專利名稱：太陽(yáng)能和生物質(zhì)能互補(bǔ)有機(jī)朗肯循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于有機(jī)朗肯循環(huán)的太陽(yáng)能和生物質(zhì)能綜合互補(bǔ)熱電系統(tǒng)，特別涉及拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器與循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐采用并聯(lián)的耦合方式，屬于可再生能源利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在我國(guó)，火電機(jī)組承擔(dān)著約80%的發(fā)電量，每年消耗的煤炭占總消耗量近50%，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)使我國(guó)面臨嚴(yán)峻的資源環(huán)境問(wèn)題，因此尋求新的可替代能源是現(xiàn)階段亟待解決的能源戰(zhàn)略問(wèn)題。近年來(lái)，新能源因其可再生、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)而引起了廣泛的關(guān)注，對(duì)我國(guó)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)可再生能源利用以及建設(shè)低碳社會(huì)將產(chǎn)生重大的意義。我國(guó)擁有十分豐富的太陽(yáng)能資源，陸地表面每年大約可接受50X1018kJ的太陽(yáng)能，西藏是太陽(yáng)能最豐富的地區(qū)，年輻射量達(dá)9210MJ/m2，僅次于撒哈拉沙漠，居世界第二位。目前太陽(yáng)能的利用主要有光伏和光熱2種方式，但高額的投資和發(fā)電成本已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了其發(fā)展，據(jù)國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，太陽(yáng)能熱發(fā)電是發(fā)電成本最有希望接近燃煤發(fā)電機(jī)組的技術(shù)，在美國(guó)已有9座太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)，其總裝機(jī)容量達(dá)354MW，單系統(tǒng)最大裝機(jī)容量達(dá)80MW，是世界上最大的太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)。研究表明，模塊化槽式有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)可能是風(fēng)險(xiǎn)最小且投資回報(bào)效益最高的太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)，采用拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器直接蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)可使工質(zhì)參數(shù)達(dá)到400°C，具有良好的發(fā)展前景。生物質(zhì)能是繼煤炭、石油、天然氣之后的全球第四大能源，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)生物質(zhì)資源生產(chǎn)潛力可達(dá)650億噸/年，折合33億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，但目前利用程度只有2%左右，可開發(fā)潛力巨大。在生物質(zhì)能發(fā)電領(lǐng)域中，采用有機(jī)工質(zhì)的朗肯循環(huán)比采用水蒸汽為工質(zhì)的郎肯循環(huán)表現(xiàn)出更高的性能，同時(shí)由于其CO2凈排放量近似為0，具有良好的環(huán)保效益，對(duì)我國(guó)減排CO2具有重要意義。目前，太陽(yáng)能和生物質(zhì)能綜合互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要存在以下不足:一、對(duì)于太陽(yáng)能和生物質(zhì)能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)的選擇，中國(guó)發(fā)明專利:一種太陽(yáng)能和生物質(zhì)能綜合互補(bǔ)的聯(lián)合熱發(fā)電系統(tǒng)，專利號(hào)為:201019026107.2，該專利采用水為朗肯循環(huán)工質(zhì)，水的沸點(diǎn)和氣化潛熱都比有機(jī)工質(zhì)高，因此對(duì)太陽(yáng)能集熱器和生物質(zhì)能氣化裝置的工作強(qiáng)度要求高，系統(tǒng)比較復(fù)雜。二、太陽(yáng)能和生物質(zhì)能采取串聯(lián)的耦合方式而不是并聯(lián)，中國(guó)發(fā)明專利:低溫太陽(yáng)能-生物質(zhì)能熱電聯(lián)供系統(tǒng)，專利號(hào)為:201010237550.7，該專利中太陽(yáng)能集熱器選取真空平板式，傳熱工質(zhì)經(jīng)真空平板式太陽(yáng)能集熱器預(yù)熱后送入生物質(zhì)氣化爐中繼續(xù)吸熱，因兩者采用串聯(lián)的集成方式，在生物質(zhì)氣化爐出現(xiàn)故障的情況系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行，安全性不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明綜合利用太陽(yáng)能和生物質(zhì)能兩種新能源進(jìn)行互補(bǔ)發(fā)電，可有效彌補(bǔ)背景技術(shù)中的缺陷，采用拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器，并且與循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐進(jìn)行并聯(lián)的耦合方式，這種集成方式可確保在循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐或者拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)仍可正常運(yùn)行，安全性能高。另外采用有機(jī)物作為朗肯循環(huán)的工質(zhì)，因其沸點(diǎn)低、潛熱小，從而可有效降低太陽(yáng)能集熱器和循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐的工作強(qiáng)度。另夕卜，我國(guó)擁有十分豐富的太陽(yáng)能和生物質(zhì)能資源，并且其CO2凈排放量近似為O，因此本發(fā)明可作為促進(jìn)新能源大規(guī)模利用以及調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的一個(gè)創(chuàng)新。本發(fā)明太陽(yáng)能和生物質(zhì)能互補(bǔ)有機(jī)朗肯循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括:有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器、循環(huán)泵、循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐、拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、余熱換熱器、冷凝器，所述循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐與拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器采取并聯(lián)的耦合方式，該系統(tǒng)各部件的連接關(guān)系如下:從有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器中流出的低溫?fù)Q熱流體經(jīng)循環(huán)泵后，分為兩部分，一部分到循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐中吸熱，另一部分經(jīng)拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器加熱，當(dāng)被加熱的換熱流體達(dá)到生物質(zhì)氣化爐出口的設(shè)定參數(shù)后進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器，在其中對(duì)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行放熱，被加熱的有機(jī)工質(zhì)達(dá)到額定參數(shù)后到汽輪機(jī)做功，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，汽輪機(jī)的排氣經(jīng)余熱換熱器放熱，再經(jīng)冷凝器冷凝后返回有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器，完成整個(gè)熱力循環(huán)。進(jìn)一步，所述低溫?fù)Q熱流體經(jīng)循環(huán)泵后，經(jīng)三通分流調(diào)節(jié)閥分為兩部分。進(jìn)一步，所述拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器采用直接蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)。進(jìn)一步，被加熱的換熱流體達(dá)到設(shè)定參數(shù)后經(jīng)三通分流調(diào)節(jié)閥混合進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器中。進(jìn)一步，所述余熱換熱器放出的熱量被循環(huán)水泵的給水吸收。進(jìn)一步，所述有機(jī)工質(zhì)選取R245FA (1，1，1，3，3_ 五氟丙烷)、R365MFC ( 1,1,1,3,3-五氟丁烷)、R245CA ( 1，1，2，2，3_五氟丙烷)、正戊烷、R410A (五氟乙烷)、R600A (異丁烷)、R32 (二氟甲烷)、正己烷和甲苯單質(zhì)或其任意組合的混合物。進(jìn)一步，所述低溫?fù)Q熱流體是水。本發(fā)明綜合利用太陽(yáng)能、生物質(zhì)能兩種新能源作為有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器的熱源，可促進(jìn)新能源大規(guī)模利用、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)以及發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，主要有以下二個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn):一、循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐與拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器采取并聯(lián)的耦合方式，在白天輻射條件較好的情況下，換熱流體主要是經(jīng)過(guò)拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器加熱，拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器屬于中溫太陽(yáng)能熱利用范圍，因成本低、技術(shù)成熟而獲得了較為廣泛的應(yīng)用。其出口蒸汽溫度可達(dá)400°C，完全可滿足有機(jī)工質(zhì)所需要的蒸發(fā)溫度，因此在循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐4出現(xiàn)故障的情況下只需從三通分流調(diào)節(jié)閥處切斷進(jìn)入生物質(zhì)氣化爐的換熱流體，系統(tǒng)便仍可正常運(yùn)行，相對(duì)于生物質(zhì)氣化爐與太陽(yáng)能集熱器串聯(lián)的耦合方式，并聯(lián)的集成方式安全性更高。二、傳統(tǒng)朗肯循環(huán)采用水為循環(huán)工質(zhì)，本發(fā)明有機(jī)朗肯循環(huán)則采用有機(jī)物為循環(huán)工質(zhì)。與水相比，有機(jī)工質(zhì)的沸點(diǎn)低、潛熱小，因而更適合用于中、低溫發(fā)電，能大幅降低拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器及循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐的工作強(qiáng)度，利于系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行?？紤]到有機(jī)工質(zhì)的環(huán)保性能及做功能力，本發(fā)明的有機(jī)工質(zhì)選取R245FA、R365MFC、R245CA、正戊烷、R410A、R600A、R32、正己烷及甲苯9種有機(jī)工質(zhì)單質(zhì)或其任意組合的混合物。


圖1為本發(fā)明太陽(yáng)能和生物質(zhì)能互補(bǔ)有機(jī)朗肯循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)示意圖。圖中:1有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器，2循環(huán)泵，3三通分流調(diào)節(jié)閥，4循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐，5拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器，6三通分流調(diào)節(jié)閥，7汽輪機(jī)，8發(fā)電機(jī)，9余熱換熱器，10循環(huán)水泵，11冷凝器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1為本發(fā)明太陽(yáng)能和生物質(zhì)能互補(bǔ)有機(jī)朗肯循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)示意圖。所述發(fā)電系統(tǒng)由蒸發(fā)器、循環(huán)泵、循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐、拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、余熱換熱器、冷凝器組成，該系統(tǒng)的工藝流程為:從有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器I中流出的低溫?fù)Q熱流體(可為水、等離子體以及油等介質(zhì)，本發(fā)明選取水為換熱流體)經(jīng)循環(huán)泵2后，在三通分流調(diào)節(jié)閥3處分為兩部分，一部分到循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐4中吸熱，另一部分經(jīng)拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器5加熱，拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器5采用直接蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)，當(dāng)經(jīng)其加熱的流體達(dá)到生物質(zhì)氣化爐4出口設(shè)定的流體參數(shù)后在三通分流調(diào)節(jié)閥6處混合，然后進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器I中放熱，有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器I中的有機(jī)工質(zhì)吸熱達(dá)到額定參數(shù)后到汽輪機(jī)7做功，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)8發(fā)電，汽輪機(jī)7的排氣經(jīng)余熱換熱器9放熱，熱用戶的給水經(jīng)循環(huán)水泵10后到余熱換熱器9中吸熱，產(chǎn)生一定溫度的熱水供熱用戶使用，余熱換熱器9的排氣經(jīng)冷凝器11冷凝后返回有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器1，完成整個(gè)熱力循環(huán)。循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐4與拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器5采取并聯(lián)的耦合方式，在白天太陽(yáng)輻射條件較好的情況下，可調(diào)節(jié)三通分流調(diào)節(jié)閥3增大進(jìn)入拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器5的換熱流體流量，減少進(jìn)入循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐4的換熱流體流量，減輕其工作負(fù)荷；在夜晚則調(diào)整三通分流調(diào)節(jié)閥3使換熱流體全部經(jīng)過(guò)循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐4加熱，達(dá)到額定參數(shù)后經(jīng)三通分流調(diào)節(jié)閥6到有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器I中對(duì)有機(jī)工質(zhì)放熱。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能和生物質(zhì)能互補(bǔ)有機(jī)朗肯循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括:有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器、循環(huán)泵、循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐、拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、余熱換熱器、冷凝器，其特征在于，所述循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐與拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器采取并聯(lián)的耦合方式，該系統(tǒng)各部件的連接關(guān)系如下:從有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器中流出的低溫?fù)Q熱流體經(jīng)循環(huán)泵后，分為兩部分，一部分到循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐中吸熱，另一部分經(jīng)拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器加熱，當(dāng)被加熱的換熱流體達(dá)到生物質(zhì)氣化爐出口的設(shè)定參數(shù)后進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器，在其中對(duì)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行放熱，被加熱的有機(jī)工質(zhì)達(dá)到額定參數(shù)后到汽輪機(jī)做功，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，汽輪機(jī)的排氣經(jīng)余熱換熱器放熱，再經(jīng)冷凝器冷凝后返回有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器，完成整個(gè)熱力循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能和生物質(zhì)能互補(bǔ)有機(jī)朗肯循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述低溫?fù)Q熱流體經(jīng)循環(huán)泵后，經(jīng)三通分流調(diào)節(jié)閥分為兩部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能和生物質(zhì)能互補(bǔ)有機(jī)朗肯循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器采用直接蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能和生物質(zhì)能互補(bǔ)有機(jī)朗肯循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，被加熱的換熱流體達(dá)到設(shè)定參數(shù)后經(jīng)三通分流調(diào)節(jié)閥混合進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能和生物質(zhì)能互補(bǔ)有機(jī)朗肯循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述余熱換熱器放出的熱量被循環(huán)水泵的給水吸收。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能和生物質(zhì)能互補(bǔ)有機(jī)朗肯循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述有機(jī)工質(zhì)選取R245FA、R365MFC、R245CA、正戊烷、R410A、R600A、R32、正己烷和甲苯單質(zhì)或其任意組合的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能和生物質(zhì)能互補(bǔ)有機(jī)朗肯循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于，所述低溫?fù)Q熱流體是水。
全文摘要
一種太陽(yáng)能和生物質(zhì)能互補(bǔ)有機(jī)朗肯循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器、循環(huán)泵、循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐、拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、余熱換熱器、冷凝器，所述循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐與拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器采取并聯(lián)的耦合方式，該系統(tǒng)各部件的連接關(guān)系如下從有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器中流出的低溫?fù)Q熱流體經(jīng)循環(huán)泵后，分為兩部分，一部分到循環(huán)流化床生物質(zhì)氣化爐中吸熱，另一部分經(jīng)拋物面槽式太陽(yáng)能集熱器加熱，當(dāng)被加熱的換熱流體達(dá)到生物質(zhì)氣化爐出口的設(shè)定參數(shù)后進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器，在其中對(duì)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行放熱，被加熱的有機(jī)工質(zhì)達(dá)到額定參數(shù)后到汽輪機(jī)做功，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，汽輪機(jī)的排氣經(jīng)余熱換熱器放熱，再經(jīng)冷凝器冷凝后返回有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器，完成整個(gè)熱力循環(huán)。
文檔編號(hào)C10J3/56GK103147945SQ201310049680
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月7日
發(fā)明者葉學(xué)民, 王佳, 李春曦, 童家麟 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定)