专利名称：利用太阳能的锅炉系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及将太阳能能量适用于锅炉的利用太阳能的锅炉系统。
背景技术：
作为具有太阳能回收装置的火力发电系统，有如专利文献I所示的太阳能燃气轮机的例子。该文献提出了如下发电系统例如在具有地面上100米左右高度的塔的顶端所设置的太阳能吸热器中，会聚从设置在地面上的多个反射镜反射来的太阳光，将从设置在地面上的压缩机供给的高压空气进行过热而成为高温空气，使该高温高压空气流到设置在上述塔顶端的高温高压空气膨胀涡轮机而驱动发电机进行发电。在本系统中，由于将空气过热到900°c左右的温度，因而需要许多反射镜而使设置平面镜的面积庞大，太阳能回收装置的成本增加。再有，在高度高的塔上不得不设置高温高压空气的膨胀涡轮机和/或发电机，存在难以稳定的运转的问题。另外，非专利文献I示出了用以太阳光聚光器聚光的太阳 光及太阳能吸热器使氦-氙混合气体过热到1000°C并向再生燃气轮机供给的例子。现有技术文献专利文献I :日本特开2010-275997号公报非专利文献I :三菱重工技报，Vol. 31，No. 4(1994-7)，P239-242，[高效率太阳能发电系统的研究]在如上述的现有技术那样的、用设置在地面上的多个平面镜使太阳光集中于太阳能吸热器的一点而使压缩机出口的高压空气过热，并向高温高压空气膨胀涡轮机供给的系统中，为了生成约1000°c的高温空气，需要多个平面镜。即，就将太阳能能量应用到燃气轮机的上述现有技术而言，为了提高效率，需要使空气温度达到约1000°c以上的高温，成为太阳能聚热装置的设备成本大幅度地上升之类产生互不相容的问题的技术。此外，上述的现有技术对于将太阳能能量应用到锅炉系统这一点并无任何公开。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一种利用太阳能的锅炉系统，它能抑制太阳能聚热装置的设备成本，并且在将因太阳能聚热引起的空气温度上升控制在最小限度的同时，还能大幅度地提闻发电端效率。为了实现上述发明目的，本发明的利用太阳能的锅炉系统具有使化石燃料燃烧的锅炉；对该锅炉的燃烧器用气流输送微粉化后的化石燃料的一次空气系统；以及对上述锅炉供给预热后的燃烧用空气的二次空气系统；该锅炉系统的特征是，在二次空气系统设有利用太阳能能量使上述预热后的燃烧用空气进一步过热的二次空气过热器。本发明的效果如下。根据本发明，能够提供抑制了太阳能聚热装置的设备成本，并且在将因太阳能聚热引起的空气温度上升控制在最小限度的同时，还能大幅度地提高发电端效率的利用太阳能的锅炉系统。
图I是将本发明的实施例的太阳能聚热器、锅炉二次空气过热器和锅炉烟道风道系统做成连接图的系统说明图。图2是在图I中，特别详细地提出太阳能聚热器和二次空气过热器进行说明的图。图3是表示本实施例的发电端的输出提高量的(试算例)的图。图中I-消音器，2-压力通风机，3-蒸气式空气加热器，4- 二次空气预热器，5- 二次空气过热器旁通调节风门，6- 二次空气过热器入口调节风门，7- 二次空气过热器，8- 二次空气过热器出口管道，9-风箱，10-锅炉，11-锅炉出口管道，15-脱硝装置，16- 一次空气和二次空气预热器，17-电集尘器，18-诱导通风机，19-脱硫装置，20-烟囱，21- 二次空气过热器旁通管道，22- 二次空气过热器入口管道，25- 一次空气通风机，28- 一次空气预热器，29-微粉碎机,30-热介质箱,31-热介质箱侧一次热介质循环泵入口阀,32- —次热介质循 环泵，33-蓄热装置换热器侧一次热介质循环泵入口阀，34-太阳能聚热镜组入口三通阀，35-太阳能聚热镜，36-太阳能聚热镜组出口三通阀，37-太阳能聚热装置出口热介质配管，38- 二次空气过热器旁通热介质配管，39- 二次空气过热器入口热介质配管，40- 二次空气过热器出口低温热介质配管，41- 二次热介质循环泵，42- 二次热介质循环泵出口热介质配管，43-太阳能放热熔化盐输送泵，44-太阳能蓄热熔化盐输送泵，45-低温熔化盐箱出口转换三通阀，46-熔化盐换热器入口转换三通阀，47-熔化盐换热器，49-熔化盐换热用热介质供给配管，51-低温熔化盐箱，52-高温熔化盐箱，53- 二次空气过热管入口集管，54- 二次空气过热器传热管，55- 二次空气过热器旁通阀，56- 二次空气过热器入口阀，57- 二次空气过热管出口集管，58-化石燃料，59-微粉碎机出口配管。
具体实施例方式以下，使用附图对将本发明的利用太阳能的锅炉系统应用到烧煤火力发电锅炉的例子说明如下。此外，在各附图中，对相同的结构要素标上相同的符号。作为本发明的实施例，下面说明的实施例具有作为火力发电的一种形态的火力发电厂的锅炉的烟道风道系统；太阳能回收装置；以及借助于二次空气过热器将由太阳能回收装置回收后的太阳能能量投入到锅炉的炉膛的系统。此外，太阳能回收装置的型式以槽型为例进行说明，但塔型也是同样的。另外，在此，将油作为回收太阳能能量的热介质，但含水的其它热介质也是同样的。再有，作为对回收后的太阳能进行蓄热或放热一侧的热介质以熔化盐为例子。图I是本实施例的利用太阳能的锅炉系统的系统说明图。作为本实施例的利用太阳能的锅炉系统的基本系统，具有锅炉的一次空气系统；二次空气系统；烟道系统；太阳能回收系统。锅炉10的燃烧所需要的大气中的空气通过消音器I被分为一次空气和二次空气两部分。一次空气由一次空气通风机25 (PAF)进行升压，在由一次空气预热器28加热后，流入到后级的微粉碎机29中。再有，微粉碎机29将化石燃料58粉碎并成为微粉状态，与一次空气一起通过微粉碎机出口配管59而流下到锅炉10的风箱9中。在风箱9中，锅炉的一次空气和二次空气与微粉燃料通过具有多个燃烧器喷嘴(未图示)的各流道内之后，在燃烧器喷嘴出口使一次空气、二次空气与微粉燃料合流而进行燃烧。锅炉的二次空气由压力通风机2 (FDF)进行升压，由蒸气式空气加热器3 (SAH)利用水蒸气加热后，流入到二次空气预热器4中。在二次空气预热器4中，二次空气被加热到约350°C左右而通过二次空气过热器入口调节风门6。然后，预热后的燃烧用空气沿二次空气过热器入口管道22中流下，由二次空气过热器7利用保有太阳能能量的加热介质进一步过热到约400°C 500°C左右。该过热后的空气通过二次空气过热器出口管道8被导入到风箱9中。这样一来，太阳能能量借助于锅炉的二次空气投入到锅炉10中。在将太阳能能量不回收到锅炉10中而进行运用的情况下，打开二次空气过热器旁通调节风门5，使二次空气流到二次空气过热器旁通管道21并导入到风箱9中。在锅炉10的炉膛内燃烧后的锅炉废气通过锅炉出口管道11后依次通过后级的脱硝装置15、一次空气和二次空气预热器16 (AH)、电集尘器17 (EP)、诱导通风机18 (IDF)JA硫装置19 (DeSOx)并流入烟囱20并扩散到大气中。结束将二次空气过热到约400°C 500°C后的、从二次空气过热器7流出的低温的太阳能介质在通过二次空气过热器出口低温热介质配管40内之后,集中到热介质箱30。从热介质箱30流出的低温热介质由一次热介质循环泵32进行升压，通过太阳能聚热镜组入口三通阀34而送到太阳能聚热镜35进行加热成为高温热介质。由太阳光加热到约410°C 510°C左右而成为高温的高温热介质在通过太阳能聚热镜组出口三通阀36、太阳能聚热装置出口热介质配管37、二次空气过热器入口热介质配管39、二次空气过热器入口阀56、二次热介质循环泵41以及二次热介质循环泵出口热介质配管42后，导入到二次空气过热器7中。这样一来，利用供给的高温热介质将二次空气过热到约400°C 500°C左右，从而将太阳能能量带入锅炉的炉膛中。在二次空气过热器7的热交换运转停止后的情况下，进行控制而使二次空气过热器入口阀56关闭，使二次空气过热器旁通阀55打开，使高温热介质旁 通到热介质箱30。图2是图I的太阳能回收装置和二次空气过热器的详细系统的说明图。具体地说，这是预先对白天的太阳能能量进行蓄热，在夜间太阳落山后再次向二次空气过热器7供给高温热介质7的系统。此外，作为太阳能能量的蓄热用介质，以使用熔化盐的例子进行说明。另外，太阳能在昼夜间的变动大，由于其影响，在有效利用太阳能的发电设备中存在产生昼夜的涡轮发电机的输出变动的问题。图2的构成用于解决这个问题。首先，作为在白天的运转，对利用白天的太阳能能量成为高温的高温热介质的一部分，使用太阳能聚热镜组出口三通阀36、熔化盐换热用热介质供给配管49和设置在蓄热装置换热器侧的一次热介质循环泵入口阀33来使热介质循环。另一方面，将低温熔化盐箱51中的低温熔化盐经由低温熔化盐箱出口转换三通阀45、太阳能蓄热熔化盐输送泵44、熔化盐换热器入口转换三通阀46供给到熔化盐换热器47，与从太阳能聚热镜组出口三通阀36供给的高温介质进行热交换。通过将由该热交换升温后的高温熔化盐供给到高温熔化盐箱52来蓄积太阳能能量。在夜间，将通过白天的蓄热运转所蓄积的高温热介质从高温熔化盐箱52取出，作为从太阳能聚热镜组入口三通阀34向熔化盐换热器47供给的低温热介质的加热介质来利用。具体地说，为了向低温熔化盐箱51供给高温熔化盐箱52的高温熔化盐，通过转换熔化盐换热器入口转换三通阀46及低温熔化盐箱出口转换三通阀45而使太阳能放热熔化盐输送泵43工作来进行。利用这种控制，从而将蓄积在高温熔化盐箱52中的太阳能能量对热介质进行放热。由太阳能能量加热后的高温热介质通过二次空气过热器入口热介质配管39及二次空气过热器入口阀56后由二次热介质循环泵41进行升压。这样一供给来的高温热介质经由二次热介质循环泵出口热介质配管42集中到设置于二次空气过热器7中的二次空气过热管入口集管53。供给到二次空气过热管入口集管53的高温热介质在设置于二次空气过热器7中的二次空气过热器传热管54中依次流到下游侧，将二次空气预热器4的出口的350°C左右的二次空气过热到400°C 500°C左右。对锅炉的化石燃料燃烧用的二次空气过热结束后的热介质成为低温热介质而集中到设置于二次空气过热器7中的二次空气过热管出口集管57。从二次空气过热管出口集管57流出来的低温热介质通过二次空气过热器、出口低温热介质配管40后返回到热介质箱30中。该低温热介质再次从热介质箱30经由热介质箱侧一次热介质循环泵入口阀31供给到一次热介质循环泵32。用一次热介质循环泵32升压后的低温热介质用太阳能聚热镜35成为高温热介质，再次供给到二次空气过热器7。如上所述，在本实施例中，以热介质在太阳能聚热镜35和二次空气过热器7之间循环的方式构成系统。再有，太阳能聚热装置出口热介质配管37具备将从太阳能聚热镜35供给到二次空气过热器7的热介质旁通到热介质箱30的二次空气过热器旁通热介质配管38。图3是表示本实施例的发电端效率提高量(绝对值)的图。横轴表示二次空气过热器7的出口空气温度(°C)，纵轴表示电端效率提高量。一般，烧煤火力发电锅炉的锅炉炉膛入口的二次空气温度为350°C左右。因此，在图3的验算例中，将二次空气过热器出口(锅炉炉膛的入口)空气温度为350°C的点作为发电端效率的基准点。如上所述，在本实施例中，在二次空气过热器7中，利用太阳能能量使由二次空气预热器4预热后的二次空气(约350°C左右)进一步过热。例如，当将350°C的二次空气由二次空气过热器7过热到400°C时，发电端效率提高量约为0. 8%，过热到450°C时提高量为1.6%，过热到500°C时提高量为2.4%。此外，在图3中，表示的是在二次空气过热器7中过热到400°C 500°C的例子，但也可以过热到500°C以上。在这种情况下，太阳能聚热镜35等的太阳能回收装置的规模也随着用二次空气过热器7而上升的温度的大小相应地增大。因此，二次空气过热器7的过热温度的值还需要考虑能设置太阳能回收装置的占地面积等之后决定。按照这种本实施例，使用不花费能量成本的太阳能能量，能够将作为向锅炉的炉膛供给的化石燃料燃烧锅炉的燃烧用空气的、锅炉二次空气过热。即，在锅炉炉膛通过利用太阳能使现有的温度约为350°C左右的二次空气过热50°C 150°C左右，并将约400°C 500°C左右的二次空气向锅炉炉膛投入，从而作为整个锅炉能够减少投入锅炉的煤热量输入，减少锅炉燃料消耗量。其结果，能大幅度地改善发电端效率。另外，在一般的大型锅炉中，利用锅炉的废气并通过荣格斯特朗式空气预热器将锅炉的燃烧空气加热到350°C左右再送入锅炉中。为了再利用太阳能将该空气加热50°C 150°C左右所需要的太阳能回收装置与上述现有技术文献那样的从常温过热到1000°C的系统比较能够小型化。此外，在用太阳能从常温得到接近1000°C的高温的燃气轮机系统的情况下，需要反射太阳能使其集中于一点的平面镜得到的能量相当大，其所需要的平面镜的数量达数十万枚，而且成为必需的设置太阳光反射镜的平面面积为相当大的面积。对此，就本实施例的利用太阳能的锅炉系统而言，由于只要使平面镜的枚数为使约350°C左右的二次空气上升50°C 150°C左右的枚数即可，因而与利用太阳能的燃气轮机系统比较，能够大幅度地抑制太阳能聚热装置的设备成本。另外，在上述的现有技术中，由于将太阳能燃气轮机和发电机设置在高度接近约100米的高处，因而有太阳能燃气轮机或发电机的运转处于不稳定的可能性，但在本实施例的锅炉系统中，由于无需将发电机等的旋转机械设置在高处，因而能进行稳定的运转。另外，由于一天的太阳能回收热量随着从清晨经白天到傍晚而变动，因而向锅炉的炉膛投入的二次空气的热量也变动。但是，能够通过调整向锅炉的炉膛的煤投入热量、即调整供煤量来应对该变动。这样，即使太阳能回收量变动，也能通过调整燃料向炉膛的投入
量，将锅炉发生的蒸气温度、压力及蒸发量的变动控制在最小限度，能够提供涡轮发电机的输出与昼夜无关的在一天中保持一定地运转的利用太阳能的锅炉系统(火力发电系统)。另外，本发明的利用太阳能的锅炉系统不仅能适用在新建的工厂中，也能用作已设的烧煤火力发电锅炉的改造方法。即，作为对已设工厂通过追加所设置的设备成为由太阳能聚热镜35、熔化盐换热器47、热介质箱30以及它们的连接配管及阀等构成的太阳能回收装置、和在二次空气系统中增设的二次空气过热器7。此外，通过二次空气过热器7的增设，在二次空气系统的二次空气预热器4与风箱9之间设置二次空气过热器旁通调节风门5和二次空气过热器入口调节风门6。这样，将已设的锅炉系统改造为利用太阳能的锅炉系统，从而更换整个锅炉系统也能实现效率的提高。
权利要求
1.一种利用太阳能的锅炉系统，具有 使化石燃料燃烧的锅炉； 对该锅炉的燃烧器用气流输送微粉化后的化石燃料的一次空气系统；以及 对上述锅炉供给预热后的燃烧用空气的二次空气系统， 上述利用太阳能的锅炉系统的特征在于， 在上述二次空气系统设有利用太阳能能量使上述预热后的燃烧用空气进一步过热的二次空气过热器。
2.一种利用太阳能的锅炉系统，具有 使化石燃料燃烧的锅炉； 生成对上述锅炉用气流输送微粉化后的化石燃料的输送用空气的一次空气通风机； 将由该一次空气通风机送风的输送用空气进行预热的一次空气预热器； 生成上述锅炉的燃烧用空气的压力通风机；以及 将由该压力通风机送风的燃烧用空气进行预热的二次空气预热器， 上述利用太阳能的锅炉系统的特征在于， 还具有将太阳能能量作为热源，将上述二次空气预热器出口的燃烧用空气进一步过热的二次空气过热器。
3.根据权利要求2所述的利用太阳能的锅炉系统，其特征在于， 具有将太阳光进行聚光的多个太阳能聚热镜； 使由用该太阳能聚热镜收集的太阳能能量加热的热介质与蓄热用热介质进行热交换的换热器； 蓄积由该换热器进行热交换的低温的蓄热用热介质的低温箱； 蓄积由上述换热器加热后的高温的蓄热用热介质的高温箱；以及 进行转换以便使上述蓄热用热介质在上述低温箱与高温箱之间双向流通的转换阀。
4.一种已设锅炉系统的改造方法，该已设锅炉系统具有 使化石燃料燃烧的锅炉； 生成对上述锅炉用气流输送微粉化后的化石燃料的输送用空气的一次空气通风机； 将由该一次空气通风机送风的输送用空气进行预热的一次空气预热器； 生成上述锅炉的燃烧用空气的压力通风机；以及 将由该压力通风机进行送风的燃烧用空气进行预热的二次空气预热器， 上述已设锅炉系统的改造方法的特征在于， 增设有收集太阳能能量的太阳能回收装置；以及将由该太阳能回收装置收集来的太阳能能量作为热源，将上述二次空气预热器出口的燃烧用空气进一步过热的二次空气过热器。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种利用太阳能的锅炉系统，它能抑制太阳能聚热装置的设备成本，并且在将因太阳能聚热引起的空气温度上升幅度控制在最小限度的同时，还能大幅度地提高发电端效率。本发明的利用太阳能的锅炉系统具有使化石燃料燃烧的锅炉；对该锅炉的燃烧器用气流输送微粉化后的化石燃料的一次空气系统；以及对上述锅炉供给预热后的燃烧用空气的二次空气系统，该锅炉系统的特征是，在二次空气系统设有利用太阳能能量使上述预热后的燃烧用空气进一步过热的二次空气过热器。
文档编号F24J2/00GK102734940SQ201210104180
公开日2012年10月17日 申请日期2012年4月10日 优先权日2011年4月11日
发明者三岛信义, 坂仓季彦, 杉浦尊 申请人:株式会社日立制作所