板25来看，该流通通道基本是直的。过热蒸汽进口23和未饱和水出口24之间经由隔板25形成的流通通道是指换热器外壳21位于过热蒸汽进口23和未饱和水出口24之间设置有隔板25时形成的流通通道，从图4所示来看，该流通通道是曲折的。

隔板25可以平行于乏汽管道22设置或是与乏汽管道22相交设置，优选为相互垂直，下文将详细介绍。设置隔板25后，过热蒸汽进口23和未饱和水出口24之间的通道不是单一的直通道，而是曲折通道，这样可以延长从过热蒸汽进口23进入的过热蒸汽的流动长度，以加强过热蒸汽与乏汽管道22内部乏汽的热交换。

参见图4～图8，具体地，隔板25为板状结构，隔板25与乏汽管道22相交，隔板25上设置有用于使乏汽管道22穿过的通孔26。隔板25上的通孔26的内壁与乏汽管道22之间的间隙应比较小，以使得过热蒸汽能沿着各隔板25之间形成的流通通道流动。

参见图4，隔板25至少为两块，各隔板25平行设置。相邻的两块隔板25中其中一块靠近过热蒸汽进口23所在一侧的换热器外壳21内壁设置，且该隔板25与靠近未饱和水出口24所在一侧的换热器外壳21内壁之间存在空隙；另一块靠近未饱和水出口24所在一侧的换热器外壳21内壁设置，且该隔板25与靠近过热蒸汽进口23所在一侧的换热器外壳21内壁之间存在空隙。

参见图4～图8，本实施例中，隔板25至少为两块，各隔板25平行设置。相邻的两块隔板25中其中一块靠近过热蒸汽进口23所在一侧的换热器外壳21内壁设置，且该隔板25与靠近未饱和水出口24所在一侧的换热器外壳21内壁之间存在空隙。另一块靠近未饱和水出口24所在一侧的换热器外壳21内壁设置，且该隔板25与靠近过热蒸汽进口23所在一侧的换热器外壳21内壁之间存在空隙。

参见图4，换热器外壳21呈长方体或圆柱状结构。乏汽管道22沿着换热器外壳21的长度方向设置；过热蒸汽进口23和未饱和水出口24分别位于换热器外壳21长度方向的两端，且分别位于换热器外壳21宽度方向的两侧。

为使得过热蒸汽进口23进入的过热蒸汽与乏汽管道22充分进行热交换，过热蒸汽进口23和未饱和水出口24分别位于换热器外壳21长度方向的两端，且分别位于换热器外壳21宽度方向的两侧。如此设置，使得过热蒸汽和乏汽都需流经换热器外壳21的整个长度才能流出。

具体地，换热器外壳21呈长方体或圆柱状结构。乏汽管道22沿着换热器外壳21的宽度方向设置；过热蒸汽进口23和未饱和水出口24分别位于换热器外壳21长度方向的两端，且分别位于换热器外壳21长度方向的两侧。

本实施例中，换热器外壳21呈圆柱状结构，隔板25呈半圆形的平板状结构。

为便于将乏汽管道22与其他待连接设备连接，乏汽管道22的两端都位于换热器外壳21的外部。

进一步地，乏汽管道22的数量至少为两根，各乏汽管道22平行设置，且优选为直管结构，以便于安装。隔板25上通孔26的设置位置由各乏汽管道22确定。

上述技术方案，特别是为燃煤电厂提供一种塔式太阳能与燃煤电厂光热联产节煤系统，使火电厂一方面节省了燃煤，另一方面减少了污染物质的排放。同时，锅炉机组具有良好的调峰能力，太阳辐射的峰值在夏季和白天，正好与用电的峰值相对应，从而可以有效地减少电网调峰的压力，全天燃煤机组处于较为稳定的负荷。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因为不能理解为对本发明保护内容的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。