專利名稱：一種生物質與太陽能輔助的燃煤電廠加熱器系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種能有效利用生物質能和太陽能提高燃煤發(fā)電效率，實現(xiàn)低碳 排放的新型輔助加熱器系統(tǒng)，屬可再生能源利用技術領域。
背景技術：
目前，電力行業(yè)仍以火力發(fā)電為主，火力發(fā)電所用燃料主要是煤炭，這種發(fā)電方式 煤耗高、能量利用率低、二氧化碳等有害氣體排放量大，環(huán)境污染嚴重。隨著世界能源政策的調整，發(fā)展低碳經(jīng)濟和強化環(huán)境保護已成大勢所趨。中國政 府決定到2020年全國單位國內生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40-45%，并作為約束 性指標納入“十二五”及其后的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中長期規(guī)劃。而據(jù)初步統(tǒng)計，中國火力 發(fā)電廠二氧化碳的排放量達到總排放量的近60%之多，因此，開展節(jié)能減排已成為火力發(fā) 電廠必須面臨的一個重大課題和緊迫任務。我國可利用的生物質能源十分豐富，據(jù)統(tǒng)計每年可使用的生物質能與總量相當于 5億噸標準煤，而實際年利用率不足2%，因此開發(fā)潛力巨大。另外，太陽能資源也非常豐富， 太陽能發(fā)電具有安全可靠、使用壽命長、運行費用少、維護簡單、無噪聲、無需燃料、無污染 等優(yōu)點，太陽能利用技術日趨成熟。在各類太陽能集熱器中，拋物面槽式太陽能集熱器屬于 一種中溫集熱器，它可以將工質加熱到400°C，利用這種集熱器收集太陽能熱量進行發(fā)電是 目前唯一實現(xiàn)商業(yè)化運營的太陽能熱發(fā)電方式。有鑒于此，通過整合生物質能和太陽能的低碳排放優(yōu)勢和傳統(tǒng)火力發(fā)電的技術優(yōu) 勢，將生物質能和太陽能的利用聯(lián)合引入傳統(tǒng)燃煤電廠系統(tǒng)中，勢必能有效改善并提高系 統(tǒng)發(fā)電的環(huán)保性和經(jīng)濟性。

實用新型內容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足、提供一種高效、低碳的生物質與太 陽能輔助的燃煤電廠加熱器系統(tǒng)。本實用新型所述問題是以下述技術方案實現(xiàn)的一種生物質與太陽能輔助的燃煤電廠加熱器系統(tǒng)，構成中包括加熱器和并聯(lián)輔助 系統(tǒng)，所述并聯(lián)輔助系統(tǒng)由生物質氣化裝置與拋物面槽式太陽能集熱器場并聯(lián)組成，其工 質出口經(jīng)并聯(lián)輔助系統(tǒng)蒸汽出口閥接加熱器的蒸汽入口，其工質入口經(jīng)并聯(lián)輔助系統(tǒng)疏水 入口閥接加熱器的疏水出口。上述生物質與太陽能輔助的燃煤電廠加熱器系統(tǒng)，構成中還包括塔式太陽能空氣 預熱系統(tǒng)，所述塔式太陽能空氣預熱系統(tǒng)由壓氣機和塔式太陽能集熱器組成，所述壓氣機 輸出的壓縮空氣經(jīng)塔式太陽能集熱器預熱后，供生物質氣化裝置使用。上述生物質與太陽能輔助的燃煤電廠加熱器系統(tǒng)，所述生物質氣化裝置由流化床 生物質氣化爐和燃燒換熱器構成，其入口設置有生物質氣化裝置入口閥，出口設置有生物 質氣化裝置出口閥；所述拋物面槽式太陽能集熱器場由多個拋物面槽式太陽能集熱器串、并聯(lián)連接而成，其入口設置有拋物面槽式太陽能集熱器場入口閥，出口設置有拋物面槽式 太陽能集熱器場出口閥。上述生物質與太陽能輔助的燃煤電廠加熱器系統(tǒng)，所述壓氣機的入口設置有塔式 太陽能空氣預熱系統(tǒng)空氣進口閥；所述塔式太陽能集熱器的入口設置有塔式太陽能集熱器 入口閥，出口設置有塔式太陽能集熱器出口閥；塔式太陽能集熱器入口閥、出口閥兩端并聯(lián) 塔式太陽能集熱器旁路閥。本實用新型在傳統(tǒng)燃煤電廠加熱器系統(tǒng)的基礎上增加了由生物質氣化裝置與拋 物面槽式太陽能集熱器場并聯(lián)構成的輔助系統(tǒng)，并聯(lián)輔助系統(tǒng)聯(lián)合利用生物質能和太陽能 將加熱器的部分疏水加熱至具有本級加熱器汽輪機側抽汽參數(shù)的蒸汽后送回加熱器，這些 具有特定參數(shù)的蒸汽代替全部或部分汽輪機側抽汽在加熱器中放出熱量，加熱來自上一級 加熱器的給水，從而減少了本級加熱器汽輪機側抽汽量，在維持機組發(fā)電量不變的情況下， 使煤耗量明顯減少，有效降低了二氧化碳的排放量。塔式太陽能集熱器用于加熱進入生物質氣化裝置的冷空氣，提高氣化爐氣化效 率，降低生物質原料的使用量。生物質氣化裝置、拋物面槽式太陽能集熱器場和塔式太陽能 集熱器進出口都設有閥門，在設備出現(xiàn)故障時可以起到解裂該裝置的作用，以防影響系統(tǒng) 的正常運行。本實用新型優(yōu)化了能源利用結構，降低了傳統(tǒng)燃煤電廠的煤耗，很大程度上解決 了單一燃煤電廠的高污染問題。
以下結合附圖對本實用新型進一步說明。


圖1是本實用新型的系統(tǒng)連接圖；圖2是拋物面槽式太陽能集熱器場的結構示意圖；圖3是拋物面槽式太陽能集熱器的結構示意圖；圖4是塔式太陽能集熱器的工作原理圖；圖5是塔式太陽能集熱器的結構示意圖；圖6是流化床生物質氣化爐的結構示意圖。圖中各標號為1、加熱器；2、上一級加熱器；3、下一級加熱器；4、加熱器抽汽蒸汽 閥；5、塔式太陽能空氣預熱系統(tǒng)空氣進口閥；6、加熱器疏水閥；7、塔式太陽能集熱器旁路 閥；8、并聯(lián)輔助系統(tǒng)疏水入口閥；9、并聯(lián)輔助系統(tǒng)蒸汽出口閥；10、生物質氣化裝置；11、拋 物面槽式太陽能集熱器場；12、壓氣機；13、生物質氣化裝置入口閥；14、生物質氣化裝置出 口閥；15、拋物面槽式太陽能集熱器場入口閥；16、拋物面槽式太陽能集熱器場出口閥；17、 塔式太陽能集熱器；18、塔式太陽能集熱器入口閥；19、塔式太陽能集熱器出口閥；20、流化 床床料；21、燃氣；22、拋物面槽式太陽能集熱器；23、塔式集熱器；24、塔式太陽能空氣預熱 系統(tǒng)聚光器；25、換熱管；26、拋物面槽式聚光器；27、料箱；28、風機。
具體實施方式
參看
圖1，本實用新型提供了一種生物質與太陽能輔助燃煤電廠的加熱器系統(tǒng)。該 系統(tǒng)由加熱器1、并聯(lián)輔助系統(tǒng)、塔式太陽能空氣預熱系統(tǒng)以及各種相關管道和閥門組成，其中并聯(lián)輔助系統(tǒng)由生物質氣化裝置10與拋物面槽式太陽能集熱器場11并聯(lián)而成；塔式 太陽能空氣預熱系統(tǒng)由壓氣機12和塔式太陽能集熱器17串聯(lián)組成。參看圖2、3，拋物面槽式太陽能集熱器場11由拋物面槽式太陽能集熱器22經(jīng) 過串、并聯(lián)連接方式組合而成，拋物面槽式太陽能集熱器22由拋物面槽式聚光器26和換熱 管25組成，換熱管25中有工質流動，拋物面槽式聚光器26將太陽能輻射熱量反射匯集到 換熱管25上，加熱其中流動的工質，其最高集熱溫度可達400°C。本實用新型所采用的拋物 面槽式太陽能集熱器可選用美國Solargenix公司的SGX-I或DS_l，Luz公司的LS_1、LS_2 或 LS-3。生物質氣化裝置10由生物質氣化爐和燃燒換熱器構成，生物質氣化爐采用流化 床生物質氣化爐，其結構如圖6所示。生物質氣化過程中首先將流化床加熱到運行溫度，床 料吸收并儲存熱量，這部分熱量可以由部分生物質燃料燃燒獲得，鼓入空氣將床料流化，將 生物質原料處理后加入到流化床中，與高溫床料迅速混合，完成干燥、熱解、燃燒及氣化過 程，將產(chǎn)生的燃氣通入燃燒換熱器中進行燃燒放出大量熱量，被加熱的工質在燃燒換熱器 中吸收這部分熱量以提高其參數(shù)。流化床生物質氣化爐可以采用Foster Wheeler公司生 產(chǎn)的增壓流化床氣化爐，操作溫度為950-1000°C，或者TPS常壓流化床氣化爐，操作溫度為 850-9000C。所述生物質原料來源于農業(yè)廢物、林業(yè)廢物、廢紙張等。參看圖4、5，塔式太陽能集熱器17由聚光器陣和塔式集熱器23組成，聚光器陣由 大量的塔式太陽能空氣預熱系統(tǒng)聚光器24組成，將太陽輻射能反射到同一個塔式太陽能 集熱器23上，通過這種集熱方式可以將工質加熱到更高的溫度，可以將空氣加熱到800°C。參看
圖1，系統(tǒng)流程為加熱器1的疏水由加熱器疏水出口 b流出，經(jīng)并聯(lián)輔助系 統(tǒng)疏水入口閥8進入并聯(lián)輔助系統(tǒng)，疏水在并聯(lián)輔助系統(tǒng)中吸熱，當疏水被加熱成具有本 級汽輪機側抽汽參數(shù)的蒸汽后，蒸汽通過并聯(lián)輔助系統(tǒng)蒸汽出口閥9進入加熱器1進行放 熱，加熱來自上一級加熱器2的給水，給水吸熱后升溫升壓進入下一級加熱器3，而放熱后 冷凝的一部分疏水通過加熱器1的疏水管路再進入并聯(lián)輔助系統(tǒng)進行循環(huán)，其余疏水通過 加熱器疏水閥6進入上一級加熱器的疏水入口。由生物質氣化裝置10和拋物面槽式太陽能集熱器場11構成的并聯(lián)輔助系統(tǒng)的流 程是加熱器疏水由加熱器疏水管路通過并聯(lián)輔助系統(tǒng)疏水入口閥8，然后分成兩條支路 一條支路的疏水經(jīng)過生物質氣化裝置入口閥13進入生物質氣化裝置10中進行吸熱升溫升 壓(生物質氣化裝置10中的氣化爐產(chǎn)生高溫燃氣，高溫燃氣在燃燒換熱器中燃燒放出大量 熱量，疏水進入燃燒換熱器中，吸收這部分熱量，使疏水的溫度和壓力升高)，然后進入生物 質氣化裝置出口閥14 ；另一支路的疏水經(jīng)拋物面槽式太陽能集熱器場入口閥15進入拋物 面槽式太陽能集熱器場11中進行吸熱升溫升壓(通過拋物面槽式聚光器26將太陽能輻射 反射到換熱管25上，疏水在換熱管25中流動，吸收太陽能的輻射熱量使疏水溫度和壓力升 高)，然后經(jīng)拋物面槽式太陽能集熱器場出口閥16流出。當兩支路的疏水被加熱成具有本 級加熱器汽輪機側抽汽參數(shù)的蒸汽時，兩部分蒸汽匯合后通過并聯(lián)輔助系統(tǒng)蒸汽出口閥9 進入加熱器1進行熱交換。生物質氣化裝置入口閥13、生物質氣化裝置出口閥14和拋物面槽式太陽能集熱 器場入口閥15、拋物面槽式太陽能集熱器場出口閥16分別布置于生物質氣化裝置10和拋 物面槽式太陽集熱器場11的兩端，事故狀態(tài)下可起到解裂該裝置的作用。[0030]塔式太陽能空氣預熱系統(tǒng)的流程是冷空氣經(jīng)塔式太陽能空氣預熱系統(tǒng)空氣進口 閥5進入壓氣機12被壓縮，壓縮空氣通過塔式太陽能集熱器入口閥18進入塔式太陽能集 熱器17，吸收太陽能輻射熱量升高溫度(聚光器陣將太陽能輻射反射到集熱器上，壓縮空氣 進入集熱器中吸收這部分熱量來提高自身溫度)，具有一定參數(shù)的高溫空氣經(jīng)過塔式太陽 能集熱器出口閥19進入生物質氣化裝置10，準確說是生物質氣化裝置10中的流化床生物 質氣化爐，代替冷空氣進入氣化爐流化床料，維持氣化環(huán)境溫度，提高氣化爐氣化效率，減 少生物質原料的使用量。塔式太陽能集熱器旁路閥7并聯(lián)于塔式太陽能集熱器入口閥18 和塔式太陽能集熱器出口閥19兩端，可以起到旁路塔式太陽能集熱器17的作用。(1)當天氣晴好太陽能足夠充足時，打開塔式太陽能空氣預熱系統(tǒng)空氣進口閥5、 塔式太陽能集熱器入口閥18、塔式太陽能集熱器出口閥19，關閉塔式太陽能集熱器旁路閥 7,使冷空氣經(jīng)過壓氣機12成為壓縮空氣進入塔式太陽能集熱器17中吸收熱量成為具有 一定參數(shù)的熱空氣，然后進入生物質氣化裝置10中參與生物質氣化過程；關閉加熱器抽汽 蒸汽閥4，關閉連接上一級加熱器疏水入口的加熱器疏水閥6，打開并聯(lián)輔助系統(tǒng)疏水入口 閥8、生物質氣化裝置入口閥13、生物質氣化裝置出口閥14、拋物面槽式太陽能集熱器場入 口閥15、拋物面槽式太陽能集熱器場出口閥16，使疏水同時通過生物質氣化裝置10和拋物 面槽式太陽能集熱器場11吸收熱量進行升溫升壓，通過生物質氣化裝置10和拋物面槽式 太陽能集熱器場11的工質流量可通過調節(jié)生物質氣化裝置入口閥13、生物質氣化裝置出 口閥14和拋物面槽式太陽能集熱器場入口閥15、拋物面槽式太陽能集熱器場出口閥16的 開度來進行調節(jié)。當兩支路中的疏水都被加熱成具有本級加熱器汽輪機側抽汽參數(shù)的蒸汽 后，打開并聯(lián)輔助系統(tǒng)蒸汽出口閥9使蒸汽進入加熱器1中進行放熱加熱給水；(2)當天氣陰雨、太陽能不足時，打開塔式太陽能空氣預熱系統(tǒng)空氣進口閥5、塔 式太陽能集熱器入口閥18、塔式太陽能集熱器出口閥19，關閉塔式太陽能集熱器旁路閥7， 使冷空氣經(jīng)過壓氣機12成為壓縮空氣進入塔式太陽能集熱器17中吸收熱量成為具有一定 參數(shù)的熱空氣，然后進入生物質氣化裝置10中參與生物質氣化過程；適度調整加熱器抽汽 閥4開度，關閉連接上一級加熱器疏水入口的加熱器疏水閥6，打開并聯(lián)輔助系統(tǒng)疏水入口 閥8、生物質氣化裝置入口閥13、生物質氣化裝置出口閥14、拋物面槽式太陽能集熱器場入 口閥15、拋物面槽式太陽能集熱器場出口閥16使疏水同時通過生物質氣化裝置10和拋物 面槽式太陽能集熱器場11吸收熱量進行升溫升壓，根據(jù)實際情況減小拋物面槽式太陽能 集熱器場入口閥15、拋物面槽式太陽能集熱器場出口閥16的開度，增加生物質氣化裝置入 口閥13、生物質氣化裝置出口閥14的開度，使更多的疏水通過生物質氣化裝置10。當兩支 路中的疏水都被加熱成具有本級加熱器汽輪機側抽汽參數(shù)的蒸汽時，打開并聯(lián)輔助系統(tǒng)蒸 汽出口閥9使蒸汽進入加熱器1中進行換熱加熱給水；(3)當夜晚或無太陽能可以利用時，打開塔式太陽能空氣預熱系統(tǒng)空氣進口閥5、 塔式太陽能集熱器旁路閥7，關閉塔式太陽能集熱器入口閥18、塔式太陽能集熱器出口閥 19，使塔式太陽能集熱器從系統(tǒng)中解裂，從而使冷空氣經(jīng)過壓氣機12成為壓縮空氣直接進 入生物質氣化裝置10中參與生物質氣化過程，此時生物質氣化裝置10為常溫運行工況；適 度調節(jié)加熱器抽汽蒸汽閥4開度，關閉連接上一級加熱器疏水入口的加熱器疏水閥6，關閉 拋物面槽式太陽能集熱器場入口閥15、拋物面槽式太陽能集熱器場出口閥16，打開并聯(lián)輔 助系統(tǒng)疏水入口閥8、生物質氣化裝置入口閥13、生物質氣化裝置出口閥14，使疏水只通過生物質氣化裝置10吸收熱量，當疏水被加熱成具有本級加熱器汽輪機側抽汽參數(shù)的蒸汽 后，打開并聯(lián)輔助系統(tǒng)蒸汽出口閥9，使蒸汽進入加熱器中1中釋放能量加熱給水。(4)當生物質氣化裝置10或拋物面槽式太陽能集熱器場11出現(xiàn)故障時，關閉生物 質氣化裝置入口閥13、生物質氣化裝置出口閥14或關閉拋物面槽式太陽能集熱器場入口 閥15、拋物面槽式太陽能集熱器場出口閥16來實現(xiàn)生物質氣化裝置10或拋物面槽式太陽 能集熱場11從系統(tǒng)中解裂，而不影響其他設備運行，調節(jié)加熱器抽汽蒸汽閥4開度，保證加 熱器系統(tǒng)的正常工作。當塔式太陽能集熱器17發(fā)生故障時，可以通過關閉塔式太陽能集熱器入口閥18 和塔式太陽能集熱器出口閥19，打開塔式太陽能集熱器旁路閥7來實現(xiàn)旁路掉塔式太陽能 集熱器17，而不影響其他設備運行，保證混合發(fā)電系統(tǒng)的正常工作。
權利要求1.一種生物質與太陽能輔助的燃煤電廠加熱器系統(tǒng)，其特征是，加熱器系統(tǒng)構成中包 括加熱器(1)和并聯(lián)輔助系統(tǒng)，所述并聯(lián)輔助系統(tǒng)由生物質氣化裝置(10)與拋物面槽式太 陽能集熱器場(11)并聯(lián)組成，其工質出口經(jīng)并聯(lián)輔助系統(tǒng)蒸汽出口閥(9 )接加熱器(1)的 蒸汽入口(a)，其工質入口經(jīng)并聯(lián)輔助系統(tǒng)疏水入口閥(8)接加熱器的疏水出口(b)。
2.根據(jù)權利要求1所述生物質與太陽能輔助的燃煤電廠加熱器系統(tǒng)，其特征是，加熱 器系統(tǒng)構成中還包括塔式太陽能空氣預熱系統(tǒng)，所述塔式太陽能空氣預熱系統(tǒng)由壓氣機 (12)和塔式太陽能集熱器(17)組成，所述壓氣機(12)輸出的壓縮空氣經(jīng)塔式太陽能集熱 器(17 )預熱后，供生物質氣化裝置(10 )使用。
3.根據(jù)權利要求1或2所述生物質與太陽能輔助的燃煤電廠加熱器系統(tǒng)，其特征是，所 述生物質氣化裝置(10)由流化床生物質氣化爐和燃燒換熱器構成，其入口設置有生物質氣 化裝置入口閥(13)，出口設置有生物質氣化裝置出口閥(14)；所述拋物面槽式太陽能集熱 器場(11)由多個拋物面槽式太陽能集熱器(22)串、并聯(lián)連接而成，其入口設置有拋物面槽 式太陽能集熱器場入口閥(15 )，出口設置有拋物面槽式太陽能集熱器場出口閥(16 )。
4.根據(jù)權利要求3所述生物質與太陽能輔助的燃煤電廠加熱器系統(tǒng)，其特征是，所述 壓氣機(12)的入口設置有塔式太陽能空氣預熱系統(tǒng)空氣進口閥(5)；所述塔式太陽能集熱 器(17)的入口設置有塔式太陽能集熱器入口閥(18)，出口設置有塔式太陽能集熱器出口 閥(19)；塔式太陽能集熱器入口閥(18)、出口閥(19)兩端并聯(lián)塔式太陽能集熱器旁路閥 (7)。
專利摘要一種生物質與太陽能輔助的燃煤電廠加熱器系統(tǒng)，用于降低發(fā)電耗煤量，減少環(huán)境污染。其技術方案是加熱器系統(tǒng)構成中包括加熱器和并聯(lián)輔助系統(tǒng)，所述并聯(lián)輔助系統(tǒng)由生物質氣化裝置與拋物面槽式太陽能集熱器場并聯(lián)組成，其工質出口經(jīng)并聯(lián)輔助系統(tǒng)蒸汽出口閥接加熱器的蒸汽入口，其工質入口經(jīng)并聯(lián)輔助系統(tǒng)疏水入口閥接加熱器的疏水出口。本實用新型利用生物質能和太陽能加熱給水，減少了加熱器汽輪機側抽汽量，在維持機組發(fā)電量不變的情況下，使煤耗量明顯減少，有效降低了二氧化碳的排放量，很大程度上解決了單一燃煤電廠的高污染問題。
文檔編號C10J3/56GK201852083SQ201020611119
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權日2010年11月17日
發(fā)明者葉學民, 李春曦, 王歡, 祁成, 馬少棟 申請人:華北電力大學(保定)