专利名称：一种生物质与太阳能辅助的燃煤电厂加热器系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能有效利用生物质能和太阳能提高燃煤发电效率，实现低碳排 放的新型辅助加热器系统，属可再生能源利用技术领域。
背景技术：
目前，电力行业仍以火力发电为主，火力发电所用燃料主要是煤炭，这种发电 方式煤耗高、能量利用率低、二氧化碳等有害气体排放量大，环境污染严重。随着世界能源政策的调整，发展低碳经济和强化环境保护已成大势所趋。中国 政府决定到2020年全国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40-45%，并作为 约束性指标纳入“十二五”及其后的国民经济和社会发展中长期规划。而据初步统计， 中国火力发电厂二氧化碳的排放量达到总排放量的近60%之多，因此，开展节能减排已 成为火力发电厂必须面临的一个重大课题和紧迫任务。我国可利用的生物质能源十分丰富，据统计每年可使用的生物质能与总量相当 于5亿吨标准煤，而实际年利用率不足2%，因此开发潜力巨大。另外，太阳能资源也非 常丰富，太阳能发电具有安全可靠、使用寿命长、运行费用少、维护简单、无噪声、无 需燃料、无污染等优点，太阳能利用技术日趋成熟。在各类太阳能集热器中，抛物面槽 式太阳能集热器属于一种中温集热器，它可以将工质加热到400°C，利用这种集热器收集 太阳能热量进行发电是目前唯一实现商业化运营的太阳能热发电方式。有鉴于此，通过整合生物质能和太阳能的低碳排放优势和传统火力发电的技术 优势，将生物质能和太阳能的利用联合引入传统燃煤电厂系统中，势必能有效改善并提 高系统发电的环保性和经济性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种高效、低碳的生物质与太阳 能辅助的燃煤电厂加热器系统。本发明所述问题是以下述技术方案实现的
一种生物质与太阳能辅助的燃煤电厂加热器系统，构成中包括加热器和并联辅助系 统，所述并联辅助系统由生物质气化装置与抛物面槽式太阳能集热器场并联组成，其工 质出口经并联辅助系统蒸汽出口阀接加热器的蒸汽入口，其工质入口经并联辅助系统疏 水入口阀接加热器的疏水出口。上述生物质与太阳能辅助的燃煤电厂加热器系统，构成中还包括塔式太阳能空 气预热系统，所述塔式太阳能空气预热系统由压气机和塔式太阳能集热器组成，所述压 气机输出的压缩空气经塔式太阳能集热器预热后，供生物质气化装置使用。上述生物质与太阳能辅助的燃煤电厂加热器系统，所述生物质气化装置由流化 床生物质气化炉和燃烧换热器构成，其入口设置有生物质气化装置入口阀，出口设置有 生物质气化装置出口阀；所述抛物面槽式太阳能集热器场由多个抛物面槽式太阳能集热器串、并联连接而成，其入口设置有抛物面槽式太阳能集热器场入口阀，出口设置有抛 物面槽式太阳能集热器场出口阀。上述生物质与太阳能辅助的燃煤电厂加热器系统，所述压气机的入口设置有塔 式太阳能空气预热系统空气进口阀；所述塔式太阳能集热器的入口设置有塔式太阳能集 热器入口阀，出口设置有塔式太阳能集热器出口阀；塔式太阳能集热器入口阀、出口阀 两端并联塔式太阳能集热器旁路阀。本发明在传统燃煤电厂加热器系统的基础上增加了由生物质气化装置与抛物面 槽式太阳能集热器场并联构成的辅助系统，并联辅助系统联合利用生物质能和太阳能将 加热器的部分疏水加热至具有本级加热器汽轮机侧抽汽参数的蒸汽后送回加热器，这些 具有特定参数的蒸汽代替全部或部分汽轮机侧抽汽在加热器中放出热量，加热来自上一 级加热器的给水，从而减少了本级加热器汽轮机侧抽汽量，在维持机组发电量不变的情 况下，使煤耗量明显减少，有效降低了二氧化碳的排放量。塔式太阳能集热器用于加热进入生物质气化装置的冷空气，提高气化炉气化效 率，降低生物质原料的使用量。生物质气化装置、抛物面槽式太阳能集热器场和塔式太 阳能集热器进出口都设有阀门，在设备出现故障时可以起到解裂该装置的作用，以防影 响系统的正常运行。本发明优化了能源利用结构，降低了传统燃煤电厂的煤耗，很大程度上解决了 单一燃煤电厂的高污染问题。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是本发明的系统连接图2是抛物面槽式太阳能集热器场的结构示意图； 图3是抛物面槽式太阳能集热器的结构示意图； 图4是塔式太阳能集热器的工作原理图； 图5是塔式太阳能集热器的结构示意图； 图6是流化床生物质气化炉的结构示意图。图中各标号为1、加热器；2、上一级加热器；3、下一级加热器；4、加热器 抽汽蒸汽阀；5、塔式太阳能空气预热系统空气进口阀；6、加热器疏水阀；7、塔式太 阳能集热器旁路阀；8、并联辅助系统疏水入口阀；9、并联辅助系统蒸汽出口阀；10、 生物质气化装置；11、抛物面槽式太阳能集热器场；12、压气机；13、生物质气化装置 入口阀；14、生物质气化装置出口阀；15、抛物面槽式太阳能集热器场入口阀；16、抛 物面槽式太阳能集热器场出口阀；17、塔式太阳能集热器；18、塔式太阳能集热器入口 阀；19、塔式太阳能集热器出口阀；20、流化床床料；21、燃气；22、抛物面槽式太阳 能集热器；23、塔式集热器；24、塔式太阳能空气预热系统聚光器；25、换热管；26、 抛物面槽式聚光器；27、料箱；28、风机。
具体实施例方式参看图1，本发明提供了一种生物质与太阳能辅助燃煤电厂的加热器系统。该系统由加热器1、并联辅助系统、塔式太阳能空气预热系统以及各种相关管道和阀门组成， 其中并联辅助系统由生物质气化装置10与抛物面槽式太阳能集热器场11并联而成；塔式 太阳能空气预热系统由压气机12和塔式太阳能集热器17串联组成。参看图2、3，抛物面槽式太阳能集热器场11由抛物面槽式太阳能集热器22 经过串、并联连接方式组合而成，抛物面槽式太阳能集热器22由抛物面槽式聚光器26 和换热管25组成，换热管25中有工质流动，抛物面槽式聚光器26将太阳能辐射热量反 射汇集到换热管25上，加热其中流动的工质，其最高集热温度可达400°C。本发明所采 用的抛物面槽式太阳能集热器可选用美国Solargenix公司的SGX-I或DS-I，Luz公司的 LS-U LS-2 或 LS-3。生物质气化装置10由生物质气化炉和燃烧换热器构成，生物质气化炉采用流 化床生物质气化炉，其结构如图6所示。生物质气化过程中首先将流化床加热到运行 温度，床料吸收并储存热量，这部分热量可以由部分生物质燃料燃烧获得，鼓入空气将 床料流化，将生物质原料处理后加入到流化床中，与高温床料迅速混合，完成干燥、热 解、燃烧及气化过程，将产生的燃气通入燃烧换热器中进行燃烧放出大量热量，被加热 的工质在燃烧换热器中吸收这部分热量以提高其参数。流化床生物质气化炉可以采用 FosterWheeler公司生产的增压流化床气化炉，操作温度为950-1000°C，或者TPS常压流 化床气化炉，操作温度为850-90(TC。所述生物质原料来源于农业废物、林业废物、废纸 张等。参看图4、5，塔式太阳能集热器17由聚光器阵和塔式集热器23组成，聚光器 阵由大量的塔式太阳能空气预热系统聚光器24组成，将太阳辐射能反射到同一个塔式太 阳能集热器23上，通过这种集热方式可以将工质加热到更高的温度，可以将空气加热到 800 "C。参看图1，系统流程为加热器1的疏水由加热器疏水出口 b流出，经并联辅助 系统疏水入口阀8进入并联辅助系统，疏水在并联辅助系统中吸热，当疏水被加热成具 有本级汽轮机侧抽汽参数的蒸汽后，蒸汽通过并联辅助系统蒸汽出口阀9进入加热器1进 行放热，加热来自上一级加热器2的给水，给水吸热后升温升压进入下一级加热器3，而 放热后冷凝的一部分疏水通过加热器1的疏水管路再进入并联辅助系统进行循环，其余 疏水通过加热器疏水阀6进入上一级加热器的疏水入口。由生物质气化装置10和抛物面槽式太阳能集热器场11构成的并联辅助系统的流 程是加热器疏水由加热器疏水管路通过并联辅助系统疏水入口阀8，然后分成两条支 路一条支路的疏水经过生物质气化装置入口阀13进入生物质气化装置10中进行吸热升 温升压(生物质气化装置10中的气化炉产生高温燃气，高温燃气在燃烧换热器中燃烧放 出大量热量，疏水进入燃烧换热器中，吸收这部分热量，使疏水的温度和压力升高)， 然后进入生物质气化装置出口阀14;另一支路的疏水经抛物面槽式太阳能集热器场入口 阀15进入抛物面槽式太阳能集热器场11中进行吸热升温升压(通过抛物面槽式聚光器26 将太阳能辐射反射到换热管25上，疏水在换热管25中流动，吸收太阳能的辐射热量使疏 水温度和压力升高)，然后经抛物面槽式太阳能集热器场出口阀16流出。当两支路的疏 水被加热成具有本级加热器汽轮机侧抽汽参数的蒸汽时，两部分蒸汽汇合后通过并联辅 助系统蒸汽出口阀9进入加热器1进行热交换。
生物质气化装置入口阀13、生物质气化装置出口阀14和抛物面槽式太阳能集热 器场入口阀15、抛物面槽式太阳能集热器场出口阀16分别布置于生物质气化装置10和抛 物面槽式太阳集热器场11的两端，事故状态下可起到解裂该装置的作用。塔式太阳能空气预热系统的流程是冷空气经塔式太阳能空气预热系统空气进 口阀5进入压气机12被压缩，压缩空气通过塔式太阳能集热器入口阀18进入塔式太阳能 集热器17，吸收太阳能辐射热量升高温度(聚光器阵将太阳能辐射反射到集热器上，压 缩空气进入集热器中吸收这部分热量来提高自身温度)，具有一定参数的高温空气经过 塔式太阳能集热器出口阀19进入生物质气化装置10，准确说是生物质气化装置10中的流 化床生物质气化炉，代替冷空气进入气化炉流化床料，维持气化环境温度，提高气化炉 气化效率，减少生物质原料的使用量。塔式太阳能集热器旁路阀7并联于塔式太阳能集 热器入口阀18和塔式太阳能集热器出口阀19两端，可以起到旁路塔式太阳能集热器17 的作用。(1)当天气晴好太阳能足够充足时，打开塔式太阳能空气预热系统空气进口阀 5、塔式太阳能集热器入口阀18、塔式太阳能集热器出口阀19，关闭塔式太阳能集热器 旁路阀7，使冷空气经过压气机12成为压缩空气进入塔式太阳能集热器17中吸收热量成 为具有一定参数的热空气，然后进入生物质气化装置10中参与生物质气化过程；关闭加 热器抽汽蒸汽阀4，关闭连接上一级加热器疏水入口的加热器疏水阀6，打开并联辅助系 统疏水入口阀8、生物质气化装置入口阀13、生物质气化装置出口阀14、抛物面槽式太 阳能集热器场入口阀15、抛物面槽式太阳能集热器场出口阀16，使疏水同时通过生物质 气化装置10和抛物面槽式太阳能集热器场11吸收热量进行升温升压，通过生物质气化装 置10和抛物面槽式太阳能集热器场11的工质流量可通过调节生物质气化装置入口阀13、 生物质气化装置出口阀14和抛物面槽式太阳能集热器场入口阀15、抛物面槽式太阳能集 热器场出口阀16的开度来进行调节。当两支路中的疏水都被加热成具有本级加热器汽轮 机侧抽汽参数的蒸汽后，打开并联辅助系统蒸汽出口阀9使蒸汽进入加热器1中进行放热 加热给水；
(2)当天气阴雨、太阳能不足时，打开塔式太阳能空气预热系统空气进口阀5、塔 式太阳能集热器入口阀18、塔式太阳能集热器出口阀19，关闭塔式太阳能集热器旁路阀 7,使冷空气经过压气机12成为压缩空气进入塔式太阳能集热器17中吸收热量成为具有 一定参数的热空气，然后进入生物质气化装置10中参与生物质气化过程；适度调整加热 器抽汽阀4开度，关闭连接上一级加热器疏水入口的加热器疏水阀6，打开并联辅助系统 疏水入口阀8、生物质气化装置入口阀13、生物质气化装置出口阀14、抛物面槽式太阳 能集热器场入口阀15、抛物面槽式太阳能集热器场出口阀16使疏水同时通过生物质气化 装置10和抛物面槽式太阳能集热器场11吸收热量进行升温升压，根据实际情况减小抛物 面槽式太阳能集热器场入口阀15、抛物面槽式太阳能集热器场出口阀16的开度，增加生 物质气化装置入口阀13、生物质气化装置出口阀14的开度，使更多的疏水通过生物质气 化装置10。当两支路中的疏水都被加热成具有本级加热器汽轮机侧抽汽参数的蒸汽时， 打开并联辅助系统蒸汽出口阀9使蒸汽进入加热器1中进行换热加热给水；
(3)当夜晚或无太阳能可以利用时，打开塔式太阳能空气预热系统空气进口阀5、 塔式太阳能集热器旁路阀7，关闭塔式太阳能集热器入口阀18、塔式太阳能集热器出口阀19，使塔式太阳能集热器从系统中解裂，从而使冷空气经过压气机12成为压缩空气直 接进入生物质气化装置10中参与生物质气化过程，此时生物质气化装置10为常温运行 工况；适度调节加热器抽汽蒸汽阀4开度，关闭连接上一级加热器疏水入口的加热器疏 水阀6，关闭抛物面槽式太阳能集热器场入口阀15、抛物面槽式太阳能集热器场出口阀 16，打开并联辅助系统疏水入口阀8、生物质气化装置入口阀13、生物质气化装置出口 阀14，使疏水只通过生物质气化装置10吸收热量，当疏水被加热成具有本级加热器汽轮 机侧抽汽参数的蒸汽后，打开并联辅助系统蒸汽出口阀9，使蒸汽进入加热器中1中释放 能量加热给水。(4)当生物质气化装置10或抛物面槽式太阳能集热器场11出现故障时，关闭 生物质气化装置入口阀13、生物质气化装置出口阀14或关闭抛物面槽式太阳能集热器场 入口阀15、抛物面槽式太阳能集热器场出口阀16来实现生物质气化装置10或抛物面槽 式太阳能集热场11从系统中解裂，而不影响其他设备运行，调节加热器抽汽蒸汽阀4开 度，保证加热器系统的正常工作。当塔式太阳能集热器17发生故障时，可以通过关闭塔式太阳能集热器入口阀18 和塔式太阳能集热器出口阀19，打开塔式太阳能集热器旁路阀7来实现旁路掉塔式太阳 能集热器17，而不影响其他设备运行，保证混合发电系统的正常工作。
权利要求
1.一种生物质与太阳能辅助的燃煤电厂加热器系统，其特征是，加热器系统构成中 包括加热器(1)和并联辅助系统，所述并联辅助系统由生物质气化装置(10)与抛物 面槽式太阳能集热器场(11)并联组成，其工质出口经并联辅助系统蒸汽出口阀(9) 接加热器(1)的蒸汽入口(a)，其工质入口经并联辅助系统疏水入口阀(8)接加热 器的疏水出口(b)。
2.根据权利要求1所述生物质与太阳能辅助的燃煤电厂加热器系统，其特征是，加热 器系统构成中还包括塔式太阳能空气预热系统，所述塔式太阳能空气预热系统由压气机(12)和塔式太阳能集热器(17)组成，所述压气机(12)输出的压缩空气经塔式太阳 能集热器(17)预热后，供生物质气化装置(10)使用。
3.根据权利要求1或2所述生物质与太阳能辅助的燃煤电厂加热器系统，其特征是， 所述生物质气化装置(10)由流化床生物质气化炉和燃烧换热器构成，其入口设置有生 物质气化装置入口阀(13)，出口设置有生物质气化装置出口阀(14)；所述抛物面槽 式太阳能集热器场(11)由多个抛物面槽式太阳能集热器(22)串、并联连接而成，其 入口设置有抛物面槽式太阳能集热器场入口阀(15)，出口设置有抛物面槽式太阳能集 热器场出口阀(16)。
4.根据权利要求3所述生物质与太阳能辅助的燃煤电厂加热器系统，其特征是，所述 压气机(12)的入口设置有塔式太阳能空气预热系统空气进口阀(5)；所述塔式太阳能 集热器(17)的入口设置有塔式太阳能集热器入口阀(18)，出口设置有塔式太阳能集 热器出口阀(19)；塔式太阳能集热器入口阀(18)、出口阀(19)两端并联塔式太阳 能集热器旁路阀(7)。
全文摘要
一种生物质与太阳能辅助的燃煤电厂加热器系统，用于降低发电耗煤量，减少环境污染。其技术方案是加热器系统构成中包括加热器和并联辅助系统，所述并联辅助系统由生物质气化装置与抛物面槽式太阳能集热器场并联组成，其工质出口经并联辅助系统蒸汽出口阀接加热器的蒸汽入口，其工质入口经并联辅助系统疏水入口阀接加热器的疏水出口。本发明利用生物质能和太阳能加热给水，减少了加热器汽轮机侧抽汽量，在维持机组发电量不变的情况下，使煤耗量明显减少，有效降低了二氧化碳的排放量，很大程度上解决了单一燃煤电厂的高污染问题。
文档编号F24J2/00GK102012013SQ20101054775
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者叶学民, 李春曦, 王欢, 祁成, 马少栋 申请人:华北电力大学(保定)