CN202284527U - 太阳能和生物质气化互补储能热发电装置 - Google Patents

太阳能和生物质气化互补储能热发电装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型太阳能和生物质气化互补储能热发电装置由太阳能聚光装置、储热换热罐、熔盐储热介质、列管或盘管换热器和蒸发器、温度平衡搅拌器、生物质气化炉、生物质物料进口和废渣排出口，生物质储气包、生物质燃气锅炉、动力发电机组组成，为克服太阳能热发电不可控、不连续的技术缺陷，通过利用熔盐储热和生物质气化热能以及燃气储能的优势，实现太阳能互补连续热发电。

Description

太阳能和生物质气化互补储能热发电装置
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能和生物质气化互补储能的热发电(CSP)装置，该技术属太阳能热利用和生物质利用领域。
背景技术
目前，摆在国际太阳能聚热发电(CSP)领域的关键技术课题就是通过技术创新不断降低太阳能热发电制造成本，继续提高发电效率，积极创造替代化石能源的经济技术基础。但是，由于太阳能热发电先天存在不可控和不连续的技术缺陷，致使太阳能热发电还无法同化石能源发电竞争。为解决这一技术问题，西班牙安达索槽式太阳能热发电站和吉玛索塔式太阳能热发电站成功地采用了熔盐储热技术，使每天的发电时间延长了7.5小时甚至达全天24小时。但是，这一技术的最大缺陷是仅适用于太阳能直接辐照条件较好的地区，而在大多数光照条件稍差的地区则无法使用。为此，选择太阳能与天燃气发电(ISCC)互补、与燃煤发电互补的技术路线就成为一种新的选择。但是这毕竟是一种过渡技术，人类最终将选择可再生能源取代化石能源。为实现这一目标，近年来诞生了不少太阳能与可再生能源技术相结合的技术方法，例如申请号为201010183690.0的专利则是将生物质锅炉与槽式太阳能热发电***管路连通，以直接燃烧生物质进行互补；申请号为201010298986.7的专利也是采用生物质锅炉作为太阳能发电的辅助热源。专利200610039744.X、201010182424.6虽然采用了生物质气化技术和太阳能互补，但主要以气化燃气发电和余热利用为主。采用沼气发电与太阳能热发电互补也被提到议事日程，如专利200710014670.9所述。但是这些技术大都没有考虑将两种储能技术有机结合。发明人在专利201110060078.9；201110086362.3和201110161536.8申请中提出设立适合太阳能中低温热发电(CSP)的新型的储热换热一体化装置，其目的是为了减化太阳能热发电设备数量，充分利用储热装置降低热损失，提高中低温热发电效率。如果将这一技术同生物质气化及其储气技术相结合，就可以找到太阳能和生物质能全新的结合点，特别是生物质燃料在一定区域内并不总是那样充足，而太阳也不总是高高挂在天空，只有发挥两者长处，才能从根本上克服太阳能热发电和生物质能各自存在的缺陷，最终实现可再生能源替代化石能源的终极目标。
发明内容
本实用新型就是为克服太阳能热发电不可控、不连续的技术缺陷，通过利用生物质气化热能和燃气储能的优势，实现太阳能互补热发电的装置。
本实用新型由太阳能聚光装置、储热换热罐、熔盐储热介质、列管或盘管换热器和蒸发器、温度平衡搅拌器、生物质气化炉、生物质物料进口和废渣排出口，生物质储气包、生物质燃气锅炉、动力发电机组组成，其特征在于：
1)储热换热罐为圆形体；或哑铃圆柱型体；或长方圆柱型；或储热换热罐设相通的分支罐体，分支罐体成一字型、三角型或十字型排列；
2)列管或盘管换热器、蒸发器安装在储热换热罐体内，采用纵向成列或平行成行的混合交叉组合排列模式；
3)储热换热罐内设置过热蒸发器，过热蒸发器的四个接口分别连接太阳能聚光装置、列管或盘管蒸发器和换热器以及动力发电机组相应接口；或将过热蒸发器设置在储热换热罐外。
4)生物质气化炉设置在储热换热罐体内、或储热换热罐体外；
5)温度平衡搅拌器设置在储热换热罐体内；温度平衡搅拌器平行或垂直设置；
6)设置在储热换热罐体里的生物质气化炉内平行交叉排列、或倾斜交叉排列熔盐加热流道；熔盐加热流道两端端口朝向储热换热罐体内；
7)在储热换热罐体外设置生物质物料进料、废渣排出、气化气出口、焦油过滤、汽水分离、进氧鼓风口、空气预热器装置；
8)生物质气化炉设置燃烧室、燃气喷口、出气口；出气口连接生物质储气包以及串接工质预热器和空气预热器；
9)设置生物质燃气锅炉，燃气锅炉进出口与槽式太阳能热发电聚光装置并联；燃气锅炉底部燃烧室设置燃气喷口，燃气喷口通过控制阀连接生物质储气包；或沼气、天然气、煤制气气源；或将燃气喷口设在生物质气化炉燃烧室，不另设生物质燃气锅炉，进料口改做排风口；
10)储热换热罐内的列管或盘管换热器进出口分别连接过热蒸发器出口和槽式太阳能聚光装置进口；
11)储热换热罐体内的过热蒸发器出口和列管或盘管蒸发器进口分别连接动力发电机组进出口；
12)过热蒸发器、列管或盘管换热器以及蒸发器的金属内管为波节管又称波纹管、或内螺旋金属管、或外螺旋金属管；
13)所述动力发电机组为蒸汽郎肯循环或有机郎肯循环(ORC)动力发电机组；或中低温斯特林热发电动力发电机组；
14)太阳能聚光装置为槽式、塔式、反射菲涅尔、碟式太阳能聚光装置，采用雾化水汽、导热油、或熔盐为传热工质。
本实用新型的创新点和新颖之处为：
1、充分发挥太阳能储热和生物质能储气的不同方式的储能优势，实现优势互补。
2、有效克服太阳能热发电不可控和不连续的缺陷，延长发电时数，提高可再生能源的经济性、实用性、竞争性。
3、精简设备总体数量，有益于降低装置制造成本。
4、将大部分传热设备浸泡在高温熔盐溶液中，最大限度减少热损失，提高热效率。由于熔盐溶液不进入管道运行(低结晶点熔盐除外)，即使使用高结晶点熔盐，也可以保证储能***安全运行。
5、提高了太阳能热发电技术的地域适应性，只要具备一定光照时数和具有一定规模可燃性生物质料的地区都可以采用这项技术实现能源自给。该装置特别适合边远农村地区使用。
6、创造了太阳能和生物质能同化石能源竞争的技术基础和条件。
本实用新型同样适用于生物质直接燃烧、沼气燃气发电通过与太阳能储热技术相结合的互补热发电装置。
附图说明
图1是本实用新型槽式太阳能和生物质气化互补储能热发电装置示意图
图2是本实用新型槽式太阳能和气化燃气互补一体化热发电装置示意图
其中：1、储热换热罐；2、列管或盘管换热器；3、列管或盘管蒸发器；4、生物质气化炉；5、熔盐流道；6、温度平衡搅拌器；7、生物质物料进口；8、生物质废渣出口；9、生物质气出口；10、槽式太阳能聚光装置；11、生物质储气包；12、动力发电机组；13、过热蒸发器；14、生物质燃气锅炉；15、燃气喷口；16、进氧鼓风口；17、工质预热器；18、空气预热器
具体实施方式
1)储热换热罐设计成圆形体；或哑铃圆柱型体；或长方圆柱型；或储热换热罐设相通的分支罐体，分支罐体成一字型、三角型或十字型排列。
2)列管或盘管换热器、蒸发器安装在储热换热罐体内，采用纵向成列或平行成行的混合交叉组合排列模式，利用熔盐作媒介实现热交换。
3)储热换热罐内设置过热蒸发器，过热蒸发器的两端四个接口分别连接槽式太阳能聚光装置、列管或盘管蒸发器和换热器的相应接口，过热蒸发器对列管或盘管蒸发器产生的饱和蒸汽进一步加热。
4)生物质气化炉设置在储热换热罐体内；或储热换热罐体外(未标示意图)；
5)温度平衡搅拌器设置在储热换热罐体内；温度平衡搅拌叶轮平行或垂直设置在中、底部，或生物质气化炉两侧，平衡罐内熔盐温度。
6)在生物质气化炉内平行交叉排列、或倾斜交叉排列熔盐加热流道；熔盐加热流道两端端口朝向储热换热罐体内，充分利用生物质气化热保持熔盐储热温度，确保热发电连续进行。
7)在储热换热罐体外设置生物质物料进料、废渣排出、焦油过滤、汽水分离装置。
8)生物质气化炉出气口连接生物质储气包；同时设置进氧鼓风口、燃烧室、气化气出口。
9)设置生物质燃气锅炉，燃气锅炉蒸汽进出口与槽式太阳能热发电聚光装置并联；燃气锅炉底部燃烧室设置燃气喷口，燃气喷口通过控制阀连接生物质储气包，或沼气、天然气、煤制气气源。如图1所示。
10)或将燃气喷口设在生物质气化炉燃烧室，不另设生物质燃气锅炉，在清理炉渣停机期间或生物质料短缺时使用存储的气化燃气或其它气源保持熔盐温度和继续热发电。如图2所示。
11)储热换热罐内的列管或盘管换热器进出口分别连接过热蒸发器出口和槽式太阳能聚光阵列进口，完成太阳能热循环。
12)储热换热罐体内的过热蒸发器出口和列管或盘管蒸发器进口分别连接蒸汽郎肯循环动力机，或有机郎肯循环(ORC)动力机组进出口，或中低温斯特林热发电动力装置。
13)过热蒸发器、列管或盘管换热器以及蒸发器的金属内管为波节管又称波纹管、或内螺旋金属管、或外螺旋金属管，利用湍流换热原理提高换热效率。
14)储热介质为熔盐储热介质，熔盐在液态期间通过搅拌器可以加快实现罐内热平衡。
15)槽式太阳能聚光装置为雾化闪蒸DSG热发电装置，或以导热油、熔盐为传热工质的槽式太阳能热发电装置。
本实用新型同样适用于塔式、反射菲涅尔及碟式太阳能热发电装置。

Claims (5)

1.太阳能和生物质气化互补储能热发电装置由太阳能聚光装置、储热换热罐、熔盐储热介质、列管或盘管换热器和蒸发器、温度平衡搅拌器、生物质气化炉、生物质物料进口和废渣排出口，生物质储气包、生物质燃气锅炉、动力发电机组组成，其特征在于：
1)储热换热罐为圆形体；或哑铃圆柱型体；或长方圆柱型；或储热换热罐设相通的分支罐体，分支罐体成一字型、三角型或十字型排列；
2)列管或盘管换热器、蒸发器安装在储热换热罐体内，采用纵向成列或平行成行的混合交叉组合排列模式；
3)储热换热罐内设置过热蒸发器，过热蒸发器的四个接口分别连接太阳能聚光装置、列管或盘管蒸发器和换热器以及动力发电机组的相应接口；或将过热蒸发器设置在储热换热罐体外；
4)生物质气化炉设置在储热换热罐体内；或储热换热罐体外；
5)温度平衡搅拌器设置在储热换热罐体内，温度平衡搅拌器平行或垂直设置；
6)在生物质气化炉内平行交叉排列、或倾斜交叉排列熔盐加热流道；熔盐加热流道两端端口朝向储热换热罐体内；
7)在储热换热罐体外设置生物质物料进料、废渣排出、气化气出口、焦油过滤、汽水分离、进氧鼓风口、空气预热器装置；
8)生物质气化炉设置燃烧室、燃气喷口、出气口；出气口连接生物质储气包以及串接工质预热器和空气预热器。
2.根据权利要求1所述的太阳能和生物质气化互补储能热发电装置，其特征在于：设置生物质燃气锅炉，燃气锅炉进出口与太阳能热发电聚光装置并联；燃气锅炉底部燃烧室设置燃气喷口，燃气喷口通过控制阀连接生物质储气包，或沼气、天然气、煤制气气源；或将燃气喷口设在生物质气化炉燃烧室，不另设生物质燃气锅炉，进料口改做排风口。
3.根据权利要求1所述的太阳能和生物质气化互补储能热发电装置，其特征在于：所述动力发电机组为蒸汽郎肯循环或有机郎肯循环(ORC)动力机；或中低温斯特林热发电动力机。
4.根据权利要求1所述的太阳能和生物质气化互补储能热发电装置，其特征在于：过热蒸发器、列管或盘管换热器以及蒸发器的金属内管为波节管又称波纹管、或内螺旋金属管、或外螺旋金属管。
5.根据权利要求1所述的太阳能和生物质气化互补储能热发电装置，其特征在于：太阳能聚光装置为槽式、塔式、反射菲涅尔、碟式太阳能聚光装置，采用雾化水汽、或导热油、或熔盐为传热工质。
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