一种基于槽式太阳能燃气联合循环分布式发电系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于槽式太阳能燃气联合循环的分布式发电系统，包括槽式太阳能集热子系统、燃气轮机子系统,余热锅炉子系统,汽轮机子系统。槽式太阳能集热子系统作为辅助热源，加热余热锅炉凝结水预热器出口的部分给水，提高余热锅炉中水蒸气的做功能力；燃气轮机的排气用来加热余热锅炉中的给水；余热锅炉产生的过热蒸汽在汽轮机中膨胀做功。本发明可以根据太阳辐射能的变化自动选择槽式太阳能加热给水接入余热锅炉的方式：当太阳能充足时，接入高压蒸发器出口；当太阳能不足时，接入中压蒸发器出口。实现对能量的“梯级利用”，提高了系统的运行效率及实用性。

说明书

技术领域

本发明涉及发电设备技术领域，特别是涉及一种基于槽式太阳能燃气联合循环分布式发电系统及方法。

背景技术

随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，现代社会对电能的依赖于需求越来越严重。燃气-蒸汽联合循环电厂燃用天然气、水煤气等清洁能源，又因该机组具有启动速度快、供电效率高、占地面积小，电站建设周期短、投资费用小、运行可靠性高、环境污染小、机组噪声小等优点，在我国电力产业中比重逐渐变大，成为北上广深等大城市的主力机组。近几年天然气作为主要清洁能源的使用得到国家政策的支持，进一步促进了燃气-蒸汽联合循环机组的发展。北京已取消燃煤机组，燃气轮机联合循环机组已成为该城市供电调峰为辅、供暖为主的主力机组。燃气-蒸汽联合循环机组已成为大城市供暖供电机组的主要组成部分，从上世纪中期航空航天领域向工业发展，从军用产业向民用产业发展，从备用调峰电源发展向基本机组发展，各方面逐渐走向成熟，未来也将成为各大城市供暖发电的主力机组。余热锅炉作为该联合循环机组三大重要部分之一，是蒸汽侧和燃机侧热交换的关键组成部分，它的性能优化对整个机组效率的提升有重要意义，燃气-蒸汽联合循环余热锅炉的运行优化研究有巨大的现实意义。太阳能作为清洁能源和可再生能源，能对煤炭、石油、天然气等不可再生能源提供有力地补充，充分利用太阳能对我国可持续发展战略具有重大的现实意义。

因此希望有一种基于槽式太阳能燃气联合循环分布式发电系统及方法，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提出一种基于槽式太阳能燃气联合循环分布式发电系统及方法，该系统利用太阳能加热一部分联合循环中凝结水预热器出口的给水，增大了余热锅炉蒸汽系统输出功率，并降低了燃气轮机系统燃料消耗量，节约能源，减少污染物排放，并提高了联合循环的经济性。

本发明提供一种基于槽式太阳能燃气联合循环分布式发电系统，其包括：槽式太阳能集热子系统、余热锅炉子系统、燃气轮机子系统和汽轮机子系统；所述槽式太阳能集热子系统、余热锅炉子系统、燃气轮机子系统和汽轮机子系统之间通过管路连接；

所述槽式太阳能集热子系统包括：槽式太阳能反射器、集热管、温控开关、储热罐和可调压水泵；所述可调压水泵通过管道将作为工质水的给水输送到所述集热管的入口，给水在所述集热管中吸收来自槽式太阳能反射器的太阳能，所述槽式太阳能反射器将经过所述集热管内部的给水加热至过热蒸汽，过热蒸汽经过管道进入所述储热罐进行储存，所述储热罐中的过热蒸汽通过管道输送到所述温控开关的入口，所述温控开关进行过热蒸汽流向的选择，在所述温控开关的出口选择所述储热罐中的过热蒸汽与所述高压气包出口的饱和蒸汽进行混合或者与所述中压气包出口的饱和蒸汽进行混合；

所述余热锅炉子系统包括：凝结水预热器、分流器、中压水泵、高压水泵、低压汽包、低压蒸发器、低压过热器、中压省煤器、中压汽包、中压蒸发器、中压过热器、再热器、高压省煤器、高压汽包、高压蒸发器、高压过热器和冷凝器；做功后的蒸汽经过所述冷凝器冷凝成冷凝水，冷凝水通过管道进入所述凝结水预热器预热后通过管道进入所述分流器的入口，所述分流器将进入其中的给水分为多路，第一路通过可调压水泵进入所述槽式太阳能集热子系的集热管中，加热后经储热罐、温度开关选择与所述高压气包的出口的饱和蒸汽或者所述中压气包的出口的饱和蒸汽汇合；第二路通过管路进入所述低压汽包和所述低压蒸发器的入口，所述低压汽包的出口的饱和蒸汽通过管路进入所述低压过热器的入口，经过所述低压过热器加热后通过管路进入所述低压缸带动所述发电机做功，做功后的蒸汽从所述低压缸的出口通过管路进入所述冷凝器；第三路通过管路进入所述中压水泵进行升压，升压后从所述中压水泵的出口通过管路流入所述中压省煤器，从所述中压省煤器的出口通过管路进入所述中压汽包和所述中压蒸发器的入口，所述中压汽包的出口的饱和蒸汽通过管路与所述槽式太阳能集热子系统的所述温度开关引出的过热蒸汽汇合，进入所述中压过热器的入口，经过所述中压过热器加热后通过管路与所述高压缸的出口排出的做功后的蒸汽汇合并进入所述再热器进行再热，再热蒸汽从再热器的出口通过管路进入所述中压缸带动所述发电机做功，做功后的蒸汽经所述中压缸的出口通过管路再进入所述低压缸继续带动所述发电机做功；第四路通过管路进入所述高压水泵进行升压，升压后从所述高压泵的出口通过管路流入所述高压省煤器，从高压省煤器的出口通过管路进入所述高压汽包和所述高压蒸发器的入口，所述高压汽包的出口的饱和蒸汽通过管路与所述槽式太阳能集热子系统的所述温度开关引出的过热蒸汽汇合，进入所述高压过热器的入口，经过所述高压过热器加热后通过管路进入所述高压缸带动所述发电机做功，做功后的蒸汽经所述高压缸的出口通过管路再进入所述再热器进行再热；

所述燃气轮机子系统包括：压气机、燃烧室、燃气透平和发电机；所述压气机将压缩的空气通过管路输入所述燃烧室与燃料混合燃烧，高温高压的气体从所述燃烧室的出口通过管路进入所述燃气透平带动发电机发电，所述燃气透平的出口的排气进入余热锅炉子系统进行余热回收利用；

所述汽轮机子系统包括：低压缸、中压缸、高压缸和发电机。

优选地，所述槽式太阳能集热子系统作为辅助热源，用于加热所述余热锅炉子系统中的所述凝结水预热器的出口的部分给水，提高所述余热锅炉子系统中饱和蒸气的做功能力；所述燃气轮机子系统的排气为所述余热锅炉子系统提供热源，用于加热给水。

优选地，所述集热管用于加热所述分流器的一路给水，当吸收太阳能充足时过热蒸汽温度达到所述高压汽包的出口饱和蒸汽的温度，在太阳能吸收不足时过热蒸汽温度达到所述中压汽包的出口饱和蒸汽的温度。

优选地，所述可调压水泵入口连接所述分离器的出口，所述可调压水泵的出口直接-连接所述集热管的入口；所述可调压水泵根据太阳的能强、弱来选择进入槽式太阳能集热子系统的给水压力。

优选地，所述温度开关对所述集热管流出的储存在所述储热罐中的过热蒸汽的流向进行选择，当所述槽式太阳能集热子系统吸热量充足时，所述集热器的出口的过热蒸汽与所述高压汽包的出口的饱和蒸汽混合；当所述槽式太阳能吸热量较少时，所述集热器的出口的过热蒸汽与所述中压汽包的出口的饱和蒸汽混合。

优选地，所述分流器将所述凝结水预热器的出口的给水分成四路。

本发明提供一种应用上述基于槽式太阳能燃气联合循环分布式发电系统的运行方法，其包括如下步骤：

步骤1，所述凝结水预热器的出口的给水经所述分流器分流后的其中一路给水输送到所述可调压水泵，经所述可调压水泵升压后进入所述槽式太阳能集热子系统中的所述集热管，所述集热管吸收来自所述槽式太阳能反射器的太阳能，并将给水加热成过热蒸汽；

步骤2，所述可调压水泵根据所述槽式太阳能集热子系统吸收太阳能的强、弱来选择进入所述槽式太阳能集热子系统的给水压力；

步骤3，经过所述集热管加热的过热蒸汽储存在所述储热罐中；

步骤4，根据过热蒸汽的温度通过所述温度开关选择所述过热蒸汽接入所述余热锅炉子系统的方式，当所述槽式太阳能集热子系统吸收太阳能充足时，所述温度开关选择所述过热蒸汽与所述高压汽包的出口的饱和蒸汽混合，后经所述高压过热器加热进入所述高压缸做功；当所述槽式太阳能集热子系统吸太阳能较小时，所述温度开关选择所述过热蒸汽与所述中压汽包的出口的饱和蒸汽混合，后经所述中压过热器加热并与所述高压缸做功后的蒸汽混合后进入所述再热器进一步加热，最后进入所述中压缸做功。

优选地，所述集热管吸收来自槽式太阳能反射器的热量，加热一部分来自所述凝结水预热器的出口的给水。

本发明所提出的基于槽式太阳能燃气联合循环分布式发电系统及方法，燃气轮机子系统作为输出功的主要组成部分，其排气(做功后的蒸汽)作为余热锅炉子系统主要热源，用于加热凝结水，提升水蒸气(饱和蒸汽)的做功能力；余热锅炉子系统利用水作为循环工质，降低燃气轮机子系统因排气温度过大造成的余热损失；槽式太阳能集热子系统作为辅助热源，用于加热余热锅炉中凝结水预热器出口的部分给水，提高余热锅炉中水蒸气(饱和蒸汽)的做功能力，提高联合循环系统的做功能力。并根据太阳能的强、弱来选择槽式太阳能集热子系统中过热蒸汽接入余热锅炉的方式。

利用槽式太阳能集热子系统加热余热锅炉子系统的部分给水，增大了余热锅炉子系统的蒸汽输出功率，并降低了燃气轮机系统燃料消耗量，节约能源，减少污染物排放，并提高了联合循环的经济性。充分利用太阳能并结合燃气-蒸汽联合循环，对太阳能及系统余热进行梯级利用，提高了联合循环的效率。

附图说明

图1为本发明的基于槽式太阳能燃气联合循环分布式发电系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，基于槽式太阳能燃气联合循环分布式发电系统包括槽式太阳能集热子系统、燃气轮机子系统、余热锅炉子系统和汽轮机子系统。其中：槽式太阳能集热子系统作为辅助热源，用于加热余热锅炉中凝结水预热器出口的部分给水，提高余热锅炉中水蒸气的做功能力；燃气轮机子系统作为输出功的主要组成部分，其排气作为余热锅炉子系统主要热源，用于加热凝结水；余热锅炉子系统利用太阳能和燃机排气余热，提升联合循环系统的效率，降低因燃气轮机子系统因排气温度过大造成的余热损失。

槽式太阳能集热子系统包括槽式太阳能反射器10、集热管11、温控开关25、储热罐28和可调压水泵26，其中，集热管11吸收来自槽式太阳能反射器10的太阳能，加热经过自身内部的水工质至过热蒸汽，再进入温控开关25进行蒸汽流向选择，当槽式太阳能吸热量充足时该过热蒸汽与高压汽包17出口蒸汽混合后经高压过热器19过热再进入高压缸22做功；当槽式太阳能吸热量较小时该过热蒸汽与中压汽包13出口蒸汽混合后经中压过热器14加热再与高压缸22排汽混合后进入再热器20进一步加热。

燃气轮机子系统包括压气机1、燃烧室2和燃气透平3，其中，压气机1压缩的空气进入燃烧室2与燃料混合燃烧，所得的高温高压的气体进入燃气透平3并带动发电机4发电，排气进入余热锅炉进行余热回收利用。

余热锅炉子系统包括凝结水预热器5、分流器27、中压水泵25、高压水泵15、低压汽包6、低压蒸发器7、低压过热器9、低压缸24、中压省煤器8、中压汽包13、中压蒸发器12、中压过热器14、再热器20、中压缸23、高压省煤器16、高压汽包17、高压蒸发器18、高压过热器19、高压缸22、发电机4和冷凝器21，其中，冷凝水经凝结水预热器5预热后进入分流器27，一路进入槽式太阳能集热子系的集热管11加热后经温控选择器25选择后与其它蒸汽汇合；一路进入低压汽包6和低压蒸发器7，出来的饱和蒸汽进入低压过热器9加热后进入低压缸24做功；一路进入中压水泵25升压后流入中压省煤器8，再进入中压汽包13和中压蒸发器12，出来的饱和蒸汽与槽式太阳能集热子系引出的过热蒸汽汇合，进入中压过热器14后与高压缸22排汽汇合再进入再热器20再热，再热蒸汽进入中压缸23做功后再进入低压缸24继续做功；一路进入高压水泵15升压后流入高压省煤器16，再进入高压汽包17和高压蒸发器18，出来的饱和蒸汽与槽式太阳能集热子系引出的过热蒸汽汇合，进入高压过热器29过热，再进入高压缸22做功；低压缸24做功后的蒸汽经冷凝器21冷凝后继续下一循环。

图1中，集热管11用于加热分流器27流出的部分水，使其温度在太阳能充足时能达到高压汽包17出口饱和蒸汽温度，在太阳能较少时水蒸汽温度能达到中压汽包13出口饱和蒸汽温度；可调压水泵26进口连接分离器27，出口直接进入集热管11；温控开关25将对集热管11流出的过热蒸汽流向进行选择，当槽式太阳能吸热量大时该过热蒸汽与高压汽包17出口蒸汽混合后经高压过热器19过热再进入高压缸22做功，当槽式太阳能吸热量较小时该过热蒸汽与中压汽包13出口蒸汽混合后经中压过热器14过热再与高压缸22排汽混合后再热；分流器27将凝结水预热器5出口水分成四路，一路流经槽式太阳能集热子系统，另三路分别流经余热锅炉子系统低压部分、中压部分和高压部分。

基于图1所示的基于槽式太阳能燃气联合循环分布式发电系统的示意图，本发明还提供了一种基于槽式太阳能燃气联合循环分布式发电系统的方法，该方法包括：凝结水预热器5出来的水经分流器27后一部分水经可调压水泵26升压后进入槽式太阳能集热子系统中的集热管11吸热；可调压水泵26根据太阳能强弱时选择升高到高压压力或者中压压力；集热管11吸收来自槽式太阳能反射器10的太阳能，加热经过自身内部的水工质至过热蒸汽；经过集热管11加热后的过热蒸汽经温控选择器25选择，当槽式太阳能吸热量大时该过热蒸汽与高压汽包17出口蒸汽混合后经高压过热器19过热再进入高压缸22做功，当槽式太阳能吸热量较小时该过热蒸汽与中压汽包13出口蒸汽混合后经中压过热器14过热再与高压缸22排汽混合后再热，最后进入中压缸23做功。

图1是基于槽式太阳能燃气联合循环分布式发电系统的示意图，该系统包括压气机1、燃烧室2、燃气透平3、发电机4、凝结水预热器5、低压汽包6、低压蒸发器7、中压省煤器8、低压过热器9、槽式太阳能反射器10、集热管11、中压蒸发器12、中压汽包13、中压过热器14、高压水泵15、高压省煤器16、高压汽包17、高压蒸发器18、高压过热器19、再热器20、冷凝器21、高压缸22、中压缸23、低压缸24、温控开关25和可调压水泵26、分流器27、储热罐28。具体流程为：压气机1压缩的空气进入燃烧室2与燃料混合燃烧，所得的高温高压的气体进入燃气透平3并带动发电机4发电，排气进入余热锅炉进行余热回收利用；槽式太阳能集热子系统中集热管11吸收来自槽式太阳能反射器10的太阳能，加热经过自身内部的工质水至过热蒸汽后进入储热罐28，再进入温控开关进行蒸汽流向选择，当槽式太阳能充足时该过热蒸汽与高压汽包17出口蒸汽混合后经高压过热器19过热再进入高压缸22做功；当槽式太阳能吸热量较小时该过热蒸汽与中压汽包13出口蒸汽混合后经中压过热器14加热再与高压缸22排汽混合后进入再热器20进一步加热；冷凝水经凝结水预热器5预热后进入分流器27，一路经可调压水泵26升压后进入槽式太阳能集热子系统中的集热管11加热后经温控选择器25选择后与其它蒸汽汇合；一路进入低压汽包6和低压蒸发器7，出来的饱和蒸汽进入低压过热器9加热后进入低压缸24做功；一路进入中压水泵25升压后流入中压省煤器8，再进入低压汽包13和低压蒸发器12，出来的饱和蒸汽与槽式太阳能集热子系引出的过热蒸汽汇合，进入中压过热器14后与高压缸22排汽汇合后进入再热器20再热，再热蒸汽进入中压缸23做功后再与低压过热蒸汽混合进入低压缸24继续做功；一路进入高压水泵15升压后流入高压省煤器16，再进入高压汽包17和高压蒸发器18，出来的饱和蒸汽与槽式太阳能集热子系引出的过热蒸汽汇合，进入高压过热器19过热，再进入高压缸22做功；低压缸24做功后的蒸汽经冷凝器21冷凝后继续下一循环。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。