CN208620656U - 基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置 - Google Patents

基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，包括聚光光伏发电及余热利用***、吸收式制冷***、火电空冷凝汽器组件，通过将聚光光伏发电***与煤电***相结合，用于解决火电空冷机组安全度夏问题，在夏天启用冬季供热用的吸收式制冷装置，利用聚光光伏***的余热驱动吸收式制冷机组以制取冷冻水，冷冻水对电厂空冷机组的环境高温空气进行预冷，从而提升凝汽器的换热性能，达到降低汽轮机排汽背压提高发电效率的目的；与此同时，聚光光伏电池上的光电转化发电量能够进一步增加电力供应。双管齐下，以有效应对夏季高温时用电量过大对火电机组造成的压力。

Description

基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置
技术领域
本实用新型属于聚光光伏的余热利用以及燃煤火力发电机组的空气冷却领域，涉及一种聚光光伏发电与煤电相结合的光煤互补***，具体是一种基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，用于解决火电空冷机组安全度夏问题。
背景技术
燃煤火力发电机组占所有电力供应的73％，是我国电力供应的根本保障。由于空冷***具有明显的节水优势，已经成为我国富煤少水地区的首选。空冷凝汽器的传热性能极易受到气象条件的影响，如环境空气温度升高则会极大恶化凝汽器的换热性能，使汽轮机排汽背压升高，进而恶化了发电机组的效率。研究表明：环境温度升高1℃，汽轮机机组真空度下降约2kPa，发电量下降约4MW；除此之外，环境空气高温有可能威胁***的安全运行。当环境温度过高引起汽轮机排汽背压升高时，锅炉必须加煤以维持主汽压力，但当凝汽器背压波动下降时，由于减煤调节的滞后性，会引起主汽压力过高，进而造成锅炉和汽机跳闸。因此发展一种能够抑制空冷机组性能随环境温度变化的装置是十分必要的。
针对空冷机组安全度夏问题，目前所采用的解决方案是降负荷运行或干湿联合改造措施。降负荷运行，虽然可以保证机组的安全，但是这与高温情况用电量大的现状背道而驰；进行干湿联合改造的措施，如发明专利“采用自然通风及复合运行模式的干湿联合冷却塔及其应用”(申请号：201510810682.7)，该专利基于自然通风冷却塔，提出了一种干湿联合运行方式，指出干段和湿段可以采用串联、并联或混合流程的复合运行模式，降低循环水温度的冷却塔。干湿联合冷却方式，一来湿冷效果也有极限，效果不是特别理想，再者违背了建造空冷机组的节水初衷。
实用新型内容
针对现有技术的上述缺陷和不足，本实用新型旨在提供一种基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，利用聚光光伏发电光电转化效率高、占地面积小、太阳能电池的光电转化效率随电池表面温度的影响不大等优点，在保证光伏发电量的前提下，通过将电池表面维持在较高温度，取出部分热量加以利用，从而将聚光光伏发电与煤电相结合，用于解决火电空冷机组安全度夏问题，在夏天启用冬季供热用的吸收式制冷(热泵)装置，利用聚光光伏***的余热驱动吸收式制冷机组以制取冷冻水，冷冻水对电厂空冷机组的环境高温空气进行预冷，从而提升凝汽器的换热性能，达到降低汽轮机排汽背压提高发电效率的目的；与此同时，聚光光伏电池上的光电转化发电量能够进一步增加电力供应。双管齐下，以有效应对夏季高温时用电量过大对火电机组造成的压力。
本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，包括聚光光伏发电及余热利用***、吸收式制冷***、火电空冷凝汽器组件，其特征在于，
--所述聚光光伏发电及余热利用***，包括聚光透镜、光伏电池模组、控温传热热管及蓄热罐，其中，
所述聚光透镜用以将来自太阳辐射的光能聚集到所述光伏电池模组上，
所述光伏电池模组用以将光能经过光电转换转化为高品位电能，
所述控温传热热管的蒸发端与所述光伏电池模组传热连接，所述控温传热热管的冷凝端与所述蓄热罐传热连接，用以将所述光伏电池模组表面的低品位热能传输至所述蓄热罐；
--所述吸收式制冷***，采用溴化锂水溶液作为工作介质，包括吸收器、发生器、冷凝器、蒸发器、中间换热器、溶液泵、节流阀Ⅰ、节流阀Ⅱ，其中，
所述发生器的蒸汽输出端依次经所述冷凝器、节流阀Ⅰ、蒸发器的冷侧后与所述吸收器的低压蒸汽输入端连通，
所述吸收器的低浓度溴化锂溶液输出端依次经所述溶液泵、中间换热器的冷侧后与所述发生器的低浓度溴化锂溶液输入端连通，
所述发生器的高浓度溴化锂溶液输出端依次经所述中间换热器的热侧、节流阀Ⅱ后通入所述吸收器，
所述发生器中设置有换热组件，所述换热组件的进口与所述蓄热罐的热水出口连通，所述换热组件的出口与所述蓄热罐的回水口连通；
--所述火电空冷凝汽器组件，包括火电空冷凝汽器、蓄冷罐和空气预冷器，其中，
所述火电空冷凝汽器的热侧进口通入汽轮机乏汽，热侧出口为冷凝水，
所述空气预冷器的冷侧通过管路与设置在所述蓄冷罐中的换热组件形成封闭冷循环，
所述蓄冷罐的冷水输出端经所述吸收式制冷***中蒸发器的热侧后与所述蓄冷罐的冷水输入端连通，
所述空气预冷器的热侧进口与大气连通，热侧出口与所述火电空冷凝汽器的冷侧进口连通，所述火电空冷凝汽器的冷侧出口与大气连通。
优选地，所述光伏电池模组表面的低品位热能的温度为80～105℃。
优选地，所述聚光透镜为高倍聚光菲涅尔透镜。
优选地，所述光伏电池模组为砷化镓电池阵列。
优选地，所述控温传热热管的冷凝端通过集热器与所述蓄热罐传热连接。通有液体介质的集热器与多个热管进行换热，从而收集多个电池模组的热量，以少集多，并储存在蓄热罐中。
优选地，所述冷凝器与蒸发器的热侧之间的管路上设置有节流阀Ⅰ。
优选地，所述中间换热器的热侧与吸收器之间的管路上设置有节流阀Ⅱ。
优选地，所述蓄冷罐的冷水输出端与冷水输入端之间的输水管路上设置有循环水泵。
优选地，所述发生器中的换热组件与所述蓄热罐中的换热组件之间的连通管路上设置有控制阀门。
本实用新型的吸收式制冷***中，蓄热罐中输出的聚光光伏发电余热驱动发生器产生蒸汽，蒸汽在冷凝器中冷凝成液态水，通过节流阀Ⅰ为液态水降温降压，随后在蒸发器中蒸发，放出热量。低压蒸汽被高浓度溴化锂溶液在吸收器内吸收，形成低浓度溴化锂溶液，低浓度低压溶液被溶液泵加压后，在中间换热器与高温高压高浓度溶液进行换热，并流入发生器，在光伏发电余热的驱动下发生出高压蒸汽，形成高浓度溶液，完成整个吸收式制冷循环。
本实用新型的火电空冷凝汽器组件中，吸收式制冷***的蒸发器中液体蒸发时吸收的热量来自于循环冷冻水，与此同时循环水被冷却后储存在蓄冷罐中。在蓄冷罐的另一侧输出冷量对环境空气进行预冷降温。经过预冷的环境空气流入火电空冷凝汽器对汽轮机乏汽进行冷凝。
本实用新型的基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，由于最终降低了空冷凝汽器的冷媒(环境空气)温度，大大提升了冷凝器的换热性能，从而降低了汽轮机排汽背压，提升了发电效率，增加了发电量以抵抗夏季高温用电负荷过大对火电***造成的压力。与此同时，聚光光伏发电量也能够补充白天用电量过大问题，减轻用电高峰对火电机组造成的压力。两方面因素双管齐下，共同解决空冷凝汽器机组驱动的火电***中存在的两个固有问题：1、火电厂空冷机组安全度夏问题；2、夏季高温用电负荷过大与电厂出力不足的矛盾。
同现有技术相比，本实用新型的基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，借助光煤互补思想，白天环境空气高温造成凝汽器性能恶化时往往是太阳能辐射强度较大之时，此时充分利用聚光光伏余热来驱动吸收式制冷***制取冷水，补偿凝汽器的性能衰减，保证空冷机组安全度夏；本实用新型不仅利用聚光光伏***发电来补偿夏季高温时火电出力不足，而且充分利用聚光光伏余热制取冷水，对凝汽器空气进行预冷，改善凝汽器的换热性能，进而提高火电机组发电效率及发电量，从而将光煤互补耦合发挥到极致；从余热利用的角度出发，许多火电厂都已经配有吸收式制冷机组，以备冬季供暖。本实用新型只需要额外增加一个蓄冷罐及空气预冷器就可以架起用光伏发电余热解决夏季凝汽器换热性能衰减问题的桥梁，无需大量增加投入。同时将本来只用于供暖的吸收式制冷机组在夏季得以充分利用，大大缩短了设备成本回收周期。
附图说明
图1为本实用新型的基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型的基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，包括聚光光伏发电及余热利用***、吸收式制冷***、火电空冷凝汽器组件。
聚光光伏发电及余热利用***，包括聚光透镜101、光伏电池模组102、控温传热热管103、集热器104及蓄热罐105，其中，聚光透镜101，例如可以为1000倍的高倍聚光菲涅尔透镜，用以将来自太阳辐射的光能聚集到光伏电池模组102上，光伏电池模组102可以有多组，每个光伏电池模组102又包含N×M个砷化镓电池阵列，光伏电池模组102用以将光能经过光电转换转化为高品位电能，与此同时太阳能电池表面可以输出80～105℃的低品位热能，控温传热热管103的蒸发端与光伏电池模组102传热连接，控温传热热管的冷凝端通过集热器104与蓄热罐105传热连接，通有液体介质的集热器104与多个热管进行换热，从而收集多个电池模组102表面的低品位的热能，以少集多，并储存在蓄热罐105中。
吸收式制冷***，采用溴化锂水溶液作为工作介质，包括吸收器201、发生器202、冷凝器203、蒸发器204、中间换热器205、溶液泵206、节流阀Ⅰ207、节流阀Ⅱ208，其中，发生器202的蒸汽输出端依次经冷凝器203、节流阀Ⅰ207、蒸发器204的冷侧后与吸收器201的低压蒸汽输入端连通，吸收器201的低浓度溴化锂溶液输出端依次经溶液泵206、中间换热器205的冷侧后与发生器202的低浓度溴化锂溶液输入端连通，发生器202的高浓度溴化锂溶液输出端经中间换热器205的热侧、节流阀Ⅱ208后通入吸收器201，发生器202中设置有换热组件，换热组件的进口与蓄热罐105的热水出口连通，换热组件的出口与蓄热罐105的回水口连通，且在二者之间的连通管路上设置有控制阀门。
本实用新型的吸收式制冷***中，蓄热罐105中输出的聚光光伏发电余热驱动发生器202产生蒸汽，蒸汽在冷凝器203中冷凝成液态水，通过节流阀Ⅰ207为液态水降温降压，随后在蒸发器204中蒸发，放出热量。低压蒸汽被高浓度溴化锂溶液在吸收器201内吸收，形成低浓度溴化锂溶液，低浓度低压溶液被溶液泵206加压后，在中间换热器205与高温高压高浓度溶液进行换热，并流入发生器202，在光伏发电余热的驱动下发生出高压蒸汽，形成高浓度溶液，完成整个吸收式制冷循环。
火电空冷凝汽器组件，包括火电空冷凝汽器301、蓄冷罐302、空气预冷器303和循环泵304，其中，火电空冷凝汽器301的热侧进口通入汽轮机乏汽，热侧出口为冷凝水，空气预冷器303的冷侧通过管路与设置在蓄冷罐302中的换热组件形成封闭冷循环，蓄冷罐302的冷水输出端经吸收式制冷***中蒸发器204的热侧后与蓄冷罐302的冷水输入端连通，且在输水管路上设置有循环泵304；空气预冷器303的热侧进口与大气连通，热侧出口与火电空冷凝汽器301的冷侧进口连通，火电空冷凝汽器301的冷侧出口与大气连通。
本实用新型的火电空冷凝汽器组件中，吸收式制冷***的蒸发器中液体蒸发时吸收的热量来自于循环冷冻水，与此同时循环水被冷却后储存在蓄冷罐中。在蓄冷罐的另一侧输出冷量对环境空气进行预冷降温。经过预冷的环境空气流入火电空冷凝汽器对汽轮机乏汽进行冷凝。
本实用新型的基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，由于最终降低了空冷凝汽器的冷媒(环境空气)温度，大大提升了冷凝器的换热性能，从而降低了汽轮机排汽背压，提升了发电效率，增加了发电量以抵抗夏季高温时用电负荷过大对火电***造成的压力。与此同时，聚光光伏发电量也能够补充白天用电量过大问题，减轻用电高峰对火电机组造成的压力。两方面因素双管齐下，共同解决空冷凝汽器机组驱动的火电***中存在的空冷机组安全度夏问题以及夏季高温用电负荷过大与电厂出力不足的矛盾。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的范围之内。

Claims (9)

1.一种基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，包括聚光光伏发电及余热利用***、吸收式制冷***、火电空冷凝汽器组件，其特征在于，
--所述聚光光伏发电及余热利用***，包括聚光透镜、光伏电池模组、控温传热热管及蓄热罐，其中，
所述聚光透镜用以将来自太阳辐射的光能聚集到所述光伏电池模组上，
所述光伏电池模组用以将光能经过光电转换转化为高品位电能，
所述控温传热热管的蒸发端与所述光伏电池模组传热连接，所述控温传热热管的冷凝端与所述蓄热罐传热连接，用以将所述光伏电池模组表面的低品位热能传输至所述蓄热罐；
--所述吸收式制冷***，采用溴化锂水溶液作为工作介质，包括吸收器、发生器、冷凝器、蒸发器、中间换热器、溶液泵、节流阀Ⅰ、节流阀Ⅱ，其中，
所述发生器的蒸汽输出端依次经所述冷凝器、节流阀Ⅰ、蒸发器的冷侧后与所述吸收器的低压蒸汽输入端连通，
所述吸收器的低浓度溴化锂溶液输出端依次经所述溶液泵、中间换热器的冷侧后与所述发生器的低浓度溴化锂溶液输入端连通，
所述发生器的高浓度溴化锂溶液输出端依次经所述中间换热器的热侧、节流阀Ⅱ后通入所述吸收器，
所述发生器中设置有换热组件，所述换热组件的进口与所述蓄热罐的热水出口连通，所述换热组件的出口与所述蓄热罐的回水口连通；
--所述火电空冷凝汽器组件，包括火电空冷凝汽器、蓄冷罐、空气预冷器和循环泵，其中，
所述火电空冷凝汽器的热侧进口通入汽轮机乏汽，热侧出口为冷凝水，
所述空气预冷器的冷侧通过管路与设置在所述蓄冷罐中的换热组件形成封闭冷循环，
所述蓄冷罐的冷水输出端经所述吸收式制冷***中蒸发器的热侧后与所述蓄冷罐的冷水输入端连通，
所述空气预冷器的热侧进口与大气连通，热侧出口与所述火电空冷凝汽器的冷侧进口连通，所述火电空冷凝汽器的冷侧出口与大气连通。
2.根据权利要求1所述的基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述光伏电池模组表面的低品位热能的温度为80~105℃。
3.根据权利要求1所述的基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述聚光透镜为高倍聚光菲涅尔透镜。
4.根据权利要求1所述的基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述光伏电池模组为砷化镓电池阵列。
5.根据权利要求1所述的基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述控温传热热管的冷凝端通过集热器与所述蓄热罐传热连接。
6.根据权利要求1所述的基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述冷凝器与蒸发器的热侧之间的管路上设置有节流阀Ⅰ。
7.根据权利要求1所述的基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述中间换热器的热侧与吸收器之间的管路上设置有节流阀Ⅱ。
8.根据权利要求1所述的基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述蓄冷罐的冷水输出端与冷水输入端之间的输水管路上设置有循环水泵。
9.根据权利要求1所述的基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置，其特征在于，所述发生器中的换热组件与所述蓄热罐之间的连通管路上设置有控制阀门。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108800652A (zh) * 2018-07-16 2018-11-13 中国科学院工程热物理研究所 基于聚光光伏余热利用的火电空冷凝汽器安全度夏装置
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