一种太阳能、热水锅炉和热泵耦合供能系统技术方案

本发明专利技术公开一种太阳能、热水锅炉和热泵耦合供能系统，包括太阳能聚光集热装置、熔盐罐、化石燃料热水锅炉、热泵装置、汽轮机、换热设备等。该系统以太阳能熔盐储热为主要利用能源并有效地耦合化石燃料热水锅炉和机械功驱动热泵，利用太阳能熔盐储热产生高温高压蒸汽，继之推动蒸汽轮机发电，同时利用汽轮机抽汽驱动热泵有效利用低品位能源；利用烟气换热器和热泵回收烟气热量并分别转移到冷凝水和供热回水中，实现烟气热量的充分利用。整体来看，系统具有多能耦合互补节能减排的优势，充分体现能势匹配，实现能量的梯级利用，并能同时产生蒸汽、电能、热水等多种能源。热水等多种能源。热水等多种能源。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能、热水锅炉和热泵耦合供能系统


[0001]本专利技术属于多能互补耦合
，涉及一种太阳能、热水锅炉和热泵耦合供能系统，具体是通过将太阳能、热水锅炉和热泵耦合从而实现系统能量的充分利用并且同时获得电能、蒸汽、热水的一套系统。

技术介绍

[0002]能源是人类生存和发展的基石，是经济社会持续发展和国家安全的重要保障。针对能源利用现状，大力开展清洁、低碳、高效的能源利用方式是改变能源结构的主要方式。太阳能是一种储量丰富、分布广泛、清洁环保的可再生能源，使用太阳能对减排具有重要的意义。太阳能光热发电是太阳能有效利用的方式之一。通过聚光集热装置将太阳辐射能进行聚集加热传热流体，传热流体与水进行换热产生高温高压的蒸汽驱动汽轮机做功发电；太阳能光热发电有槽式、塔式和碟式3种，目前槽式太阳能光热系统得到了商业化的应用；槽式系统一般使用导热油作为传热流体，导热油的运行温度在400℃左右，产生蒸汽的温度较低。太阳能具有间歇性的特点，受昼夜、天气影响较大，不稳定。现有技术中，槽式熔盐光热发电系统将熔盐作为传热和储热介质；熔盐运行温度在550℃左右，可以产生温度更高的蒸汽，并且熔盐也是一种优良的储热介质，可以解决太阳能不稳定的问题。
[0003]据研究表明，排烟热损失在锅炉热损失中占比最大，排烟中水蒸气的汽化潜热并没有完全利用，造成了一定的热量损失。热泵作为一种能够充分利用低品位热能的高效节能装置而受到广泛关注。热泵的工作原理是以逆循环方式迫使低温物体的热量流向高温物体，仅消耗少量的功就可以得到较大的供热量，可以把难以利用的低品位热能有效的利用起来。热泵性能一般用COP性能系数来评价，通常热泵的制冷系数为3
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4左右，也就是说，热泵能够将自身所需能量的3到4倍的热能从低温物体传送到高温物体。在应用时，可以考虑将热泵和某些低品位热源结合起来，实现能量的充分利用。
[0004]多能互补耦合系统是指利用不同能源在品位、时间、空间、价格和供应稳定性等方面具有互相补缺的特性，把传统能源和可再生能源综合利用，提供电能、燃气、热水等能源，减少碳排放。在该系统中优先使用可再生能源，降低对传统能源的依赖。将能量按照品味高低进行梯级综合利用，实现“温度对口、品质对口”。该系统对能源系统利用效率的提高以及节能减排都具有重要的意义。因此，如何合理高效地将各种能源互补耦合起来，实现能量的梯级综合利用是多能互补耦合技术面临的问题之一。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种太阳能、热水锅炉和热泵耦合供能系统，以太阳能为主要利用能源并有效地耦合热水锅炉和热泵，深度回收烟气余热，实现能量的梯级利用，同时产生电能、蒸汽和热水3种能源。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种太阳能、热水锅炉和热泵耦合供能系统，包括太阳能光热发电系统，热泵循环
回路和热水锅炉，所述太阳能光热发电系统包括熔盐循环回路和循环水路；所述热泵循环回路包括热泵蒸发器；
[0008]所述熔盐循环回路包括太阳能集热装置、高温熔盐罐、过热器、蒸汽发生器和低温熔盐罐；所述低温熔盐罐的出口与太阳能集热装置的进口连接，所述太阳能集热装置的出口依次与高温熔盐罐和过热器熔盐侧的进口连接，所述过热器熔盐侧的出口依次与蒸汽发生器的熔盐侧和低温熔盐罐的进口连接；
[0009]所述循环水路包括烟气换热器，蒸汽轮机一，驱动发电机和凝汽器，所述凝汽器的水侧出口与烟气换热器的水侧进口连接，所述烟气换热器的水侧出口依次与蒸汽发生器的水侧和过热器的水侧进口连接，所述过热器的水侧出口与蒸汽轮机一和凝汽器的汽侧进口连接；所述热水锅炉的烟气出口与烟气换热器的烟气侧和热泵蒸发器烟气侧入口连接。
[0010]优选的，所述热泵循环回路还包括冷凝器和压缩机，所述冷凝器的汽侧出口连接热泵蒸发器的汽侧进口，所述热泵蒸发器的汽侧出口依次与压缩机和冷凝器的汽侧进口连接。
[0011]优选的，所述热泵蒸发器的烟气侧出口与烟囱相连，所述热泵蒸发器与冷凝器之间设置有节流阀。
[0012]优选的，所述低温熔盐罐的出口与太阳能集热装置的进口之间设置有低温熔盐泵，所述低温熔盐泵的出口处设置有阀门一；所述太阳能集热装置为槽式结构。
[0013]优选的，所述高温熔盐罐的出口与过热器的熔盐侧进口之间设置有高温熔盐泵，所述高温熔盐泵的进口与高温熔盐罐的出口之间设置有阀门二。
[0014]优选的，所述凝汽器和烟气换热器之间设置有冷凝水泵，所述冷凝水泵的进口处设置有阀门三。
[0015]优选的，所述压缩机与蒸汽轮机二连接；所述蒸汽轮机一的乏汽侧与蒸汽轮机二的乏汽出口连接；所述蒸汽轮机二的蒸汽入口与蒸汽轮机一的抽汽出口通过抽汽管道相连，蒸汽轮机一的乏汽侧出口连接凝汽器的汽侧入口。
[0016]优选的，所述蒸汽轮机一与蒸汽轮机二之间设置有阀门五；所述蒸汽轮机一的一端设置有发电机。
[0017]优选的，所述凝汽器、热水锅炉和冷凝器之间依次相连，构成供热水循环管路。
[0018]优选的，所述凝汽器的供热回水侧进口处设置有供热回水泵和阀门四。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0020]本专利技术公开一种太阳能、热水锅炉和热泵耦合供能系统，该系统以太阳能熔盐储热为主要利用能源并有效地耦合化石燃料热水锅炉和机械功驱动热泵，利用太阳能熔盐储热产生高温高压蒸汽，继之推动蒸汽轮机发电，同时利用汽轮机抽汽驱动热泵有效利用低品位能源；利用烟气换热器和热泵回收烟气热量并分别转移到冷凝水和供热回水中，实现烟气热量的充分利用。整体来看，系统具有多能耦合互补节能减排的优势，充分体现能势匹配，实现能量的梯级利用，并能同时产生蒸汽、电能、热水等多种能源。本系统使用熔盐槽式太阳能光热发电系统，充分利用了可再生能源，实现了太阳能的中高温利用，与传统锅炉产生蒸汽发电的方式相比，具有节能减排的优势。采用熔盐储热的方式，有效地解决了太阳能受昼夜、天气影响而波动性强、不稳定的问题。
[0021]进一步，本系统中过热器产生的过热蒸汽作为高品位能量，首先进入汽轮机做功
发电，乏汽进入凝汽器释放汽化潜热，变为冷凝水。锅炉排出的烟气首先进入烟气换热器对冷凝水进行加热，之后进入热泵蒸发器，对烟气的低品位热量再次进行利用。整体上实现了蒸汽和烟气余热的梯级利用，提高了系统的能量利用效率。
[0022]进一步，本系统中的热泵采用蒸汽驱动，蒸汽来自于汽轮机中的抽汽，与电驱动热泵相比，节省了电能，达到了节能的目的。
[0023]进一步，本系统中的供热回水依次经过凝汽器、热泵冷凝器和化石燃料热水锅炉，进行梯级加热，其中化石燃料热水锅炉的燃料可以使用但不限于使用煤、石油、天然气等，体现了系统多燃料的特点。
[0024]进一步，本系统可以同时提供电能、蒸汽、热水3种能源。
附图说明
[0025]图1为一种太阳能、热水锅炉和热泵耦合供能系统示意图；
[0026]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能、热水锅炉和热泵耦合供能系统，其特征在于，包括太阳能光热发电系统，热泵循环回路和热水锅炉(10)，所述太阳能光热发电系统包括熔盐循环回路和循环水路；所述热泵循环回路包括热泵蒸发器(20)；所述熔盐循环回路包括太阳能集热装置(1)、高温熔盐罐(9)、过热器(6)、蒸汽发生器(5)和低温熔盐罐(4)；所述低温熔盐罐(4)的出口与太阳能集热装置(1)的进口连接，所述太阳能集热装置(1)的出口依次与高温熔盐罐(9)和过热器(6)熔盐侧的进口连接，所述过热器(6)熔盐侧的出口依次与蒸汽发生器(5)的熔盐侧和低温熔盐罐(4)的进口连接；所述循环水路包括烟气换热器(11)，蒸汽轮机一(15)，驱动发电机(16)和凝汽器(17)，所述凝汽器(17)的水侧出口与烟气换热器(11)的水侧进口连接，所述烟气换热器(11)的水侧出口依次与蒸汽发生器(5)的水侧和过热器(6)的水侧进口连接，所述过热器(6)的水侧出口与蒸汽轮机一(15)和凝汽器(17)的汽侧进口连接；所述热水锅炉(10)的烟气出口与烟气换热器(11)的烟气侧和热泵蒸发器(20)烟气侧入口连接。2.根据权利要求1所述的一种太阳能、热水锅炉和热泵耦合供能系统，其特征在于，所述热泵循环回路还包括冷凝器(25)和压缩机(22)，所述冷凝器(25)的汽侧出口连接热泵蒸发器(20)的汽侧进口，所述热泵蒸发器(20)的汽侧出口依次与压缩机(22)和冷凝器(25)的汽侧进口连接。3.根据权利要求2所述的一种太阳能、热水锅炉和热泵耦合供能系统，其特征在于，所述热泵蒸发器(20)的烟气侧出口与烟囱(24)相连，所述热泵蒸发器(20)与冷凝器(25)之间设置有节流阀(21)。4.根据权利要求1所述的一种太阳能、热水锅...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵钦新，张浩远，徐志文，邓世丰，邵怀爽，梁志远，王云刚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：