一种基于火电与光热的热电联供装置及方法与流程

1.本发明属于光电联产利用技术领域，涉及一种基于火电和太阳能的热电联供装置及方法。


背景技术：

2.太阳能是一种清洁可再生能源，在能源危机和环境污染的背景下,受到了各行业的极大青睐。利用过程清洁、易于布置的太阳能同其他能源互补也成为了一种新的发展方向，具有极大的潜在发展价值。
3.由于光热与火电机组互补供热在技术上具有可行性，综合利用火电机组余热和太阳能热能，能够有效降低供热成本。目前，针对火电自身的余热利用已经得到了广泛的研究与应用，包括冷端余热回收利用和排烟余热利用等。而太阳能与火电的结合一般采用光煤互补发电，即利用太阳能的热量提高给水泵中的给水温度，减少锅炉的热量出力，从而实现火电与太阳能的联合应用。但是，由于太阳能用于光煤互补发电时，太阳能自身的热量用于给水泵中给水的温度增加，以至于太阳能的利用效率受限于给水泵原有给水的温度和太阳能自身提供的加热温度上限，能量利用品位低。
4.因此，进一步提高太阳能的利用品位，扩大利用场景是目前光煤互补发电技术领域亟待解决的首要问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于火电和太阳能的热电联供装置，在利用火力机组发电和余热回收利用的同时，提高中低温太阳能的品位，实现火电和太阳能用于发电和供热的综合应用。
6.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
7.本发明提供一种基于火电和太阳能的热电联供装置，包括火电机组和吸收式热泵回路系统；
8.所述吸收式热泵回路系统包括太阳能热水器、溶液热循环单元和抽汽加热器；
9.所述太阳能热水器产生的热水进入溶液热循环单元换热后返回太阳能热水器；
10.热网回水经溶液热循环单元换热后进入抽汽加热器加热后作为热网供水输出；
11.所述火电机组产生的高温抽汽分两路进入吸收式热泵回路系统：一路高温抽汽进入溶液热循环单元换热后，作为机组补水返回火电机组；另一路高温抽汽进入抽汽加热器与热网回水换热，换热后与热网回水混合作为热网供水输出。
12.优选地，所述溶液热循环单元包括吸收器、溶液泵、溶液换热器、发生器、冷凝器和蒸发器；
13.所述热网回水依次经吸收器和冷凝器换热后进入抽汽加热器，作为热网供水输出；
14.所述太阳能热水器产生的热水进入蒸发器换热后返回太阳能热水器；
15.发生器中的吸收溶液吸收由火电机组产生的高温抽汽的热量后，吸收溶液中的水蒸发变为水蒸气，水蒸气进入冷凝器中与热网回水换热，进入蒸发器中与来自太阳能热水器的热水换热，换热后的水蒸气进入吸收器中被吸收器中的浓溶液吸收，释放热量给吸收器中的热网回水；发生器中的吸收溶液失水作为浓溶液进入溶液换热器中换热，换热后的浓溶液进入吸收器，吸收吸收器中的水蒸气，作为稀溶液通过溶液泵进入溶液换热器与来自发生器的浓溶液换热，换热后的稀溶液返回到发生器中，完成溶液热循环。
16.优选地，所述火电机组与吸收式热泵回路系统之间设置有抽汽阀。
17.优选地，所述抽汽阀与溶液热循环单元之间设置有发生器调节阀。
18.优选地，所述抽汽阀与抽汽加热器之间设置有加热器调节阀。
19.优选地，所述冷凝器与蒸发器之间设置有节流阀。
20.优选地，所述溶液热交换器的浓溶液输出端与吸收器的浓溶液输入端之间设置有溶液膨胀阀。
21.一种利用上述热电联供装置的基于火电和太阳能的热电联供方法，通过以下步骤完成：
22.打开高低压联通管调节阀和抽汽阀；
23.将火电机组产生的高温抽汽通过抽汽阀输送入吸收式热泵回路系统；
24.将热网回水输送入吸收器吸热后，依次输送入冷凝器和抽汽加热器，使其在抽汽加热器中加热后作为热网供水流出；
25.将太阳能热水器产生的热水输送入蒸发器换热，然后再输送回太阳能热水器；
26.打开发生器调节阀和加热器调节阀；
27.将进入吸收式热泵回路系统的高温抽汽分两路：使其中一路高温抽汽通过发生器调节阀进入发生器，并使之与发生器中的吸收溶液换热后，作为机组补水输出；将另一部分高温抽汽输送入抽汽加热器，并使之与抽汽加热器中的热网回水混合放热，作为热网供水输出；
28.打开节流阀和溶液膨胀阀；
29.将发生器中的吸收溶液利用高温抽汽加热，使吸收溶液内的水蒸发为水蒸气进入冷凝器中与来自于吸收器的热网回水换热，换热后的水蒸气转换为液态水通过节流阀输入蒸发器中，进入蒸发器的液态水与来自太阳能热水器的热水换热，再次转换为水蒸气进入吸收器中，被吸收器中的浓溶液吸收并释放热量给热网回水；
30.将发生器中吸收溶液换热后失水，作为浓溶液输送入溶液热交换器中换热，再将换热后的浓溶液通过溶液膨胀阀输送入吸收器中，使之吸收来自于蒸发器的水蒸气变为稀溶液，最后将稀溶液输送入溶液泵升压后，再输送入溶液热交换器，使之与来自发生器的浓溶液换热，将换热后的稀溶液输送回发生器，完成溶液热循环。
31.优选地，当太阳能热水器提供的热水温度较高时，调节发生器调节阀和抽汽阀，使发生器调节阀和抽汽阀的开度增加，调节加热器调节阀，使调节加热器调节阀的开度降低，进而使进入发生器的高温抽汽的量增加，使溶液热循环加速，增加对太阳能热水器热量的吸收能力，同时，使高温抽汽进入抽汽加热器的量减少，从而使抽汽加热器中流出的热网供水维持在特定值以内。
32.优选地，当太阳能热水器提供的热水温度不足时，调节抽汽阀和加热器调节阀的
开度，使抽汽阀和加热器调节阀的开度增大，调节发生器调节阀，使发生器调节阀的开度降低，使高温抽汽进入蒸发器的量减少，减缓溶液热循环，进而降低对太阳能热水器热量的吸收能力，使高温抽汽进入抽汽加热器的量增加，从而使抽汽加热器中流出的热网供水维持在特定值以内。
33.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
34.本发明提供一种基于火电和太阳能的热电联供装置，通过将火电机组与吸收式热泵回路系统的有效结合，成功将火电机组抽汽的高温余热引入吸收式热泵回路系统，提升了吸收式热泵回路系统中太阳能的低温热，进而实现了太阳能能量利用品位的提升。其次，在热电联供装置中，通过少量的控制阀的设置实现了太阳能与火电之间的灵活调配，提升了能源利用的灵活性。装置简单，改造成本低，是清洁能源利用的创新技术。
35.本发明公开的一种基于火电和太阳能的热电联供方法，通过将热网回水先后吸收吸收溶液吸收过程放出的热量、来自于太阳能的冷凝器热量和抽汽余热，最后变为高品质热网供水使用，实现了太阳能和火电的供热综合利用的同时，还实现了高品位火电机组余热和低品位太阳能的供热综合利用及联合调度，提升了能源利用的灵活性，使得高温热量和低温热量的利用更加的全面高效，提高了火电机组在新能源格局背景下的基础支撑作用及经济性，方法原理简单、清晰，可操作性强。
附图说明
36.为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
37.图1为本发明的基于火电和太阳能的热点联供装置图。
38.其中：1-凝汽器，2-给水泵，3-锅炉，4-高压汽轮机，5-低压汽轮机，6-高低压联通管调节阀，7-抽汽阀，8-太阳能热水器，9-吸收器，10-溶液泵，11-溶液膨胀阀，12-溶液换热器，13-发生器调节阀，14-加热器调节阀，15-发生器，16-冷凝器，17-抽汽加热器，18-节流阀，19-蒸发器。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
40.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
42.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
44.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
46.参见图1，本发明提供一种基于火电和太阳能的热电联供装置，包括抽汽阀7、溶液膨胀阀11、发生器调节阀13、加热器调节阀14、节流阀18、火电机组和吸收式热泵回路系统；所述火电机组包括凝汽器1、给水泵2、锅炉3、高压汽轮机4和低压汽轮机5。所述吸收式热泵回路系统包括太阳能热水器8、溶液热循环单元和抽汽加热器17。所述溶液热循环单元包括吸收器9、溶液泵10、溶液换热器12、发生器15、冷凝器16和蒸发器19。
47.循环蒸汽进入火电机组中的凝汽器1冷却为冷却水进入给水泵2，冷却水由给水泵2输送入锅炉3中吸热变为高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入高压汽轮机4做功；
48.热网回水进入溶液热循环中的吸收器9换热后依次进入冷凝器16和抽汽加热器17，在抽汽加热器17中加热后作为热网供水流出；
49.太阳能热水器8产生的热水经蒸发器19换热后返回太阳能热水器；
50.由汽轮机4产生的高温抽汽分为两路：一路高温抽汽通过高低压联通管调节阀6进入低压汽轮机5做功后返回凝汽器1；另一路高温抽汽通过抽汽阀7进入吸收式热泵回路系统；
51.进入吸收式热泵回路系统中的高温抽汽分为两部分：一部分高温抽汽通过发生器调节阀13进入溶液热循环单元中的发生器15，与发生器15中的吸收溶液换热后冷却为液态水作为机组补水返回火电机组；另一部分高温抽汽通过加热器调节阀14进入抽汽加热器17，与抽汽加热器17中的热网回水混合作为热网供水输出；
52.发生器15中的吸收溶液经高温抽汽加热后，吸收溶液内的水蒸发变为水蒸气进入冷凝器16中，在冷凝器16中与来自于吸收器9的热网回水换热变为液态水通过节流阀18进入蒸发器19中，进入蒸发器19的液态水与来自太阳能热水器8的热水换热变为水蒸气进入吸收器9中，被吸收器9中浓溶液吸收，放热给吸收器9中的热网回水；
53.发生器15中吸收溶液失水后变为浓溶液通过溶液膨胀阀11进入溶液热交换器12换热，换热后的浓溶液进入吸收器9中吸收来自于蒸发器19的水蒸气变为稀溶液，稀溶液经溶液泵10升压后进入溶液热交换器12与来自发生器15的浓溶液换热，换热后的稀溶液返回到发生器15，完成溶液热循环。
54.进一步地，所述发生器15中的吸收溶液为溴化锂溶液。
55.高压汽轮机4与低压汽轮机5同轴连接，高压汽轮机4与低压汽轮机5之间的管道为打孔抽汽管道。
56.一种利用上述热电联供装置的方法，通过以下步骤完成：
57.使循环蒸汽进入凝汽器1冷却为冷却水进入给水泵2，控制给水泵2将冷却水输送入锅炉3中吸热变为高温高压蒸汽，再将高温高压蒸汽输送入高压汽轮机4做功；
58.打开高低压联通管调节阀6和抽汽阀7；
59.将高压汽轮机4做功后产生的高温抽汽分两路：使其中高温抽汽通过高低压联通管调节阀6进入低压汽轮机5做功后返回凝汽器1；使另一路高温抽汽通过打孔抽汽管道和抽汽阀7进入吸收式热泵回路系统；
60.将热网回水依次输送入吸收器9、冷凝器16和抽汽加热器17，使其在抽汽加热器17中加热后作为热网供水输出；
61.使太阳能热水器8产生的热水进入蒸发器19换热，然后再返回太阳能热水器；
62.打开发生器调节阀13和加热器调节阀14；
63.将进入吸收式热泵回路系统的高温抽汽再分两路：使其中一路高温抽汽通过发生器调节阀13进入发生器15，并使之与发生器15中的溴化锂溶液换热后冷却为液态水作为机组补水流出；将另一部分高温抽汽输送入抽汽加热器17，并使之与抽汽加热器17中的热网回水混合放热，作为热网供水输出；
64.打开节流阀18和溶液膨胀阀11；
65.使发生器15中的溴化锂溶液吸收高温抽汽的热量，将溴化锂溶液内的水蒸发变为水蒸气进入冷凝器16中，使之与来自于吸收器9的热网回水换热，将水蒸气转换为液态水通过节流阀18输入蒸发器19中，使进入蒸发器19的液态水与来自太阳能热水器8的热水换热，再次转换为水蒸气进入吸收器9中，被吸收器9中的浓溶液吸收放热给吸收器9中的热网回水；
66.将发生器15中失水后的溴化锂浓溶液输送入溶液热交换器12中换热，把高温溴化锂浓溶液转换为低温溴化锂浓溶液，再将低温溴化锂浓溶液通过溶液膨胀阀11输送入吸收器9中，使之吸收来自于蒸发器19的水蒸气变为溴化锂稀溶液，最后将溴化锂稀溶液输送入溶液泵10升压后，再输送入溶液热交换器12，使之与来自发生器15的高温溴化锂浓溶液换热，将换热后的溴化锂稀溶液输送回发生器15，完成溶液热循环。
67.当太阳能光照充足时，此时太阳能热水器8提供的热水温度较高，增大发生器调节阀13和抽汽阀7的开度，同时降低热器调节阀14的开度，进而使进入发生器15的高温抽汽的量增加，加速溶液热循环，增加对太阳能热水器8热量的吸收能力。同时，减少高温抽汽进入抽汽加热器17的量，从而保证抽汽加热器17中流出的热网供水达到供水温度的特定值以内。
68.当夜晚或太阳能光照不充足时，则太阳能热水器8提供的热水温度较低，此时，增加抽汽阀7和加热器调节阀14的开度，同时降低发生器调节阀13的开度，减少高温抽汽进入蒸发器15的量，减缓溶液热循环，进而降低对太阳能热水器8热量的吸收能力，使高温抽汽进入抽汽加热器17的量增加，从而保证抽汽加热器17中流出的热网供水维持在特定值以内。
69.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。