可全天連續(xù)運(yùn)行的太陽(yáng)能與生物質(zhì)互補(bǔ)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多種能源互補(bǔ)利用的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種可全天連續(xù)運(yùn)行的太陽(yáng)能與生物質(zhì)互補(bǔ)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]為應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代文明的高速發(fā)展，能源需求量將逐年擴(kuò)大，有限的化石能源儲(chǔ)量將制約人類文明的發(fā)展進(jìn)程，同時(shí)由于大量燃用化石能源所導(dǎo)致的環(huán)境污染等問(wèn)題也亟待解決。為此在實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有化石能源高效和清潔利用的同時(shí)，大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能和生物質(zhì)等清潔能源，以逐步替代化石能源成也為解決當(dāng)前能源與環(huán)境協(xié)調(diào)相容和實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。
[0003]太陽(yáng)能作為一種清潔的可再生能源，以輻射的形式投射至地球表面，是人類可以利用的最豐富的能源，具有一些普通能源無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如清潔、資源量巨大等。地球每年接收的太陽(yáng)能總量達(dá)到lX1018kWh，相當(dāng)于1.3X 114噸標(biāo)準(zhǔn)煤，在美國(guó)西南部、非洲、澳大利亞和中國(guó)西部等地區(qū)的太陽(yáng)能資源均非常豐富。其中，基于太陽(yáng)能光熱利用方式的太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)已進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)階段。根據(jù)太陽(yáng)能聚光方式的不同可分為線聚光和點(diǎn)聚光兩大類，拋物槽式和線性菲涅爾集熱裝置采用的是太陽(yáng)能線聚光技術(shù)，其聚光比相對(duì)較低，所能達(dá)到的集熱溫度也相應(yīng)較低；而碟式和塔式集熱裝置采用的是太陽(yáng)能點(diǎn)聚光技術(shù)，雙軸跟蹤，聚光比高，最高集熱溫度能超過(guò)1000°c。
[0004]常規(guī)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)通常以導(dǎo)熱油作為中間導(dǎo)熱介質(zhì)，受導(dǎo)熱油高溫分解特性的限制，系統(tǒng)的集熱溫度在400°C以下，并直接影響到所配套的汽輪發(fā)電機(jī)組的循環(huán)熱效率，而采用點(diǎn)聚光形式的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)則以高溫融鹽作為導(dǎo)熱介質(zhì)，目前工作溫度能提升至560°C左右，但總體而言系統(tǒng)的發(fā)電效率仍偏低。另外，由于太陽(yáng)能具有間歇性供應(yīng)等特性，因此太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中通常需配套儲(chǔ)能蓄熱裝置，以延長(zhǎng)機(jī)組的運(yùn)行時(shí)間，以塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站為例，其連續(xù)運(yùn)行時(shí)間約為14?15小時(shí)，受儲(chǔ)能成本及蓄熱裝置保溫特性等因素的影響，難以保證太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的全天連續(xù)運(yùn)行。
[0005]為了提高太陽(yáng)能的凈發(fā)電效率和實(shí)現(xiàn)機(jī)組的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出多種太陽(yáng)能與聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)相集成的互補(bǔ)型發(fā)電系統(tǒng)，主要的互補(bǔ)方式包括以下兩種:1、利用線性聚光裝置與底部朗肯循環(huán)相結(jié)合，用于完成蒸汽部分的預(yù)熱或蒸發(fā)，以提高機(jī)組的發(fā)電容量；2、利用塔式點(diǎn)聚光集熱技術(shù)與頂部布雷頓循環(huán)相結(jié)合，將經(jīng)壓氣機(jī)加壓后的空氣加熱至800?1000°C，而后再送入燃燒室，以此減少化石能源的消耗。另外，利用塔式聚焦產(chǎn)生的高溫太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)生物質(zhì)等固體碳?xì)淙剂蠚饣?，而且再借助?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)高效利用的技術(shù)方案也已被提出，通過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)化學(xué)能后，再實(shí)現(xiàn)化學(xué)能的高效轉(zhuǎn)化。
[0006]經(jīng)過(guò)相關(guān)的計(jì)算和模擬分析得出上述利用方案在提升太陽(yáng)能熱利用效率方面具有很大的潛力，但同時(shí)，我們也需明確上述技術(shù)方案的不足之處，對(duì)于利用高溫太陽(yáng)能與布雷頓頂循環(huán)相結(jié)合以加熱壓縮空氣的互補(bǔ)形式，不僅仍需消耗大量的天然氣等化石能源，同時(shí)因集熱溫度過(guò)高，難以通過(guò)蓄熱的方式在夜間實(shí)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的互補(bǔ)運(yùn)行。對(duì)于利用高溫太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)生物質(zhì)氣化，進(jìn)而發(fā)電的互補(bǔ)方式，雖然系統(tǒng)均使用清潔的可再生能源，但仍然無(wú)法克服高溫儲(chǔ)能這一難題。
[0007]因此，在實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的高效利用和系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行等方面，還需要開(kāi)展大量的相關(guān)研宄工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0009]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種可全天連續(xù)運(yùn)行的太陽(yáng)能與生物質(zhì)互補(bǔ)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，以滿足利用太陽(yáng)能全天連續(xù)地將生物質(zhì)等固體碳?xì)淙剂螦轉(zhuǎn)化為可供燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)使用的優(yōu)質(zhì)燃料，同時(shí)通過(guò)該系統(tǒng)也能夠適用于煤炭等其他碳?xì)涔腆w碳?xì)淙剂螦。
[0010](二)技術(shù)方案
[0011]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種可全天連續(xù)運(yùn)行的太陽(yáng)能與生物質(zhì)互補(bǔ)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，包括定日鏡場(chǎng)1、雙曲面反射鏡2、高溫回轉(zhuǎn)式太陽(yáng)能氣化反應(yīng)器3、氣化余熱鍋爐4、凈化裝置5、燃燒室6、壓縮機(jī)7、燃?xì)馔钙?、余熱鍋爐9、蒸汽透平10、冷凝器11、給水泵12、發(fā)電機(jī)13、融鹽泵14、低溫融鹽儲(chǔ)罐15、高溫融鹽儲(chǔ)罐16、熱解反應(yīng)器、17和焦油霧化器18，其中，燃燒室6、壓縮機(jī)7、燃?xì)馔钙?、余熱鍋爐9、蒸汽透平10、冷凝器11、給水泵12和發(fā)電機(jī)13構(gòu)成燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；在光照條件充足時(shí)，該太陽(yáng)能與生物質(zhì)互補(bǔ)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)直接利用高溫聚光太陽(yáng)能借助高溫回轉(zhuǎn)式太陽(yáng)能氣化反應(yīng)器3完成固體碳?xì)淙剂系臍饣磻?yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的合成氣經(jīng)凈化處理后送至燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的燃燒室6中進(jìn)行發(fā)電；在光照條件不充足時(shí)，該太陽(yáng)能與生物質(zhì)互補(bǔ)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)利用熱解反應(yīng)器17并借助利用高溫融鹽存儲(chǔ)的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)固體碳?xì)淙剂线M(jìn)行熱解反應(yīng)，熱解產(chǎn)生的液體燃料利用霧化器18霧化，經(jīng)霧化的液體燃料再送至燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的燃燒室6中進(jìn)行發(fā)電。
[0012]上述方案中，所述定日鏡場(chǎng)I用于收集太陽(yáng)能并聚焦至雙曲面反射鏡2以獲取高溫聚焦太陽(yáng)能，高溫聚焦太陽(yáng)能再由雙曲面反射鏡2反射并投射至高溫回轉(zhuǎn)式太陽(yáng)能氣化反應(yīng)器3中，用以提供氣化反應(yīng)所需要的高溫?zé)崃俊?br>[0013]上述方案中，所述高溫回轉(zhuǎn)式太陽(yáng)能氣化反應(yīng)器3為回轉(zhuǎn)式氣化反應(yīng)裝置，高溫聚光太陽(yáng)能透過(guò)入射光線孔進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)部，加熱反應(yīng)段外壁，將高溫?zé)崃總鬟f至反應(yīng)物，借助反應(yīng)器的回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠改善氣化反應(yīng)特性。
[0014]上述方案中，所述高溫回轉(zhuǎn)式太陽(yáng)能氣化反應(yīng)器3的外腔內(nèi)表面布置有融鹽集熱管束，用以在滿足固體碳?xì)淙剂险饣瘯r(shí)，利用融鹽吸收并存儲(chǔ)富余的高溫太陽(yáng)能。
[0015]上述方案中，所述固體碳?xì)淙剂媳凰椭粮邷鼗剞D(zhuǎn)式太陽(yáng)能氣化反應(yīng)器3，定日鏡場(chǎng)I將太陽(yáng)光線聚焦反射至雙曲面反射鏡2，進(jìn)而調(diào)整光路下射至高溫回轉(zhuǎn)式太陽(yáng)能氣化反應(yīng)器3中，利用聚焦所產(chǎn)生850°C的聚光太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)固體碳?xì)淙剂显诟邷鼗剞D(zhuǎn)式太陽(yáng)能氣化反應(yīng)器3中進(jìn)行氣化反應(yīng)。
[0016]上述方案中，所述高溫回轉(zhuǎn)式太陽(yáng)能氣化反應(yīng)器3中氣化反應(yīng)產(chǎn)生的高溫可燃合成氣，首先進(jìn)入氣化余熱鍋爐4，以利用氣化余熱鍋爐4回收熱量；在氣化余熱鍋爐4中，該高溫可燃合成氣加熱通入氣化余熱鍋爐4中的水產(chǎn)生水蒸汽，將產(chǎn)生的一部分水蒸汽作為氣化劑也同步送至高溫回轉(zhuǎn)式太陽(yáng)能氣化反應(yīng)器3中，同時(shí)將剩余的水蒸汽送至燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中加以利用，降溫后的可燃合成氣送至凈化裝置5中除去雜質(zhì)，而后送至燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的燃燒室6中。
[0017]上述方案中，在由燃燒室6、壓縮機(jī)7、燃?xì)馔钙?、余熱鍋爐9、蒸汽透平1、冷凝器11、給水泵12和發(fā)電機(jī)13構(gòu)成的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中，空氣首先經(jīng)由壓縮機(jī)7壓縮加壓后送至燃燒室6，在燃燒室6中參與可燃合成氣的燃燒反應(yīng)，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馑椭寥細(xì)馔钙?并驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)作功，燃?xì)馔钙?排放的高溫?zé)煔饨柚酂徨仩t9回收熱量并生產(chǎn)高溫高壓蒸汽，該高溫高壓蒸汽送至蒸汽透平10驅(qū)動(dòng)其旋轉(zhuǎn)作功，蒸汽透平10排放的蒸汽乏汽依次經(jīng)過(guò)冷凝器11和水泵12進(jìn)行冷凝和加壓處理，而后送至余熱鍋爐9中循環(huán)利用，最后煙氣從余熱鍋爐9中排出，同時(shí)燃?xì)馔钙?和蒸汽透平10驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)13旋轉(zhuǎn)發(fā)電。
[0018]上述方案中，在白天時(shí)段，該太陽(yáng)能與生物質(zhì)互補(bǔ)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)固體碳?xì)淙剂线M(jìn)行氣化反應(yīng)的同時(shí)，低溫融鹽儲(chǔ)罐15的冷融鹽經(jīng)融鹽泵14送至高溫回轉(zhuǎn)式太陽(yáng)能氣化反應(yīng)器3中，利用白天時(shí)段富余的太陽(yáng)能將融鹽加熱