本發(fā)明涉及一種與燃?xì)?、蒸汽?dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，屬于太陽(yáng)能熱利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的技術(shù)中關(guān)于塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電，容積式接收器和太陽(yáng)能-燃?xì)饴?lián)合循環(huán)發(fā)電概述如下。

1、塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)

太陽(yáng)能熱發(fā)電是以光學(xué)聚焦的方式將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為高溫?zé)崮?，再通過(guò)一定的裝置將熱能轉(zhuǎn)換為電能。塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電采用點(diǎn)聚焦技術(shù)，又稱(chēng)集中式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)。它是在和大面積的場(chǎng)地上裝有許多臺(tái)大型反射鏡，即定日鏡，每臺(tái)均有各自的跟蹤機(jī)構(gòu)，準(zhǔn)確地將太陽(yáng)輻射反射集中到一高塔頂部的接收器上。被接收器吸收的太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，再講熱能傳給工質(zhì)，經(jīng)過(guò)蓄熱環(huán)節(jié)，在輸入熱動(dòng)力機(jī)，膨脹做功帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，最后輸出電能。塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)主要由聚光子系統(tǒng)、集熱子系統(tǒng)、蓄熱子系統(tǒng)和發(fā)電子系統(tǒng)等部分組成。塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)在20世紀(jì)80年代以后開(kāi)始備受世人關(guān)注，目前已有許多的示范性電站在運(yùn)行或建設(shè)中。與槽式、碟式熱發(fā)電系統(tǒng)相比，塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)具有最高的聚光比，且系統(tǒng)的集熱溫度高，易產(chǎn)生高參數(shù)蒸汽，故有利于提高熱動(dòng)裝置效率。目前，太陽(yáng)能熱利用系統(tǒng)的一個(gè)主要問(wèn)題是太陽(yáng)能具有明顯的不穩(wěn)定性，在陰天或者晚上，便無(wú)可利用的太陽(yáng)能，且太陽(yáng)年輻射量隨四季變化而變化。目前，要用綠色的太陽(yáng)能取代化石燃料向電網(wǎng)輸送綠色能源，必須解決太陽(yáng)能不穩(wěn)定性的問(wèn)題，才能規(guī)避其對(duì)電網(wǎng)的沖擊波動(dòng)。

2、開(kāi)放容積式接收器

根據(jù)太陽(yáng)能接收器中吸熱介質(zhì)的工作方式，太陽(yáng)能接收器可分為直接式和間接式兩大類(lèi)。其中，間接式太陽(yáng)能接收器主要特點(diǎn)是接收器向傳熱介質(zhì)的傳熱過(guò)程不發(fā)生在太陽(yáng)照射面，工作時(shí)聚焦入射的太陽(yáng)能先加熱受熱面，受熱面升溫后再通過(guò)壁面將熱量向另一側(cè)的工質(zhì)傳遞。按結(jié)構(gòu)形式可分為外露式管狀接收器，容積式接收器。外露式管狀接收器一般可采用水、熔融鹽、空氣等作為傳熱介質(zhì)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，而且可以接收塔體周?chē)我饨嵌鹊挠啥ㄈ战?jīng)場(chǎng)反射聚焦的太陽(yáng)能，這種方式有利于定日鏡場(chǎng)布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高太陽(yáng)輻射能的利用。但外露式接收器的吸熱圓管直接暴露在外部環(huán)境中，在多風(fēng)天氣時(shí)熱對(duì)流損失較大，因而外露式管狀吸熱器的熱效率較低。為了減少熱損失，優(yōu)化外露式管狀接收器，促進(jìn)了容積式接收器的產(chǎn)生。容積式接收器與外露式管狀接收器最大的區(qū)別為管束布置在腔體內(nèi)，并設(shè)有一個(gè)窗口接收太陽(yáng)輻射能，所以輻射、對(duì)流和反射損失都較小，從而提高了熱效率。為了進(jìn)一步減少熱損失，容積式接收器還有絕熱的保溫層，減少與環(huán)境之間的對(duì)流損失，此外，容積式接收器還具有吸熱面上的熱流密度分布均勻，吸熱管束壓降小，體積小，重量輕，易于建造且造價(jià)較低的優(yōu)點(diǎn)。但由于太陽(yáng)輻射能只能從采光窗口進(jìn)入，要求鏡場(chǎng)反射聚焦的太陽(yáng)能通過(guò)采光窗口，對(duì)定日鏡場(chǎng)的布局和聚焦能力有一定的限制和要求，只能單側(cè)布局。

3、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)

燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)從20世紀(jì)50年代開(kāi)始登上電工業(yè)舞臺(tái)，但由于當(dāng)時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的容量小、效率低，且只能燃用氣體或液體燃料，故長(zhǎng)時(shí)期無(wú)法與傳統(tǒng)燃發(fā)電技術(shù)相匹敵。20世紀(jì)80年代后，燃?xì)廨啓C(jī)的單機(jī)容量和熱效率都有了大幅度提高，常規(guī)燃油和燃燒天然氣的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)日趨成熟，加之世界范圍內(nèi)能源資源的結(jié)構(gòu)有了重大變化，環(huán)境問(wèn)題日益突出，燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)中的地位得到了很大的提升，然而，化石燃料資源為不可再生能源，在能源緊張的當(dāng)代，減少對(duì)不可再生能源的依賴(lài)，開(kāi)發(fā)利用無(wú)污染、資源消耗少的新能源才是發(fā)展的方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種與燃?xì)狻⒄羝麆?dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)來(lái)加熱空氣，利用高溫空氣與水換熱從而驅(qū)動(dòng)蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)作為燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中的介質(zhì)進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用，此外，燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中的廢氣對(duì)太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)的進(jìn)口空氣進(jìn)行預(yù)熱，也實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用和節(jié)能環(huán)保理念，達(dá)到節(jié)能降耗目的；本發(fā)明燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)的采用，解決了太陽(yáng)能不穩(wěn)定的問(wèn)題，可在太陽(yáng)能不足時(shí)利用燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的一種與燃?xì)狻⒄羝麆?dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，包括用于將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為熱能的太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)熱交換的換熱裝置、蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)；換熱裝置包括換熱器組和第四換熱器；所述太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)的出口通過(guò)一條管路與換熱器組的第一入口相連；蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)包括與換熱器組的第一出口相連的蒸汽輪機(jī)、與蒸汽輪機(jī)相連接的蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)、與蒸汽輪機(jī)相連接的冷凝器和給水泵；所述給水泵的一端通過(guò)一條管路與冷凝器相連接，其另一端通過(guò)一條管路與換熱器組的第二入口相連接；燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)包括通過(guò)一條管路與換熱器組的第二出口相連接的壓縮機(jī)、通過(guò)一條管路與壓縮機(jī)相連接的燃燒室、通過(guò)一條管路與燃燒室相連接的燃?xì)廨啓C(jī)和與燃?xì)廨啓C(jī)相連的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)；所述燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)一條管路與第四換熱器相連，所述第四換熱器通過(guò)一條管路與太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)的進(jìn)口相連接。

上述換熱器組包括相互串聯(lián)的預(yù)熱換熱器、蒸發(fā)換熱器和過(guò)熱換熱器。同種工質(zhì)在同一管路內(nèi)進(jìn)行熱交換。

上述太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)具體采用的是塔式太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)。

上述塔式太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)包括聚光鏡場(chǎng)和接收器(聚光鏡場(chǎng)和接收器的連接關(guān)系為常見(jiàn)的塔式熱發(fā)電站的基本連接，鏡場(chǎng)接收并聚焦太陽(yáng)能到接收器上)；所述聚光鏡場(chǎng)接受并匯聚太陽(yáng)輻射能量，并將接受的太陽(yáng)輻射能量經(jīng)所述接收器傳遞給載熱介質(zhì)。

上述接收器具體采用的是開(kāi)放容積式接收器。

上述壓縮機(jī)具體采用的是多級(jí)壓縮中間冷卻的壓縮機(jī)。

容積式接收器出口的高溫空氣先后在第一換熱器、第二換熱器、第三換熱器中與蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中的水進(jìn)行換熱(第一換熱器預(yù)熱、第二換熱器蒸發(fā)、第三換熱器過(guò)熱)，獲得過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電；之后，冷空氣進(jìn)如壓縮機(jī)壓縮增壓后進(jìn)入燃燒室與燃料混合燃燒生成高溫燃?xì)怛?qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)并使燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電。燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中的廢氣在第四換熱器中預(yù)熱容積式接收器入口的空氣，升溫后重新進(jìn)入開(kāi)放容積式接收器中，完成整個(gè)循環(huán)過(guò)程。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)采用開(kāi)放容積式接收器，其出口的高溫空氣先后用于蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，且進(jìn)入容積式接收器的空氣先在第四換熱器中被燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中的廢氣進(jìn)行預(yù)熱，也實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用并達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

本發(fā)明太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)接收的能量首先用于加熱進(jìn)入蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)的水并使之過(guò)熱，從而提高蒸汽動(dòng)力循環(huán)的效率；水的蒸發(fā)和過(guò)熱分別在第二換熱器和第三換熱器中進(jìn)行，從而減少了在瞬間蒸發(fā)的部分由于其程度變化引起的熱應(yīng)力；之后第三換熱器出口的空氣進(jìn)入燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)，仍具有較高溫度，故可減少壓縮機(jī)的功耗和燃燒室燃料的使用量，同時(shí)提高了燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)的發(fā)電效率，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用并達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

本發(fā)明燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)的采用，解決了太陽(yáng)能不穩(wěn)定的問(wèn)題，可在太陽(yáng)能不足時(shí)利用燃?xì)廨啓C(jī)子系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。

本發(fā)明太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)中開(kāi)放容積式接收器進(jìn)口的空氣在第四換熱器中被燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力循環(huán)中的廢氣預(yù)熱，提高進(jìn)口空氣的溫度，實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用，進(jìn)一步降低了對(duì)集熱子系統(tǒng)的要求，從而降低成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種與燃?xì)?、蒸汽?dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)原理示意圖。

圖中各標(biāo)記為：1-開(kāi)放容積式接收器，2-蒸汽輪機(jī)，3-冷凝器，4-給水泵，5-第一換熱器、6-第二換熱器、7-第三換熱器、8-壓縮機(jī)，9-燃燒室，10-燃?xì)廨啓C(jī)，11-燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)、12-蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)、13-第四換熱器。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的系統(tǒng)包括太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)、換熱裝置、燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)。燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)和蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)分別具有各自的發(fā)電裝置，用于將熱能轉(zhuǎn)化為電能，在太陽(yáng)能富余時(shí)可利用太陽(yáng)能加熱載熱介質(zhì)發(fā)電，而當(dāng)太陽(yáng)輻射能量不足時(shí)，可利用燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中燃?xì)庵苯尤紵l(fā)電，彌補(bǔ)了太陽(yáng)能間歇性的缺點(diǎn)。

本實(shí)施例中，太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)包括聚光鏡場(chǎng)和接收器；聚光鏡場(chǎng)接受并匯聚太陽(yáng)輻射能量，并將接受的太陽(yáng)輻射能量經(jīng)接收器傳遞給載熱介質(zhì)。本實(shí)施例中，接收器具體采用的是開(kāi)放容積式接收器1。

本實(shí)施例中，換熱裝置包括第一換熱器5、第二換熱器6、第三換熱器7、第四換熱器13；太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)的出口通過(guò)一條管路分別與第一換熱器5、第二換熱器6、第三換熱器7相連。

本實(shí)施例中，蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)包括與第一換熱器5相連的蒸汽輪機(jī)2、與蒸汽輪機(jī)2相連接的蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)12、與蒸汽輪機(jī)2相連接的冷凝器3和給水泵4；給水泵4的一端通過(guò)一條管路與冷凝器3相連接，其另一端通過(guò)一條管路分別與第三換熱器7、第二換熱器6、第一換熱器5相連接。

本實(shí)施例中，燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)包括通過(guò)一條管路與第三換熱器7相連接的壓縮機(jī)8、通過(guò)一條管路與壓縮機(jī)8相連接的燃燒室9、通過(guò)一條管路與燃燒室9相連接的燃?xì)廨啓C(jī)10和與燃?xì)廨啓C(jī)10相連的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)11；燃?xì)廨啓C(jī)10通過(guò)一條管路與第四換熱器13相連，第四換熱器13通過(guò)一條管路與太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)的進(jìn)口相連接。

本實(shí)施例中，太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)為塔式太陽(yáng)能聚光集熱子系統(tǒng)，收集到的太陽(yáng)能輻射能量直接用于加熱開(kāi)放容積式接收器1中的空氣，高溫空氣先后進(jìn)入蒸汽和燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)12、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)11發(fā)電，燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中的廢氣為開(kāi)放容積式接收器1入口的空氣預(yù)熱提供能量。

具體的工作原理如下：開(kāi)放容積式接收器1以空氣為載熱介質(zhì)，將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為熱能，開(kāi)放容積式接收器1出口的高溫空氣將蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中的水加熱成過(guò)熱蒸汽，提高了蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)的循環(huán)效率。其中高溫空氣與水先后在第一換熱器5、第二換熱器6、第三換熱器7中進(jìn)行熱交換，蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)中的水先在第一換熱器5中被高溫空氣預(yù)熱，之后進(jìn)入第二換熱器6后開(kāi)始蒸發(fā)，最后進(jìn)入第三換熱器7中被空氣加熱成過(guò)熱蒸汽；其中水的蒸發(fā)和過(guò)熱兩部分分別在第二換熱器6和第三換熱器7中進(jìn)行，從而減少了在瞬間蒸發(fā)的部分由于其程度變化引起的熱應(yīng)力，之后，過(guò)熱水蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)12進(jìn)行發(fā)電，提高了蒸汽動(dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)的發(fā)電效率。

燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)中的進(jìn)口空氣為第三換熱器7出口的冷空氣，冷空氣經(jīng)壓縮機(jī)8壓縮增壓后進(jìn)入燃燒室9，與燃料充分燃燒獲得高溫燃?xì)?，進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)10膨脹減壓后驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)11進(jìn)行發(fā)電；燃?xì)鈩?dòng)力循環(huán)發(fā)電子系統(tǒng)的進(jìn)口空氣具有較高的溫度，減少了壓縮機(jī)8的功耗和燃燒室9燃料的使用量；而開(kāi)放容積式接收器1的入口空氣先在第四換熱器13中與燃?xì)廨啓C(jī)10排出的廢氣進(jìn)行熱交換，獲得一定的高溫，利用燃?xì)廨啓C(jī)10的廢氣對(duì)開(kāi)放容積式接收器1進(jìn)口的空氣進(jìn)行預(yù)熱，提高了開(kāi)放容積式接收器1入口空氣溫度，進(jìn)一步降低了對(duì)集熱子系統(tǒng)的要求，從而降低成本，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了能量的梯級(jí)利用，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。