一种太阳能-联合循环互补热电联产系统技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳能‑联合循环互补热电联产系统，包括发电并产生排气的顶循环系统，顶循环系统的排气进入余热锅炉回收排气中的热量，汽轮机利用余热锅炉回收的热量进一步发电，而供热系统也利用余热锅炉回收的热量供热，还包括太阳能集成系统，该系统利用其内部的蓄热系统对顶循环系统的排气进行稳定地再加热。本发明专利技术克服太阳能的间歇性以及不稳定性，延长工厂运行时间，减少系统性能对气象条件的依赖性。

A solar energy combined cycle complementary cogeneration system

The invention discloses a solar energy combined cycle complementary cogeneration system, which comprises a top cycle system for generating electricity and generating exhaust gas. The exhaust gas of the top cycle system enters the waste heat boiler to recover the heat from the exhaust gas, and the steam turbine uses the heat recovered from the waste heat boiler to further generate electricity, while the heating system also uses the heat recovery from the waste heat boiler. Heat heating, including solar energy integrated system, uses its internal heat storage system to steadily reheat the exhaust of the top circulation system. The invention overcomes the intermittentity and instability of solar energy, prolongs the operation time of the factory, and reduces the dependence of the system performance on Meteorological conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能-联合循环互补热电联产系统
本专利技术涉及一种太阳能-联合循环互补热电联产系统，属于热电联产领域。
技术介绍
在冬季供暖期普遍较长的北方地区，由于热电联产机组可以同时产生电、热两种产品，以其高效、环保等优点受到了大力的发展，在电源结构中占有很大比例。供暖热负荷与国民生活至关重要，热电机组作为主要的热源，往往需要优先满足热负荷，存在着“以热定电”工况运行约束，会导致冬季供暖期系统调峰能力下降，甚至无法调峰。为了解决化石燃料短缺、气候变化和空气污染等问题，太阳能和风能等可再生能源的大量使用提供了有效的解决方案。太阳能与燃气轮机、联合循环以及燃料电池等常规化石燃料燃烧发电系统的集成成为一个新的发展方向。对此，国内外学者纷纷开展了太阳能与常规火电机组互补集成发电技术的研究与开发。结果表明，无论从传统化石能源发电，还是单纯的太阳能热发电来看，太阳能与化石燃料的能源互补与梯级利用可以有效提高系统效率，减少能源消耗与环境污染。同时，由于太阳能的热集成改善了余热锅炉的换热匹配，增加蒸汽循环的蒸汽流量，提高系统发电与供热能力，使得表征机组热负荷与电负荷之间关联耦合关系的热电负荷可行域变大，在一定程度上实现供热机组热电解耦，提高机组的调峰能力与灵活运行能力。太阳能-联合循环互补系统(ISCC)将聚光太阳能场与燃气-蒸汽联合循环发电系统(NGCC)结合起来，能够实现太阳能高效热功转换，并且与太阳能热电厂相比成本大大降低。以导热油或者熔盐为传热工质(HTF)的抛物面槽式聚光集热系统与联合循环互补组成的ISCC-HTF系统是目前应用最广泛、技术最成熟的系统。传热流体在流经集热系统接收器管内时，吸收太阳能，升高至一定温度，然后通过动力部分中的一系列换热器与蒸汽循环系统的部分工质水进行换热。通过集中式太阳能集热器产生的太阳热能被用于预热以及蒸发水，甚至用于联合循环动力系统中过热驱动蒸汽轮机的部分蒸汽，所需的剩余蒸汽由热回收蒸汽发生器(HRSG)并行产生。在太阳能充足时，ISCC系统以太阳能和燃气-蒸汽联合循环的互补方式运行；在太阳能不足时，ISCC系统以传统燃气-蒸汽联合循环方式运行。太阳能的一个主要缺点是间歇性，为了克服这个问题，使用热能存储(TES)系统在日照时段储存热量，在太阳辐射弱或者无太阳辐射时释放热量。将TES系统与ISCC系统结合可以延长工厂运行时间，减少系统性能对气象条件的依赖性，提高集成太阳能联合循环的效率以及系统稳定性。同时，在供暖期时也可以利用储存的热量在一定程度上实现热电解耦，提高机组调峰能力。太阳能与化石燃料的能源互补以及梯级利用可以实现太阳能高效热功转换和系统调峰能力、灵活运行能力的改善，对联合循环电站的太阳能互补改造或者直接建造太阳能-联合循环电站将会成为改变我国能源结构的一种具有可行性的方案。在对原有的NGCC系统进行改造或者设计新建的ISCC系统时需要考虑将太阳能纳入参考NGCC的运行方法。在这种方法中，热电解耦灵活性运行得以实现在于，在机组部分负荷下，太阳能集成系统供有的热量增加了蒸汽循环的蒸汽流量，一方面保证汽轮机纯凝运行时仍在较高负荷，另一方面在汽轮机抽凝与背压运行时提供额外的热源，使得系统的供热能力提升，表征机组热负荷与电负荷之间关联耦合关系的热电负荷可行域变大。由太阳能集热系统产生的蒸汽为供热系统提供热源，保证供相同热量的情况下使得机组的最小出力得以降低，通过太阳能的热集成解耦供热机组的“以热定电”约束实现灵活运行，大幅度提高调峰能力。传统的ISCC系统中，抛物面槽集中式太阳能集热器与蒸汽系统中某一固定的能量转化过程耦合，考虑到太阳能的间歇性以及不稳定性影响，系统性能对气象条件的依赖性较大，变工况时性能有所下降。为克服太阳能的间歇性以及不稳定性，考虑蓄热与ISCC系统结合可以实现全工况下运行策略的调整。在太阳辐射弱或者无太阳辐射时释放热量以减少系统性能对气象条件的依赖性，提高ISCC系统的经济性以及灵活性。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提出一种太阳能-联合循环互补热电联产系统，充分利用太阳能与化石燃料的能源互补以及梯级利用，同时实现供热机组的热电解耦，提高机组调峰能力与运行灵活性。技术方案：本专利技术采用的技术方案为一种太阳能-联合循环互补热电联产系统，包括发电并产生排气的顶循环系统，顶循环系统的排气进入余热锅炉回收排气中的热量，汽轮机利用余热锅炉回收的热量进一步发电，而供热系统也利用余热锅炉回收的热量供热，还包括太阳能集成系统，该系统利用其内部的蓄热系统对顶循环系统的排气进行稳定地再加热。所述蓄热系统包括储能换热器以及热罐、冷罐，在太阳热能过剩时将多余热量储存起来；在太阳热能不足时再把储存的热量提取出来。所述太阳能集成系统包括抛物面槽集中式太阳能集热器、油-水换热器、膨胀罐、循环泵和蓄热系统，传热流体介质将抛物面槽集中式太阳能集热器收集的热量传送到油-水换热器，交换给余热锅炉中的给水，再经过膨胀罐和循环泵回到抛物面槽集中式太阳能集热器。所述余热锅炉包括三条给水通路：一路给水由上至下依次流经低压汽包，、低压蒸发器以及低压过热器后，生成的低压过热蒸汽与中压缸的排汽混合后进入低压缸；其中低压汽包将水与汽分离，低压蒸发器将分离出来的液体进一步蒸发成蒸汽，再被低压过热器加热成低压过热蒸汽；另一路给水由中压给水泵升压后，依次流过中压省煤器、中压汽包、中压蒸发器以及中压过热器后生成中压过热蒸汽，再与高压缸的排汽混合后进入再热器再加热，生成的再热蒸汽进入中压缸；其中中压汽包将水与汽分离，中压蒸发器将分离出来的液体进一步蒸发成蒸汽，再被中压过热器加热成中压过热蒸汽；还有一路给水由高压给水泵升压后，依次流经高压省煤器I、高压省煤器II、高压省煤器III、高压汽包、高压蒸发器以及高压过热器后生成高压过热蒸汽并进入高压缸；其中高压汽包将水与汽分离，高压蒸发器将分离出来的液体进一步蒸发成蒸汽，再被高压过热器加热成中压过热蒸汽。所述汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸，高压过热器的出口与高压缸入口连接，而高压缸同时又与中压过热器的出口以及再热器入口连接；再热器的出口与中压缸的入口连接，而中压缸出口又与低压过热器的出口连接，低压缸的入口通过第一调节阀也与中压缸出口连接，低压缸的出口依次与凝汽器和低压给水泵串联后接入低压省煤器，中压缸出口以及低压过热器出口一同通过第二调节阀连接至热网换热器，而热网换热器的出口又通过热网升压泵接入低压省煤器。所述顶循环系统包括压气机、燃烧室、燃气轮机和第一发电机，其中燃气轮机带动第一发电机发电并产生排气。有益效果：本专利技术将太阳能集热器按其集热品位与联合循环热力过程相耦合，利用抛物面槽集中式太阳能集热器取代高压蒸发器。太阳能的热集成改善了余热锅炉的换热匹配，有效提高太阳能热输入份额与热电转换效率，减少化石燃料消耗与环境污染，实现了太阳能与燃气-蒸汽联合循环的能源互补与综合梯级利用。通过太阳能的热集成解耦供热机组的“以热定电”约束实现灵活运行，大幅度提高机组调峰能力。本专利技术采用蓄热(TES)系统与ISCC系统结合，克服太阳能的间歇性以及不稳定性，延长工厂运行时间，减少系统性能对气象条件的依赖性，同时，在供暖期时也可以利用储存的热量在一定程度上实现热电解耦，提高机组调峰能力。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能‑联合循环互补热电联产系统，包括发电并产生排气的顶循环系统，顶循环系统的排气进入余热锅炉回收排气中的热量，汽轮机利用余热锅炉回收的热量进一步发电，而供热系统也利用余热锅炉回收的热量供热，其特征在于：还包括太阳能集成系统，该系统利用其内部的蓄热系统对顶循环系统的排气进行稳定地再加热。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能-联合循环互补热电联产系统，包括发电并产生排气的顶循环系统，顶循环系统的排气进入余热锅炉回收排气中的热量，汽轮机利用余热锅炉回收的热量进一步发电，而供热系统也利用余热锅炉回收的热量供热，其特征在于：还包括太阳能集成系统，该系统利用其内部的蓄热系统对顶循环系统的排气进行稳定地再加热。2.根据权利要求1所述的太阳能-联合循环互补热电联产系统，其特征在于：所述蓄热系统包括储能换热器以及热罐、冷罐，在太阳热能过剩时将多余热量储存起来；在太阳热能不足时再把储存的热量提取出来。3.根据权利要求2所述的太阳能-联合循环互补热电联产系统，其特征在于：所述太阳能集成系统包括抛物面槽集中式太阳能集热器、油-水换热器、膨胀罐、循环泵和蓄热系统，传热流体介质将抛物面槽集中式太阳能集热器收集的热量传送到油-水换热器，交换给余热锅炉中的给水，再经过膨胀罐和循环泵回到抛物面槽集中式太阳能集热器。4.根据权利要求1所述的太阳能-联合循环互补热电联产系统，其特征在于：所述余热锅炉包括三条给水通路，一路给水由上至下依次流经低压汽包，、低压蒸发器以及低压过热器后，生成的低压过热蒸汽与中压缸的排汽混合后进入低压缸；其中低压汽包将水与汽分离，低压蒸发器将分离出来的液体进一步蒸发成蒸汽，再被低压过热器加热成低压过热蒸汽；另一路给水由中压给水泵升压后，依次流...

【专利技术属性】
技术研发人员：司风琪，马泉，周建新，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32