一种太阳能气化与发电混合系统技术方案

一种太阳能气化与发电混合系统，包括：定日镜场(1)、太阳塔、含碳物料给料机(2)、气化用气预热器(3)、太阳能气化炉(4)、吸热器(5)、过热器(7)、燃气焚烧炉(8)、风机(9)、给水泵(10)、燃气储罐(11)、气化用气储罐(12)、给水预热器(13)、汽轮发电机、冷却塔和除氧器，部件之间通过管道连接，管道上安装阀门(6)；太阳能气化炉(4)和吸热器(5)安装在太阳塔的不同高度上，定日镜场(1a)和(1b)分别投射到吸热器(5)太阳能气化炉(4)上；定日镜场(1a)和(1b)中定日镜的数量可以根据运行模式的不同在两者中自动调整；所述系统根据太阳直射辐射值进行多个运行模式之间的切换。本发明专利技术将太阳能变为化学能储存热损失小、放热快、清洁污染小。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能气化与发电混合系统
本专利技术涉及一种太阳能气化与发电混合系统，特别涉及一种利用太阳能进行含碳物料气化进行化学储能与太阳能塔式电站相结合的太阳能气化与发电混合系统。
技术介绍
太阳能热发电技术具有与常规火电技术相同的发电单元，所以，非常容易被现有发电及电网行业所接受。但是，太阳能本征的间歇性和非稳定性，依然会造成太阳能热发电技术电力输出的不稳定。为了解决不稳定性问题，常规的技术手段主要包括：1)大规模储热；2)与化石燃料或生物质互补发电。目前大规模储热技术中最常用的方式为熔融盐储热，温度为560℃。虽然通过加保温材料等方式，但是，在储热期间仍然有大量的热损失。同时放热过程速度慢，无法快速响应负荷的变化；对于与化石能源或者生物质燃料互补发电的技术，则直接将太阳能热发电与化石燃料或生物质燃料发电并联使用，当没有太阳能或者辐照不充足的时候直接补充用化石燃料发电。这种方式中化石燃料直接燃烧或者化石燃料燃烧提供生物质等含碳原料气化能量仍然会排放大量的CO2。专利CN201420679541、CN201520049350、CN201310180471、CN201310180460都是采用生物质气化燃烧与槽式或者塔式电站并联互补发电的方式。生物质气化所需能量仍然需要化石燃料燃烧提供，因此，仍然大量排放CO2等污染物，消弱太阳能电站的环境效益。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述储热及直接并联化石燃料或生物质燃料互补发电技术的如下缺点，提出一种太阳能气化与发电混合系统：1.显热储热技术造成高温储热时大量的热损失；2.显热储热系统放热速度慢无法快速响应负荷的变化；3.化石燃料或者生物质燃料直接与系统并联发电以及生物质燃料的气化使用化石燃料提供热量造成CO2等污染物的大量排放。本专利技术太阳能气化与发电混合系统采用太阳能含碳物料气化与塔式电站相结合的模式。太阳能气化与发电混合系统主要包括：定日镜场、太阳塔、太阳能气化炉、吸热器、两个气化用气预热器、给水预热器、过热器、燃气焚烧炉、燃气储罐、气化用气储罐、汽轮发电机、冷却塔和除氧器。各个部件通过金属管道连接，构成水/蒸汽循环系统、燃气循环系统和气化用气循环系统。管道上安装有阀门。定日镜场分为两组，分别投射到位于太阳塔上的太阳能气化炉和吸热器上，太阳能气化炉位于吸热器的下一层。所述的燃气循环系统包括：含碳物料给料机、太阳能气化炉、第二定日镜场、过热器、第二气化用气预热器、燃气储罐、第一风机、燃气焚烧炉、给水预热器和气化用气储罐。含碳物料给料机的物料出口与太阳能气化炉的含碳物料入口相连，太阳能气化炉接收第二定日镜场投射的太阳能。太阳能气化炉的燃气出口先后通过第十三阀门和第四阀门接入第二气化用气预热器的燃气入口，第二气化用气预热器的燃气出口接入燃气储罐。或者太阳能气化炉的燃气出口经过第十三阀门连接过热器的燃气入口，过热器的燃气出口通过第三阀门进入给水预热器的燃气入口，给水预热器的燃气出口接入燃气储罐。燃气储罐的燃气出口接入第一风机，然后通过第七阀门连接燃气焚烧炉的燃气入口，燃气焚烧炉的烟气出口通过第十四阀门接入给水预热器的烟气入口，给水预热器的气化用气出口通过第十五阀门接入气化用气储罐。所述的气化用气循环系统包括：太阳能气化炉、气化用气储罐、第一气化用气预热器、第二气化用气预热器、第二风机。气化用气储罐的气化用气出口接入第二风机，然后连接到第一气化用气预热器的气化用气入口，第一气化用气预热器的气化用气出口先后通过第十一阀门和第十二阀门接入太阳能气化炉的气化用气入口。或者第一气化用气预热器的气化用气出口先后通过第十一阀门和第十阀门接入第二气化用气预热器的气化用气入口，第二气化用气预热器的气化用气出口连接太阳能气化炉的气化用气入口。所述的水/蒸汽循环系统包括：第一定日镜场、给水泵、给水预热器、吸热器、过热器、燃气焚烧炉、汽轮发电机、冷却塔和除氧器。给水泵的出口接入给水预热器的给水入口，给水预热器的给水出口通过第九阀门接入吸热器的给水入口。或者给水预热器的给水出口通过第八阀门接入燃气焚烧炉。吸热器接收第一定日镜场投射的太阳能，产生蒸汽。吸热器的蒸汽出口通过第一阀门进入过热器蒸汽入口，或者通过第二阀门接入汽轮发电机。过热器的蒸汽出口先后通过第五阀门和第六阀门进入汽轮发电机，或者过热器的蒸汽出口通过第五阀门接入燃气焚烧炉的蒸汽入口。燃气焚烧炉的蒸汽出口接入汽轮发电机。汽轮发电机的出口接入冷却塔，冷却塔的出口连接除氧器的入口。除氧器的出口接入给水泵。所述的太阳能气化与发电混合系统的结构组成为：含碳物料给料机的物料出口与太阳能气化炉的含碳物料入口相连，太阳能气化炉的燃气出口通过第十三阀门与过热器的燃气入口相连，过热器的燃气出口通过第三阀门与给水预热器的燃气入口相连，给水预热器的燃气出口连接燃气储罐的入口；太阳能气化炉的燃气出口也可以通过第十三阀门和第四阀门与第二气化用气预热器的燃气入口相连，第二气化用气预热器的燃气出口通过管道接入燃气储罐的入口；燃气储罐的出口接入第一风机，通过第七阀门接入燃气焚烧炉的燃气入口，燃气焚烧炉的烟气出口通过第十四阀门与给水预热器的烟气入口相连，给水预热器的气化用气出口与第十五阀门相连，然后接入气化用气储罐；气化用气储罐的出口与第二风机相连，接入第一气化用气预热器的气化用气入口，第一气化用气预热器的气化用气出口先后通过第十一阀门和第十二阀门接入太阳能气化炉的气化用气入口，或者先后通过第十一阀门和第十阀门接入第二气化用气预热器的气化用气入口，第二气化用气预热器的气化用气出口连接到太阳能气化炉的气化用气入口；给水泵的出口与给水预热器给水入口相连，给水预热器的给水出口通过第九阀门接入吸热器的入口，或者通过第八阀门接入燃气焚烧炉的给水入口；吸热器的出口与第一阀门相连，然后通过第二阀门接入汽轮发电机，或者再通过第六阀门接入燃气焚烧炉的蒸汽入口；吸热器的出口也可以通过第一阀门直接接入过热器的蒸汽入口，过热器的蒸汽出口通过第五阀门与燃气焚烧炉的蒸汽入口相连；燃气焚烧炉的蒸汽出口与汽轮发电机相连；给水泵的给水入口与除氧器相连。气化用气预热器、给水预热器和过热器是为了保证系统过程热的充分利用。系统的运行模式主要由太阳直射辐射值决定。太阳直射辐射值不断变化时，系统不断在各种运行模式之间切换。本专利技术的特点是：1.定日镜场按照功能分成两组，分别投射到吸热器和太阳能气化炉上；2.太阳能气化炉安装在太阳塔上，接收定日镜场投射过来的太阳能对含碳物料气化；3.太阳能气化炉气化产生的燃气存储在燃气储罐中；4.燃气焚烧炉串联在吸热器之后，并联在给水系统出口。本专利技术的有益效果是：1)定日镜场分成两组分别投射到吸热器和太阳能气化炉，可以根据太阳直射辐射值调整两组定日镜场中定日镜的数量，有利于控制优化发电量和产气量；2)利用太阳能在太阳能气化炉中对含碳原料进行气化，将太阳能转化为化学能，然后存储在燃气储罐中，从而实现了燃料气的清洁获取、常温储能；3)存储的燃气在燃气焚烧炉中焚烧可以快速释放能量，从而快速响应负荷的变化；4)燃气焚烧后的烟气作为气化用气在气化用气储罐中储存，用于含碳燃料的气化，实现了物料的循环利用，大大降低了污染物的排放；5)系统中的预热器和过热器充分利用含碳燃料气化、排渣、燃烧烟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能气化与发电混合系统，其特征在于：所述的太阳能气化与发电混合系统包括：第一定日镜场(1a)、第二定日镜场(1b)、太阳塔、含碳物料给料机(2)、气化用气预热器(3)、太阳能气化炉(4)、吸热器(5)、过热器(7)、燃气焚烧炉(8)、风机(9)、给水泵(10)、燃气储罐(11)、气化用气储罐(12)、给水预热器(13)、汽轮发电机、冷却塔以及除氧器，部件之间通过金属管道连接，管道上安装有阀门(6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g、6h、6i、6j、6k、6l、6m、6n、6o)；所述的含碳物料给料机(2)的物料出口与太阳能气化炉(4)的含碳物料入口相连，太阳能气化炉(4)的燃气出口通过第十三阀门(6m)与过热器(7)的燃气入口相连，过热器(7)的燃气出口通过第三阀门(6c)与给水预热器(13)的燃气入口相连，给水预热器(13)的燃气出口连接燃气储罐(11)的入口；太阳能气化炉(4)的燃气出口也可以通过第十三阀门(6m)和第四阀门(6d)与第二气化用气预热器(3b)的燃气入口相连，第二气化用气预热器(3b)的燃气出口通过管道接入燃气储罐(11)的入口；燃气储罐(11)的出口接入第一风机(9a)，通过第七阀门(6g)接入燃气焚烧炉(8)的燃气入口，燃气焚烧炉(8)的烟气出口通过第十四阀门(6n)与给水预热器(13)的烟气入口相连，给水预热器(13)的气化用气出口与第十五阀门(6o)相连，然后接入气化用气储罐(12)；气化用气储罐(12)的出口与第二风机(9b)相连，接入第一气化用气预热器(3a)的气化用气入口，第一气化用气预热器(3a)的气化用气出口先后通过第十一阀门(6k)和第十二阀门(6l)接入太阳能气化炉(4)的气化用气入口，或者先后通过第十一阀门(6k)和第十阀门(6j)接入第二气化用气预热器(3b)的气化用气入口，第二气化用气预热器(3b)的气化用气出口连接到太阳能气化炉(4)的气化用气入口；给水泵(10)的出口与给水预热器(13)给水入口相连，给水预热器(13)的给水出口通过第九阀门(6i)接入吸热器(5)的入口，或者通过第八阀门(6h)接入燃气焚烧炉(8)的给水入口；吸热器(5)的出口与第一阀门(6a)相连，然后通过第二阀门(6b)接入汽轮发电机，或者再通过第六阀门(6f)接入燃气焚烧炉(8)的蒸汽入口；吸热器(5)的出口也可以通过第一阀门(6a)直接接入过热器(7)的蒸汽入口，过热器(7)的蒸汽出口通过第五阀门(6e)与燃气焚烧炉(8)的蒸汽入口相连；燃气焚烧炉(8)的蒸汽出口与汽轮发电机相连；给水泵(10)的给水入口与除氧器相连；所述的第一定日镜场(1a)投射到吸热器(5)上；第二定日镜场(1b)透射到太阳能气化炉(4)上；所述的太阳能气化炉(4)安装在太阳塔上，位于吸热器(5)的下一层。...

【技术特征摘要】
1.一种太阳能气化与发电混合系统，其特征在于：所述的太阳能气化与发电混合系统包括：第一定日镜场(1a)、第二定日镜场(1b)、太阳塔、含碳物料给料机(2)、第一气化用气预热器(3a)、第二气化用气预热器(3b)、太阳能气化炉(4)、吸热器(5)、过热器(7)、燃气焚烧炉(8)、风机(9)、给水泵(10)、燃气储罐(11)、气化用气储罐(12)、给水预热器(13)、汽轮发电机、冷却塔以及除氧器，部件之间通过金属管道连接，管道上安装有阀门(6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g、6h、6i、6j、6k、6l、6m、6n、6o)；所述的含碳物料给料机(2)的物料出口与太阳能气化炉(4)的含碳物料入口相连，太阳能气化炉(4)的燃气出口通过第十三阀门(6m)与过热器(7)的燃气入口相连，过热器(7)的燃气出口通过第三阀门(6c)与给水预热器(13)的燃气入口相连，给水预热器(13)的燃气出口连接燃气储罐(11)的入口；太阳能气化炉(4)的燃气出口也可以通过第十三阀门(6m)和第四阀门(6d)与第二气化用气预热器(3b)的燃气入口相连，第二气化用气预热器(3b)的燃气出口通过管道接入燃气储罐(11)的入口；燃气储罐(11)的出口接入第一风机(9a)，通过第七阀门(6g)接入燃气焚烧炉(8)的燃气入口，燃气焚烧炉(8)的烟气出口通过第十四阀门(6n)与给水预热器(13)的烟气入口相连，给水预热器(13)的气化用气出口与第十五阀门(6o)相连，然后接入气化用气储罐(12)；气化用气储罐(12)的出口与第二风机(9b)相连，接入第一气化用气预热器(3a)的气化用气入口，第一气化用气预热器(3a)的气化用气出口先后通过第十一阀门(6k)和第十二阀门(6l)接入太阳能气化炉(4)的气化用气入口，或者先后通过第十一阀门(6k)和第十阀门(6j)接入第二气化用气预热器(3b)的气化用气入口，第二气化用气预热器(3b)的气化用气出口连接到太阳能气化炉(4)的气化用气入口；给水泵(10)的出口与给水预热器(13)给水入口相连，给水预热器(13)的给水出口通过第九阀门(6i)接入吸热器(5)的入口，或者通过第八阀门(6h)接入燃气焚烧炉(8)的给水入口；吸热器(5)的出口与第一阀门(6a)相连，然后通过第二阀门(6b)接入汽轮发电机，或者再通过第六阀门(6f)接入燃气焚烧炉(8)的蒸汽入口；吸热器(5)的出口也可以通过第一阀门(6a)直接接入过热器(7)的蒸汽入口，过热器(7)的蒸汽出口通过第五阀门(6e)与燃气焚烧炉(8)的蒸汽入口相连；燃气焚烧炉(8)的蒸汽出口与汽轮发电机相连；给水泵(10)的给水入口与除氧器相连；所述的第一定日镜场(1a)投射到吸热器(5)上；第二定日镜场(1b)透射到太阳能气化炉(4)上；所述的太阳能气化炉(4)安装在太阳塔上，位于吸热器(5)的下一层。2.按照权利要求1所述的太阳能气化与发电混合系统，其特征在于：所述的第一定日镜场(1a)和第二定日镜场(1b)中的定日镜的数量可以根据运行模式的不同在两者之间调整。3.按照权利要求1所述的太阳能气化与发电混合系统，其特征在于：所述的系统的运行模式为：1)当太阳直射辐射值等于设计点值时，太阳能气化与发电混合系统边发电边储能，为运行模式一：当太阳直射辐射值等于设计点值时，太阳直射辐射设计点值按照春分太阳时正午的太阳直射辐射值选取，太阳直射辐射值由太阳能直射辐射表实时测量得到；额定数量定日镜的第一定日镜场(1a)投射太阳能到太阳塔上的吸热器(5)上，额定数量定日镜的第二定日镜场(1b)投射太阳能到太阳能气化炉(4)上；含碳物料经含碳物料给料机(2)，从太阳塔底被送到太阳能气化炉(4)内；气化用气从气化用气储罐(12)经过第二风机(9b)的吹送，经过第一气化用气预热器(3a)的预热，然后先后通过第十一阀门(6k)和第十二阀门(6l)进入太阳能气化炉(4)中；含碳物料在气化用气的作用下吸收第二定日镜场(1b)投射过来的太阳能气化产生燃气；含碳物料气化后的排渣向下排放进入第一气化用气换热器(3a)释放热量降低温度变成废渣排出；太阳能气化炉(4)中气化产生的高温燃气经过第十三阀门(6m)进入过热器(7)释放能量降低温度，然后进入给水预热器(13)进一步释放能量降低温度，再进入燃气储罐(11)中储存；水工质由给水泵(10)泵送进入给水预热器(13)，在给水预热器(13)中吸收燃气释放的能量提高温度，然后经过第九阀门(6i)进入吸热器(5)，接收第一定日镜场(1a)投射过来的太阳能产生蒸汽，然后经过第一阀门(6a)进入过热器(7)，在过热器(7)中接收燃气释放的能量进一步提升温度，然后先后经过第五阀门(6e)和第六阀门(6f)进入汽轮发电机发电，之后进入冷却塔冷却，再进入除氧器除氧升温，然后再进入给水泵(10)进行下一次循环；在此运行模式下，第二阀门(6b)、第四阀门(6d)、第七阀门(6g)、第八阀门(6h)、第十阀门(6j)、第十四阀门(6n)、第十五阀门(6o)处于关闭状态，第二气化用气预热器(3b)、燃气焚烧炉(8)、第一风机(9a)处于停机状态；2)当太阳直射辐射值大于设计点值时，太阳能气化与发电混合系统边发电边更多储能，为运行模式二...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，张强强，常春，王志峰，白凤武，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11