專利名稱：利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將太陽能能量適用于鍋爐的利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)。
背景技術：
作為具有太陽能回收裝置的火力發(fā)電系統(tǒng)，有如專利文獻I所示的太陽能燃氣輪機的例子。該文獻提出了如下發(fā)電系統(tǒng)例如在具有地面上100米左右高度的塔的頂端所設置的太陽能吸熱器中，會聚從設置在地面上的多個反射鏡反射來的太陽光，將從設置在地面上的壓縮機供給的高壓空氣進行過熱而成為高溫空氣，使該高溫高壓空氣流到設置在上述塔頂端的高溫高壓空氣膨脹渦輪機而驅動發(fā)電機進行發(fā)電。在本系統(tǒng)中，由于將空氣過熱到900°c左右的溫度，因而需要許多反射鏡而使設置平面鏡的面積龐大，太陽能回收裝置的成本增加。再有，在高度高的塔上不得不設置高溫高壓空氣的膨脹渦輪機和/或發(fā)電機，存在難以穩(wěn)定的運轉的問題。另外，非專利文獻I示出了用以太陽光聚光器聚光的太陽 光及太陽能吸熱器使氦-氙混合氣體過熱到1000°C并向再生燃氣輪機供給的例子?，F(xiàn)有技術文獻專利文獻I :日本特開2010-275997號公報非專利文獻I :三菱重工技報，Vol. 31，No. 4(1994-7)，P239-242，[高效率太陽能發(fā)電系統(tǒng)的研究]在如上述的現(xiàn)有技術那樣的、用設置在地面上的多個平面鏡使太陽光集中于太陽能吸熱器的一點而使壓縮機出口的高壓空氣過熱，并向高溫高壓空氣膨脹渦輪機供給的系統(tǒng)中，為了生成約1000°c的高溫空氣，需要多個平面鏡。即，就將太陽能能量應用到燃氣輪機的上述現(xiàn)有技術而言，為了提高效率，需要使空氣溫度達到約1000°c以上的高溫，成為太陽能聚熱裝置的設備成本大幅度地上升之類產生互不相容的問題的技術。此外，上述的現(xiàn)有技術對于將太陽能能量應用到鍋爐系統(tǒng)這一點并無任何公開。

發(fā)明內容
于是，本發(fā)明的目的在于提供一種利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)，它能抑制太陽能聚熱裝置的設備成本，并且在將因太陽能聚熱引起的空氣溫度上升控制在最小限度的同時，還能大幅度地提聞發(fā)電端效率。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)具有使化石燃料燃燒的鍋爐；對該鍋爐的燃燒器用氣流輸送微粉化后的化石燃料的一次空氣系統(tǒng)；以及對上述鍋爐供給預熱后的燃燒用空氣的二次空氣系統(tǒng)；該鍋爐系統(tǒng)的特征是，在二次空氣系統(tǒng)設有利用太陽能能量使上述預熱后的燃燒用空氣進一步過熱的二次空氣過熱器。本發(fā)明的效果如下。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供抑制了太陽能聚熱裝置的設備成本，并且在將因太陽能聚熱引起的空氣溫度上升控制在最小限度的同時，還能大幅度地提高發(fā)電端效率的利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)。


圖I是將本發(fā)明的實施例的太陽能聚熱器、鍋爐二次空氣過熱器和鍋爐煙道風道系統(tǒng)做成連接圖的系統(tǒng)說明圖。圖2是在圖I中，特別詳細地提出太陽能聚熱器和二次空氣過熱器進行說明的圖。圖3是表示本實施例的發(fā)電端的輸出提高量的(試算例)的圖。圖中I-消音器，2-壓力通風機，3-蒸氣式空氣加熱器，4- 二次空氣預熱器，5- 二次空氣過熱器旁通調節(jié)風門，6- 二次空氣過熱器入口調節(jié)風門，7- 二次空氣過熱器，8- 二次空氣過熱器出口管道，9-風箱，10-鍋爐，11-鍋爐出口管道，15-脫硝裝置，16- 一次空氣和二次空氣預熱器，17-電集塵器，18-誘導通風機，19-脫硫裝置，20-煙囪，21- 二次空氣過熱器旁通管道，22- 二次空氣過熱器入口管道，25- 一次空氣通風機，28- 一次空氣預熱器，29-微粉碎機,30-熱介質箱,31-熱介質箱側一次熱介質循環(huán)泵入口閥,32- —次熱介質循 環(huán)泵，33-蓄熱裝置換熱器側一次熱介質循環(huán)泵入口閥，34-太陽能聚熱鏡組入口三通閥，35-太陽能聚熱鏡，36-太陽能聚熱鏡組出口三通閥，37-太陽能聚熱裝置出口熱介質配管，38- 二次空氣過熱器旁通熱介質配管，39- 二次空氣過熱器入口熱介質配管，40- 二次空氣過熱器出口低溫熱介質配管，41- 二次熱介質循環(huán)泵，42- 二次熱介質循環(huán)泵出口熱介質配管，43-太陽能放熱熔化鹽輸送泵，44-太陽能蓄熱熔化鹽輸送泵，45-低溫熔化鹽箱出口轉換三通閥，46-熔化鹽換熱器入口轉換三通閥，47-熔化鹽換熱器，49-熔化鹽換熱用熱介質供給配管，51-低溫熔化鹽箱，52-高溫熔化鹽箱，53- 二次空氣過熱管入口集管，54- 二次空氣過熱器傳熱管，55- 二次空氣過熱器旁通閥，56- 二次空氣過熱器入口閥，57- 二次空氣過熱管出口集管，58-化石燃料，59-微粉碎機出口配管。
具體實施例方式以下，使用附圖對將本發(fā)明的利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)應用到燒煤火力發(fā)電鍋爐的例子說明如下。此外，在各附圖中，對相同的結構要素標上相同的符號。作為本發(fā)明的實施例，下面說明的實施例具有作為火力發(fā)電的一種形態(tài)的火力發(fā)電廠的鍋爐的煙道風道系統(tǒng)；太陽能回收裝置；以及借助于二次空氣過熱器將由太陽能回收裝置回收后的太陽能能量投入到鍋爐的爐膛的系統(tǒng)。此外，太陽能回收裝置的型式以槽型為例進行說明，但塔型也是同樣的。另外，在此，將油作為回收太陽能能量的熱介質，但含水的其它熱介質也是同樣的。再有，作為對回收后的太陽能進行蓄熱或放熱一側的熱介質以熔化鹽為例子。圖I是本實施例的利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)的系統(tǒng)說明圖。作為本實施例的利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)的基本系統(tǒng)，具有鍋爐的一次空氣系統(tǒng)；二次空氣系統(tǒng)；煙道系統(tǒng)；太陽能回收系統(tǒng)。鍋爐10的燃燒所需要的大氣中的空氣通過消音器I被分為一次空氣和二次空氣兩部分。一次空氣由一次空氣通風機25 (PAF)進行升壓，在由一次空氣預熱器28加熱后，流入到后級的微粉碎機29中。再有，微粉碎機29將化石燃料58粉碎并成為微粉狀態(tài)，與一次空氣一起通過微粉碎機出口配管59而流下到鍋爐10的風箱9中。在風箱9中，鍋爐的一次空氣和二次空氣與微粉燃料通過具有多個燃燒器噴嘴(未圖示)的各流道內之后，在燃燒器噴嘴出口使一次空氣、二次空氣與微粉燃料合流而進行燃燒。鍋爐的二次空氣由壓力通風機2 (FDF)進行升壓，由蒸氣式空氣加熱器3 (SAH)利用水蒸氣加熱后，流入到二次空氣預熱器4中。在二次空氣預熱器4中，二次空氣被加熱到約350°C左右而通過二次空氣過熱器入口調節(jié)風門6。然后，預熱后的燃燒用空氣沿二次空氣過熱器入口管道22中流下，由二次空氣過熱器7利用保有太陽能能量的加熱介質進一步過熱到約400°C 500°C左右。該過熱后的空氣通過二次空氣過熱器出口管道8被導入到風箱9中。這樣一來，太陽能能量借助于鍋爐的二次空氣投入到鍋爐10中。在將太陽能能量不回收到鍋爐10中而進行運用的情況下，打開二次空氣過熱器旁通調節(jié)風門5，使二次空氣流到二次空氣過熱器旁通管道21并導入到風箱9中。在鍋爐10的爐膛內燃燒后的鍋爐廢氣通過鍋爐出口管道11后依次通過后級的脫硝裝置15、一次空氣和二次空氣預熱器16 (AH)、電集塵器17 (EP)、誘導通風機18 (IDF)JA硫裝置19 (DeSOx)并流入煙囪20并擴散到大氣中。結束將二次空氣過熱到約400°C 500°C后的、從二次空氣過熱器7流出的低溫的太陽能介質在通過二次空氣過熱器出口低溫熱介質配管40內之后,集中到熱介質箱30。從熱介質箱30流出的低溫熱介質由一次熱介質循環(huán)泵32進行升壓，通過太陽能聚熱鏡組入口三通閥34而送到太陽能聚熱鏡35進行加熱成為高溫熱介質。由太陽光加熱到約410°C 510°C左右而成為高溫的高溫熱介質在通過太陽能聚熱鏡組出口三通閥36、太陽能聚熱裝置出口熱介質配管37、二次空氣過熱器入口熱介質配管39、二次空氣過熱器入口閥56、二次熱介質循環(huán)泵41以及二次熱介質循環(huán)泵出口熱介質配管42后，導入到二次空氣過熱器7中。這樣一來，利用供給的高溫熱介質將二次空氣過熱到約400°C 500°C左右，從而將太陽能能量帶入鍋爐的爐膛中。在二次空氣過熱器7的熱交換運轉停止后的情況下，進行控制而使二次空氣過熱器入口閥56關閉，使二次空氣過熱器旁通閥55打開，使高溫熱介質旁 通到熱介質箱30。圖2是圖I的太陽能回收裝置和二次空氣過熱器的詳細系統(tǒng)的說明圖。具體地說，這是預先對白天的太陽能能量進行蓄熱，在夜間太陽落山后再次向二次空氣過熱器7供給高溫熱介質7的系統(tǒng)。此外，作為太陽能能量的蓄熱用介質，以使用熔化鹽的例子進行說明。另外，太陽能在晝夜間的變動大，由于其影響，在有效利用太陽能的發(fā)電設備中存在產生晝夜的渦輪發(fā)電機的輸出變動的問題。圖2的構成用于解決這個問題。首先，作為在白天的運轉，對利用白天的太陽能能量成為高溫的高溫熱介質的一部分，使用太陽能聚熱鏡組出口三通閥36、熔化鹽換熱用熱介質供給配管49和設置在蓄熱裝置換熱器側的一次熱介質循環(huán)泵入口閥33來使熱介質循環(huán)。另一方面，將低溫熔化鹽箱51中的低溫熔化鹽經由低溫熔化鹽箱出口轉換三通閥45、太陽能蓄熱熔化鹽輸送泵44、熔化鹽換熱器入口轉換三通閥46供給到熔化鹽換熱器47，與從太陽能聚熱鏡組出口三通閥36供給的高溫介質進行熱交換。通過將由該熱交換升溫后的高溫熔化鹽供給到高溫熔化鹽箱52來蓄積太陽能能量。在夜間，將通過白天的蓄熱運轉所蓄積的高溫熱介質從高溫熔化鹽箱52取出，作為從太陽能聚熱鏡組入口三通閥34向熔化鹽換熱器47供給的低溫熱介質的加熱介質來利用。具體地說，為了向低溫熔化鹽箱51供給高溫熔化鹽箱52的高溫熔化鹽，通過轉換熔化鹽換熱器入口轉換三通閥46及低溫熔化鹽箱出口轉換三通閥45而使太陽能放熱熔化鹽輸送泵43工作來進行。利用這種控制，從而將蓄積在高溫熔化鹽箱52中的太陽能能量對熱介質進行放熱。由太陽能能量加熱后的高溫熱介質通過二次空氣過熱器入口熱介質配管39及二次空氣過熱器入口閥56后由二次熱介質循環(huán)泵41進行升壓。這樣一供給來的高溫熱介質經由二次熱介質循環(huán)泵出口熱介質配管42集中到設置于二次空氣過熱器7中的二次空氣過熱管入口集管53。供給到二次空氣過熱管入口集管53的高溫熱介質在設置于二次空氣過熱器7中的二次空氣過熱器傳熱管54中依次流到下游側，將二次空氣預熱器4的出口的350°C左右的二次空氣過熱到400°C 500°C左右。對鍋爐的化石燃料燃燒用的二次空氣過熱結束后的熱介質成為低溫熱介質而集中到設置于二次空氣過熱器7中的二次空氣過熱管出口集管57。從二次空氣過熱管出口集管57流出來的低溫熱介質通過二次空氣過熱器、出口低溫熱介質配管40后返回到熱介質箱30中。該低溫熱介質再次從熱介質箱30經由熱介質箱側一次熱介質循環(huán)泵入口閥31供給到一次熱介質循環(huán)泵32。用一次熱介質循環(huán)泵32升壓后的低溫熱介質用太陽能聚熱鏡35成為高溫熱介質，再次供給到二次空氣過熱器7。如上所述，在本實施例中，以熱介質在太陽能聚熱鏡35和二次空氣過熱器7之間循環(huán)的方式構成系統(tǒng)。再有，太陽能聚熱裝置出口熱介質配管37具備將從太陽能聚熱鏡35供給到二次空氣過熱器7的熱介質旁通到熱介質箱30的二次空氣過熱器旁通熱介質配管38。圖3是表示本實施例的發(fā)電端效率提高量(絕對值)的圖。橫軸表示二次空氣過熱器7的出口空氣溫度(°C)，縱軸表示電端效率提高量。一般，燒煤火力發(fā)電鍋爐的鍋爐爐膛入口的二次空氣溫度為350°C左右。因此，在圖3的驗算例中，將二次空氣過熱器出口(鍋爐爐膛的入口)空氣溫度為350°C的點作為發(fā)電端效率的基準點。如上所述，在本實施例中，在二次空氣過熱器7中，利用太陽能能量使由二次空氣預熱器4預熱后的二次空氣(約350°C左右)進一步過熱。例如，當將350°C的二次空氣由二次空氣過熱器7過熱到400°C時，發(fā)電端效率提高量約為0. 8%，過熱到450°C時提高量為1.6%，過熱到500°C時提高量為2.4%。此外，在圖3中，表示的是在二次空氣過熱器7中過熱到400°C 500°C的例子，但也可以過熱到500°C以上。在這種情況下，太陽能聚熱鏡35等的太陽能回收裝置的規(guī)模也隨著用二次空氣過熱器7而上升的溫度的大小相應地增大。因此，二次空氣過熱器7的過熱溫度的值還需要考慮能設置太陽能回收裝置的占地面積等之后決定。按照這種本實施例，使用不花費能量成本的太陽能能量，能夠將作為向鍋爐的爐膛供給的化石燃料燃燒鍋爐的燃燒用空氣的、鍋爐二次空氣過熱。即，在鍋爐爐膛通過利用太陽能使現(xiàn)有的溫度約為350°C左右的二次空氣過熱50°C 150°C左右，并將約400°C 500°C左右的二次空氣向鍋爐爐膛投入，從而作為整個鍋爐能夠減少投入鍋爐的煤熱量輸入，減少鍋爐燃料消耗量。其結果，能大幅度地改善發(fā)電端效率。另外，在一般的大型鍋爐中，利用鍋爐的廢氣并通過榮格斯特朗式空氣預熱器將鍋爐的燃燒空氣加熱到350°C左右再送入鍋爐中。為了再利用太陽能將該空氣加熱50°C 150°C左右所需要的太陽能回收裝置與上述現(xiàn)有技術文獻那樣的從常溫過熱到1000°C的系統(tǒng)比較能夠小型化。此外，在用太陽能從常溫得到接近1000°C的高溫的燃氣輪機系統(tǒng)的情況下，需要反射太陽能使其集中于一點的平面鏡得到的能量相當大，其所需要的平面鏡的數(shù)量達數(shù)十萬枚，而且成為必需的設置太陽光反射鏡的平面面積為相當大的面積。對此，就本實施例的利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)而言，由于只要使平面鏡的枚數(shù)為使約350°C左右的二次空氣上升50°C 150°C左右的枚數(shù)即可，因而與利用太陽能的燃氣輪機系統(tǒng)比較，能夠大幅度地抑制太陽能聚熱裝置的設備成本。另外，在上述的現(xiàn)有技術中，由于將太陽能燃氣輪機和發(fā)電機設置在高度接近約100米的高處，因而有太陽能燃氣輪機或發(fā)電機的運轉處于不穩(wěn)定的可能性，但在本實施例的鍋爐系統(tǒng)中，由于無需將發(fā)電機等的旋轉機械設置在高處，因而能進行穩(wěn)定的運轉。另外，由于一天的太陽能回收熱量隨著從清晨經白天到傍晚而變動，因而向鍋爐的爐膛投入的二次空氣的熱量也變動。但是，能夠通過調整向鍋爐的爐膛的煤投入熱量、即調整供煤量來應對該變動。這樣，即使太陽能回收量變動，也能通過調整燃料向爐膛的投入
量，將鍋爐發(fā)生的蒸氣溫度、壓力及蒸發(fā)量的變動控制在最小限度，能夠提供渦輪發(fā)電機的輸出與晝夜無關的在一天中保持一定地運轉的利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)(火力發(fā)電系統(tǒng))。另外，本發(fā)明的利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)不僅能適用在新建的工廠中，也能用作已設的燒煤火力發(fā)電鍋爐的改造方法。即，作為對已設工廠通過追加所設置的設備成為由太陽能聚熱鏡35、熔化鹽換熱器47、熱介質箱30以及它們的連接配管及閥等構成的太陽能回收裝置、和在二次空氣系統(tǒng)中增設的二次空氣過熱器7。此外，通過二次空氣過熱器7的增設，在二次空氣系統(tǒng)的二次空氣預熱器4與風箱9之間設置二次空氣過熱器旁通調節(jié)風門5和二次空氣過熱器入口調節(jié)風門6。這樣，將已設的鍋爐系統(tǒng)改造為利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)，從而更換整個鍋爐系統(tǒng)也能實現(xiàn)效率的提高。
權利要求
1.一種利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)，具有 使化石燃料燃燒的鍋爐； 對該鍋爐的燃燒器用氣流輸送微粉化后的化石燃料的一次空氣系統(tǒng)；以及 對上述鍋爐供給預熱后的燃燒用空氣的二次空氣系統(tǒng)， 上述利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)的特征在于， 在上述二次空氣系統(tǒng)設有利用太陽能能量使上述預熱后的燃燒用空氣進一步過熱的二次空氣過熱器。
2.一種利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)，具有 使化石燃料燃燒的鍋爐； 生成對上述鍋爐用氣流輸送微粉化后的化石燃料的輸送用空氣的一次空氣通風機； 將由該一次空氣通風機送風的輸送用空氣進行預熱的一次空氣預熱器； 生成上述鍋爐的燃燒用空氣的壓力通風機；以及 將由該壓力通風機送風的燃燒用空氣進行預熱的二次空氣預熱器， 上述利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)的特征在于， 還具有將太陽能能量作為熱源，將上述二次空氣預熱器出口的燃燒用空氣進一步過熱的二次空氣過熱器。
3.根據(jù)權利要求2所述的利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)，其特征在于， 具有將太陽光進行聚光的多個太陽能聚熱鏡； 使由用該太陽能聚熱鏡收集的太陽能能量加熱的熱介質與蓄熱用熱介質進行熱交換的換熱器； 蓄積由該換熱器進行熱交換的低溫的蓄熱用熱介質的低溫箱； 蓄積由上述換熱器加熱后的高溫的蓄熱用熱介質的高溫箱；以及 進行轉換以便使上述蓄熱用熱介質在上述低溫箱與高溫箱之間雙向流通的轉換閥。
4.一種已設鍋爐系統(tǒng)的改造方法，該已設鍋爐系統(tǒng)具有 使化石燃料燃燒的鍋爐； 生成對上述鍋爐用氣流輸送微粉化后的化石燃料的輸送用空氣的一次空氣通風機； 將由該一次空氣通風機送風的輸送用空氣進行預熱的一次空氣預熱器； 生成上述鍋爐的燃燒用空氣的壓力通風機；以及 將由該壓力通風機進行送風的燃燒用空氣進行預熱的二次空氣預熱器， 上述已設鍋爐系統(tǒng)的改造方法的特征在于， 增設有收集太陽能能量的太陽能回收裝置；以及將由該太陽能回收裝置收集來的太陽能能量作為熱源，將上述二次空氣預熱器出口的燃燒用空氣進一步過熱的二次空氣過熱器。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)，它能抑制太陽能聚熱裝置的設備成本，并且在將因太陽能聚熱引起的空氣溫度上升幅度控制在最小限度的同時，還能大幅度地提高發(fā)電端效率。本發(fā)明的利用太陽能的鍋爐系統(tǒng)具有使化石燃料燃燒的鍋爐；對該鍋爐的燃燒器用氣流輸送微粉化后的化石燃料的一次空氣系統(tǒng)；以及對上述鍋爐供給預熱后的燃燒用空氣的二次空氣系統(tǒng)，該鍋爐系統(tǒng)的特征是，在二次空氣系統(tǒng)設有利用太陽能能量使上述預熱后的燃燒用空氣進一步過熱的二次空氣過熱器。
文檔編號F24J2/00GK102734940SQ201210104180
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權日2011年4月11日
發(fā)明者三島信義, 坂倉季彥, 杉浦尊 申請人:株式會社日立制作所