CN112879161A - 一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***及其方法，该***包括槽式太阳能集热子***、燃气轮机子***、汽轮机子***、余热锅炉子***。为了增加太阳能集热器出口蒸汽产量，提出从过热蒸汽管道或汽轮机中抽汽加热太阳能集热器进口水的方法，以达到最佳的蒸汽产量，提升联合循环的能量利用率。根据太阳辐射的强弱和排烟温度自动调整进入太阳能集热器的进水比例和过热蒸汽管道或汽轮机的抽汽量，保证太阳能集热器进口水温度达到其设计接近点温差对应的温度值，实现对能量的梯级互补和综合利用，提高太阳能联合循环***的运行效率。

Description

一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***及其方法
技术领域
本发明实施例涉及发电设备技术领域，具体涉及一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***及其方法。
背景技术
能源与环境问题一直是当今世界的热点问题，随着科学技术的不断进步和人们生活水平的提升，现代社会对电能的需求越来越高，环境问题也愈加重要。燃用天然气等清洁能源的燃气-蒸汽联合循环电厂具有启动快、供电效率高、占地面积小、电站建设周期短、投资低、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增大，已成为北上广深等大城市的主力机组，同时太阳能作为清洁可再生能源，能对煤炭、石油、天然气等不可再生能源提供有力的补充，可基于“能量对口，梯度利用”的原则将太阳能耦合在燃气—蒸汽联合循环(GTCC)***中构成太阳能燃气—蒸汽联合循环(ISCC)***，利用太阳能加热部分给水，是实现能源高效利用的一种方式，然而不同的耦合方式对***性能的影响不同，如何在燃气-蒸汽联合循环中耦合太阳能以获得更高的联合循环运行效率成为了研究的必要问题，对我国可持续发展战略具有重大的现实意义。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***及其方法，以获得更高的联合循环运行效率。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提出了一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***，所述***包括燃气轮机子***、汽轮机子***、槽式太阳能集热子***以及余热锅炉子***；
所述燃气轮机子***包括依次连接的压气机、燃烧室、燃气透平和发电机，所述燃气透平的出口通过排气管道连接所述余热锅炉子***以对燃气轮机排气进行回收利用；所述汽轮机子***包括依次连接的高压缸、低压缸和发电机；
所述槽式太阳能集热子***包括太阳能集热器、进口水加热器、第一高压水泵以及第一混合器，所述太阳能集热器的进口连接进水口加热器的出口，所述进口水加热器的进口连接第一高压水泵的出口，所述第一高压水泵的进口连接第一混合器的出口；
所述余热锅炉子***包括冷凝器、低压水泵、第一分流器、第二混合器、凝结水预热器、第二分流器以及高压过热器，所述冷凝器连接低压缸，所述低压水泵连接冷凝器，所述第一分流器的进口连接低压水泵，所述第一分流器的第一路出口连接第二混合器的第一路进口，所述第二混合器的第二路进口连接进口水加热器的热源介质出口，所述第二混合器的出口连接凝结水预热器的进口，所述凝结水预热器的出口连接第二分流器的进口，所述第二分流器的第一路出口连接第一混合器的第一路进口，所述第一分流器的第二路出口连接第一混合器的第二路进口，所述太阳能集热器的出口连接高压过热器的进口，所述高压过热器的出口连接所述高压缸。
进一步地，所述余热锅炉子***还包括第二高压水泵、高压省煤器、高压蒸发器、高压汽包以及第三混合器，所述第二分流器的第二路出口连接所述第二高压水泵的进口，所述第二高压水泵的出口连接高压省煤器的进口，所述高压省煤器的出口连接高压汽包和高压蒸发器的进口，所述高压蒸发器的出口连接第三混合器的第一路进口，所述太阳能集热器的出口连接第三混合器的第二路进口，所述第三混合器的出口连接高压过热器的进口。
进一步地，所述余热锅炉子***还包括低压蒸发器、低压汽包以及低压过热器，所述第二分流器的第三路出口连接低压汽包和低压蒸发器的进口，所述低压汽包的出口连接低压过热器的进口，所述低压过热器的出口连接低压缸。
进一步地，所述进口水加热器的热源来自所述汽轮机子***或***过热蒸汽管道中的抽汽。
进一步地，所述进口水加热器的热源进口连接有流量控制器，所述流量控制器用于控制汽轮机子***或***过热蒸汽管道的抽汽量，抽汽量根据所述进口水加热器的进口水参数实时调整，使所述进口水加热器出口温度维持到设计值。
进一步地，所述余热锅炉子***还包括温度控制器，所述第一分流器的第二路出口连接温度控制器的进口，所述温度控制器的出口连接第一混合器的第二路进口，所述温度控制器根据余热锅炉子***的排烟温度大小控制所述第一分流器流出的流量，当所述余热锅炉子***的排烟温度高于设计值时，则增加进入所述凝结水预热器的出口水流量，当所述余热锅炉子***的排烟温度低于设计值时，减少进入所述凝结水预热器的出口水流量。
根据本发明实施例的第二方面，提出了一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***的运行方法，所述方法包括：
压气机将压缩的空气通过管路输入燃烧室，输入的空气与燃料充分混合后燃烧产生高温高压的气体，高温高压的气体经管道进入燃气透平中做功并带动发电机发电，燃气透平出口的排气进入余热锅炉子***用于加热工质水进行回收利用；
经过汽轮机子***高压缸和低压缸做功后的蒸汽通过管道进入冷凝器冷凝成凝结水，产生的凝结水通过管道进入低压水泵升压后进入第一分流器分流为两路，第一路凝结水进入第二混合器后与进口水加热器热源出口的流体混合，第二路凝结水则进入第一混合器，第二混合器的出口水进入凝结水预热器预热后进入第二分流器进行分流；
由第二分流器分出的第一路工质水进入第一混合器后与来自第一分流器的所述第二路凝结水混合，然后通过第一高压水泵将混合后的给水输送至进口水加热器进行加热，进口水加热器的热源来自汽轮机子***或***过热蒸汽管道中的抽汽，进口水加热器内的工质水被抽汽加热至太阳能集热器设计接近点温差对应的温度值，热源抽汽放热后进入第二混合器混合，进口水加热器内被加热的水进入太阳集热器的进口，利用太阳能将进口水加热至高压饱和蒸汽状态，然后通入高压过热器加热后进入汽轮机子***高压缸中膨胀做功，经低压缸做功后的蒸汽经冷凝器冷凝后继续下一循环。
进一步地，所述方法还包括：
由第二分流器分出的第二路工质水进入第二高压水泵加压后流入高压省煤器的进口，高压省煤器的出口水进入高压汽包和高压蒸发器的进口，高压蒸发器出口的高压饱和蒸汽进入第三混合器后与来自太阳集热器的高压饱和蒸汽混合，然后进入高压过热器加热后进入汽轮机子***高压缸中膨胀做功。
进一步地，所述方法还包括：
由第二分流器分出的第三路工质水进入低压汽包与低压蒸发器的入口，低压汽包出口的饱和蒸汽进入低压过热器的入口，经过低压过热器加热后进入汽轮机低压缸中膨胀做功。
本发明实施例具有如下优点：
本发明实施例提出的一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***及其方法，包括燃气轮机子***、汽轮机子***、槽式太阳能集热子***以及余热锅炉子***，燃气轮机子***作为输出功的主要部分，其排气作为余热锅炉子***的主要热源，用于加热凝结水至过热蒸汽状态，提高水蒸气的做功能力；余热锅炉子***利用水作为循环工质，降低燃气轮机子***因排气温度过大造成的余热损失；槽式太阳能集热器子***作为辅助热源，用于加热余热锅炉的部分给水使其达到高压饱和蒸汽状态，提高蒸汽的做功能力；利用进口水加热器和太阳能集热器加热余热锅炉子***的部分给水，增大了工质的做功能力，降低了单位功率下燃料的消耗量，节约能源，减少污染物排放，并提高了联合循环的经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例1提供的一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***的结构示意图。
图中：1、压气机；2、燃烧室；3、燃机透平；4、发电机；5、冷凝器；6、低压水泵；7、第一分流器；8、第二混合器；9、凝结水预热器；10、第二分流器；11、第一混合器；12、第一高压水泵；13、进口水加热器；14、太阳能集热器；15、第三混合器；16、第二高压水泵；17、低压蒸发器；18、低压汽包；19、高压省煤器；20、低压过热器；21、高压蒸发器；22、高压汽包；23、高压过热器；24、高压缸；25、低压缸；26、温度控制器；27、流量控制器。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明实施例1提出了一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***，如图1所示，所述***包括燃气轮机子***、汽轮机子***、槽式太阳能集热子***以及余热锅炉子***。其中，槽式太阳能集热子***作为辅助热源，用于加热进口水加热器的给水至高压饱和蒸汽状态，增加进入汽轮机膨胀做功过热蒸汽的流量；燃气轮机子***作为输出功的主要组成部分，其排气作为余热锅炉子***的主要热源，用于加热凝结水；余热锅炉子***利用太阳能及燃气轮机排气余热，降低因燃气轮机子***排气温度过高造成的余热损失，提高联合循环***的效率。
燃气轮机子***包括依次连接的压气机1、燃烧室2、燃气透平3和发电机4，燃气透平3的出口通过排气管道连接余热锅炉子***以对燃气轮机排气进行回收利用。汽轮机子***包括依次连接的高压缸24、低压缸25和发电机4。
槽式太阳能集热子***包括太阳能集热器14、进口水加热器13、第一高压水泵12以及第一混合器11，太阳能集热器14的进口连接进水口加热器的出口，进口水加热器13的进口连接第一高压水泵12的出口，第一高压水泵12的进口连接第一混合器11的出口。
余热锅炉子***包括冷凝器5、低压水泵6、第一分流器7、第二混合器8、凝结水预热器9、第二分流器10以及高压过热器23，冷凝器5连接低压缸25，低压水泵6连接冷凝器5，第一分流器7的进口连接低压水泵6，第一分流器7的第一路出口连接第二混合器8的第一路进口，第二混合器8的第二路进口连接进口水加热器13的热源介质出口，第二混合器8的出口连接凝结水预热器9的进口，凝结水预热器9的出口连接第二分流器10的进口，第二分流器10的第一路出口连接第一混合器11的第一路进口，第一分流器7的第二路出口连接第一混合器11的第二路进口，太阳能集热器14的出口连接高压过热器23的进口，高压过热器23的出口连接高压缸24。
本实施例中，余热锅炉子***还包括第二高压水泵16、第二高压水泵19、高压蒸发器21、高压汽包22以及第三混合器15，第二分流器10的第二路出口连接第二高压水泵16的进口，第二高压水泵16的出口连接第二高压水泵19的进口，第二高压水泵19的出口连接高压汽包22和高压蒸发器21的进口，高压蒸发器21的出口连接第三混合器15的第一路进口，太阳能集热器14的出口连接第三混合器15的第二路进口，第三混合器15的出口连接高压过热器23的进口。
本实施例中，余热锅炉子***还包括低压蒸发器17、低压汽包18以及低压过热器20，第二分流器10的第三路出口连接低压汽包18和低压蒸发器17的进口，低压汽包18的出口连接低压过热器20的进口，低压过热器20的出口连接低压缸25。
本实施例中，进口水加热器13的热源来自汽轮机子***或***过热蒸汽管道中的抽汽，整个***中所有能产生过热蒸汽的设备或者管道均可作为进口水加热器13的抽汽热源使用。进口水加热器13的热源进口连接有流量控制器27，流量控制器27用于控制汽轮机子***或***过热蒸汽管道的抽汽量，抽汽量根据进口水加热器13的进口水参数实时调整，使进口水加热器13出口温度维持到设计值。
本实施例中，余热锅炉子***还包括温度控制器26，第一分流器7的第二路出口连接温度控制器26的进口，温度控制器26的出口连接第一混合器11的第二路进口，温度控制器26根据余热锅炉子***的排烟温度大小控制第一分流器7流出的流量，当余热锅炉子***的排烟温度高于设计值时，则增加进入凝结水预热器9的出口水流量，当余热锅炉子***的排烟温度低于设计值时，减少进入凝结水预热器9的出口水流量。
本发明实施例1的一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***的运行方法包括以下步骤：
压气机1将压缩的空气通过管路输入燃烧室2，输入的空气与燃料充分混合后燃烧产生高温高压的气体，高温高压的气体经管道进入燃气透平3中做功并带动发电机4发电，燃气透平3出口的排气进入余热锅炉子***用于加热工质水进行回收利用；
经过汽轮机子***高压缸24和低压缸25做功后的蒸汽通过管道进入冷凝器5冷凝成凝结水，产生的凝结水通过管道进入低压水泵6升压后进入第一分流器7分流为两路，第一路凝结水进入第二混合器8后与进口水加热器13热源出口的流体混合，第二路凝结水则进入第一混合器11，第二混合器8的出口水进入凝结水预热器9预热后进入第二分流器10进行分流；
由第二分流器10分出的第一路工质水进入第一混合器11后与来自第一分流器7的第二路凝结水混合，然后通过第一高压水泵12将混合后的给水输送至进口水加热器13进行加热，进口水加热器13的热源来自汽轮机子***或***过热蒸汽管道中的抽汽，进口水加热器13内的工质水被抽汽加热至太阳能集热器14设计接近点温差对应的温度值，热源抽汽放热后进入第二混合器8混合，进口水加热器13内被加热的水进入太阳集热器的进口，利用太阳能将进口水加热至高压饱和蒸汽状态，然后通入高压过热器23加热后进入汽轮机子***高压缸24中膨胀做功，经低压缸25做功后的蒸汽经冷凝器5冷凝后继续下一循环。
进一步地，该方法还包括：
由第二分流器10分出的第二路工质水进入第二高压水泵16加压后流入第二高压水泵19的进口，第二高压水泵19的出口水进入高压汽包22和高压蒸发器21的进口，高压蒸发器21出口的高压饱和蒸汽进入第三混合器15后与来自太阳集热器的高压饱和蒸汽混合，然后进入高压过热器23加热后进入汽轮机子***高压缸24中膨胀做功。
进一步地，该方法还包括：
由第二分流器10分出的第三路工质水进入低压汽包18与低压蒸发器17的入口，低压汽包18出口的饱和蒸汽进入低压过热器20的入口，经过低压过热器20加热后进入汽轮机低压缸25中膨胀做功。
本发明实施例提出的一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***及其方法，燃气轮机子***作为输出功的主要部分，其排气作为余热锅炉子***的主要热源，用于加热凝结水至过热蒸汽状态，提高水蒸气的做功能力；余热锅炉子***利用水作为循环工质，降低燃气轮机子***因排气温度过大造成的余热损失；槽式太阳能集热器子***作为辅助热源，用于加热余热锅炉的部分给水使其达到高压饱和蒸汽状态，提高蒸汽的做功能力；进口水加热器利用汽轮机或过热蒸汽管道的抽汽加热太阳能进口水，提高了联合循环的做功能力和能源综合利用效率；并利用温度控制器和流量控制器控制工质在不同设备出口的流量分配，维持联合循环高效运行；利用进口水加热器和太阳能集热器加热余热锅炉子***的部分给水，增大了工质的做功能力，降低了单位功率下燃料的消耗量，节约能源，减少污染物排放，并提高了联合循环的经济性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***，其特征在于，所述***包括燃气轮机子***、汽轮机子***、槽式太阳能集热子***以及余热锅炉子***；
所述燃气轮机子***包括依次连接的压气机、燃烧室、燃气透平和发电机，所述燃气透平的出口通过排气管道连接所述余热锅炉子***以对燃气轮机排气进行回收利用；所述汽轮机子***包括依次连接的高压缸、低压缸和发电机；
所述槽式太阳能集热子***包括太阳能集热器、进口水加热器、第一高压水泵以及第一混合器，所述太阳能集热器的进口连接进水口加热器的出口，所述进口水加热器的进口连接第一高压水泵的出口，所述第一高压水泵的进口连接第一混合器的出口；
所述余热锅炉子***包括冷凝器、低压水泵、第一分流器、第二混合器、凝结水预热器、第二分流器以及高压过热器，所述冷凝器连接低压缸，所述低压水泵连接冷凝器，所述第一分流器的进口连接低压水泵，所述第一分流器的第一路出口连接第二混合器的第一路进口，所述第二混合器的第二路进口连接进口水加热器的热源介质出口，所述第二混合器的出口连接凝结水预热器的进口，所述凝结水预热器的出口连接第二分流器的进口，所述第二分流器的第一路出口连接第一混合器的第一路进口，所述第一分流器的第二路出口连接第一混合器的第二路进口，所述太阳能集热器的出口连接高压过热器的进口，所述高压过热器的出口连接所述高压缸。
2.根据权利要求1所述的一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***，其特征在于，所述余热锅炉子***还包括第二高压水泵、高压省煤器、高压蒸发器、高压汽包以及第三混合器，所述第二分流器的第二路出口连接所述第二高压水泵的进口，所述第二高压水泵的出口连接高压省煤器的进口，所述高压省煤器的出口连接高压汽包和高压蒸发器的进口，所述高压蒸发器的出口连接第三混合器的第一路进口，所述太阳能集热器的出口连接第三混合器的第二路进口，所述第三混合器的出口连接高压过热器的进口。
3.根据权利要求1所述的一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***，其特征在于，所述余热锅炉子***还包括低压蒸发器、低压汽包以及低压过热器，所述第二分流器的第三路出口连接低压汽包和低压蒸发器的进口，所述低压汽包的出口连接低压过热器的进口，所述低压过热器的出口连接低压缸。
4.根据权利要求1所述的一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***，其特征在于，所述进口水加热器的热源来自所述汽轮机子***或***过热蒸汽管道中的抽汽。
5.根据权利要求4所述的一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***，其特征在于，所述进口水加热器的热源进口连接有流量控制器，所述流量控制器用于控制汽轮机子***或***过热蒸汽管道的抽汽量，抽汽量根据所述进口水加热器的进口水参数实时调整，使所述进口水加热器出口温度维持到设计值。
6.根据权利要求1所述的一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***，其特征在于，所述余热锅炉子***还包括温度控制器，所述第一分流器的第二路出口连接温度控制器的进口，所述温度控制器的出口连接第一混合器的第二路进口，所述温度控制器根据余热锅炉子***的排烟温度大小控制所述第一分流器流出的流量，当所述余热锅炉子***的排烟温度高于设计值时，则增加进入所述凝结水预热器的出口水流量，当所述余热锅炉子***的排烟温度低于设计值时，减少进入所述凝结水预热器的出口水流量。
7.根据权利要求1-6中任一所述的一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***的运行方法，其特征在于，所述方法包括：
压气机将压缩的空气通过管路输入燃烧室，输入的空气与燃料充分混合后燃烧产生高温高压的气体，高温高压的气体经管道进入燃气透平中做功并带动发电机发电，燃气透平出口的排气进入余热锅炉子***用于加热工质水进行回收利用；
经过汽轮机子***高压缸和低压缸做功后的蒸汽通过管道进入冷凝器冷凝成凝结水，产生的凝结水通过管道进入低压水泵升压后进入第一分流器分流为两路，第一路凝结水进入第二混合器后与进口水加热器热源出口的流体混合，第二路凝结水则进入第一混合器，第二混合器的出口水进入凝结水预热器预热后进入第二分流器进行分流；
由第二分流器分出的第一路工质水进入第一混合器后与来自第一分流器的所述第二路凝结水混合，然后通过第一高压水泵将混合后的给水输送至进口水加热器进行加热，进口水加热器的热源来自汽轮机子***或***过热蒸汽管道中的抽汽，进口水加热器内的工质水被抽汽加热至太阳能集热器设计接近点温差对应的温度值，热源抽汽放热后进入第二混合器混合，进口水加热器内被加热的水进入太阳集热器的进口，利用太阳能将进口水加热至高压饱和蒸汽状态，然后通入高压过热器加热后进入汽轮机子***高压缸中膨胀做功，经低压缸做功后的蒸汽经冷凝器冷凝后继续下一循环。
8.根据权利要求7所述的一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***的运行方法，其特征在于，所述方法还包括：
由第二分流器分出的第二路工质水进入第二高压水泵加压后流入高压省煤器的进口，高压省煤器的出口水进入高压汽包和高压蒸发器的进口，高压蒸发器出口的高压饱和蒸汽进入第三混合器后与来自太阳集热器的高压饱和蒸汽混合，然后进入高压过热器加热后进入汽轮机子***高压缸中膨胀做功。
9.根据权利要求7所述的一种温控加热型太阳能燃气联合循环发电***的运行方法，其特征在于，所述方法还包括：
由第二分流器分出的第三路工质水进入低压汽包与低压蒸发器的入口，低压汽包出口的饱和蒸汽进入低压过热器的入口，经过低压过热器加热后进入汽轮机低压缸中膨胀做功。
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