可全天連續運行的太陽能與生物質互補聯合循環發電系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及多種能源互補利用的技術領域，尤其是一種可全天連續運行的太陽能與生物質互補聯合循環發電系統。
【背景技術】
[0002]為應對經濟和現代文明的高速發展，能源需求量將逐年擴大，有限的化石能源儲量將制約人類文明的發展進程，同時由于大量燃用化石能源所導致的環境污染等問題也亟待解決。為此在實現現有化石能源高效和清潔利用的同時，大力開發太陽能和生物質等清潔能源，以逐步替代化石能源成也為解決當前能源與環境協調相容和實現人類可持續發展的重要途徑。
[0003]太陽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法比擬的優點，如清潔、資源量巨大等。地球每年接收的太陽能總量達到lX10lskWh，相當于1.3 X 114噸標準煤，在美國西南部、非洲、澳大利亞和中國西部等地區的太陽能資源均非常豐富。其中，基于太陽能光熱利用方式的太陽能光熱發電技術已進入商業化運營階段。根據太陽能聚光方式的不同可分為線聚光和點聚光兩大類，拋物槽式和線性菲涅爾集熱裝置采用的是太陽能線聚光技術，其聚光比相對較低，所能達到的集熱溫度也相應較低；而碟式和塔式集熱裝置采用的是太陽能點聚光技術，雙軸跟蹤，聚光比高，最高集熱溫度能超過1000°c。
[0004]常規槽式太陽能熱發電系統通常以導熱油作為中間導熱介質，受導熱油高溫分解特性的限制，系統的集熱溫度在400°C以下，并直接影響到所配套的汽輪發電機組的循環熱效率，而采用點聚光形式的塔式太陽能熱發電系統則以高溫融鹽作為導熱介質，目前工作溫度能提升至560°C左右，但總體而言系統的發電效率仍偏低。另外，由于太陽能具有間歇性供應等特性，因此太陽能熱發電系統中通常需配套儲能蓄熱裝置，以延長機組的運行時間，以塔式太陽能熱發電站為例，其連續運行時間約為14?15小時，受儲能成本及蓄熱裝置保溫特性等因素的影響，難以保證太陽能熱發電系統的全天連續運行。
[0005]為了提高太陽能的凈發電效率和實現機組的連續穩定運行，現已開發出多種太陽能與聯合循環發電系統相集成的互補型發電系統，主要的互補方式包括以下兩種:1、利用線性聚光裝置與底部朗肯循環相結合，用于完成蒸汽部分的預熱或蒸發，以提高機組的發電容量；2、利用塔式點聚光集熱技術與頂部布雷頓循環相結合，將經壓氣機加壓后的空氣加熱至800?100tC，而后再送入燃燒室，以此減少化石能源的消耗。另外，利用塔式聚焦產生的高溫太陽能驅動生物質等固體碳氫燃料氣化，而且再借助聯合循環發電系統高效利用的技術方案也已被提出，通過將太陽能轉換為高品質化學能后，再實現化學能的高效轉化。
[0006]經過相關的計算和模擬分析得出上述利用方案在提升太陽能熱利用效率方面具有很大的潛力，但同時，我們也需明確上述技術方案的不足之處，對于利用高溫太陽能與布雷頓頂循環相結合以加熱壓縮空氣的互補形式，不僅仍需消耗大量的天然氣等化石能源，同時因集熱溫度過高，難以通過蓄熱的方式在夜間實現發電系統的互補運行。對于利用高溫太陽能驅動生物質氣化，進而發電的互補方式，雖然系統均使用清潔的可再生能源，但仍然無法克服高溫儲能這一難題。
[0007]因此，在實現太陽能的高效利用和系統連續運行等方面，還需要開展大量的相關研究工作。
【實用新型內容】
[0008](一 )要解決的技術問題
[0009]有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種可全天連續運行的太陽能與生物質互補聯合循環發電系統，以滿足利用太陽能全天連續地將生物質等固體碳氫燃料A轉化為可供燃氣-蒸汽聯合循環系統使用的優質燃料，同時通過該系統也能夠適用于煤炭等其他碳氫固體碳氫燃料A。
[0010](二)技術方案
[0011]為達到上述目的，本實用新型提供了一種可全天連續運行的太陽能與生物質互補聯合循環發電系統，包括定日鏡場1、雙曲面反射鏡2、高溫回轉式太陽能氣化反應器3、氣化余熱鍋爐4、凈化裝置5、燃燒室6、壓縮機7、燃氣透平8、余熱鍋爐9、蒸汽透平10、冷凝器11、給水栗12、發電機13、融鹽栗14、低溫融鹽儲罐15、高溫融鹽儲罐16、熱解反應器、17和焦油霧化器18，其中，高溫回轉式太陽能氣化反應器3、氣化余熱鍋爐4、凈化裝置5、燃燒室6、燃氣透平8、余熱鍋爐9、蒸汽透平10、冷凝器11和給水栗12依次連接，氣化余熱鍋爐4及給水栗12均還連接于余熱鍋爐9，燃燒室6還連接于壓縮機7，蒸汽透平10還連接于發電機13，其中燃燒室6、壓縮機7、燃氣透平8、余熱鍋爐9、蒸汽透平10、冷凝器11、給水栗12和發電機13構成燃氣-蒸汽聯合循環發電系統；在光照條件充足時，該太陽能與生物質互補聯合循環發電系統直接利用高溫聚光太陽能借助高溫回轉式太陽能氣化反應器3完成固體碳氫燃料的氣化反應，反應產生的合成氣經凈化處理后送至燃氣-蒸汽聯合循環發電系統的燃燒室6中進行發電；在光照條件不充足時，該太陽能與生物質互補聯合循環發電系統利用熱解反應器17并借助利用高溫融鹽存儲的太陽能驅動固體碳氫燃料進行熱解反應，熱解產生的液體燃料利用霧化器18霧化，經霧化的液體燃料再送至燃氣-蒸汽聯合循環系統的燃燒室6中進行發電。
[0012]上述方案中，所述定日鏡場I包括呈陣列布置的多個定日鏡，該多個定日鏡收集太陽能并將其聚焦至雙曲面反射鏡2以獲取高溫聚光太陽能，該高溫聚焦太陽能由雙曲面反射鏡2反射并投射至高溫回轉式太陽能氣化反應器3中，以提供氣化反應所需要的高溫熱量。
[0013]上述方案中，所述高溫回轉式太陽能氣化反應器3為回轉式氣化反應裝置，頂部具有入射光線孔，高溫聚光太陽能透過該入射光線孔進入高溫回轉式太陽能氣化反應器3內部，加熱反應物，借助反應器的回轉式轉動，改善氣化反應特性。
[0014]上述方案中，所述高溫回轉式太陽能氣化反應器3的外腔內表面布置有用以在滿足固體碳氫燃料正常氣化時利用融鹽吸收并存儲富余的高溫太陽能的融鹽集熱管束。
[0015]上述方案中，所述固體碳氫燃料被送至高溫回轉式太陽能氣化反應器3，定日鏡場I將太陽光線聚焦反射至雙曲面反射鏡2，進而調整光路下射至高溫回轉式太陽能氣化反應器3中，利用聚焦所產生850°C的聚光太陽能驅動固體碳氫燃料在高溫回轉式太陽能氣化反應器3中進行氣化反應。
[0016]上述方案中，所述高溫回轉式太陽能氣化反應器3中氣化反應產生的高溫可燃合成氣，首先進入氣化余熱鍋爐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中的水產生水蒸汽，將產生的一部分水蒸汽作為氣化劑也同步送至高溫回轉式太陽能氣化反應器3中，同時將剩余的水蒸汽送至燃氣-蒸汽聯合循環發電系統中加以利用，降溫后的可燃合成氣送至凈化裝置5中除去雜質，而后送至燃氣-蒸汽聯合循環發電系統的燃燒室6中。
[0017]上述方案中，在由燃燒室6、壓縮機7、燃氣透平8、余熱鍋爐9、蒸汽透平10、冷凝器11、給水栗12和發電機13構成的燃氣-蒸汽聯合循環發電系統中，空氣首先經由壓縮機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，燃燒產生的高溫煙氣送至燃氣透平8并驅動其旋轉作功，燃氣透平8排放的高溫煙氣借助余熱鍋爐9回收熱量并生產高溫高壓蒸汽，該高溫高壓蒸汽送至蒸汽透平10驅動其旋轉作功，蒸汽透平10排放的蒸汽乏汽依次經過冷凝器11和水栗12進行冷凝和加壓處理，而后送至余熱鍋爐9中循環利用，最后煙氣從余熱鍋爐9中排出，同時燃氣透平8和蒸汽透平10驅動發電機13旋轉發電。
[0018]上述方案中，在白天時段，該太陽能與生物質互補聯合循環發電系統在利用太陽能驅動固體碳氫燃料進行氣化反應的同時，低溫融鹽儲罐15的冷融鹽經融鹽栗14送至高溫回轉式太陽能氣化反應器3中，利用白天時段富余的太陽能將融鹽加熱至550°C，加熱后的融鹽作為儲熱介質送至高溫融鹽儲罐16中存儲。
[0019]上述方案中，在夜間時段，固體碳氫燃料A被送至該太陽能與生物質互補聯合循環發電系統的熱解反應器17，融鹽從高溫融鹽儲罐16分別送至熱解反應器17和焦油霧化器18中；首先在熱解反應器17中利用550°C的融鹽顯熱驅動固體碳氫燃料熱解，熱解產生的焦油和烷烴類可燃氣體借助凈化裝置5進行凈化處理，而后送至焦油霧化器18，霧化所需的熱能同樣由高溫熔鹽提供，最終經霧化的液體燃料和烷烴類可燃氣體送至燃燒室6中，經燃燒后驅動燃氣-蒸汽聯合循環發電系統進行發電。
[0020]上述方案中，在所述熱解反應器17中生產的固體產物將返送至高溫回轉式太陽能氣化反應器3中，待白天時段與固體碳氫燃料一起參與氣化反應。
[0021](三)有益效果
[0022]從上述技術方案可看出，本實用新型具有以下有益效果:
[0023]1、本實用新型提供的可全天連續運行的太陽能與生物質互補聯合循環發電系統，利用高溫太陽能直接驅動生物質氣化反應，或間接驅動生物質的熱解反應，能將太陽能轉化為高品質的化學能，再借助先進的燃氣-蒸汽聯合循環，能實現太陽能的高效利用。
[0024]2、本實用新型提供的可全天連續運行的太陽能與生物質互補聯合循環發電系統，在白天時段借助融鹽存儲高溫太陽能，在夜間驅動生物質熱解反應，用于生產供聯合循環發電系統使用的霧化液體燃料，由此能實現燃氣和配套蒸汽裝置的全天連續運行。
[0025]3、本實用新型提供的可全天連續運行的太陽能與生物質互補聯合循環發電系統，利用融鹽存儲太陽能，同時也直接利用高溫融鹽驅動生物質的熱解反應，實現融鹽工質的多功能應用，由此可簡化系統結構并降低蓄能部分的初投資。
[0026]4、本實用新型提供的可全天連續運行的太陽能與生物質互補聯合循環發電系統，相對于傳統的塔式太陽能熱發電系統而言，利用融鹽驅動生物質熱解并為焦油霧化提供熱能，占聯合循環發電系統輸入能量的比例相對較低，即無需消耗巨量的融鹽工質，這不僅降低蓄熱部分的直接投資，并有利于實現少量融鹽的高效保溫，以延長系統的連續運行時間。
[0027]5、本實用新型提供的可全天連續運行的太陽能與生物質互補聯合循環發電系統，通過合理的系統設計，能夠延長發電裝置的運行時間，提高系統的可用率，相對而言，可增加系統