專利名稱：當(dāng)在太陽能熱電廠中太陽能直接汽化時中間再熱器燃燒的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運行太陽能熱電廠設(shè)備的方法以及一種太陽能熱電廠 設(shè)備，它包括基于直接汽化的太陽能鍋爐和工作流體燃燒的中間再熱器。
背景技術(shù)：
太陽能熱電廠是與傳統(tǒng)不同的另一種發(fā)電裝置。太陽能熱電廠利用太 陽輻射能生產(chǎn)電能。它由一個用于吸收太陽能的太陽能電廠部分和第二個 大多傳統(tǒng)的電廠部分組成。
太陽能電廠部分包括太陽能采集場，也就是說包括收集器的聚集系統(tǒng)。 聚集的收集器是太陽能電廠部分的主要組成部分。已知的收集器在這里是 拋物線槽式收集器、菲涅耳收集器、太陽能塔架和拋物面反射鏡。拋物線 槽式收集器將陽光聚集在定位于聚焦線內(nèi)的吸收管上。在那里吸收太陽能
并作為熱能進一步傳給載熱介質(zhì)。
在這里作為載熱介質(zhì)可考慮使用熱油、水、空氣或鹽水。
傳統(tǒng)的電廠部分大多包括汽輪機、發(fā)電機和冷凝器，其中與傳統(tǒng)電廠 相比，用太陽能采集場產(chǎn)生的加熱量代替通過鍋爐產(chǎn)生的熱量。
目前設(shè)計采用間接汽化的太陽能熱電廠，也就是說在太陽能電廠部分 與傳統(tǒng)的電廠部分之間連接熱交換器，以便將太陽能采集場中產(chǎn)生的能量， 由太陽能采集場循環(huán)的載熱介質(zhì)傳給傳統(tǒng)的電廠部分的水汽循環(huán)。
未來的選擇將是直接汽化，其中，太陽能電廠部分的太陽能采集場循 環(huán)與傳統(tǒng)的電廠部分的水汽循環(huán)構(gòu)成一個共同的循環(huán)，此時對太陽能采集 場中的水進行預(yù)熱、汽化和再熱，并如此供給傳統(tǒng)部分。因此太陽能電廠 部分是太陽能鍋爐。
傳統(tǒng)的電廠部分采用在太陽能采集場中直接汽化達到的蒸汽參數(shù)不能 最佳地運行。通過盡可能大的壓降進行的蒸汽膨脹，受膨脹時在透平中形 成的水分的極大限制。為了在利用盡可能大壓降的同時在透平中形成水分最小化，有必要對蒸汽進行中間再熱。
在傳統(tǒng)的蒸汽發(fā)電廠中，中間再熱借助鍋爐內(nèi)的熱交換器實施。在利 用直接汽化的太陽能熱電廠中，中間再熱在單獨的太陽能采集場內(nèi)實施。 但是中間再熱的這種實施形式看起來并不恰當(dāng)，因為在太陽能采集場內(nèi)中 間再熱時將帶來很大的壓力損失。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明有關(guān)設(shè)備要解決的技術(shù)問題是，提供一種改善中間再熱的 太陽能熱電廠設(shè)備。另一個技術(shù)問題是，提供一種運行這種電廠設(shè)備的方法。
按照本發(fā)明上述技術(shù)問題通過專利權(quán)利要求1和專利權(quán)利要求15的特 征部分得以解決。
在從屬權(quán)利要求中列舉其他有利的實施形式。
按照本發(fā)明的太陽能熱電廠設(shè)備包括工作流體循環(huán)、基于直接汽化的 太陽能鍋爐和汽輪機，用于使工作流體膨脹以輸出技術(shù)功，其中，太陽能 鍋爐和汽輪機連接在工作流體循環(huán)中，包括用于使工作流體中間再熱的補 充燃燒器。
如此配置的優(yōu)點是，中間再熱器蒸汽溫度可以與新汽溫度相同或者甚 至更高。
有利地，補充燃燒器可用氫工作。在這方面特別恰當(dāng)?shù)氖牵瑲浣柚?解產(chǎn)生，電解所需要的能量例如由光電設(shè)備保證。這種方案特別有利，因 為與太陽能熱電廠本身一樣，補充燃燒同樣通過廢熱利用的能量實現(xiàn)，以 及沒有二氧化碳進入水汽循環(huán)中。
按有利的擴展設(shè)計，太陽能熱電廠設(shè)備包括產(chǎn)生電能的發(fā)電機。
此時恰當(dāng)?shù)氖?，電解所需要的電能可以由太陽能熱電廠自己提供。這 種配置的優(yōu)點是，由于在中間再熱時改善了蒸汽參數(shù)所以使效率更高，以 及是單純實施廢熱利用的補充燃燒。
除了在用氫燃燒器的中間再熱時直接燃燒以及氫直接在水蒸氣內(nèi)燃燒 外，氫可以在傳統(tǒng)的蒸汽循環(huán)的其他多個地點直接燃燒，使過程優(yōu)化和提 高效率。氫借助直接在水蒸氣內(nèi)燃燒的氫燃燒器燃燒，可例如有利地用于
5根據(jù)蒸汽參數(shù)，蒸汽分離器在循環(huán)中恰當(dāng)?shù)乜梢蕴幱谥虚g再熱器前，以便在中間再熱器冷的二次側(cè)以盡可能高的蒸汽含量進入蒸汽-蒸汽熱交換器中。
此外在這方面恰當(dāng)?shù)氖牵瑏碜哉羝蛛x器的冷凝物在適宜的位置重新被加入工作流體循環(huán)中。
特別有利地，太陽能熱電廠設(shè)備包括拋物線槽式收集器，它有高的工藝成熟度，以及對于線性聚集系統(tǒng)而言有最高的集中效應(yīng)，由此可以實現(xiàn)高的過程溫度。
按另一種實施形式采用菲涅耳收集器。與拋物線槽式收集器相比，菲涅耳收集器的優(yōu)點在于用套管固定和導(dǎo)致比較小的壓力損失。菲涅耳收集器與拋物線槽式收集器相比的另一個優(yōu)點是，它們基本上是一些標(biāo)準(zhǔn)化的部件，這種部件沒有高的工藝技能也可以生產(chǎn)。因此菲涅耳收集器的購置
費和維修費低。
另 一種有利的實施形式是利用太陽能塔架進行太陽能直接汽化，它能實現(xiàn)最高的過程溫度。
基于水非常高的單位熱容量或其高的單位汽化焓及其簡單的可操作性，所以它是一種非常好的熱載體，并因而非常適合作為工作流體。
有關(guān)方法的技術(shù)問題通過一種運行太陽能熱電廠設(shè)備的方法得以解決，在太陽能熱電廠設(shè)備中工作流體在循環(huán)內(nèi)導(dǎo)引流動，其中，工作流體通過陽光照射直接汽化，以及在膨脹段上膨脹以輸出技術(shù)功，并在補充燃燒器內(nèi)再熱。
此方法用于上述已說明的設(shè)備。因此所述設(shè)備的優(yōu)點也適用于本方法。由下面對優(yōu)選的實施例和附圖的說明以及由其他從屬權(quán)利要求，提供本發(fā)明的其他優(yōu)點、特征和詳情。


下面借助附圖舉例詳細(xì)說明本發(fā)明。
附圖簡化和未按尺寸比例地表示圖1表示借助補充燃燒的中間再熱；
圖2表示借助燃燒氫的補充燃燒器的中間再熱，其中氫可再利用地通過光電設(shè)備產(chǎn)生；圖3表示借助燃燒氫的補充燃燒器的中間再熱，其中氫借助來自電廠 自己產(chǎn)品的電流獲得；
圖4表示在太陽能電廠中直接燃燒氫的一般性利用；以及
圖5表示兩種系統(tǒng)(蒸汽-蒸汽熱交換器與直接燃燒氫)的組合。
在所有的圖中相同的部分采用同 一附圖標(biāo)記標(biāo)注。
具體實施例方式
圖1示意性地表示出按照本發(fā)明直接汽化的太陽能熱電廠設(shè)備1的結(jié) 構(gòu)和循環(huán)過程。設(shè)備l包括太陽能采集場2，在太陽能采集場中收集陽光并 轉(zhuǎn)換為熱能，以及可以例如有拋物線槽式收集器、太陽能塔架或菲涅耳收 集器。收集的陽光交給載熱介質(zhì)，載熱介質(zhì)被汽化和通過新汽管道IO作為 工作流體被導(dǎo)入例如由汽輪機3組成的膨脹段19中。汽輪機3包括高壓透 平4和低壓透平5，它們驅(qū)動發(fā)電機6。工作流體在汽輪機3中膨脹，以及 接著在冷凝器7內(nèi)液化。供水泵8將液化的載熱介質(zhì)重新泵回太陽能采集 場2，由此閉合載熱介質(zhì)或工作流體的循環(huán)9。
按圖1的實施例，冷的中間再熱蒸汽借助補充燃燒器22 (例如燃燒礦 物燃料、生物材料、氫)被再熱。燃燒礦物燃料的補充燃燒器22可以用不 同類型的鍋爐結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。通過其結(jié)構(gòu)設(shè)計，它可以有目的地用于將冷的中 間再熱蒸汽再加熱到比較熱的中間再熱蒸汽參數(shù)。
取決于冷的中間再熱蒸汽參數(shù)，可以在燃燒礦物燃料的補充燃燒器22 前相宜地采用蒸汽分離器14,以便獲得一種對于燃燒礦物燃料的中間再熱 而言最佳的蒸汽含量。來自蒸汽分離器14的冷凝物在恰當(dāng)?shù)奈恢?饋給位 置15 )重新-波置入水循環(huán)9中。
圖2表示本發(fā)明的一種實施形式，它詳細(xì)描述了利用補充燃燒器22的 中間再熱。在本實施形式中，補充燃燒器用氫26工作，也就是說氫燃燒器 21直接在水蒸氣中燃燒。必要的氫26借助電解裝置24產(chǎn)生。電解裝置24 所需的能量由光電設(shè)備23提供，由此通常燃燒礦物的能量載體或生物材料 的補充燃燒器22，同樣可以借助廢熱利用的能量實現(xiàn)，以及沒有二氧化碳 進入水汽循環(huán)9內(nèi)。
圖3與圖2—樣表示補充燃燒器22,其中氫燃燒器21直接在水蒸氣中 燃燒。但是與圖2所示實施形式不同，為電解裝置24所需的能量由電廠1本身提供，由此再次實現(xiàn)單純實施廢熱利用的補充燃燒器22。
按圖4中表示的實施形式，不僅表示中間再熱時借助氫燃燒器21直接 燃燒，其中氫26直接在水蒸氣中燃燒。在這里鑒于過程優(yōu)化和提高效率方 面的考慮，氫26還用于提升新汽參數(shù)或平衡在云層通過時的溫度波動，并 直接在新汽管道10的水蒸氣中燃燒。
圖5表示一種實施形式，其中已部分膨脹的蒸汽第一次中間再熱通過 蒸汽-蒸汽熱交換器17實現(xiàn)。中間再熱到必要的蒸汽參數(shù)是借助補充燃燒器 22實現(xiàn)的，例如借助于直接在中間再熱時燃燒的氫燃燒器21進行的。在這 里，第一次中間再熱的蒸汽可以或從高壓透平4的專用抽頭16或從用于供 水預(yù)熱的抽頭的抽取點提取，并在蒸汽-蒸汽熱交換器17中冷卻后，在用于 利用廢熱的供水預(yù)熱器的饋給位置18,重新回送到工作流體循環(huán)9中。用 于補充燃燒的氫26可以借助電解裝置24或熱裂變獲得。
權(quán)利要求
1.一種太陽能熱電廠設(shè)備(1)，包括工作流體循環(huán)(9)、基于直接汽化的太陽能鍋爐和汽輪機(3)，用于使工作流體膨脹以輸出技術(shù)功，其中，太陽能鍋爐和汽輪機(3)連接在工作流體循環(huán)(9)中，包括用于使工作流體中間再熱的補充燃燒器(22)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的太陽能熱電廠設(shè)備(1 ),其中，所述補充燃 燒器(22)可利用燃料工作。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的太陽能熱電廠設(shè)備(1 )，其中，所述補 充燃燒器(22)可利用氫(26)工作。
4. 按照權(quán)利要求3所述的太陽能熱電廠設(shè)備(1 ),包括用于獲得氫(26 ) 的電解裝置(24)。
5. 按照權(quán)利要求4所述的太陽能熱電廠設(shè)備(1)，其中，所述電解裝 置(24)與光電設(shè)備(23)連接。
6. 按照前列諸權(quán)利要求之一所述的太陽能熱電廠設(shè)備(1),還包括產(chǎn) 生電能的發(fā)電機(6)，其中，該發(fā)電機通過軸與汽輪機(3)耦合連接。
7. 按照權(quán)利要求6所述的太陽能熱電廠設(shè)備(1 ),其中，電解裝置(24) 需要的能量可以由電廠設(shè)備(1 )的發(fā)電機(6)自己提供。
8. 按照前列諸權(quán)利要求之一所述的太陽能熱電廠設(shè)備(1 )，其中，蒸 汽分離器(14)連接在補充燃燒器(22)之前。
9. 按照權(quán)利要求8所述的太陽能熱電廣設(shè)備(1 ),其中，所述蒸汽分 離器(14)的冷凝物出口連接在工作流體循環(huán)(9)中。
10. 按照前列諸權(quán)利要求之一所述的太陽能熱電廠設(shè)備(1 )，其中，太 陽能鍋爐通過新汽管道(10)與汽輪機(3)連接，以及補充燃燒器連接在 新汽管道(10)中。
11. 按照前列諸權(quán)利要求之一所述的太陽能熱電廠設(shè)備(1 )，其中，太 陽能鍋爐包括拋物線槽式收集器。
12. 按照權(quán)利要求1至IO之一所述的太陽能熱電廠設(shè)備(1 )，其中， 太陽能鍋爐包括菲涅耳收集器。
13. 按照權(quán)利要求1至IO之一所述的太陽能熱電廠設(shè)備(1 ),其中， 太陽能鍋爐包括太陽能塔架。
14. 按照前列諸權(quán)利要求之一所述的太陽能熱電廠設(shè)備(1 )，其中，工作流體是水或水蒸氣。
15. —種用于運行太陽能熱電廠設(shè)備(1)的方法，在太陽能熱電廠設(shè)備中工作流體在循環(huán)(9)內(nèi)流動，其中，工作流體通過陽光輻射直接汽化，以及膨脹并輸出技術(shù)功，并在補充燃燒器(22)內(nèi)被再熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能熱電廠設(shè)備(1)，其包括工作流體循環(huán)(9)、基于直接汽化的太陽能鍋爐和汽輪機(3)，用于使工作流體膨脹以輸出技術(shù)功，其中，太陽能鍋爐和汽輪機(3)連接在工作流體循環(huán)(9)中，包括用于使工作流體中間再熱的補充燃燒器(22)。本發(fā)明還涉及一種運行這種設(shè)備的方法。
文檔編號F22B1/00GK101680649SQ200880012848
公開日2010年3月24日 申請日期2008年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月20日
發(fā)明者喬格·哈伯伯格, 于爾根·伯恩鮑姆, 格哈德·齊默爾曼, 馬庫斯·菲克特納 申請人:西門子公司