本发明涉及可再生能源利用技术领域，尤其是一种集成双炉膛生物质锅炉的太阳能热发电系统。
背景技术：
当前国民经济快速发展，对能源的需求量日益增加，与此同时大量燃用化石能源带来的环境问题日益严峻。因此利用太阳能和生物质能等可再生的清洁能源替代化石能源将具有重要意义。
太阳能是一种丰富的清洁能源。尽管太阳能投射到地球大气层的能量仅占其总辐射能的二十二亿分之一，但太阳能的投射总量已经很高，每秒辐射到地球的总能量相当于500万吨标准煤。其中我国有2/3的国土年日照在2000小时以上，年平均辐射量超过6000GJ/m2。储量巨大和清洁利用等优点使得太阳能得到了广泛应用。现有的太阳能利用主要基于光伏和光热利用技术，其中太阳能的光伏利用技术，依据不同波长的太阳能射线照射在不同的导体或半导体上时，光子与导体或半导体中的自由电子作用产生电流。而太阳能的光热利用，则主要通过集热装置聚焦并收集太阳辐射能，利用所收集的热能加热工质，或者通过与物质的相互作用转换为化学能加以利用，驱动动力装置进行发电。
由于太阳能的能量密度较低，需要利用聚光集热装置将辐射能汇聚，现有的聚光技术主要包括塔式、碟式、槽式和线性菲涅尔式，前两者采用点聚焦方式，后两者采用线聚焦方式。其中塔式装置是利用独立跟踪太阳光的定日镜群将太阳辐射聚焦至中心高塔处的接收器，聚光比为200～1000，集热温度可达300～2000℃；碟式装置是利用一个旋转对称的聚焦盘将太阳辐射聚焦至焦点处的接收器，余弦损失小，但单机功率受限；槽式装置是利用抛物槽式反射镜将太阳辐射聚焦至焦线处的接收器，集热温度低，但其聚光器加工简单、制造成本低，是目前最成熟的聚光技术。利用上述聚光集热装置可以将低密度的太阳能转换为中高温热能，最终通过与传统动力循环耦合实现电能输出。通过与朗肯循环进行耦合，工质吸收太阳能实现预热和蒸发，带动汽轮机运转进而驱动发电机组发电。为保证系统的正常运行，通常采用有机工质吸收太阳能，由于工质低沸点的特性，在中低温条件下可以获得较高的蒸汽压力，具有较好的中低温转换性能。
此外，太阳能存在一定的间歇性和随机性，为延长系统的运行时间，通常增设储能装置，但储热效率低，设备规模大，相应的发电成本增加。通过多能源互补的发电方式，既可以提高蒸汽的参数从而提高发电效率，又可以在太阳能辐照强度较低时，利用其他能源加以补充，实现系统的连续稳定运行。太阳能与化石能源进行耦合利用，实现了二者的优势互补，但由于化石能源的短缺，采用生物质能等绿色能源与太阳能互补利用更具优势。
生物质能是各种有机体通过光合作用，将太阳能以化学能的形式储存在生物质中，是一种可再生能源。生物质来源广泛，便于就地利用，木质废弃物、农业废弃物等皆属于其范畴。由于生物质内的碳来源于其生长过程中环境二氧化碳的转化，因此对生物质的利用实现了二氧化碳的零排放。目前，生物质发电是生物质能的重要利用方式，主要包括生物质直接燃烧发电、生物质气化发电和生物质与煤混合燃烧发电三种方式。其中，生物质直接燃烧发电是最简单也是最为成熟的转换方法，已进入推广应用阶段。
我国西部地区的太阳能与生物质能十分丰富，其中西藏、青海、新疆等地的总辐射量和日照时数均为全国最高；同时我国新疆的棉花产量超过全国总产量的一半，对应的棉花秸秆产量达到千万吨以上。利用太阳能与生物质能互补发电，可充分结合当地的资源优势，为该地区可再生能源的综合利用提供新途径。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种集成双炉膛生物质锅炉的太阳能热发电系统。
(二)技术方案
本发明提供了一种集成双炉膛生物质锅炉的太阳能热发电系统，包括：太阳能集热子系统、双炉膛生物质燃烧子系统和动力发电子系统；其中，太阳能集热子系统，其连接至所述双炉膛生物质燃烧子系统，在辐照强度高于设计值的工况下，利用太阳能预热蒸发给水并生成饱和蒸汽；双炉膛生物质燃烧子系统，其连接至所述动力发电子系统，在辐照强度低于设计值的工况下，其第一炉膛利用生物质燃烧能预热蒸发给水并生成过热蒸汽；在辐照强度高于设计值的工况下，其第二炉膛利用生物质燃烧产生的热能，将太阳能集热子系统输送的饱和蒸汽加热为过热蒸汽；动力发电子系统，其连接至太阳能集热子系统和双炉膛生物质燃烧子系统，其利用双炉膛生物质燃烧子系统输送的过热蒸汽将机械能转换为电能，并将生成的冷凝水作为给水，供给太阳能集热子系统和双炉膛生物质燃烧子系统。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明的集成双炉膛生物质锅炉的太阳能热发电系统具有以下有益效果：
(1)采用双炉膛生物质锅炉，避免了直接在单炉膛内增加水冷壁造成超温爆管问题，系统可靠性和安全性得以提高；
(2)在太阳能的辐照强度不能满足设计要求时，给水吸收生物质燃烧释放的能量进而发电，太阳能集热场与双炉膛生物质锅炉协调运行，系统连续稳定；
(3)当太阳能辐照强度较高时，太阳能产生蒸汽，生物质能过热蒸汽，二者相互结合，当辐照强度较低时，给水吸收生物质能完成发电过程，二者又相互独立，系统灵活性提升；
(4)当负荷需求较高时，可以同时启动双炉膛，增加主蒸汽流量，提升主蒸汽参数，在负荷需求较低时，根据辐照条件选择运行方式，或者利用生物质能加热给水，或者利用太阳能加热给水，系统的负荷调节范围大；
(5)当炉膛内的吸热工质为蒸汽时，增设辐射式过热器吸收火焰的辐射能量，可以避免炉膛过热，延长设备的使用寿命；
(6)通过太阳能与生物质能互补发电，主蒸汽参数提升，发电效率提高；又由于生物质内的碳来源于光合作用转化，因此在整个循环周期实现碳的零排放，发电过程高效清洁。
附图说明
图1为本发明实施例的集成双炉膛生物质锅炉的太阳能热发电系统的结构示意图。
符号说明
1-太阳能集热场；2-工质泵；3-预热器；4-蒸发器；5-下联箱；6-水冷壁；7-下降管；8-汽包；9-辐射式过热器；10-对流式过热器；11-再热器；12-空气预热器；13-双炉膛生物质锅炉；14-汽轮机高压缸；15-汽轮机中压缸；16-汽轮机低压缸；17-发电机组；18-高压回热加热器组；19-高压水泵；20-除氧器；21-低压回热加热器组；22-凝结水泵；23-冷凝器；24-第二阀门；25-第一阀门；26-第三阀门；27-第四阀门；28-第一炉膛；29-第二炉膛。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1为本发明第一实施例的集成双炉膛生物质锅炉的太阳能热发电系统的结构示意图。本发明提供的集成双炉膛生物质锅炉的太阳能热发电系统包括：太阳能集热子系统、双炉膛生物质燃烧子系统和动力发电子系统，其中，
太阳能集热子系统，其连接至所述双炉膛生物质燃烧子系统，在辐照强度高于设计值的工况下，利用太阳能预热蒸发给水并生成饱和蒸汽。
双炉膛生物质燃烧子系统，其连接至所述动力发电子系统，在辐照强度低于设计值的工况下，其第一炉膛利用生物质燃烧能预热蒸发给水并生成过热蒸汽；在辐照强度高于设计值的工况下，其第二炉膛利用生物质燃烧能，将太阳能集热子系统输送的饱和蒸汽加热为过热蒸汽。
动力发电子系统，其连接至太阳能集热子系统和双炉膛生物质燃烧子系统，其利用双炉膛生物质燃烧子系统输送的过热蒸汽将机械能转换为电能，并将生成的冷凝水作为给水，供给太阳能集热子系统和双炉膛生物质燃烧子系统。
以下对本实施例的集成双炉膛生物质锅炉的互补型太阳能热发电系统的各个组成部分进行详细说明。
太阳能集热子系统包括：太阳能集热场1、工质泵2、预热器3、蒸发器4和第二阀门24。其中，
第二阀门的入口连接动力发电子系统的出水口，其出口连接预热器的入水口，预热器的出水口连接蒸发器的入水口，蒸发器的出气口连接双炉膛生物质燃烧子系统的进气口；工质泵的出口连接太阳能集热场的工质入口，太阳能集热场的工质出口连接蒸发器的工质入口，蒸发器的工质出口连接预热器的工质入口，预热器的工质出口连接工质泵的入口。
优选地，太阳能集热场1为槽式集热装置组成的集热器阵列或塔式集热装置。
工质泵2将传热工质送至太阳能集热场1，在太阳能集热场内，传热工质吸收太阳能后温度升高，高温传热工质流经蒸发器4和预热器3并与给水换热，温度降低，在工质泵的作用下，重新回到太阳能集热场1，完成工质循环。该子系统利用传热工质吸收太阳能，用于给水的预热蒸发。
优选地，传热工质为导热油或熔盐。
双炉膛生物质燃烧子系统包括：双炉膛生物质锅炉13、下联箱5、水冷壁6、下降管7、汽包8、辐射式过热器9、对流式过热器10、第一阀门25、第三阀门26、第四阀门27和空气预热器12。其中，
第一阀门的入口连接动力发电子系统的出水口，其出口连接下联箱的入水口；双炉膛生物质锅炉13具有第一炉膛28和第二炉膛29，空气预热器12设置于双炉膛生物质锅炉13内，第三阀门和第四阀门的进气口连接空气预热器12，第三阀门26和第四阀门27分别用于向第二炉膛29和第一炉膛28输送空气；水冷壁6设置于第一炉膛28内，下联箱5、水冷壁6、汽包8和下降管7组成一循环回路；辐射式过热器9设置在第二炉膛顶部，用于吸收第二炉膛火焰的辐射热并防止第二炉膛29过热；对流式过热器10接入第一炉膛和第二炉膛的排烟管，用于吸收高温烟气的对流热；汽包的出气口和蒸发器的出气口连接对流式过热器的进气口，对流式过热器的出气口连接辐射式过热器的进气口，辐射式过热器的出气口连接动力发电子系统的进气口。
当启动第一炉膛28时，第一阀门25打开，给水经下联箱5进入水冷壁6，在水冷壁内完成蒸发过程，蒸汽在汽包内进行汽水分离，其中蒸汽进入辐射式过热器9和对流式过热器10进一步吸收热量、提高温度，分离过后的给水经下降管7回到下联箱5，可以再次通过水冷壁6吸热。当启动第二炉膛29时，生物质燃料燃烧释放的热量作为辐射式过热器和对流式过热器的热源。
动力发电子系统包括：汽轮机高压缸14、汽轮机中压缸15、汽轮机低压缸16、发电机组17、高压回热加热器组18、低压回热加热器组21、高压水泵19、除氧器20、凝结水泵22、冷凝器23和再热器11。其中，
汽轮机高压缸14、汽轮机中压缸15和汽轮机低压缸16连接发电机组17；汽轮机高压缸的进气口连接辐射式过热器的出气口，其第一级抽气和第二级抽气连接高压回热加热器组18，再热器11设置于双炉膛生物质锅炉13内，汽轮机高压缸的出气口经再热器11连接汽轮机中压缸15，其出气口排出的蒸汽经再热器11加热后再输送至汽轮机中压缸15；汽轮机中压缸的出气口连接汽轮机低压缸的进气口，其第一级抽气连接除氧器20，其第二级抽气和第三级抽气连接低压回热加热器组21，用于给水回热加热；汽轮机低压缸的出气口连接冷凝器23，其第一级抽气和第二级抽气连接低压回热加热器组21，用于加热冷凝器出口的冷凝水；冷凝器23依次连接凝结水泵22、低压回热加热器组21、除氧器20、高压水泵19和高压回热加热器组18，高压回热加热器组的出水口连接第一阀门25和第二阀门24。
动力发电子系统实现了高温高压蒸汽的热功转换，进而驱动发电机发电。汽轮机的高压缸14、中压缸15、低压缸16用于驱动发电机组17发电；冷凝器23用于冷凝低压缸排出的蒸汽生成冷凝水，高压回热加热器组18和低压回热加热器组21利用高压缸14、中压缸15、低压缸16抽取的部分蒸汽与给水进行热交换，热交换后的蒸汽变为疏水，并通过回流管路与冷凝器排出的冷凝水汇合；除氧器20利用中压缸抽取的部分蒸汽与给水混合加热并除氧；高压水泵19和凝结水泵22驱动冷凝水流动，实现水工质循环。
本发明第一实施例的集成双炉膛生物质锅炉的太阳能热发电系统，其中，
当太阳能辐照强度高于设计值时，开启第二阀门24和第三阀门26，给水经第二阀门24流入预热器3和蒸发器4，传热工质在工质泵的作用下循环流动，其在太阳能集热场1吸收太阳能温度升高，高温传热工质与给水在预热器3和蒸发器4进行热交换，给水在预热器中被预热，在蒸发器中被加热为饱和蒸汽，热交换后的传热工质温度降低并继续进行循环流动，饱和蒸汽输送至对流式过热器10。
开启双炉膛生物质锅炉的第二炉膛29，空气经第三阀门26与生物质燃料混合并在第二炉膛29内燃烧，生物质燃料燃烧的火焰产生辐射热，并生成高温烟气，饱和蒸汽依次在对流式过热器10与高温烟气、在辐射式过热器9中与辐射热进行热交换后变为过热蒸汽，热交换后的烟气流经再热器11和空气预热器12后排出环境，辐射式过热器9同时防止第二炉膛29过热超温。
过热蒸汽依次在汽轮机高压缸14、汽轮机中压缸15和汽轮机低压缸16膨胀做功，驱动发电机组17发电，之后在冷凝器23处冷却，转变为冷凝水。在冷凝水泵的作用下，冷凝水依次流经低压回热加热器组21和除氧器，在高压水泵的作用下，给水通过高压回热加热器组18进行回热加热，作为给水最终进入太阳能集热子系统和双炉膛生物质燃烧子系统。
当太阳能辐照强度低于设计值时，分两种情况：
若负荷需求较低，则开启第一阀门25和第四阀门27，开启双炉膛生物质锅炉的第一炉膛28，空气经第四阀门27与生物质燃料混合并在第一炉膛28内燃烧，给水经第一阀门25流入下联箱5并进入第一炉膛28，在水冷壁6中吸收生物质燃料燃烧所产生的热量，部分给水被预热蒸发为饱和蒸汽，汽水混合物在汽包8中进行汽水分离，分离后的给水经下降管7回流到下联箱5，再次进入第一炉膛28被预热蒸发，分离后的饱和蒸汽在对流式过热器10与生物质燃料燃烧产生的高温烟气进行热交换，并转变为过热蒸汽，热交换后的烟气排出环境。过热蒸汽进入动力发电子系统后的工作过程与太阳能辐照强度高于设计值时相同，在此不再赘述。
若负荷需求较高，则开启第一阀门25、第三阀门26和第四阀门27，同时开启双炉膛生物质锅炉的第一炉膛28和第二炉膛29，空气经第四阀门27与生物质燃料混合并在第一炉膛28内燃烧，经第三阀门26与生物质燃料混合并在第二炉膛29内燃烧，给水经第一阀门25流入下联箱5并进入第一炉膛28，在水冷壁6中吸收生物质燃料燃烧所产生的热量，部分给水被预热蒸发为饱和蒸汽，汽水混合物在汽包8中进行汽水分离，分离后的给水经下降管7回流到下联箱5，再次进入第一炉膛28被预热蒸发，分离后的饱和蒸汽在对流式过热器10与第一炉膛和第二炉膛生物质燃料燃烧产生的高温烟气进行热交换，并转变为过热蒸汽，热交换后的烟气排出环境，过热蒸汽再进入辐射式过热器9吸收第二炉膛生物质燃料燃烧火焰的辐射热，增加主蒸汽流量，提升主蒸汽参数，以满足高负荷要求。
由此可见，本发明第一实施例的集成双炉膛生物质锅炉的太阳能热发电系统，相对于传统的直接在炉膛内增设水冷壁的技术，当辐照强度达到设计要求时，蒸发过程在太阳能集热场内完成，炉膛内的水冷壁无给水流过，将出现壁面超温，甚至爆管现象，而本发明通过采用双炉膛生物质锅炉，避免了直接在单炉膛内增加水冷壁造成超温爆管问题；在太阳能的辐照强度不能满足设计要求时，给水可以吸收生物质燃烧释放的能量进而发电，太阳能集热场1与双炉膛生物质锅炉13能互补运行，系统运行连续稳定；当太阳能辐照强度较高时，太阳能产生蒸汽，生物质能过热蒸汽，二者相互结合，当辐照强度较低时，给水吸收生物质能完成发电过程，二者又相互独立，提升了系统灵活性；当负荷需求较高时，可以同时启动双炉膛，增加主蒸汽流量，提升主蒸汽参数；在负荷需求较低时，根据辐照条件选择运行方式，或者利用生物质能加热给水，或者利用太阳能与生物质能的结合，系统的负荷调节范围大；当炉膛内的吸热工质为蒸汽时，增设辐射式过热器吸收火焰的辐射能量，可以避免过热，延长设备的使用寿命，避免了炉膛过热；通过太阳能与生物质能互补发电，主蒸汽的参数提升，发电效率提高，又由于生物质内的碳来源于光合作用的转化，因此在整个循环周期中实现了碳的零排放，实现了整个发电过程高效清洁。
本发明第二实施例的集成双炉膛生物质锅炉的太阳能热发电系统，为了达到简要说明的目的，上述第一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。
其中，蒸发器4和汽轮机高压缸14之间设置一旁通阀，当太阳能辐照强度高于设计值且负荷需求较低时，开启旁通阀，蒸发器生成的蒸汽直接输送至汽轮机高压缸的进气口，驱动动力发电子系统发电。
本发明第二实施例的集成双炉膛生物质锅炉的太阳能热发电系统，当太阳能辐照强度高于设计值且负荷需求较低时，可直接由太阳能集热子系统生成的蒸汽驱动动力发电子系统发电，节省了燃料消耗，进一步提高了系统的灵活性。
本发明第三实施例的集成双炉膛生物质锅炉的太阳能热发电系统，为了达到简要说明的目的，上述任一实施例中任何可作相同应用的技术特征叙述皆并于此，无需再重复相同叙述。
第二阀门24直接连接工质泵2，太阳能集热场的工质出口直接连接对流式过热器的进气口。
本发明第三实施例的集成双炉膛生物质锅炉的太阳能热发电系统，取消传热工质、预热器和蒸发器，采用直接生产蒸汽技术，利用太阳能直接加热给水产生蒸汽，可简化系统结构，降低系统成本。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
(1)各个子系统还可以采用其他设备，只要能够完成相同的功能即可；
(2)本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值；
(3)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围；
(4)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
综上所述，本发明提供的集成双炉膛生物质锅炉的太阳能热发电系统，运行连续稳定，操作灵活性好，负荷调节范围大，可防止炉膛过热和爆管发生，高效清洁。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。