一种光热储热嵌入式火电减排系统的制作方法

本实用新型涉及光热储热技术，尤其涉及一种光热储热嵌入式火电减排系统。

背景技术：

近年来，随着经济的发展和生活品质的提高，能源和环境问题日益受到社会关注。为了应对这些问题，世界主要利用能源已经从化石燃料逐渐向太阳能、风能等可再生能源过度。

截止目前为止，世界主要电站仍然以燃煤发电为主，并逐渐提升太阳能和风能等可再生能源在发电量中的比例。随着可再生能源发电量接入比例的提高，其对电网稳定性和安全性的冲击愈加明显。

作为唯一、非水、可再生调节电源，太阳能热发电(或称光热发电)技术由于配备了储热系统可以实现稳定、可调节地发电，具备调峰调频的作用。目前光热发电成本较高，电站盈利能力较弱。为了减少光热发电项目初投入、提高光电转换效率，将太阳集热场和储热系统与燃煤电站相结合，可以省却发电系统等设备，同时可以提高太阳能热的品位。

现有的公开资料中，已有对太阳能与燃煤电站互补发电相关的报道，例如，申请号为cn20120543440.2的发明专利提出了一种实现太阳能光热技术和火电厂结合的热利用系统及方法，该系统采用太阳能集热器收集太阳能产生中高温热能，作为吸收式热泵的驱动热源，提取凝汽器循环水余热，替代汽轮机低加抽汽作为低加凝结水的加热热源，但是该系统中采用了热泵，系统复杂，且仅仅替代了低加热源，存在工程上难以运行的复杂相变过程。申请号为cn20180954230.x的发明专利提出了二次再热式太阳能与燃煤电站互补发电系统，太阳能集热场产生的蒸汽对动力系统所用部分蒸汽进行二次加热，该系统并未配备低成本高效的储热系统，且仅具有二次加热功能，存在太阳能集热场提供热量严重不稳定，导致控制系统复杂化的问题。目前光热领域的熔盐储热系统，不仅价格昂贵，维稳成本高(熔盐熔点较高)，商业化使用暂不成熟，不适宜在燃煤电站中大规模应用。

鉴于此，有必要在投资可控的条件下，提供一种太阳能聚光集热、固体储热技术与燃煤电站相结合的系统，降低电厂煤耗和碳排放，提高汽轮发电机的发电效能，实现最优的传统能源与可再生能源的合理匹配。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种光热储热嵌入式火电减排系统，该系统的光热储热装置可以为传统火电站提供高压加热器和/或低压加热器和/或除氧器所需的热源，从而减少或切断汽轮机抽汽，减少火力发电的度电煤耗量(g/kwh)，大幅度减少碳排放，亦可大规模应用于火电站的灵活性改造中。

本实用新型提供了一种光热储热嵌入式火电减排系统，包括：锅炉和具有多级抽汽的汽轮机发电系统，其特征在于，包括太阳能聚光集热器和/或固体储热体，所述太阳能聚光集热器和/或固体储热体产生的蒸汽进入所述汽轮机发电系统的高压加热器和/或低压加热器和/或除氧器进行换热，以作为加热热源加热汽轮机冷凝回水，换热后的冷凝水重新回到所述太阳能聚光集热器和/或固体储热体中进入下一次的循环。

进一步地，所述太阳能聚光集热器和/或固体储热体产生的蒸汽进入所述汽轮机发电系统的高压加热器和/或低压加热器的一级或多级进行换热，可与原汽轮机抽汽联合使用，为所述汽轮机发电系统的高压加热器和/或低压加热器提供热源。

进一步地，所述太阳能聚光集热器出口输出的蒸汽进入所述固体储热体中进行热量存储，所述固体储热体的储热出口与所述太阳能聚光集热器入口相连，输送换热冷却后的水/水蒸气，所述换热冷却后的水/水蒸汽重新回到所述太阳能聚光集热器入口进行下一次的集热储热循环。

进一步地，所述固体储热体的取热出口输出蒸汽进入所述高压加热器和/或低压加热器进行换热，换热后的冷凝水重新进入所述固体储热体中进入下一次的取热循环。

优选地，所述固体储热体为耐高温混凝土储热体。

优选地，所述固体储热体中的取热工质为水/水蒸气。

进一步地，所述水/水蒸气形成的换热系统中设置有除氧器，用于为系统中的水/蒸汽系统进行除氧，保证系统的安全稳定运行。

进一步地，所述太阳能聚光集热器为菲涅尔式聚光集热器、槽式聚光集热器或塔式聚光集热器。

优选地，所述太阳能聚光集热器中的传热工质为水/水蒸汽、导热油或熔融盐，可根据不同的需要进行选择。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提供的光热储热嵌入式火电减排系统，该系统中，聚光集热器和/或固体储热体结合在一起为火电站的动力系统稳定提供部分热量，其中固体储热体的原材料主要为水泥、砂石等，来源广泛，成本低，可以使太阳能供热系统更加稳定，降低由于新系统的加入导致的控制复杂程度。综上，太阳能聚光集热器和/或固体储热体的加入，大幅减少了火电站度电煤耗，达到碳减排10％-25％的优良效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了一种光热储热嵌入式火电减排系统(取代高压加热器)的结构示意图；

图2示出了另一种光热储热嵌入式火电减排系统(取代高压加热器和低压加热器)的结构示意图；

图3示出了另一种光热储热嵌入式火电减排系统(取代高压加热器其中2级)的结构示意图

图中，1为锅炉，2为汽轮机，3为发电机，4为凝汽器，5为第一除氧器，6为第二除氧器，7为固体储热体，8为太阳能聚光集热器，9为高压加热器，91为第一级高压加热器，92为第二级高压加热器，93为第三级高压加热器，10为低压加热器，21为高压缸，22为中压缸，23为低压缸。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1所示的一种光热储热嵌入式火电减排系统(取代高压加热器)的结构示意图，包括：锅炉1和具有多级抽汽的汽轮发电机系统，所述汽轮发电机系统包括汽轮机2、发电机3、凝汽器4、第一除氧器5、高压加热器9和低压加热器10，其特征在于，包括太阳能聚光集热器8和/或固体储热体7。所述太阳能聚光集热器8为菲涅尔式聚光集热器、槽式聚光集热器或塔式聚光集热器，优选为菲涅尔式聚光集热器。所述太阳能聚光集热器8的传热工质为水、导热油或熔融盐。所述固体储热体优选为耐高温混凝土储热体，所述耐高温混凝土储热体包括混凝土储热介质和换热管道，其中混凝土储热介质所使用的原材料主要为混凝土、砂石等，成本比较低，所述固体储热体7的成本较熔融盐储热体的成本低50％甚至以上，非常适合商业化大规模利用。所述固体储热体7的取热工质为水。所述水/水蒸气形成的换热系统中设置有除氧器，具体地，本实施例中的传热介质和取热介质均为水/蒸汽，因此在所述固体储热体7前设置有第二除氧器6，为系统进行除氧，以保证系统的正常稳定运行，延长管道的使用寿命。

在本实施例中，所述固体储热体7为所述高压加热器9提供热源，各设备之间的连接关系如下：

当本实施例中包括太阳能聚光集热器8和固体储热体7时，所述太阳能聚光集热器8出口输出的蒸汽进入所述固体储热体7中进行热量存储，所述固体储热体7的储热出口与所述太阳能聚光集热器8的入口相连，输送换热冷却后的水/水蒸气，便于换热冷却后的水/水蒸气重新回到所述太阳能聚光集热器8中进入下一次的集热储热循环。所述固体储热体7的取热出口输出蒸汽进入所述高压加热器9进行换热，换热后的冷凝水重新进入所述固体储热体7中进入下一次的取热循环。

本实施例运行的原理如下：

储热过程：太阳能聚光集热器8通过汇聚太阳光进行集热，太阳能聚光集热器8产生的蒸汽流经所述固体储热体7进行换热，所述固体储热体7将热量储存在所述固体储热体7的储热介质中，换热后被冷却的水/水蒸气重新进入所述太阳能聚光集热器8中进行下一次的集热储热循环。

取热过程：切断原火电站中给所述高压加热器6的抽汽，取热介质水进入所述固体储热体7的底部进行取热，取热介质通过与所述固体储热体7换热后升温，形成饱和蒸汽/过热蒸汽，取热后的饱和蒸汽/过热蒸汽进入所述高压加热器9中提供热量，将火电站原动力系统中流经所述高压加热器9中的热汽轮机冷凝回水进行加热，换热冷却后的冷凝水经过所述第二除氧器6除氧后，重新回到所述固体储热体7中进入下一次的取热循环。

需要注意的是，在本实施例中包括所述太阳能聚光集热器8和所述固体储热体7，在实际使用时，可以取消所述固体储热体7的设置，即所述太阳能聚光集热器8输出的蒸汽不经过储存，直接为所述高压加热器9进行热源的提供，换热后的传热介质重新回到所述太阳能聚光集热器8中进行循环。由于太阳能的不确定性，该系统中原汽轮机的抽汽不切断，并且需要根据所述太阳能聚光集热器8产生蒸汽的量进行抽汽量的调整，汽轮机抽汽与所述太阳能聚光集热器8产生的蒸汽相互配合为所述高压加热器9提供正常运行所需热源。

实施例二

如图2所示的另一种光热储热嵌入式火电减排系统(取代高压加热器和低压加热器)的结构示意图，所述固体储热体7为原火电站动力系统中的所述低压加热器10和所述高压加热器9提供所需热源。

在本实施例中的储热过程与实施例一相同，此处不再赘述，取热过程如下：

取热工质从所述固体储热体7底端进入进行取热换热，升温后，输出饱和蒸汽/过热蒸汽，取热后的饱和蒸汽/过热蒸汽分为两路，第一路与所述低压加热器10入口相连，为所述低压加热器10提供换热所需热源，换热后冷却的水进入所述第二除氧器6；第二路与所述高压加热器9相连，为所述高压加热器9提供换热热量，换热后冷却的水/水蒸气进入重新进入所述固体储热体7中进行下一次的取热循环。

同理，通过对所述固体储热体7输出端位置的不同设计和控制，所述固体储热体7可以为火电站动力系统中的低压加热器、高压加热器中的一个或多个装置提供运行所需参数热源，在本申请中不再赘述，但是上述实施方案均落入本实用新型的保护范围内。

实施例三

如图3所示的另一种光热储热嵌入式火电减排系统(取代高压加热器其中2级)的结构示意图，所述固体储热体7为原火电站动力系统中的所述高压加热器9中的第二级高压加热器92和第3级高压加热器93提供全部或部分所需热源。

在本实施例中的储热过程与实施例一相同，此处不再赘述，取热过程如下：

不切断原有高压加热器的汽轮机抽汽，取热工质从所述固体储热体7底端进入进行取热换热，升温后，输出饱和蒸汽/过热蒸汽，取热后的饱和蒸汽/过热蒸汽分为两路，第一路与所述第二级高压加热器92入口相连，第二路与所述第二级高压加热器92入口相连，分别为所述第二级高压加热器92和第3级高压加热器93提供换热所需全部或热源，原汽轮机抽汽为所述第一级高压加热器91提供换热所需全部热源，同时在所述固体储热体7提供的热量不满足所述第二级高压加热器92和第3级高压加热器93的全部热源时，进行部分热源的补充。为所述第二级高压加热器92和第3级高压加热器93换热后的冷却水进入所述第二除氧器6中进行除氧，进而重新回到所述固体储热体7中进行下一次的取热循环；为所述第一级高压加热器91换热后的冷却水进入所述第一除氧器5中与原汽轮机冷凝回水混合，重新进入所述高压加热器9中进行加热循环。

值得注意的是，本实施例中仅以为高压加热器的两级抽汽提供换热所需热源为例，实际实施时，可以为高压加热器和低压加热器的任意一级或多级提供换热所需热源，可任意组合，以上实施方式均落入本实施例的保护范围。

综上，本实用新型中光热储热系统仅对高压加热器和低压加热器这两种热量需求设备进行热量的供应，实际应用过程中，光热储热系统还可为原火电站中动力系统中的其他用热设备进行热量的供应，如除氧器、低压缸等，以上各实施方式及任意组合均落入本实施例的保护范围。

以上实施方案综合成本低，减少或切断了原火电站动力系统中的汽轮机各级抽汽，提升了进入汽轮机的蒸汽品味，增加了汽轮发电机的发电效率；另外，原抽汽的热量由太阳能集热储热系统提供，能源来源为太阳能，取之不尽，用之不竭，绿色环保，可减少原火电站10％-25％的燃煤使用量和碳排放量，可广泛应用于火电站的改造。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。