專利名稱：具有太陽能收集器的蒸汽發(fā)電廠的制作方法
具有太陽能收集器的蒸汽發(fā)電廠傳統(tǒng)的蒸汽發(fā)電廠具有封閉的水蒸汽循環(huán)，其中在蒸汽發(fā)生器中通過燃燒化石燃料將能量輸送給鍋爐給水，使得其轉(zhuǎn)化為蒸汽形式的聚集態(tài)。該蒸汽通過一個(gè)或者多個(gè)蒸汽渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，并且接著在冷凝器中又液化。在過去進(jìn)行過試驗(yàn)，將熱能耦合輸入到以化石方式加熱的蒸汽發(fā)電廠的水蒸汽循環(huán)中，并且由此提高電功率和/或降低燃料消耗。于是，例如從US 4，069，674中公開了將冷凝物的部分流在太陽能收集器中預(yù)先加熱并且隨后又并入到預(yù)熱器管路中。在該方法中，繞過了所有預(yù)熱器。這意味著，部分冷凝物流在第一預(yù)熱器之前被分支，并且在其流過太陽能收集器之后，太陽能預(yù)熱的冷凝物的部分流在最后的預(yù)熱器之后又被耦合輸入到主冷凝物流中。因?yàn)樘柲茴A(yù)熱的部分流必須具有與在預(yù)熱器中預(yù)熱的主冷凝物流相同的溫度， 由此在太陽能收集器中得到部分冷凝物流的大的溫度擴(kuò)展。這種大的溫度擴(kuò)展只能在一年中的幾天內(nèi)或者在一年中的幾小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)，使得太陽能收集器對(duì)于冷凝物的預(yù)熱的貢獻(xiàn)比較小。由US 2008/0034757A1公開了一種類似的方法，其中與預(yù)熱器串聯(lián)地設(shè)置了熱交換器。在該熱交換器中，冷凝物通過導(dǎo)熱油加熱，該導(dǎo)熱油又已被太陽能收集器加熱。在這種方法中不利的是，即使(例如缺少足夠的太陽能輻射)沒有熱量通過該熱交換器被耦合輸入，通過熱交換器的串聯(lián)布置在水蒸汽循環(huán)中也形成了附加的壓力損失。 此外，該系統(tǒng)比較不靈活，使得只有在最優(yōu)的太陽能輻射的情況下能夠由太陽能收集器提供值得一提的貢獻(xiàn)。此外，制造成本比較高，因?yàn)樗胁考急仨毮透邏旱卦O(shè)計(jì)。由WO 97/14887中公開了一種方法，其中在太陽能收集器的區(qū)域中產(chǎn)生飽和水蒸汽，其可以被直接饋送到蒸汽發(fā)生器的分離瓶或者桶中。在該方法中不利的是，太陽熱能的耦合輸入只在確定的溫度水平上，并且改型則要求介入到蒸汽發(fā)生器中?？傊梢源_定的是，現(xiàn)有技術(shù)中公開的這些帶有太陽熱能支持的蒸汽發(fā)電廠在其中太陽能可以耦合輸入到水蒸汽循環(huán)中的溫度方面僅僅具有低的靈活性。由此，比較少量的太陽能產(chǎn)生電能。本發(fā)明所基于的任務(wù)是，提供一種蒸汽發(fā)電廠和一種方法，其能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能輻射對(duì)于帶有化石蒸汽發(fā)生器的蒸汽發(fā)電廠的發(fā)電更大的貢獻(xiàn)。同時(shí)，要將根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電廠簡單地與不同的地理?xiàng)l件和環(huán)境條件匹配。同樣地，存在改型的發(fā)電廠應(yīng)當(dāng)是可能的，并且發(fā)電廠的高度可用性和可靠性仍然保持不變。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)在包括鍋爐、渦輪機(jī)、冷凝器和至少一個(gè)預(yù)熱器的蒸汽發(fā)電廠中通過如下方式來解決并行于一個(gè)或者多個(gè)預(yù)熱器設(shè)置有至少一個(gè)熱交換器，并且在所述至少一個(gè)熱交換器中將熱量從一個(gè)或者多個(gè)太陽能收集器傳遞到冷凝物的流經(jīng)所述至少一個(gè)熱交換器的部分流。通過根據(jù)本發(fā)明將熱交換器與預(yù)熱器中的一個(gè)或者多個(gè)并行連接(借助該熱交換器將通過太陽能獲得的熱量耦合輸入到蒸汽發(fā)電廠中)，可以在不同溫度水平下進(jìn)行太陽能的并入或者耦合輸入。
當(dāng)例如使用多個(gè)非會(huì)聚式太陽能收集器時(shí)，合適的是，將太陽能在低溫情況下、即在冷凝器之后的第一預(yù)熱器的區(qū)域中耦合輸入。然而當(dāng)使用會(huì)聚式太陽能收集器時(shí)，更有利的是，將這些高溫太陽能收集器產(chǎn)生的熱量在較高的溫度水平情況下耦合輸入到蒸汽循環(huán)中，其方式是將熱交換器與一個(gè)或者多個(gè)預(yù)熱器并行設(shè)置，所述預(yù)熱器直接位于蒸汽發(fā)生器或者節(jié)約器(Economizer)之前。根據(jù)本發(fā)明也可能的是，設(shè)置多個(gè)串聯(lián)的預(yù)熱器，尤其是低壓預(yù)熱器或者高壓預(yù)熱器，并且所述至少一個(gè)熱交換器能夠與預(yù)熱器中的一個(gè)或者多個(gè)并行連接。通過這種方式可能的是，根據(jù)當(dāng)前可用的太陽能輻射將所獲得的太陽能在如下位置耦合輸入到水蒸汽循環(huán)中在該位置中流過預(yù)熱器的冷凝物大約具有與太陽能收集器中可實(shí)現(xiàn)的溫度相同的溫度。也可能的是，將該熱交換器例如與兩個(gè)預(yù)熱器并行連接，使得提高溫度擴(kuò)展。此外也可能的是，在連續(xù)的工作中根據(jù)可用的太陽能輻射和由此得到的流過太陽能收集器的熱載體的溫度在白天期間在主給水流的變換的位置處將熱交換器耦合輸入和/或耦合輸出。 由此，盡管太陽能收集器的效率變化，仍然整天可以將太陽能盡可能好地耦合輸入到水蒸汽循環(huán)中。由此，可以明顯提高太陽能收集器對(duì)于給水的加熱以及根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性的貢獻(xiàn)。此外可能的是，雖然有比較小的數(shù)目的熱交換器和比較低的熱交換器的傳遞效率，仍然保證了太陽能收集器對(duì)于將能量輸送到發(fā)電廠的水蒸汽循環(huán)中的顯著貢獻(xiàn)。通過并行連接也可能的是，在沒有太陽能輻射可用的工作時(shí)間中驅(qū)動(dòng)化石的蒸汽發(fā)電廠，而沒有附加的流動(dòng)阻力或者對(duì)效率的影響。開頭提及的任務(wù)在包括鍋爐、過熱器和/或一個(gè)或者多個(gè)中間過熱器、渦輪機(jī)和冷凝器的蒸汽發(fā)電廠中(其中為了調(diào)節(jié)新鮮蒸汽溫度和/或?yàn)榱苏{(diào)節(jié)通過給水管路而被提取的過熱的蒸汽冷凝物的溫度而噴入過熱器和/或中間過熱器中)通過如下方式來解決 并行于給水管路設(shè)置有第三熱交換器，并且在第三熱交換器中熱量可以從一個(gè)或者多個(gè)太陽能收集器傳遞到給水。由此，根據(jù)本發(fā)明也可能的是，對(duì)冷凝物進(jìn)行調(diào)節(jié)，該冷凝物用于調(diào)節(jié)新鮮蒸汽的溫度或者在中間過熱器中被過度加熱的蒸汽的溫度。在此適用的是，冷凝物的溫度越高，則越多噴射水可以引入到過熱的蒸汽中，以便設(shè)置所希望的蒸汽參數(shù)。這也意味著，由于太陽能加熱導(dǎo)致的給水的溫度升高，在相同的發(fā)電廠功率情況下蒸汽發(fā)生器(1)需要更少的燃料，使得在此又可以實(shí)現(xiàn)在太陽能收集器中獲取的熱量對(duì)于電流產(chǎn)生的顯著貢獻(xiàn)。通過靈活地設(shè)置或者通過將太陽能收集器中產(chǎn)生的熱量引入到過熱器中或者一個(gè)或多個(gè)中間過熱器中，在此又可能的是，靈活地并且根據(jù)太陽能收集器的當(dāng)前效率地將太陽能收集器中獲取的熱量的耦合輸入最大化。由此，提高了太陽能輻射對(duì)于電流產(chǎn)生的貢獻(xiàn)，并且相應(yīng)地減少了燃料需求和/或提高了功率?？商孢x地或者附加地也可能的是，在包括鍋爐、渦輪機(jī)、冷凝器、給水泵和以蒸汽驅(qū)動(dòng)的給水泵傳動(dòng)渦輪機(jī)以及在渦輪機(jī)和給水傳動(dòng)渦輪機(jī)之間的蒸汽管路的發(fā)電廠中，在蒸汽管路中設(shè)置第四熱交換器，并且在第四熱交換器中將一個(gè)或者多個(gè)太陽能收集器中獲取的熱量傳遞到蒸汽管路中流動(dòng)的蒸汽上。由此，從渦輪機(jī)抽取的蒸汽可以借助太陽能收集器來過度加熱，這導(dǎo)致給水泵傳動(dòng)渦輪機(jī)的相應(yīng)效率提高。因?yàn)榻o水泵傳動(dòng)渦輪機(jī)的效率通過發(fā)電廠的工作點(diǎn)來預(yù)先給定，所以可以相應(yīng)地從渦輪機(jī)抽取較少的蒸汽，使得發(fā)電廠的電功率以相應(yīng)的方式增加和/ 或燃料消耗減少。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電廠的另一有利的擴(kuò)展方案設(shè)計(jì)了鍋爐、渦輪機(jī)和冷凝器，其中冷凝器被冷卻介質(zhì)、尤其是被水流過，其例如在冷卻塔中或者在河流中被冷卻，其中冷卻介質(zhì)根據(jù)本發(fā)明在進(jìn)入冷凝器之前可以借助太陽能驅(qū)動(dòng)的吸收式制冷機(jī)來冷卻。由此，冷卻介質(zhì)以其進(jìn)入冷凝器的溫度降低。因此，在冷凝器中的壓力也降低，使得提高了壓力落差，其提供給蒸汽渦輪機(jī)用于轉(zhuǎn)換為機(jī)械功。因此，在相同的蒸汽通過能力情況下提高了渦輪機(jī)的功率。因?yàn)楫?dāng)太陽能輻射非常強(qiáng)時(shí)，當(dāng)然吸收冷卻機(jī)的冷卻效率最高，并且同時(shí)由于提高的環(huán)境溫度，冷卻介質(zhì)在進(jìn)入冷凝器中之前具有比較高的溫度，所以當(dāng)發(fā)電廠由于提高的環(huán)境溫度而具有降低的效率和降低的功率時(shí)，該措施特別有效。根據(jù)溫度水平和其他邊界條件，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠可以使用會(huì)聚式收集器例如拋物槽式收集器、菲涅耳收集器或者帶有日光反射區(qū)的塔式接收器作為太陽能收集器，或者使用非會(huì)聚式收集器，尤其是平面收集器或者真空管收集器。在此又表現(xiàn)出了根據(jù)本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠的靈活性，因?yàn)椴粌H可以最佳可能地考慮在發(fā)電廠的位置處本地存在的太陽能輻射，而且在布置根據(jù)本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠時(shí)也可以考慮不同太陽能收集器的工作特性和價(jià)格。根據(jù)本發(fā)明，可以使用水或者導(dǎo)熱油作為太陽能收集器以及熱交換器的熱側(cè)的熱載體。這又取決于太陽能收集器的工作溫度，使得關(guān)于熱載體方面也存在最大的靈活性。本發(fā)明所基于的任務(wù)同樣通過后面所附權(quán)利要求8的方法來解決。在此，實(shí)現(xiàn)前面已經(jīng)描述過的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和有利的擴(kuò)展方案可以從后面的附圖、其描述和權(quán)利要求中得到。所有在附圖、其描述以及權(quán)利要求中描述的特征可以單獨(dú)地以及彼此任意組合地反映本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。


其中圖1示出了傳統(tǒng)的蒸汽發(fā)電廠的連線圖，圖2和圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠的實(shí)施例，圖4示出了在蒸汽發(fā)電廠的不同部位耦合輸入的太陽能的貢獻(xiàn)，以及圖5至圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式在圖1中作為框圖示出了傳統(tǒng)的化石燃燒或者用生物質(zhì)燃燒的蒸汽發(fā)電廠。圖1 主要用于表示發(fā)電廠的各組件并且示出水蒸汽循環(huán)的總體關(guān)聯(lián)，因?yàn)槌鲇谇宄脑颍诤竺娴母綀D中僅僅示出了水蒸汽循環(huán)的本發(fā)明實(shí)質(zhì)的部分。在蒸汽發(fā)生器1中，借助化石燃料或者借助生物質(zhì)從給水中產(chǎn)生新鮮蒸汽，新鮮蒸汽在蒸汽渦輪機(jī)3中被釋放并且由此驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)G。渦輪機(jī)3可以被分為高壓部分HD、 中壓部分MD和多個(gè)低壓部分ND。
當(dāng)蒸汽在渦輪機(jī)3中被釋放之后，其流入到冷凝器5中并且在那里液化。為此目的，將各種情況下液態(tài)的冷卻介質(zhì)例如冷卻水輸送給冷凝器5。該冷卻水在進(jìn)入冷凝器5之前在冷卻塔(未示出)中冷卻或者通過在發(fā)電廠附近的河流(未示出)冷卻。在冷凝器5中形成的冷凝物由冷凝物泵7輸送給多個(gè)預(yù)熱器VWi，其中i = 1、···、 η。在所示的實(shí)施例中，在第二預(yù)熱器VW2之后設(shè)置有給水鍋爐8。在給水鍋爐8之后設(shè)置有給水泵9。結(jié)合本發(fā)明，重要的是，來自冷凝器5的給水從第一預(yù)熱器VWl中開始直到最后的預(yù)熱器VW5借助蒸汽預(yù)熱。在此，冷凝物的溫度或者給水的溫度逐個(gè)預(yù)熱器地升高，并且相應(yīng)地，用于預(yù)熱的蒸汽的溫度也必然升高。在所示的例子中，預(yù)熱器VWl和VW2借助來自蒸汽渦輪機(jī)3的高壓部分HD的蒸汽加熱，而最后的預(yù)熱器VW5借助來自蒸汽渦輪機(jī)3的低壓部分ND的蒸汽加熱。在給水容器8中形成的第三預(yù)熱器VW3借助來自渦輪機(jī)3的中壓部分MD的蒸汽加熱。在圖2中示出了根據(jù)本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠的第一實(shí)施例。在此，使用結(jié)合圖1所提及的、所使用的附圖標(biāo)記。在圖2中在冷凝物泵7和給水容器8之間總共設(shè)置了四個(gè)預(yù)熱器VWl至VW4。其是所謂的低壓預(yù)熱器。如從圖2中可見的那樣，冷凝物在30°C至40°C的溫度情況下進(jìn)入第一預(yù)熱器VWl 并且在那里借助來自蒸汽渦輪機(jī)3(參見圖1)的蒸汽預(yù)熱到55°C至大約70°C的排出溫度。 在圖2中通過沒有附圖標(biāo)記的箭頭來表示蒸汽的輸送。第二預(yù)熱器VW2的進(jìn)入溫度和排出溫度之間的溫度擴(kuò)展為作為進(jìn)入溫度在55°C 到70V之間，而作為排出溫度在80V到100°C之間。在第三預(yù)熱器VW3中，該冷凝物被從 80°C至100°C加熱到120°C至135°C，并且在第四預(yù)熱器VW4中其被進(jìn)一步加熱到140°C到 160 "C。根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在設(shè)計(jì)的是，并行于第二預(yù)熱器VW2設(shè)置有第一熱交換器11。在此，冷凝物流的一部分可以在第二預(yù)熱器VW2的旁路中通過第一熱交換器11而引導(dǎo)。第一熱交換器11被熱載體例如水流過，其在收集器區(qū)域13中借助太陽能輻射加熱。在所提及的大約55°C至最高100°C的溫度情況下，對(duì)于收集器區(qū)域13而言，平面收集器或者真空管收集器證明為特別有效。于是，例如在這種收集器區(qū)域13中，熱載體在至第一熱交換器11的輸入側(cè)上可以被加熱到例如105°C的溫度，并且以大約75°C從第一熱交換器排出。當(dāng)然，為了能夠?qū)峤粨Q器再循環(huán)，在熱交換器循環(huán)中設(shè)置有循環(huán)泵15。循環(huán)泵 15的輸送量被調(diào)節(jié)為使得熱載體在進(jìn)入第一熱交換器11中時(shí)具有所希望的溫度。流過第一熱交換器11的冷凝物的部分流根據(jù)收集器區(qū)域13的當(dāng)前功率來調(diào)節(jié)， 使得冷凝物在從第一熱交換器11排出時(shí)具有與流過第二預(yù)熱器VW2的主冷凝物流相同的溫度。為此目的，將流調(diào)節(jié)閥17安裝到第二預(yù)熱器VW2的旁路中。顯然可以理解的是，例如在具有強(qiáng)的太陽能輻射和收集器區(qū)域13的有利取向的地方，可以實(shí)現(xiàn)比105°C更高的排出溫度，其示例性地在圖3中在熱載體的輸入側(cè)上被輸入到第一熱交換器11中。于是可能的是，將第一熱交換器11與第三預(yù)熱器3并行連接，第三預(yù)熱器在比第二預(yù)熱器VW2更高的溫度下工作。當(dāng)然在較低的太陽能輻射供應(yīng)情況下也可能的是，將第一熱交換器11與第一預(yù)熱器VWl并行設(shè)置。這意味著，熱載體必須在收集器區(qū)域中僅僅被加熱到75°C。根據(jù)本發(fā)明的方案由此關(guān)于太陽能輻射方面具有非常大的靈活性。因?yàn)榈谝粺峤粨Q器11與預(yù)熱器 Vffi并行連接，也可能的是，在已經(jīng)處于工作中的蒸汽發(fā)電廠情況下將第一熱交換器11和收集器區(qū)域13事后加裝。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的靈活性借助圖3而變得特別清楚。在根據(jù)圖2的實(shí)施例與根據(jù)圖3的實(shí)施例之間的主要差別在于，在冷凝物泵7和第一熱交換器預(yù)熱器VWl之間以及在所有預(yù)熱器之間以及第四預(yù)熱器4和給水鍋爐8之間分別有旁路管路(沒有附圖標(biāo)記) 從(主)給水管路19分支，并且在每個(gè)旁路管路中設(shè)置有至少一個(gè)路徑閥門17。如從圖3 中看出的那樣，通過所示的連接可能的是，將第一熱交換器11與第一預(yù)熱器VW1、第二預(yù)熱器VW2、第三預(yù)熱器VW3或者第四預(yù)熱器VW4并行連接。因?yàn)樗辛髁块y17都是可控的， 所以也可能的是，在蒸汽發(fā)電廠的持續(xù)運(yùn)行中例如在太陽輻照還較弱的早晨將第一熱交換器11首先與第一預(yù)熱器VWl并行地驅(qū)動(dòng)。隨著增強(qiáng)的太陽輻照，于是第一熱交換器11可以相繼地與預(yù)熱器VW2、VW3和VW4并行驅(qū)動(dòng)。在此，圖3中所示的連接也設(shè)計(jì)了，將第一熱交換器11例如與第一預(yù)熱器VWl和第二預(yù)熱器VW2并行驅(qū)動(dòng)。這意味著，流過第一熱交換器11的部分流經(jīng)歷從30°C至40°C 的進(jìn)入溫度出發(fā)直到80°C至100°C的溫度擴(kuò)展。這當(dāng)然僅僅借助效率非常高的收集器區(qū)域 13才是可能的。當(dāng)然也可能的是，將第一熱交換器11與預(yù)熱器VW2至VW4并行地連接。在此，如從根據(jù)圖3的框圖中得出的那樣，一個(gè)或者多個(gè)預(yù)熱器的所有組合都是可能的。第一熱交換器11與預(yù)熱器VWl至VW4中的一個(gè)或多個(gè)的這種靈活的并行連接的優(yōu)點(diǎn)也可以從圖4中看到。在此，將在發(fā)電機(jī)上的(電)剩余功率與輻照到太陽能收集器上的太陽能輻射功率的比例定義為效率。例如，在20，OOOm2上的500W/m2的特定輻射功率情況下，得到IOMW的太陽能功率。如果將該功率引入水蒸汽循環(huán)中并且由此在發(fā)電機(jī)上實(shí)現(xiàn)3MW的剩余功率， 則效率為30%。在圖4中繪出了針對(duì)將以太陽方式獲取的熱量耦合輸入到發(fā)電廠的水蒸汽循環(huán)中的根據(jù)本發(fā)明的不同變形方案的、關(guān)于太陽能輻射的特定于面積的功率[W/m2]的效率。 于是，借助與第一預(yù)熱器1并行的第一熱交換器11的耦合輸入用第一線21示出。從該線的變化過程中清楚的是，太陽能利用已經(jīng)在大約200W/m2的比較小的太陽能輻射情況下超過2%貢獻(xiàn)于供熱。在明顯更高的輻射功率情況下(例如1，OOOW/m2)，在圖4所基于的例子中該貢獻(xiàn)上升到最大3. 3%。也就是說，該輻射在低輻射功率的情況下特別有效地工作，而在較高的輻射功率情況下該貢獻(xiàn)僅僅增加比較小的程度。第二線23示出了當(dāng)?shù)谝粺峤粨Q器11與第二預(yù)熱器VW2并行連接時(shí)效率的提高。 從第二線23的變化過程中清楚的是，太陽能利用在大約200W/m2的太陽能輻射情況下才開始，并且在1，000W/m2的輻射功率情況下可以為直到 %。第三線25示出了當(dāng)?shù)谝粺峤粨Q器11與第三預(yù)熱器VW3并行連接時(shí)效率的提高。 從第三線25的變化過程中清楚的是，太陽能利用在大約270W/m2的太陽能輻射情況下才開始，并且在l，000W/m2的輻射功率情況下可以為直到超過9%。第四線27示出了當(dāng)?shù)谝粺峤粨Q器11與第四預(yù)熱器VW4并行連接時(shí)效率的提高。 從第四線27的變化過程中清楚的是，太陽能利用在大約370W/m2的太陽能輻射情況下才開始，并且在l，000W/m2的輻射功率情況下可以為直到超過10%。由于第一熱交換器11對(duì)應(yīng)于可用的太陽能輻射的、根據(jù)本發(fā)明的可變并入導(dǎo)致的效率提高通過第五線29示出。雖然第一熱交換器11在所示的所有變形方案中相同，由此得到在太陽能輻射的從200W/m2至大約1000W/m2的整個(gè)范圍上最大的效率。為了能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能的根據(jù)本發(fā)明可變的耦合輸入，僅僅需要一些管線路和流量閥17 (參見圖3)，使得該變形方案的經(jīng)濟(jì)性非常高。在圖5中示出了根據(jù)本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠的框圖的一部分，其中預(yù)熱器VW6和VW7 是所謂的高壓預(yù)熱器，因?yàn)槠湓O(shè)置在鍋爐饋送泵9下游并且設(shè)置在蒸汽發(fā)生器1之前。水力連接原理上與根據(jù)圖2和圖3的實(shí)施例中相同。然而，給水在進(jìn)入預(yù)熱器VW6 之前的進(jìn)入溫度為大約150°C至190°C，并且在200°C至220°C的溫度下離開第六預(yù)熱器 VW6。第七預(yù)熱器VW7的相應(yīng)排出溫度為230°C至280°C。在根據(jù)圖5的實(shí)施例中，第二熱交換器33與第七預(yù)熱器VW7并行連接，使得收集器區(qū)域13的熱載體的相應(yīng)高的溫度必須被傳遞到第二熱交換器33中。在該實(shí)施例中需要將收集器區(qū)域的單個(gè)收集器構(gòu)建為會(huì)聚式收集器，例如拋物槽式收集器或者菲涅耳收集器。在圖6中示出了根據(jù)本發(fā)明的將太陽能耦合輸入到蒸汽發(fā)電廠中的另一實(shí)施例。 在此，在蒸汽渦輪機(jī)3的高壓部分HD和蒸汽渦輪機(jī)的中壓部分MD之間設(shè)置有中間過熱器 35。根據(jù)本發(fā)明，在蒸汽渦輪機(jī)3的高壓部分HD和中間過熱器35之間設(shè)置有第三熱交換器37，其由收集器區(qū)域13提供太陽產(chǎn)生的熱量。在此也設(shè)置了流量閥17，其能夠?qū)崿F(xiàn)控制經(jīng)過第三熱交換器37的蒸汽質(zhì)量流。在圖7中示出了中間過度加熱的另一實(shí)施例。在此，蒸汽在蒸汽渦輪機(jī)3的中壓部分MD和低壓部分ND之間經(jīng)歷在第三熱交換器37中的中間加熱。由此，也可以選擇性地提高發(fā)電廠或者燃料的效率和/或降低發(fā)電廠的燃料需求。在圖8中示出太陽能如何可以根據(jù)本發(fā)明耦合輸入到給水中，該給水為了調(diào)節(jié)新鮮蒸汽溫度而噴射到過熱器35中。為此目的，設(shè)置了旁路管路39，其從給水管路19在其進(jìn)入蒸汽發(fā)生器1中之前分支并且在過熱器35中結(jié)束，以本身已知的方式來設(shè)計(jì)。為了能夠控制和放大噴入過熱器35 中的冷凝物的量，在該旁路管路39中設(shè)置了流量閥17。根據(jù)本發(fā)明，在旁路管路39中設(shè)置了第四熱交換器41，其連接到收集器區(qū)域13并且由其提供以太陽能方式獲取的熱量。通過在第四熱交換器41中提高給水或者噴入水冷凝物的溫度，可能將更多冷凝物噴入過熱器35中，以便達(dá)到新鮮蒸汽的所希望的蒸汽參數(shù)(壓力和溫度)。由此，降低了為了實(shí)現(xiàn)蒸汽渦輪機(jī)3的確定功率所需的、蒸汽發(fā)生器1的燃燒效率，這直接反映在節(jié)省燃料和/或效率提升。在圖9中除了噴入過熱器35還示出了將給水噴入中間過熱器43中。在噴入水管路中并且與中間過熱器43串行地設(shè)置有第五熱交換器45。第五熱交換器45加熱給水，給水在流入中間過熱器43中之前經(jīng)過給水提取管路47，該給水提取管路從給水管路19向給水泵9分支。在此根據(jù)本發(fā)明又可能的是，通過第五熱交換器45將以太陽能方式產(chǎn)生的熱量耦合輸入到蒸汽循環(huán)中并且由此將蒸汽發(fā)電廠的效率和/或燃料需求進(jìn)行優(yōu)化。在圖10中示出了一個(gè)實(shí)施例，其中給水泵9被給水傳動(dòng)泵渦輪機(jī)SPAT驅(qū)動(dòng)。該給水傳動(dòng)泵渦輪機(jī)SPAT借助從蒸汽渦輪機(jī)3的中壓部分MD提取的抽汽來驅(qū)動(dòng)。為此，蒸汽渦輪機(jī)3的中壓部分MD設(shè)置有抽取管路49。在該抽取管路49中在流量閥17之后設(shè)置有第六熱交換器51，其由收集器區(qū)域13提供太陽能熱量。由此可能的是，將從蒸汽渦輪機(jī)3抽取的蒸汽在第六熱交換器51中中間過度加熱，并且由此減少所抽取的蒸汽的質(zhì)量流，并且由此提高蒸汽渦輪機(jī)3的效率和/或降低燃料消耗。在圖11中還示出了將太陽能耦合輸入到蒸汽動(dòng)力循環(huán)中的另一根據(jù)本發(fā)明的可能性。在此，借助太陽能收集器區(qū)域13驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)AKM，其又將用于冷凝器5的冷卻水進(jìn)一步冷卻。在此，當(dāng)水在蒸汽發(fā)電廠的冷卻塔中(未示出)或者被附近的河流(未示出)的水已經(jīng)盡可能地冷卻時(shí)，才冷卻水。通過進(jìn)一步將冷卻水冷卻，降低了冷凝器5中的壓力水平，使得在蒸汽渦輪機(jī)3上的可用壓力降落增大，并且相應(yīng)地提高了發(fā)電廠的效率。在圖11中，吸收式制冷機(jī)AKM與冷卻劑管路的旁路連接，其中借助制冷劑管路對(duì)冷凝器5進(jìn)行供應(yīng)?？商孢x地也可能的是，將吸收式制冷機(jī)直接集成到冷卻劑管路中，使得吸收式制冷機(jī)AKM與冷卻塔(未示出)以及冷凝器5串行連接。圖12示出了將以太陽能方式饋送的第七熱交換器61串行并入到HD預(yù)熱器中。根據(jù)本發(fā)明的串行并入在高壓預(yù)熱段中設(shè)置了附加的、以太陽能方式饋送的熱交換器61。為了在熱動(dòng)力學(xué)上最有效地容納太陽能，將最后的高壓預(yù)熱器VWi的主要部件即過熱調(diào)節(jié)器 (Enthitzer) 57、冷凝器58和過冷器59在空間上分離地安裝。以太陽能方式饋送的熱交換器61集成在最后的被饋送蒸汽的預(yù)熱器VWi的冷凝器58和過熱調(diào)節(jié)器57之間，并且由此最優(yōu)地利用發(fā)熱介質(zhì)的溫度水平。給水由此在其進(jìn)入蒸汽發(fā)生器1的節(jié)約器(Eco)之前可以被置于更高的溫度水平。蒸汽發(fā)生器1的溫度升高幅度更小，并且必須在蒸汽參數(shù)不變的情況下將更少的燃料能量輸送給蒸汽發(fā)生器1?？商孢x地，可以在蒸汽發(fā)生器1的恒定的燃燒熱效率情況下增大新鮮蒸汽質(zhì)量流并且由此提高發(fā)電機(jī)效率。在該實(shí)施例中，將最后的預(yù)熱器VWi劃分為三個(gè)子組件，即過熱調(diào)節(jié)器57、冷凝器 58和過冷器59。預(yù)熱器VW的如下部分被稱為冷凝器58 其中將抽汽冷凝并且其冷凝熱發(fā)送給給水。如果從冷凝器58積聚的冷凝物具有比輸入的給水更高的溫度，則可以通過過冷器59提高給水溫度水平；這在能量上更有利。過熱調(diào)節(jié)器57將過熱的抽汽置于飽和蒸汽水平。在此，從蒸汽中提取熱量并且傳遞給給水。根據(jù)本發(fā)明，現(xiàn)在在過熱調(diào)節(jié)器57和冷凝器58之間設(shè)置有第七熱交換器61，其將收集器區(qū)域13中獲取的太陽能熱量傳遞給給水。圖13示出了以太陽能方式饋送的第七熱交換器61至HD預(yù)熱器中的并行并入。其在一定程度上是根據(jù)圖12的實(shí)施例的變形方案。因此，僅僅闡述區(qū)別并且在其他情況下針對(duì)圖12所述內(nèi)容相應(yīng)地適用。第七熱交換器61借助第二旁路管路63與給水管路19并行連接。在第二旁路管路63中設(shè)置有附加的冷凝物泵65，其促使給水管路19中流動(dòng)的冷凝物的可變部分流通過第七熱交換器61。附加的冷凝物泵65可以是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的。
為了能夠控制第七熱交換器61的加熱幅度，使得能夠以最佳的能量收益來驅(qū)動(dòng)太陽能區(qū)域13，并未將全部流過給水管路19的給水量都加熱，而是僅僅將部分質(zhì)量流加熱。該部分質(zhì)量流通過合適地控制可調(diào)節(jié)的冷凝物泵65而始終將當(dāng)前供應(yīng)與太陽能熱量匹配。由此，太陽能區(qū)域13可以始終在恒定的溫度水平上工作。在第七熱交換器61之后將太陽能加熱的、流過第二旁路管路63的部分質(zhì)量流和流過給水管路19的給水的剩余部分一同引導(dǎo)，并且從兩個(gè)質(zhì)量流中出現(xiàn)混合溫度。通過第七熱交換器61的優(yōu)化的加熱幅度，通過太陽能區(qū)域13的所需的質(zhì)量流更少。由此，減少了在給水側(cè)和太陽能循環(huán)側(cè)的壓力損耗以及在收集器區(qū)域中的加熱損耗。在圖13中描述的實(shí)施例可以在一些細(xì)節(jié)中變化。在圖13中所示的連接設(shè)計(jì)了， 最后的預(yù)熱器VWi的過熱調(diào)節(jié)器57出于熱動(dòng)力學(xué)的原因而在位置上與最后的冷凝器58分離地在附加的熱交換器之前并入。如果這出于技術(shù)原因或者在相應(yīng)的部位缺少位置而在發(fā)電廠中不可能，則熱調(diào)節(jié)器也可以不變地直接保持在預(yù)熱器VWl的冷凝部分58中。如果對(duì)于最后的高壓預(yù)熱器不存在過熱調(diào)節(jié)器57并且沒有設(shè)計(jì)事后的安裝，則太陽能耦合輸入直接連接在最后的預(yù)熱器VWi的冷凝部分58之后?？赡艿氖牵部梢允∪ピ诘诙月饭苈?3給水部分流中的泵65。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽發(fā)電廠，包括蒸汽發(fā)生器(1)、渦輪機(jī)(3)、冷凝器(5)和至少一個(gè)預(yù)熱器 (VWi)，其特征在于，并行于預(yù)熱器(VW)設(shè)置有至少一個(gè)熱交換器(11，33)，并且在所述至少一個(gè)熱交換器(11，33)中熱量從一個(gè)或者多個(gè)太陽能收集器(13)傳遞到流經(jīng)所述至少一個(gè)熱交換器(11，33)的部分冷凝物流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)電廠，其特征在于，設(shè)置有多個(gè)串行連接的預(yù)熱器，尤其是低壓預(yù)熱器(VW1，VW2，…)或者高壓預(yù)熱器(VW6，VW7，…)，并且所述至少一個(gè)熱交換器(11，33)能夠與所述預(yù)熱器(VW1，VW2，…，VW7)中的一個(gè)或者多個(gè)并行連接。
3.一種蒸汽發(fā)電廠，包括蒸汽發(fā)生器(1)、過熱器(35)和/或一個(gè)或多個(gè)中間過熱器 (43)和渦輪機(jī)(3)，其中為了調(diào)節(jié)在過熱器(35)中的新鮮蒸汽溫度和/或?yàn)榱苏{(diào)節(jié)在中間過熱器(43)中的被過度加熱的蒸汽的溫度，將通過旁路管路(39，27)從冷凝物管路(19) 中提取的冷凝物噴入過熱器(35)和/或中間過熱器(43)中，其特征在于，并行于冷凝物管路(19)設(shè)置有第四熱交換器(41)和/或第五熱交換器(45)，并且在第四熱交換器和/或第五熱交換器(41，45)中能夠?qū)崃繌囊粋€(gè)或者多個(gè)太陽能收集器(13)傳遞到冷凝物。
4.一種蒸汽發(fā)電廠，包括蒸汽發(fā)生器(1)、渦輪機(jī)(3)、冷凝器(5)、給水泵(SP)、借助蒸汽驅(qū)動(dòng)的給水泵傳動(dòng)渦輪機(jī)(SPAT)和在渦輪機(jī)(3)、尤其是渦輪機(jī)(3)的中壓部分(MD) 與給水泵傳動(dòng)渦輪機(jī)(SPAT)之間的蒸汽管路(48)，其特征在于，在蒸汽管路(48)中設(shè)置有第六熱交換器(49)，并且在第六熱交換器(49)中能夠?qū)崃繌囊粋€(gè)或者多個(gè)太陽能收集器(13)傳遞到蒸汽管路(48)中流動(dòng)的蒸汽。
5.一種蒸汽發(fā)電廠，包括蒸汽發(fā)生器(1)、渦輪機(jī)(3)和冷凝器(5)，其中冷凝器(5) 被冷卻介質(zhì)尤其是水流過，其特征在于，冷卻介質(zhì)在進(jìn)入冷凝器(5)之前能夠借助以太陽能方式驅(qū)動(dòng)的吸收式制冷機(jī)(AKM)冷卻。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的蒸汽發(fā)電廠，其特征在于，至少一個(gè)附加的高壓預(yù)熱器(VW6，VW7)直接地或者通過第七熱交換器(61)由熱載體加熱，所述熱載體流過收集器區(qū)域(13)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蒸汽發(fā)電廠，其特征在于，第六熱交換器(49)通過第二旁路管路(63)與給水管路(19)并行連接，并且在所述第二旁路管路(63)中設(shè)置有冷凝物泵 (65)或者流量閥。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的蒸汽發(fā)電廠，其特征在于，使用會(huì)聚式收集器、尤其是拋物槽式收集器、菲涅耳收集器或者帶有日光反射區(qū)的塔式接收器作為太陽能收集器 (13)，或者使用非會(huì)聚式收集器、尤其是平面收集器或者真空管收集器作為太陽能收集器 (13)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的蒸汽發(fā)電廠，其特征在于，使用水或者導(dǎo)熱油作為太陽能收集器(13)以及熱交換器(11,33,37,41,45,49)的熱側(cè)的熱載體。
10.一種用于驅(qū)動(dòng)蒸汽發(fā)電廠的方法，所述蒸汽發(fā)電廠包括蒸汽發(fā)生器(1)、渦輪機(jī) (3)、冷凝器(5)和至少一個(gè)預(yù)熱器(VWi)、以及并行于所述至少一個(gè)預(yù)熱器(VWi)連接的熱交換器(11，33)，其特征在于，在所述至少一個(gè)熱交換器(11，33)中熱量從一個(gè)或者多個(gè)太陽能收集器(13)傳遞到流經(jīng)所述至少一個(gè)熱交換器(11，33)的部分冷凝物流或者給水流，并且根據(jù)來自所述至少一個(gè)熱交換器(11，33)的部分冷凝物流或者給水流的排出溫度來調(diào)節(jié)所述部分冷凝物質(zhì)量流。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，根據(jù)能夠由所述至少一個(gè)熱交換器 (11，33)傳遞至部分冷凝物質(zhì)量流的熱功率將所述至少一個(gè)熱交換器(11，33)與一個(gè)或者多個(gè)串行連接的預(yù)熱器(VWi)并行連接。
12.一種用于驅(qū)動(dòng)蒸汽發(fā)電廠的方法，所述蒸汽發(fā)電廠包括蒸汽發(fā)生器(1)、過熱器 (35)和/或一個(gè)或多個(gè)中間過熱器(43)、渦輪機(jī)(3)和冷凝器(5)，其中為了調(diào)節(jié)被過度加熱的蒸汽的溫度，將通過旁路管路(39，47)從冷凝物管路(19)中提取的給水噴入過熱器 (35)和/或中間過熱器(43)中，其特征在于，將熱量從一個(gè)或者多個(gè)太陽能收集器(13)傳遞至給水，并且將所述冷凝物噴入過熱器(35)中用于調(diào)節(jié)新鮮蒸汽溫度和/或噴入所述至少一個(gè)中間過熱器(43)中用于調(diào)節(jié)被過度加熱的蒸汽的溫度。
13.一種用于驅(qū)動(dòng)蒸汽發(fā)電廠的方法，所述蒸汽發(fā)電廠包括蒸汽發(fā)生器(1)、渦輪機(jī) (3)、冷凝器(5)、給水泵(9)和借助蒸汽驅(qū)動(dòng)的給水泵傳動(dòng)渦輪機(jī)(SPAT)和在渦輪機(jī)(3) 與給水泵傳動(dòng)渦輪機(jī)(SPAT)之間的蒸汽管路(48)，其特征在于，在第六熱交換器(49)中將熱量從一個(gè)或者多個(gè)太陽能收集器(13)傳遞到蒸汽管路(48)中流動(dòng)的蒸汽。
14.一種用于驅(qū)動(dòng)蒸汽發(fā)電廠的方法，所述蒸汽發(fā)電廠包括蒸汽發(fā)生器(1)、渦輪機(jī) (3)和冷凝器(5)，其中冷凝器(5)被冷卻介質(zhì)尤其是水流過，其特征在于，冷卻介質(zhì)在進(jìn)入冷凝器(5)之前借助以太陽能方式驅(qū)動(dòng)的吸收式制冷機(jī)(AKM)冷卻。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，至少一個(gè)附加的高壓預(yù)熱器 (VW6，VW7)直接地或者通過第七熱交換器(61)由熱載體加熱，所述熱載體流過收集器區(qū)域 (13)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述附加的高壓預(yù)熱器或者第七熱交換器(61)通過第二旁路管路(63)與給水管路(19)并行連接，并且根據(jù)流過太陽能區(qū)域 (13)的熱載體的溫度調(diào)節(jié)第二旁路管路(63)中的給水流。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種方法或者蒸汽發(fā)電廠，其中可非常靈活并且非常高效地將太陽能耦合輸入到蒸汽發(fā)電廠的水蒸氣循環(huán)中。
文檔編號(hào)F03G6/06GK102405349SQ201080017157
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月18日
發(fā)明者埃瓦爾德·基茨曼, 比約恩·赫策爾, 沃爾克·許勒 申請(qǐng)人:阿爾斯通技術(shù)有限公司