CN110298600A - 太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量评估方法，步骤1：设置汽轮机***的抽汽级数为N级，且N为正整数，将汽轮机***分为N+1级汽轮机子***，N+1级汽轮机子***内的通流量相等，将回热***分为N级回热子***，N级回热子***分别对应N级给水加热器。步骤2：确定太阳能集热场、燃煤机组和油水换热器的集成方案，根据太阳能集热场和燃煤机组的设计工况数据与设计运行数据，确定N级给水加热器的能量平衡并联矩阵关系式，并根据N级给水加热器的能量平衡并联矩阵关系式计算N级抽汽中每一级抽汽量的流量，然后根据N级抽汽中每一级抽汽量的流量计算N+1级汽轮机子***的功率输出。
Description
技术领域
本发明涉及新能源与燃煤的多能源综合利用***技术领域，具体涉及太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量评估方法。
背景技术
能源是社会进步和经济发展的支柱，是人类从事生产活动的原动力。近年来，随着人口数量的增加和GDP需求的提升，世界能源的消耗水平也逐年攀升。近几年来，随着工业化生产水平的提升，我国的装机容量与年发电量逐年增加。其中，较其他能源，火电机组的发电量依然占有绝对高的比例，并具有效率高、稳定性好等优点。但是，过量使用化石能源已经导致了严重的环境与气候问题。太阳能是一种清洁、低廉、可持续供应的可再生能源。然而，由于太阳能的不稳定性、间歇性等缺点，单纯的太阳能热发电***光电转化效率低而发电成本却很高。为了进一步提高能源的利用效率并扩大可再生能源的使用份额，将可再生能源引入火电机组进行联合发电，则可以借助于火电机组稳定性的优点，实现可再生能源的稳定输出，同时也可以达到扩大可再生能源发电份额的目的，进一步降低现役或新建机组的供电煤耗，而太阳能就是非常好的候选能源。将太阳能热与燃煤机组进行联合发电，可借助火电厂稳定性的特点，有效地减少太阳能不稳定性对整个发电***带来的波动影响，免去大规模储热***带来的成本增加，同时与火电厂共用汽轮机、锅炉等发电设备，可以进一步提高太阳能的热利用效率，这就是太阳能辅助燃煤互补发电***。
太阳能辅助燃煤互补发电***将太阳能集热场所收集的太阳能用于加热给水，从而取代部分抽汽，被取代的抽汽将继续在汽轮机中做功，从而实现节煤或者多发电的效果。在这一过程中，太阳能先在集热场中由光能转化为太阳能热，然后将太阳能热通过油水换热器传递到燃煤机组并与燃煤一同加热给水，最后通过工质做功，实现热能到电的转化。
然而，太阳能辅助燃煤互补发电***是一个多能量输入***，燃煤和太阳能分别以热作为中间媒介向燃煤机组提供能量，两者的能量数量与能量品味差异很大，因此，太阳能辅助燃煤互补发电***的发电总量中，区分太阳能发电量与燃煤发电量是目前遇到的重要难题，太阳能发电量无法估算清楚，就无法为太阳能辅助燃煤互补发电***的补贴方案的制定提供参考依据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量评估方法。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：本发明提出太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量评估方法，所述太阳能辅助燃煤互补发电***包括燃煤机组、太阳能集热场和油水换热器，所述燃煤机组包括汽轮机***、锅炉***、回热***、凝汽器***和汽室；所述汽轮机***包括汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸，所述汽轮机高压缸具有N1级高压缸子***，所述汽轮机中压缸具有N2级中压缸子***，所述汽轮机低压缸具有N3级低压缸子***；所述锅炉***包括锅炉过热子***和锅炉再热子***；所述回热***包括多级回热子***，每级回热子***对应一级给水加热器；给水是指经过所述凝汽器***冷凝后的凝结水，给水经过多级所述给水加热器加热后进入所述锅炉过热子***，疏水是指抽汽经过多级所述给水加热器放热后形成的凝结水；从所述凝汽器***而来的给水依次被最后一级给水加热器至第一级给水加热器加热到达所述锅炉***，其中，最靠近所述凝汽器***的给水加热器为最后一级给水加热器，最远离所述凝汽器***的给水加热器为第一级给水加热器，所述锅炉***将给水加热为高温高压的过热蒸汽，并进入所述汽轮机高压缸做功，所述汽轮机高压缸中的第一部分抽汽被分级抽取，分别进入第一级给水加热器和第二级给水加热器中加热，所述汽轮机高压缸中的第二部分抽汽用作所述汽轮机高压缸的轴封抽汽，防止所述汽轮机***内蒸汽的外泄或外部空气的漏入，并给最后一级给水加热器加热，所述汽轮机高压缸中的第三部分抽汽以排汽的形式进入所述锅炉再热子***再热后形成再热蒸汽，然后进入所述汽轮机中压缸和所述汽轮机低压缸做功，做功后的第一部分抽汽被分级抽取分别进入第三级给水加热器至最后一级给水加热器中加热给水，做功后的第二部分抽汽用作所述汽轮机中压缸和所述汽轮机低压缸的轴封抽汽，其排汽作用于最后一级给水加热器中加热，做功后的第三部分抽汽以乏汽的形式进入所述凝汽器***冷却；所述汽室的作用是调节所述汽轮机***的进汽流量，所述汽室具有两股抽汽，所述两股抽汽分别为抽汽A和抽汽B，所述抽汽A和所述抽汽B分别作用于多级所述给水加热器的其中两个上；
所述太阳能集热场由集热场传热介质和多个聚光槽式集热器连接而成，所述多个聚光槽式集热器将所述集热场传热介质由低温加热到高温；所述太阳能集热场中还设置有储热***和油盐换热器，所述储热***包括热罐和冷罐，当太阳能辐照过强时，所述集热场传热介质通过所述油盐换热器将一部分热量传给所述热罐中的熔融盐并储存于其中，当太阳能辐照不足时，所述热罐中的熔融盐通过所述油盐换热器加热部分所述集热场传热介质，冷却后的所述热罐中的熔融盐转移至所述冷罐中；
本发明的太阳能发电量评估方法包括以下步骤：
步骤1：设置所述汽轮机***的抽汽级数为N级，且所述N为正整数，将所述汽轮机***分为N+1级汽轮机子***，即N1+N2+N3＝N+1，其中，前N级汽轮机子***用于抽汽，最后一级汽轮机子***用于排汽，所述N+1级汽轮机子***内的通流量相等，将所述回热***分为N级回热子***，所述N级回热子***分别对应N级给水加热器；
步骤2：确定所述太阳能集热场、所述燃煤机组和所述油水换热器的集成方案，根据所述太阳能集热场和所述燃煤机组的设计工况数据与设计运行数据，确定N级所述给水加热器的能量平衡并联矩阵关系式，并根据N级所述给水加热器的能量平衡并联矩阵关系式计算N级抽汽中每一级抽汽量的流量，然后根据N级抽汽中每一级抽汽量的流量计算N+1级所述汽轮机子***的功率输出；
步骤3：确定所述汽轮机***的平衡并联矩阵关系式，根据所述汽轮机***的平衡并联矩阵关系式算出所述N级回热子***的损值；
步骤4：厘清所述回热子***内输入流中的释放流与接受流，并统计所述N级回热子***内所有释放流的之和，根据所述N级回热子***的损值和释放流计算所述N级回热子***的损系数；
步骤5：根据所述N级回热子***的损系数确定所述汽轮机***的太阳能平衡并联矩阵关系式，得到所述N级回热子***中各流的太阳能份额；
步骤6：根据N+1级所述汽轮机子***的功率输出计算所述太阳能辅助燃煤互补发电***的功率输出之和，根据所述太阳能辅助燃煤互补发电***的功率输出之和和所述N级回热子***中各流的太阳能份额计算各所述汽轮机子***的太阳能输出之和，即为所述太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能功率输出之和，该数乘发电机效率再乘机械效率所得到的数即为所述太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量。
较佳地，在所述步骤1中，设定所述N为8，即所述回热***包括8级回热子***，所述8级回热子***分别对应8级给水加热器，且所述8级给水加热器分别为3级高压加热器、1级除氧器和4级低压加热器，所述3级高压加热器分别为第一级给水加热器、第二级给水加热器和第三级给水加热器，所述除氧器为第四级给水加热器，所述4级低压加热器为第五级给水加热器至第八级给水加热器；所述汽轮机***共有8级抽汽，分为9个所述汽轮机子***，所述N1为2，所述N2为2，所述N3为5，所述汽轮机高压缸中具有第一级汽轮机子***和第二级汽轮机子***，所述汽轮机中压缸中具有第三级汽轮机子***和第四级汽轮机子***，所述汽轮机低压缸中具有第五级汽轮机子***至第九级汽轮机子***，所述抽汽A作用于第三级给水加热器上，所述抽汽B作用于第八级给水加热器上；从所述凝汽器***而来的给水通过所述回热***被所述8级给水加热器加热到达所述锅炉***，所述锅炉***将给水加热为高温高压蒸汽进入所述汽轮机高压缸做功，所述汽轮机高压缸中的第一部分抽汽被分级抽取，分别进入第一级给水加热器和第二级给水加热器中加热，所述汽轮机高压缸中的第二部分抽汽用作所述汽轮机高压缸的轴封抽汽，防止所述汽轮机***内蒸汽的外泄或外部空气的漏入，并给第八级给水加热器加热，所述汽轮机高压缸中的第三部分抽汽以排汽的形式进入所述锅炉再热子***再热后形成再热蒸汽，并进入所述汽轮机中压缸和所述汽轮机低压缸做功，做功后的第一部分抽汽被分级抽取分别进入第三级给水加热器至第八级给水加热器中加热给水，做功后的第二部分抽汽用作所述汽轮机中压缸和所述汽轮机低压缸的轴封抽汽，其排汽作用于第八级给水加热器中加热，做功后的第三部分抽汽以乏汽的形式进入所述凝汽器***冷却；所述抽汽A作用于第三级给水加热器上，所述抽汽B作用于第八级给水加热器上。
进一步地，在所述步骤2中，所述太阳能集热场与油水换热器连接，所述油水换热器与所述8级给水加热器的其中一个连接，被所述太阳能集热场加热的所述集热场传热介质通过所述油水换热器释放热量，将所述油水换热器连接的给水加热器出口的给水引入所述油水换热器吸收热量，然后被所述油水换热器加热的给水被后续级给水加热器继续加热；
所述8级回热子***的能量平衡并联矩阵关系式为式(1)：
为所述凝汽器***的给水流量；
为单位质量给水和疏水放热量的能量矩阵，其中，qi表示抽汽在第i级给水加热器的放热，γi表示疏水在第i级给水加热器的放热量，πi表示给水在第i级给水加热器的吸热量，i表示不大于9的正整数；
为所述汽轮机***的抽汽量向量，其中，表示第i级抽汽的抽气量；
为汽室抽汽在各级所述给水加热器的放热量矩阵，其中，qA表示抽汽A的放热量，qB表示抽汽B的放热量，γ4表示疏水在第四级给水加热器的放热量，表示抽汽A的抽气量，表示抽汽B的抽气量；
为汽轮机轴封抽汽在所述8级给水加热器的放热量矩阵，和分别表示汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸的轴封抽气量，qsg1、qsg2和qsg3分别表示汽轮机高压缸轴封抽汽、汽轮机中压缸轴封抽汽和汽轮机低压缸轴封抽汽在所述8级给水加热器中的放热量；
为太阳能在各级所述给水加热器中的放热量矩阵，其中，表示给水被第(i+1)级给水加热器加热后且在被第i级给水加热器加热前吸收的来自油水换热器的放热量；
Π＝[π1 π2 π3 π4 π5 π6 π7 π8]T为给水的得热量矩阵，πi表示给水在第i级给水加热器的吸热量；
根据式(1)算出所述汽轮机***的各级抽汽量，即
计算9级所述汽轮机子***的功率输出为：
其中，Wi表示第i级汽轮机子***的功率输出，hsh为所述汽轮机高压缸中的蒸汽的焓值，heh为乏汽的焓值，hex,i为第i级抽汽的焓值，hrho表示所述再热蒸汽的焓值。
进一步地，在所述步骤3中，所述汽轮机***的平衡并联矩阵关系式为式(2)：
其中，为单位质量给水和疏水的输入矩阵，efw,i为第i级给水加热器中单位质量给水的值，edw,i为第i级给水加热器中单位质量疏水的值，eex,i为第i级抽汽中单位质量抽汽的值；efw,c表示所述凝汽器***的出口的单位质量给水的值；
为单位质量给水和疏水的输出矩阵；
为汽室抽汽在所述8级给水加热器的输入矩阵，esh表示单位质量的过热蒸汽的值；
为汽室抽汽在所述8级给水加热器的输出矩阵；
为汽轮机轴封抽汽在所述8级给水加热器的输入矩阵，esg1、esg2和esg3分别表示汽轮机轴高压缸封抽汽、汽轮机中压缸轴封抽汽和汽轮机低压缸轴封抽汽在所述8级给水加热器中的输入量；
为单位质量汽轮机轴封抽汽在所述8级给水加热器的输出矩阵；
为太阳能在所述8级给水加热器中的输入矩阵，表示第i级给水加热器的太阳能输入量；
EΤo＝[efw,2 efw,3 efw,4 efw,5 efw,6 efw,7 efw,8 efw,c]T为单位质量给水的输出矩阵；
EΤi＝[efw,1 efw,2 efw，3 efw,4 efw,5 efw,6 efw,7 efw,8]T为单位质量给水的输入矩阵；
根据式(2)算出所述8级回热子***的损值为：
进一步地，在所述步骤4中，对于所述回热***内第i级给水加热器而言，释放流即为抽汽与疏水的输入之和，用Efw,i表示，第i级回热子***内的损值为ΔEfw,i，第i级回热子***内的损系数为
所述8级回热子***的损系数向量为
进一步地，在所述步骤5中，所述汽轮机***的太阳能平衡并联矩阵关系式为式(3)：
其中，
为单位质量给水和疏水的太阳能输入矩阵，表示第i级给水加热器中抽汽的太阳能份额，表示第i级给水加热器中疏水的太阳能份额，efw,i表示第i级给水加热器中给水的太阳能份额；表示凝汽器出口的给水的太阳能份额；
为单位质量给水和疏水输出矩阵；
为汽室抽汽在所述8级给水加热器的太阳能输入矩阵，表示过热蒸汽的太阳能份额；
为汽室抽汽在所述8级给水加热器的太阳能输出矩阵；
为汽轮机轴封抽汽在所述8级给水加热器的太阳能输入矩阵，和分别表示汽轮机轴高压缸封抽汽、汽轮机中压缸轴封抽汽和汽轮机低压缸轴封抽汽在所述8级给水加热器中的太阳能份额；
为单位质量汽轮机轴封抽汽在所述8级给水加热器的太阳能输出矩阵；
为单位质量给水的太阳能输出矩阵；
为单位质量给水的太阳能输入矩阵，由式(3)算出8级回热子***中抽汽的太阳能份额；
所述汽轮机子***的太阳能份额关系式为
其中，表示单位再热蒸汽的太阳能份额，表示单位汽轮机低压缸排汽的太阳能份额，表示单位再热蒸汽的太阳能份额；
所述锅炉过热子***的太阳能平衡关系式为 表示过热蒸汽的流量；
所述锅炉再热子***的太阳能平衡关系式为 表示单位质量再热蒸汽在所述锅炉再热子***的入口的太阳能份额，erh,i表示单位质量再热蒸汽在再热器入口的值；
由此得到所述8级给水加热器中抽汽的太阳能份额。
进一步地，在所述步骤6中，计算9个所述汽轮机子***的功率输出之和即为所述太阳能辅助燃煤互补发电***的功率输出之和；所述太阳能辅助燃煤互补发电***的***总发电量为ηe和ηm分别为所述太阳能辅助燃煤互补发电***的发电机效率与机械效率；
计算9个所述汽轮机子***的太阳能输出之和即为所述太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能功率输出之和，所述太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量为
与现有技术相比，本发明的太阳能发电量评估方法不仅结合了热力学第一定律和热力学第二定律，从能量的质和量来衡量太阳能与燃煤的输入量，而且，可以通过定量描述***内的传递过程与传输机理，对***内各流、***各部件损的太阳能份额进行评估，最终实现太阳能发电份额的合理分配。
附图说明
图1是本发明一实施例的太阳能辅助燃煤互补发电***的结构示意图；
图2是本发明一实施例的太阳能发电量评估方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
请参见图1，图1是本发明一实施例的太阳能辅助燃煤互补发电***的结构示意图。本发明涉及太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量评估方法，太阳能辅助燃煤互补发电***包括燃煤机组、太阳能集热场和油水换热器。
燃煤机组包括汽轮机***、锅炉***、回热***、凝汽器***和汽室。汽轮机***包括汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸，汽轮机高压缸具有N1级高压缸子***，汽轮机中压缸具有N2级中压缸子***，汽轮机低压缸具有N3级低压缸子***。锅炉***包括锅炉过热子***和锅炉再热子***。回热***包括多级回热子***，每级回热子***对应一级给水加热器。
给水是指经过凝汽器***冷凝后的凝结水，给水经过多级给水加热器加热后进入锅炉过热子***，疏水是指抽汽经过多级给水加热器放热后形成的凝结水。从凝汽器***而来的给水依次被最后一级给水加热器至第一级给水加热器加热到达锅炉***，其中，最靠近凝汽器***的给水加热器为最后一级给水加热器，最远离凝汽器***的给水加热器为第一级给水加热器。
锅炉***将给水加热为高温高压的过热蒸汽，并进入汽轮机高压缸做功。汽轮机高压缸中的第一部分抽汽被分级抽取，分别进入第一级给水加热器和第二级给水加热器中加热；汽轮机高压缸中的第二部分抽汽用作汽轮机高压缸的轴封抽汽，防止汽轮机***内蒸汽的外泄或外部空气的漏入，并给最后一级给水加热器加热；汽轮机高压缸中的第三部分抽汽以排汽的形式进入锅炉再热子***再热后形成再热蒸汽，然后进入汽轮机中压缸和汽轮机低压缸做功。做功后的第一部分抽汽被分级抽取分别进入第三级给水加热器至最后一级给水加热器中加热给水；做功后的第二部分抽汽用作汽轮机中压缸和汽轮机低压缸的轴封抽汽，其排汽作用于最后一级给水加热器中加热；做功后的第三部分抽汽以乏汽的形式进入凝汽器***冷却。
汽室的作用是调节汽轮机***的进汽流量，汽室具有两股抽汽，两股抽汽分别为抽汽A和抽汽B，抽汽A和抽汽B分别作用于多级给水加热器的其中两个上。
太阳能集热场负责收集太阳能热并传递到燃煤机组，太阳能集热场由集热场传热介质和多个聚光槽式集热器连接而成，多个聚光槽式集热器将集热场传热介质由低温加热到高温。太阳能集热场中还设置有储热***和油盐换热器，储热***包括热罐和冷罐，当太阳能辐照过强时，集热场传热介质通过油盐换热器将一部分热量传给热罐中的熔融盐并储存于其中，当太阳能辐照不足时，热罐中的熔融盐通过油盐换热器加热部分集热场传热介质，冷却后的热罐中的熔融盐转移至冷罐中。
请结合参见图2，图2是本发明一实施例的太阳能发电量评估方法的流程图。本发明的太阳能发电量评估方法包括以下步骤：
步骤1：设置汽轮机***的抽汽级数为N级，且N为正整数，将汽轮机***分为N+1级汽轮机子***，即N1+N2+N3＝N+1，其中，前N级汽轮机子***用于抽汽，最后一级汽轮机子***用于排汽，N+1级汽轮机子***内的通流量相等，将回热***分为N级回热子***，N级回热子***分别对应N级给水加热器。
步骤2：确定太阳能集热场、燃煤机组和油水换热器的集成方案，根据太阳能集热场和燃煤机组的设计工况数据与设计运行数据，确定N级给水加热器的能量平衡并联矩阵关系式，并根据N级给水加热器的能量平衡并联矩阵关系式计算N级抽汽中每一级抽汽量的流量，然后根据N级抽汽中每一级抽汽量的流量计算N+1级汽轮机子***的功率输出。
步骤3：确定汽轮机***的平衡并联矩阵关系式，根据汽轮机***的平衡并联矩阵关系式算出N级回热子***的损值。
步骤4：厘清回热子***内输入流中的释放流与接受流，并统计N级回热子***内所有释放流的之和，根据N级回热子***的损值和释放流计算N级回热子***的损系数。
步骤5：根据N级回热子***的损系数确定汽轮机***的太阳能平衡并联矩阵关系式，得到N级回热子***中各流的太阳能份额。
步骤6：根据N+1级汽轮机子***的功率输出计算太阳能辅助燃煤互补发电***的功率输出之和，根据太阳能辅助燃煤互补发电***的功率输出之和和N级回热子***中各流的太阳能份额计算各汽轮机子***的太阳能输出之和，即为太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能功率输出之和，该数乘发电机效率再乘机械效率所得到的数即为太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量。
优选地，在步骤1中，设定N为8，即回热***包括8级回热子***，8级回热子***分别对应8级给水加热器，且8级给水加热器分别为3级高压加热器、1级除氧器和4级低压加热器，3级高压加热器分别为第一级给水加热器、第二级给水加热器和第三级给水加热器，除氧器为第四级给水加热器，4级低压加热器为第五级给水加热器至第八级给水加热器。
汽轮机***共有8级抽汽，分为9个汽轮机子***，N1为2，N2为2，N3为5，汽轮机高压缸中具有第一级汽轮机子***和第二级汽轮机子***，汽轮机中压缸中具有第三级汽轮机子***和第四级汽轮机子***，汽轮机低压缸中具有第五级汽轮机子***至第九级汽轮机子***，抽汽A作用于第三级给水加热器上，抽汽B作用于第八级给水加热器上。
从凝汽器***而来的给水通过回热***被8级给水加热器加热到达锅炉***，锅炉***将给水加热为高温高压蒸汽进入汽轮机高压缸做功。图1中的一至八表示第一级抽汽至第八级抽汽，轮机高压缸中的第一部分抽汽被分级为第一级抽汽和第二级抽汽并被抽取，第一级抽汽进入第一级给水加热器中加热，第二级抽汽进入第二级给水加热器中加热；汽轮机高压缸中的第二部分抽汽用作汽轮机高压缸的轴封抽汽，防止汽轮机***内蒸汽的外泄或外部空气的漏入，并给第八级给水加热器加热；汽轮机高压缸中的第三部分抽汽以排汽的形式进入锅炉再热子***再热后形成再热蒸汽，并进入汽轮机中压缸和汽轮机低压缸做功。做功后的第一部分抽汽被分级为第三级抽汽、第四级抽汽、第五级抽汽、第六级抽汽、第七级抽汽和第八级抽汽，并被抽取，分别进入8级给水加热器中加热给水，具体的分配方式为：第三级抽汽进入第三级给水加热器，第四级抽汽进入第四级给水加热器，第五级抽汽进入第五级给水加热器，第六级抽汽进入第六级给水加热器，第七级抽汽进入第七级给水加热器，第八级抽汽进入第八级给水加热器；做功后的第二部分抽汽用作汽轮机中压缸和汽轮机低压缸的轴封抽汽，其排汽作用于第八级给水加热器中加热；做功后的第三部分抽汽以乏汽的形式进入凝汽器***冷却。
抽汽A作用于第三级给水加热器上，抽汽B作用于第八级给水加热器上。
进一步地，在步骤2中，太阳能集热场与油水换热器连接，油水换热器与8级给水加热器的其中一个连接，被太阳能集热场加热的集热场传热介质通过油水换热器释放热量，将油水换热器连接的给水加热器出口的给水引入油水换热器吸收热量，然后被油水换热器加热的给水被后续级给水加热器继续加热。
8级回热子***的能量平衡并联矩阵关系式为式(1)：
为凝汽器***的给水流量。
为单位质量给水和疏水放热量的能量矩阵，其中，qi表示抽汽在第i级给水加热器的放热，γi表示疏水在第i级给水加热器的放热量，πi表示给水在第i级给水加热器的吸热量，i表示不大于9的正整数。
为汽轮机***的抽汽量向量，其中，表示第i级抽汽的抽气量。
为汽室抽汽在各级给水加热器的放热量矩阵，其中，qA表示抽汽A的放热量，qB表示抽汽B的放热量，γ4表示疏水在第四级给水加热器的放热量，表示抽汽A的抽气量，表示抽汽B的抽气量。
为汽轮机轴封抽汽在8级给水加热器的放热量矩阵，和分别表示汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸的轴封抽气量，qsg1、qsg2和qsg3分别表示汽轮机高压缸轴封抽汽、汽轮机中压缸轴封抽汽和汽轮机低压缸轴封抽汽在8级给水加热器中的放热量。
为太阳能在各级给水加热器中的放热量矩阵，其中，表示给水被第(i+1)级给水加热器加热后且在被第i级给水加热器加热前吸收的来自油水换热器的放热量。
Π＝[π1 π2 π3 π4 π5 π6 π7 π8]T为给水的得热量矩阵，πi表示给水在第i级给水加热器的吸热量。
根据式(1)算出汽轮机***的各级抽汽量，即
计算9级汽轮机子***的功率输出为：
其中，Wi表示第i级汽轮机子***的功率输出，hsh为汽轮机高压缸中的蒸汽的焓值，heh为乏汽的焓值，hex,i为第i级抽汽的焓值，hrho表示再热蒸汽的焓值。
进一步地，在步骤3中，汽轮机***的平衡并联矩阵关系式为式(2)：
其中，为单位质量给水和疏水的输入矩阵，efw,i为第i级给水加热器中单位质量给水的值，edw,i为第i级给水加热器中单位质量疏水的值，eex,i为第i级抽汽中单位质量抽汽的值。efw,c表示凝汽器***的出口的单位质量给水的值。
为单位质量给水和疏水的输出矩阵。
为汽室抽汽在8级给水加热器的输入矩阵，esh表示单位质量的过热蒸汽的值。
为汽室抽汽在8级给水加热器的输出矩阵。
为汽轮机轴封抽汽在8级给水加热器的输入矩阵，esg1、esg2和esg3分别表示汽轮机轴高压缸封抽汽、汽轮机中压缸轴封抽汽和汽轮机低压缸轴封抽汽在8级给水加热器中的输入量。
为单位质量汽轮机轴封抽汽在8级给水加热器的输出矩阵。
为太阳能在8级给水加热器中的输入矩阵，表示第i级给水加热器的太阳能输入量。
EΤo＝[efw,2 efw,3 efw,4 efw,5 efw,6 efw,7 efw,8 efw,c]T为单位质量给水的输出矩阵。
EΤi＝[efw,1 efw,2 efw，3 efw,4 efw,5 efw,6 efw,7 efw,8]T为单位质量给水的输入矩阵。
根据式(2)算出8级回热子***的损值为：
进一步地，在步骤4中，对于回热***内第i级给水加热器而言，释放流即为抽汽与疏水的输入之和，用Efw,i表示，第i级回热子***内的损值为ΔEfw,i，第i级回热子***内的损系数为
8级回热子***的损系数向量为：
进一步地，在步骤5中，汽轮机***的太阳能平衡并联矩阵关系式为式(3)：
其中，
为单位质量给水和疏水的太阳能输入矩阵，表示第i级给水加热器中抽汽的太阳能份额，表示第i级给水加热器中疏水的太阳能份额，efw,i表示第i级给水加热器中给水的太阳能份额。表示凝汽器出口的给水的太阳能份额。
为单位质量给水和疏水输出矩阵。
为汽室抽汽在8级给水加热器的太阳能输入矩阵，表示过热蒸汽的太阳能份额。
为汽室抽汽在8级给水加热器的太阳能输出矩阵。
为汽轮机轴封抽汽在8级给水加热器的太阳能输入矩阵，和分别表示汽轮机轴高压缸封抽汽、汽轮机中压缸轴封抽汽和汽轮机低压缸轴封抽汽在8级给水加热器中的太阳能份额。
为单位质量汽轮机轴封抽汽在8级给水加热器的太阳能输出矩阵。
为单位质量给水的太阳能输出矩阵。
为单位质量给水的太阳能输入矩阵，由式(3)算出8级回热子***中抽汽的太阳能份额。
汽轮机子***的太阳能份额关系式为：
其中，表示单位再热蒸汽的太阳能份额，表示单位汽轮机低压缸排汽的太阳能份额，表示单位再热蒸汽的太阳能份额。
锅炉过热子***的太阳能平衡关系式为 表示过热蒸汽的流量。
锅炉再热子***的太阳能平衡关系式为 表示单位质量再热蒸汽在锅炉再热子***的入口的太阳能份额，erh,i表示单位质量再热蒸汽在再热器入口的值。
由此得到8级给水加热器中抽汽的太阳能份额。
进一步地，在步骤6中，计算9个汽轮机子***的功率输出之和即为太阳能辅助燃煤互补发电***的功率输出之和。太阳能辅助燃煤互补发电***的***总发电量为ηe和ηm分别为太阳能辅助燃煤互补发电***的发电机效率与机械效率。
计算9个汽轮机子***的太阳能输出之和即为太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能功率输出之和，太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量为
与现有技术相比，本发明的太阳能发电量评估方法不仅结合了热力学第一定律和热力学第二定律，从能量的质和量来衡量太阳能与燃煤的输入量，而且，可以通过定量描述***内的传递过程与传输机理，对***内各流、***各部件损的太阳能份额进行评估，最终实现太阳能发电份额的合理分配。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量评估方法，所述太阳能辅助燃煤互补发电***包括燃煤机组、太阳能集热场和油水换热器，所述燃煤机组包括汽轮机***、锅炉***、回热***、凝汽器***和汽室；所述汽轮机***包括汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸，所述汽轮机高压缸具有N1级高压缸子***，所述汽轮机中压缸具有N2级中压缸子***，所述汽轮机低压缸具有N3级低压缸子***；所述锅炉***包括锅炉过热子***和锅炉再热子***；所述回热***包括多级回热子***，每级回热子***对应一级给水加热器；给水是指经过所述凝汽器***冷凝后的凝结水，给水经过多级所述给水加热器加热后进入所述锅炉过热子***，疏水是指抽汽经过多级所述给水加热器放热后形成的凝结水；从所述凝汽器***而来的给水依次被最后一级给水加热器至第一级给水加热器加热到达所述锅炉***，其中，最靠近所述凝汽器***的给水加热器为最后一级给水加热器，最远离所述凝汽器***的给水加热器为第一级给水加热器，所述锅炉***将给水加热为高温高压的过热蒸汽，并进入所述汽轮机高压缸做功，所述汽轮机高压缸中的第一部分抽汽被分级抽取，分别进入第一级给水加热器和第二级给水加热器中加热，所述汽轮机高压缸中的第二部分抽汽用作所述汽轮机高压缸的轴封抽汽，防止所述汽轮机***内蒸汽的外泄或外部空气的漏入，并给最后一级给水加热器加热，所述汽轮机高压缸中的第三部分抽汽以排汽的形式进入所述锅炉再热子***再热后形成再热蒸汽，然后进入所述汽轮机中压缸和所述汽轮机低压缸做功，做功后的第一部分抽汽被分级抽取分别进入第三级给水加热器至最后一级给水加热器中加热给水，做功后的第二部分抽汽用作所述汽轮机中压缸和所述汽轮机低压缸的轴封抽汽，其排汽作用于最后一级给水加热器中加热，做功后的第三部分抽汽以乏汽的形式进入所述凝汽器***冷却；所述汽室的作用是调节所述汽轮机***的进汽流量，所述汽室具有两股抽汽，所述两股抽汽分别为抽汽A和抽汽B，所述抽汽A和所述抽汽B分别作用于多级所述给水加热器的其中两个上；
所述太阳能集热场由集热场传热介质和多个聚光槽式集热器连接而成，所述多个聚光槽式集热器将所述集热场传热介质由低温加热到高温；
其特征在于包括以下步骤：
步骤1：设置所述汽轮机***的抽汽级数为N级，且所述N为正整数，将所述汽轮机***分为N+1级汽轮机子***，即N1+N2+N3＝N+1，其中，前N级汽轮机子***用于抽汽，最后一级汽轮机子***用于排汽，所述N+1级汽轮机子***内的通流量相等，将所述回热***分为N级回热子***，所述N级回热子***分别对应N级给水加热器；
步骤2：确定所述太阳能集热场、所述燃煤机组和所述油水换热器的集成方案，根据所述太阳能集热场和所述燃煤机组的设计工况数据与设计运行数据，确定N级所述给水加热器的能量平衡并联矩阵关系式，并根据N级所述给水加热器的能量平衡并联矩阵关系式计算N级抽汽中每一级抽汽量的流量，然后根据N级抽汽中每一级抽汽量的流量计算N+1级所述汽轮机子***的功率输出；
步骤3：确定所述汽轮机***的平衡并联矩阵关系式，根据所述汽轮机***的平衡并联矩阵关系式算出所述N级回热子***的损值；
步骤4：厘清所述回热子***内输入流中的释放流与接受流，并统计所述N级回热子***内所有释放流的之和，根据所述N级回热子***的损值和释放流计算所述N级回热子***的损系数；
步骤5：根据所述N级回热子***的损系数确定所述汽轮机***的太阳能平衡并联矩阵关系式，得到所述N级回热子***中各流的太阳能份额；
步骤6：根据N+1级所述汽轮机子***的功率输出计算所述太阳能辅助燃煤互补发电***的功率输出之和，根据所述太阳能辅助燃煤互补发电***的功率输出之和和所述N级回热子***中各流的太阳能份额计算各所述汽轮机子***的太阳能输出之和，即为所述太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能功率输出之和，该数乘发电机效率再乘机械效率所得到的数即为所述太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量。
2.根据权利要求1所述的太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量评估方法，其特征在于：在所述步骤1中，设定所述N为8，即所述回热***包括8级回热子***，所述8级回热子***分别对应8级给水加热器，且所述8级给水加热器分别为3级高压加热器、1级除氧器和4级低压加热器，所述3级高压加热器分别为第一级给水加热器、第二级给水加热器和第三级给水加热器，所述除氧器为第四级给水加热器，所述4级低压加热器为第五级给水加热器至第八级给水加热器；所述汽轮机***共有8级抽汽，分为9个所述汽轮机子***，所述N1为2，所述N2为2，所述N3为5，所述汽轮机高压缸中具有第一级汽轮机子***和第二级汽轮机子***，所述汽轮机中压缸中具有第三级汽轮机子***和第四级汽轮机子***，所述汽轮机低压缸中具有第五级汽轮机子***至第九级汽轮机子***，所述抽汽A作用于第三级给水加热器上，所述抽汽B作用于第八级给水加热器上；从所述凝汽器***而来的给水通过所述回热***被所述8级给水加热器加热到达所述锅炉***，所述锅炉***将给水加热为高温高压蒸汽进入所述汽轮机高压缸做功，所述汽轮机高压缸中的第一部分抽汽被分级抽取，分别进入第一级给水加热器和第二级给水加热器中加热，所述汽轮机高压缸中的第二部分抽汽用作所述汽轮机高压缸的轴封抽汽，防止所述汽轮机***内蒸汽的外泄或外部空气的漏入，并给第八级给水加热器加热，所述汽轮机高压缸中的第三部分抽汽以排汽的形式进入所述锅炉再热子***再热后形成再热蒸汽，并进入所述汽轮机中压缸和所述汽轮机低压缸做功，做功后的第一部分抽汽被分级抽取分别进入第三级给水加热器至第八级给水加热器中加热给水，做功后的第二部分抽汽用作所述汽轮机中压缸和所述汽轮机低压缸的轴封抽汽，其排汽作用于第八级给水加热器中加热，做功后的第三部分抽汽以乏汽的形式进入所述凝汽器***冷却；所述抽汽A作用于第三级给水加热器上，所述抽汽B作用于第八级给水加热器上。
3.根据权利要求2所述的太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量评估方法，其特征在于：在所述步骤2中，所述太阳能集热场与油水换热器连接，所述油水换热器与所述8级给水加热器的其中一个连接，被所述太阳能集热场加热的所述集热场传热介质通过所述油水换热器释放热量，将所述油水换热器连接的给水加热器出口的给水引入所述油水换热器吸收热量，然后被所述油水换热器加热的给水被后续级给水加热器继续加热；
所述8级回热子***的能量平衡并联矩阵关系式为式(1)：
为所述凝汽器***的给水流量；
为单位质量给水和疏水放热量的能量矩阵，其中，qi表示抽汽在第i级给水加热器的放热，γi表示疏水在第i级给水加热器的放热量，πi表示给水在第i级给水加热器的吸热量，i表示不大于9的正整数；
为所述汽轮机***的抽汽量向量，其中，表示第i级抽汽的抽气量；
为汽室抽汽在各级所述给水加热器的放热量矩阵，其中，qA表示抽汽A的放热量，qB表示抽汽B的放热量，γ4表示疏水在第四级给水加热器的放热量，表示抽汽A的抽气量，表示抽汽B的抽气量；
为汽轮机轴封抽汽在所述8级给水加热器的放热量矩阵，和分别表示汽轮机高压缸、汽轮机中压缸和汽轮机低压缸的轴封抽气量，qsg1、qsg2和qsg3分别表示汽轮机高压缸轴封抽汽、汽轮机中压缸轴封抽汽和汽轮机低压缸轴封抽汽在所述8级给水加热器中的放热量；
为太阳能在各级所述给水加热器中的放热量矩阵，其中，表示给水被第(i+1)级给水加热器加热后且在被第i级给水加热器加热前吸收的来自油水换热器的放热量；
Π＝[π1 π2 π3 π4 π5 π6 π7 π8]T为给水的得热量矩阵，πi表示给水在第i级给水加热器的吸热量；
根据式(1)算出所述汽轮机***的各级抽汽量，即
计算9级所述汽轮机子***的功率输出为：
其中，Wi表示第i级汽轮机子***的功率输出，hsh为所述汽轮机高压缸中的蒸汽的焓值，heh为乏汽的焓值，hex,i为第i级抽汽的焓值，hrho表示所述再热蒸汽的焓值。
4.根据权利要求3所述的太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量评估方法，其特征在于：在所述步骤3中，所述汽轮机***的平衡并联矩阵关系式为式(2)：
其中，为单位质量给水和疏水的输入矩阵，efw,i为第i级给水加热器中单位质量给水的值，edw,i为第i级给水加热器中单位质量疏水的值，eex,i为第i级抽汽中单位质量抽汽的值；efw,c表示所述凝汽器***的出口的单位质量给水的值；
为单位质量给水和疏水的输出矩阵；
为汽室抽汽在所述8级给水加热器的输入矩阵，esh表示单位质量的过热蒸汽的值；
为汽室抽汽在所述8级给水加热器的输出矩阵；
为汽轮机轴封抽汽在所述8级给水加热器的输入矩阵，esg1、esg2和esg3分别表示汽轮机轴高压缸封抽汽、汽轮机中压缸轴封抽汽和汽轮机低压缸轴封抽汽在所述8级给水加热器中的输入量；
为单位质量汽轮机轴封抽汽在所述8级给水加热器的输出矩阵；
为太阳能在所述8级给水加热器中的输入矩阵，表示第i级给水加热器的太阳能输入量；
EΤo＝[efw,2 efw,3 efw,4 efw,5 efw,6 efw,7 efw,8 efw,c]T为单位质量给水的输出矩阵；
EΤi＝[efw,1 efw,2 efw，3 efw,4 efw,5 efw,6 efw,7 efw,8]T为单位质量给水的输入矩阵；
根据式(2)算出所述8级回热子***的损值为：
5.根据权利要求4所述的太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量评估方法，其特征在于：在所述步骤4中，对于所述回热***内第i级给水加热器而言，释放流即为抽汽与疏水的输入之和，用Efw,i表示，第i级回热子***内的损值为ΔEfw,i，第i级回热子***内的损系数为
所述8级回热子***的损系数向量为
6.根据权利要求5所述的太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量评估方法，其特征在于：在所述步骤5中，所述汽轮机***的太阳能平衡并联矩阵关系式为式(3)：
其中，
为单位质量给水和疏水的太阳能输入矩阵，表示第i级给水加热器中抽汽的太阳能份额，表示第i级给水加热器中疏水的太阳能份额，efw,i表示第i级给水加热器中给水的太阳能份额；表示凝汽器出口的给水的太阳能份额；
为单位质量给水和疏水输出矩阵；
为汽室抽汽在所述8级给水加热器的太阳能输入矩阵，表示过热蒸汽的太阳能份额；
为汽室抽汽在所述8级给水加热器的太阳能输出矩阵；
为汽轮机轴封抽汽在所述8级给水加热器的太阳能输入矩阵，和分别表示汽轮机轴高压缸封抽汽、汽轮机中压缸轴封抽汽和汽轮机低压缸轴封抽汽在所述8级给水加热器中的太阳能份额；
为单位质量汽轮机轴封抽汽在所述8级给水加热器的太阳能输出矩阵；
为单位质量给水的太阳能输出矩阵；
为单位质量给水的太阳能输入矩阵，由式(3)算出8级回热子***中抽汽的太阳能份额；
所述汽轮机子***的太阳能份额关系式为其中，表示单位再热蒸汽的太阳能份额，表示单位汽轮机低压缸排汽的太阳能份额，表示单位再热蒸汽的太阳能份额；
所述锅炉过热子***的太阳能平衡关系式为 表示过热蒸汽的流量；
所述锅炉再热子***的太阳能平衡关系式为 表示单位质量再热蒸汽在所述锅炉再热子***的入口的太阳能份额，erh,i表示单位质量再热蒸汽在再热器入口的值，erh,o表示单位质量再热蒸汽在再热器出口的值；
由此得到所述8级给水加热器中抽汽的太阳能份额。
7.根据权利要求6所述的太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量评估方法，其特征在于：在所述步骤6中，计算9个所述汽轮机子***的功率输出之和即为所述太阳能辅助燃煤互补发电***的功率输出之和；所述太阳能辅助燃煤互补发电***的***总发电量为ηe和ηm分别为所述太阳能辅助燃煤互补发电***的发电机效率与机械效率；
计算9个所述汽轮机子***的太阳能输出之和即为所述太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能功率输出之和，所述太阳能辅助燃煤互补发电***的太阳能发电量为
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| CN102758746A (zh) * | 2012-06-30 | 2012-10-31 | 华北电力大学（保定） | 太阳能集热器辅助燃煤机组耦合发电*** |
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2019
- 2019-07-05 CN CN201910601899.5A patent/CN110298600B/zh active Active
Patent Citations (1)
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| CN102758746A (zh) * | 2012-06-30 | 2012-10-31 | 华北电力大学（保定） | 太阳能集热器辅助燃煤机组耦合发电*** |
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