一种可再生能源公共服务系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可再生能源公共服务系统，所述系统包括：前置加热系统，氢氧燃料锅炉，蒸汽轮机发电机系统，锅炉给水系统；所述蒸汽轮机发电机系统包括相互连接的蒸汽轮机与发电机；所述锅炉给水系统包括锅炉给水泵和凝汽器；所述前置加热系统与所述氢氧燃料锅炉进行串联连接；所述氢氧燃料锅炉与所述蒸汽轮机相连接；所述锅炉给水泵与所述前置加热系统相连接。采用本实用新型的系统，减少了对不可再生资源的利用，减少了发电过程对环境造成的污染，可以实现连续、可调发电。
【专利说明】
一种可再生能源公共服务系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于可再生能源利用领域，具体地说，涉及一种可再生能源公共服务系统。
【背景技术】
[0002]随着环境保护理念的深入人心，近年来人们越来越关注可再生能源的利用。在发电方面，越来越多的技术人员开始致力于研究太阳能发电、风力发电以及水力发电等发电方式，使这些环保的发电方式逐渐代替传统的使用煤炭进行发电的方法。
[0003]目前太阳能发电领域的两大主流技术分别是:太阳能光伏发电和太阳能光热发电。其中，太阳能光热发电首先利用聚光和/或反光原件将太阳光聚集，然后利用聚集的热能加热某种介质(比如水)使其变成蒸汽来推动汽轮机发电。目前应用较多的太阳能光热发电技术主要有塔式、蝶式、槽式以及槽式衍生出的菲涅尔式。其中，塔式由于反光镜聚光需要水平和垂直两个方向转动，成本较高；蝶式单机功率小，且所采用的斯特林发动机国内生产困难；槽式技术需要曲面反光镜，成本较高；菲涅尔式采用平面反光镜，且反光镜只需要水平方向转动，且反光镜密度大，占地小，综合成本最低。因此优选菲涅尔是一种优选的太阳能热发电技术。但是，由于其聚光集热器出口工质应该是过热蒸汽，在日照出现短期波动时(如云的遮挡)，无法保证出口工质的过热度，严重时会出现汽水两相流，影响汽轮机运行安全；而且，在夜间没有日照的情况下无法发电，季节性强，无法实现连续发电。
[0004]在乡镇、农村等生物质(植物秸杆或其他植物残骸)资源比较丰富的地方，以生物质为燃料的火力发电厂应用比较普遍。这种发电技术就地取材，既可以消耗掉多余的生物质，又可以减少对不可再生资源的消耗。生物质发电厂一般由锅炉，汽轮发电机组，变压器等设备组成。一般的单台机组容量为15MW?30MW。由于机组容量大，因此需要长年大量供应生物质，来源半径较大，运输和储存成本高。此外，为了获得较高的效率，生物质锅炉出口的蒸汽参数一般设置为高压或超高压(蒸汽温度350°C?450°C，压力1MPa?14MPa)，而高压或超高压需要的更高的燃烧温度，因此导致燃烧过程中会产生更多的氮氧化物(NOx)，而对环境造成污染。
[0005]氢氧燃料锅炉是使用氢气和氧气为燃料的锅炉，由于使用清洁燃料，可以有效减少对环境的污染。但是传统的氢氧燃料锅炉中的氢气和氧气是在空气环境中燃烧，且需要将水加热到过热状态，因此需要燃烧到较高温度，而燃料在空气中高温燃烧会产生大量氮氧化物，对环境造成污染。
[0006]因此现在需要有一种能够有效利用太阳能资源、生物质资源和清洁燃料的，能实现连续、可调度发电而又产生更少环境污染的系统。
实用新型内容
[0007]本实用新型通过技术手段整合，有效利用了太阳能，生物质能和氢氧气体燃料，实现了连续、可调的发电；采用本实用新型的系统不消耗煤炭等不可再生能源，有效保护了资源，且环境造成污染较少。
[0008]根据本实用新型的一个方面，提供一种可再生能源公共服务系统，所述系统包括:
[0009]前置加热系统，氢氧燃料锅炉，蒸汽轮机发电机系统，锅炉给水系统；
[0010]所述蒸汽轮机发电机系统包括相互连接的蒸汽轮机与发电机；
[0011]所述锅炉给水系统包括锅炉给水泵和凝汽器；
[0012]所述前置加热系统与所述氢氧燃料锅炉进行串联连接；
[0013]所述氢氧燃料锅炉与所述蒸汽轮机相连接；
[0014]所述锅炉给水泵与所述前置加热系统相连接。
[0015]根据本实用新型的一个【具体实施方式】，所述前置加热系统包括:太阳能加热装置和/或生物质燃料锅炉，当该系统具有上述两种装置时，所述太阳能加热装置和所述生物质燃料锅炉串联或并联连接。
[0016]根据本实用新型的另一个【具体实施方式】，在所述太阳能加热装置与所述生物质燃料锅炉之间设置串并联切换阀，所述串并联切换阀用于控制所述太阳能加热装置与所述生物质燃料锅炉之间的连接方式。
[0017]根据本实用新型的又一个【具体实施方式】，所述前置加热系统至少包括一个汽水分离装置或汽包，所述汽水分离装置或汽包与所述氢氧燃料锅炉相连接。
[0018]根据本实用新型的又一个【具体实施方式】，所述汽水分离装置还与所述凝汽器相连接。所述汽包与前置加热器入口相连接。
[0019]根据本实用新型的又一个【具体实施方式】，所述系统还包括:氢氧发生与存储系统，所述氢氧发生与存储系统和所述氢氧燃料锅炉相连接。
[0020]根据本实用新型的又一个【具体实施方式】，所述系统还包括:风力发电机，所述风力发电机和所述氢氧发生与存储系统相连接，所述风力发电机与电气母线相连接。
[0021]根据本实用新型的又一个【具体实施方式】，所述氢氧燃料锅炉包括给水预热器和蒸汽过热器；
[0022]所述锅炉给水泵与所述前置加热系统的连接具体设置为:所述锅炉给水泵与所述给水预热器相连接；所述给水预热器与所述前置加热系统相连接，所述前置加热系统与所述蒸汽过热器连接。
[0023]根据本实用新型的又一个【具体实施方式】，所述蒸汽轮机发电机系统还包括汽轮机抽汽器，所述汽轮机抽汽器与所述蒸汽轮机相连接。
[0024]根据本实用新型的又一个【具体实施方式】，所述太阳能加热装置采用菲涅尔式或槽式太阳能加热器。
[0025]本实用新型提供的可再生能源公共服务系统，采用前置加热系统对水进行初次加热，并未使其达到过热状态，这样可以有效避免在前置加热系统进行加热时，燃料过度燃烧而产生大量的有害氮氧化物。经过前置加热的蒸汽进入氢氧燃料锅炉进行过热加热，本实用新型采用的氢氧燃料锅炉中，氢氧燃料不在空气中燃烧而在水蒸汽环境中燃烧，进一步减少了燃料在空气中高温燃烧产生的有害氮氧化物。本实用新型提供的系统中有多个加热系统，因此可以根据外界环境的变化随时调节各加热系统的状态，进而实现连续、可调的发电。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0027]图1所示为根据本实用新型提供的一种可再生能源公共服务系统的一个【具体实施方式】的结构示意图。
[0028]附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
[0029]附图标记如以下表格中所示:
[0030]
101生物质燃料锅炉102生物质燃料锅炉供水阀
^ ,^生物质燃料锅炉汽水分离装置/
103生物质燃料锅炉压力调节阀 104 ,
____:ΛΛ,_
201太阳能加热装置202太阳能加热装置供水阀
,η+# L太阳能加热装置汽水分离装置/
203太阳能加热装置压力调节阀204 ^ ^
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205太阳能加热装置再循环阀206太阳能加热装置再循环泵207串并联切换阀
301氢氧燃料锅炉302氢氧燃烧器
303蒸汽过热器304给水顿热器
401电解水装置402氢气储罐403氧气储罐501风力发电机
601蒸汽轮机602发电机603汽轮机抽汽器
701凝汽器702锅炉给水泵
703冷却塔704循环水泵801制水系统
901电气母线902变压器
_I____?-L_______
【具体实施方式】
[0031]下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。
[0032]参考图1，图1所示为根据本实用新型提供的一种可再生能源公共服务系统的结构示意图。
[0033]本实用新型提供的可再生能源公共服务系统可以用于超临界设计也可以用于亚临界设计。该系统包括:前置加热系统，氢氧燃料锅炉301，蒸汽轮机发电机系统和锅炉给水系统。
[0034]所述锅炉给水泵702与所述前置加热系统相连接，由前置加热系统对锅炉给水系统提供的水进行加热，由于前置加热系统对水的加热没有达到过热的程度，因此汽水分离器或汽包分离出的饱和蒸汽需要进入氢氧燃料锅炉301进行过热加热，以便使得蒸汽能够达到过热状态。所述前置加热系统与氢氧燃料锅炉301进行串联连接。所述氢氧燃料锅炉301与蒸汽轮机发电机系统相连接。蒸汽轮机发电系统包括相互连接的中的蒸汽轮机601和发电机602。
[0035]氢氧燃料锅炉301与蒸汽轮机601相连接，在氢氧燃料锅炉中301经过加热的过热蒸汽进入蒸汽轮机601。氢氧燃料锅炉301出口的蒸汽可以是超临界参数的，温度为566°C?620°C，压力26MPa?33MPa ;也可以是亚临界参数或高压，超高压参数的，温度为280°C?540°C，压力为 3MPa ?16MPa。
[0036]蒸汽轮机601利用高压蒸汽减压产生的动能，拖动转子转动进而向外部提供旋转动力。发电机602利用汽轮机转子旋转提供动能拖动发电机转子发电。发电机602发出的电力直接输出至电气母线901。电气母线中的电力可以供本地用户使用，也可以经变压器902进入电网。
[0037]优选的，所述蒸汽轮机发电系统还包括汽轮机抽汽器603，其可以从蒸汽轮机601中引出的一部分做完功的蒸汽向外部提供热量。
[0038]锅炉给水系统包括锅炉给水泵702和凝汽器701。
[0039]锅炉给水泵702输出水到前置加热系统进行加热。凝汽器701用于冷凝蒸汽轮机601做功之后排出的乏汽，通过与低温的循环水换热进行冷凝。优选的，锅炉给水系统还包括冷却塔703和冷却水循环泵704。冷却塔703分别与凝汽器701和冷却水循环泵704连接。冷凝后的凝结水由给水泵泵出，换热后的循环水送入冷却塔703与大气换热进行冷却，然后由冷却水循环泵704重新将循环水泵入凝汽器701，重新进行换热。
[0040]优选的，锅炉给水泵702输出的水，在进入前置加热系统进行加热之前，先通过氢氧燃料锅炉301中的给水预热器304进行预加热。这样即可以有效利用氢氧燃料锅炉301的余热，又可以减少前置加热系统的工作量。
[0041]优选的，所述前置加热系统包括:串联或并联连接的太阳能加热装置201与生物质燃料锅炉101。二者之间的串、并联关系优选采用串并联切换阀207控制。
[0042]优选的，太阳能加热装置201采用菲涅尔技术，反光板将太阳光反射到聚光板，聚集后的太阳光热可直接用来加热集热管内的给水，反光板驱动机构控制反光板的反射角度以充分利用太阳光的热能。优选的，可以通过控制进入太阳能加热装置201的给水流量或部分反光板的角度来控制太阳能加热装置201的出口工质温度。
[0043]太阳能加热装置供水阀202控制来自于锅炉给水泵702的水能否进入太阳能加热装置201。进入太阳能加热装置201的水，通过太阳能加热装置再循环阀205和太阳能加热装置再循环泵206进行预热；预热完成后转入工作状态，给水由太阳能加热装置201进行加热，加热后的汽水混合物通过太阳能加热装置压力调节阀203进行压力调节，之后在太阳能加热装置汽水分离装置/汽包204进行汽水分离。
[0044]值得注意的是，当本实用新型提供的可再生能源公共服务系统采用亚临界设计时，由太阳能加热装置201进行加热后的汽水混合物无须通过太阳能加热装置压力调节阀203进行调节，可直接进汽包进行汽水分离。
[0045]分离后的蒸汽进入蒸汽过热器303进行过热加热。
[0046]当采用太阳能加热装置中的汽水分离装置进行汽水分离时，分离后的水优选可以返回凝汽器701。而当采用汽包进行汽水分离时，分离后的水返回太阳能加热装置201的入口进行重新加热。
[0047]生物质燃料锅炉供水阀102控制来自于锅炉给水泵702的水能否进入生物质燃料锅炉101。生物质燃料锅炉101对来水进行加热，加热后的汽水混合物通过生物质燃料锅炉压力调节阀103进行调节，之后在生物质燃料锅炉汽水分离装置/汽包104进行汽水分离。
[0048]值得注意的是，当本实用新型提供的可再生能源公共服务系统采用亚临界设计时，由生物质燃料锅炉101进行加热后的汽水混合物无须通过生物质燃料锅炉压力调节阀103进行调节，可直接进汽包进行汽水分离。
[0049]分离后的蒸汽进入蒸汽过热器303进行过热加热。
[0050]当采用生物质燃料锅炉汽水分离装置进行汽水分离时，分离后的水优选可以返回凝汽器701。而当采用汽包进行汽水分离时，分离后的水返回生物质燃料锅炉101的入口进行重新加热。
[0051]生物质燃料锅炉101工作时，给水进入生物质燃料锅炉入口集箱，再流经水冷壁加热后的热水经出口集箱引入生物质燃料锅炉汽水分离装置/汽包104。生物质燃料锅炉101优选为一链条卧式锅炉。生物质燃料经燃料仓，中储仓进入锅炉链条，被送入锅炉燃烧。经送风机送出的风进入链条下部，分前，中后三部分进入锅炉伴燃，锅炉燃烧产生的烟气经烟道(空气预热器)和除尘器再由烟囱排出。除尘器下部排出的灰与链条锅炉排出的灰被排入灰池。优选的，生物质燃料锅炉101的出口工质温度可以通过控制燃料量、送入生物质燃料锅炉101的风和水的比例来调节。
[0052]由于生物质(植物秸杆或其他植物残骸)的高温燃烧会产生大量的氮氧化物，对空气造成污染。因此在本实用新型中，为了避免氮氧化物的大量产生，不需要对生物质进行高温燃烧。通过生物质燃料锅炉101进行前置加热后，分离后的蒸汽会进入氢氧燃料锅炉301进行过热处理，以便达到发电的需求。
[0053]当太阳能加热装置201无法产生符合参数(例如，温度350°C?400°C，压力27MPa?34MPa)的工质时，太阳能加热装置201与生物质燃料锅炉101进行串联连接。首先在太阳能加热装置201运行前，通过太阳能加热装置再循环阀205和太阳能加热装置再循环泵206进行预热；当水温达到阈值(例如，30°C?100°C )时，进入生物质燃料锅炉101进行进一步加热。通常在冬季白天，前置加热系统以这种串联的方式运行。
[0054]在太阳能辐射比较强的天气，例如春季和秋季白天，检测元件检测评估太阳能加热装置201可以产生符合参数要求的蒸汽，但蒸汽量不足时，生物质燃料锅炉101逐渐减少负荷，二者进行并联连接。生物质燃料锅炉101和太阳能加热系统201对来自于锅炉给水泵702的水分别进行加热，加热后的蒸汽进入蒸汽过热器303进行进一步过热处理，直至蒸汽热度可以实现蒸汽轮机发电系统的发电需求。
[0055]当太阳能辐射足够强的天气，例如夏季白天，太阳能加热装置201可以单独提供足够量的、符合参数要求的蒸汽时，则生物质燃料锅炉101停运，前置加热系统的加热工作由太阳能加热装置201单独完成。
[0056]当夜间没有太阳能辐射时，太阳能加热装置201停止工作，前置加热系统的加热工作由生物质燃料锅炉101单独完成。
[0057]由前置加热系统加热后的蒸汽经氢氧燃料锅炉301的入口集箱进入蒸汽过热器303，被加热后经蒸汽由出口集箱被引入蒸汽轮机601。氢氧燃料锅炉301的炉墙由耐火砖砌筑，给水预热器304的一部分布置在氢氧燃料锅炉301的顶棚，另一部分布置在氢氧燃料锅炉301的出口烟道。氢氧燃料锅炉301下部设有带水封装置的排水管，其底部设有铝板式安全门。氢氧燃料锅炉301两侧炉墙上设有氢氧燃烧器302，通过氢氧直燃为锅炉提供热倉泛。
[0058]优选的，氢氧燃料锅炉301的出口工质温度可以通过控制氢氧燃料量来调节，也可以通过向设在蒸汽过热器303出口前的减温器喷水流量调节。
[0059]氢氧燃料锅炉301的燃料不在空气中燃烧而在水蒸汽环境中燃烧。既有效利用了氢气和氧气这两种清洁能源，还有效减少了燃料在空气中高温燃烧产生有害氮氧化物。
[0060]优选的，氢氧燃料锅炉301的燃料氢气和氧气来源于电解水装置401。电解水装置401根据直流电流通过水的电解质溶液在其阴阳极产生氢气和氧气的原理电解水制取氢和氧两种气体。进行电解水时，首先在纯水中加入电解质(如氢氧化钠或氢氧化钾)，然后在水的电解质溶液中插入直流电极，水就会被电解，在直流电的阳极板处得到氧气而在阴极板处得到氢气。
[0061]电解水装置401电解出的氢气和氧气分别存储于氢气储罐402和氧气储罐403中，并送入氢氧燃烧器302进行燃烧以产生热量。当氢气储气罐402中的氢气和/或氧气储气罐403的氧气在提供给氢氧燃烧器302进行燃烧之后还有富余，可以将这些多余的氢气和氧气提供给外部所需装置。
[0062]优选的，所述电解水装置401中所用到的电力主要来自于风力发电机501，也可以来自电气母线901。风力发电是一种使用可再生能源进行发电的方法，其原理是利用风的动能驱动带有桨叶的风力发电机发电。由于其依赖于自然情况，季节性强，因此无法实现连续发电。而本实用新型中采用风力发电机501进行电解水，可以在风力较大时进行电解水操作，并将电解后产生的氢气和氧气进行储存，可实现连续为氢氧燃料锅炉301提供燃料。此夕卜，如果风力发电机501发电量较大时，除了提供给电解水装置401必备的电力，还可以将多余的电力传输至电气母线，经变压器902传输至电网中。
[0063]制水系统801用于为电解水装置401以及锅炉系统供水。当制水系统801有盈余时,可对系统外供水。
[0064]本实用新型提供的可再生能源公共服务系统采用前置加热系统对来自于锅炉给水系统的给水进行前置加热；加热后的高压热水进行汽水分离，蒸汽送入氢氧燃料锅炉301进行高温加热至过热状态；过热蒸汽被送入蒸汽轮机发电系统中做功发电；做功后的乏汽被送入凝汽器701进行冷凝；凝结水由锅炉给水泵702升压，重新送入前置加热系统进行下一次循环。优选的，在将凝结水重新送入前置加热系统进行下一次循环之前，可以先将冷凝水送入给水预热器304进行预热。
[0065]采用本实用新型提供的可再生能源公共服务系统可以实现实时、连续地发电；不受季节、天气的影响。此外，本实用新型中优选采用太阳能、氢气和氧气等清洁能源以及废物利用的生物质资源，实现了环保低碳的发电、供热、供水等多方位公共服务。
[0066]虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本实用新型的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本实用新型保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
[0067]此外，本实用新型的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本实用新型的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本实用新型描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本实用新型可以对它们进行应用。因此，本实用新型所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
【权利要求】
1.一种可再生能源公共服务系统，其中，所述系统包括: 前置加热系统，氢氧燃料锅炉，蒸汽轮机发电机系统，锅炉给水系统； 所述蒸汽轮机发电机系统包括相互连接的蒸汽轮机与发电机； 所述锅炉给水系统包括锅炉给水泵和凝汽器； 所述前置加热系统与所述氢氧燃料锅炉进行串联连接； 所述氢氧燃料锅炉与所述蒸汽轮机相连接； 所述锅炉给水泵与所述前置加热系统相连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述前置加热系统包括:太阳能加热装置和/或生物质燃料锅炉，当该系统具有上述两种装置时，所述太阳能加热装置与所述生物质燃料锅炉串联或并联连接。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，在所述太阳能加热装置与所述生物质燃料锅炉之间设置串并联切换阀，所述串并联切换阀用于控制所述太阳能加热装置与所述生物质燃料锅炉之间的连接方式。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的系统，其中，所述前置加热系统至少包括一个汽水分离装置或汽包，所述汽水分离装置或汽包与所述氢氧燃料锅炉相连接。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述汽水分离装置还与所述凝汽器相连接，所述汽包与前置加热系统入口相连。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统还包括:氢氧发生与存储系统，所述氢氧发生与存储系统和所述氢氧燃料锅炉相连接。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述系统还包括:风力发电机，所述风力发电机和所述氢氧发生与存储系统相连接，所述风力发电机与电气母线相连接。
8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述氢氧燃料锅炉包括给水预热器和蒸汽过热器； 所述锅炉给水泵与所述前置加热系统的连接具体设置为:所述锅炉给水泵与所述给水预热器相连接；所述给水预热器与所述前置加热系统相连接，所述前置加热系统与所述蒸汽过热器连接。
9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述蒸汽轮机发电机系统还包括汽轮机抽汽器，所述汽轮机抽汽器与所述蒸汽轮机相连接。
10.根据权利要求2或3所述的系统，其中，所述太阳能加热装置采用菲涅尔式或槽式太阳能加热装置。
【文档编号】F03D9/00GK203978518SQ201420326178
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】钱诚 申请人:钱诚