基于垃圾焚烧余热与光热的联合发电系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种基于垃圾焚烧余热与光热的联合发电系统及其运行方法。
背景技术
随着城市经济建设的持续发展和人民生活水平的不断提高，生活垃圾的无害化处理已成为一个迫在眉睫的社会问题。垃圾的焚烧处理技术具有无害化效果好、减量化程度高、可回收能源用于发电等优点，近年来得到了越来越多的应用。随着国内中大城市垃圾焚烧电站项目的落户及建成运行、垃圾处理补贴的逐年降低，原本垃圾焚烧电站为处理垃圾的目的已相对弱化，为提升垃圾焚烧电站的经济效益，提高垃圾焚烧锅炉的主蒸汽参数成了必然选择。
太阳能热发电是指将太阳光聚集并将其转化为工作流体的高温热能，然后通过常规的热机或其它发电技术将其转换成电能的技术。经过30多年的研究和实际运行经验积累，目前太阳能热发电的技术取得了重大进展和突破，电站关键设备的成本也有较大幅度的下降。近年来，由于环境与资源的压力，给可再生能源的发展带来了全球性的繁荣，具有低成本潜力的太阳能热发电技术也进入了快速发展时期。
太阳能供应不稳定、不连续，而热发电系统需要稳定运行。为了解决这一矛盾，目前主要有两种解决方案：一种为系统中配置蓄能系统，将收集到的太阳能存储起来，以便于为电站在夜间或者多云天气时提供热能，保证连续发电；另外一种方案为将太阳能与其它能源组成互补发电系统，当太阳能供应不足的情况下，由其它能源供应能源，这样可以保证系统的连续稳定运行，如申请号为200920047827.2、名称为沿海滩涂太阳能光伏发电与风力发电互补的供电装置的中国专利所示。但太阳能光热发电对太阳能的总辐射强度有一定的要求，对于太阳能资源贫乏区，不适宜开展太阳能光热发电，对于太阳能可利用地区，单独采用太阳能光热发电，热电转化效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构合理的基于垃圾焚烧余热与光热的联合发电系统及其运行方法，可避免发生余热锅炉过热器的烟气高温腐蚀，同时扩大了光热发电的适用地域，提高了热电转化效率。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于垃圾焚烧余热与光热的联合发电系统，包括垃圾焚烧余热锅炉系统、太阳能换热系统和汽轮发电机组系统；汽轮发电机组系统包括汽轮机高压缸、联轴器、汽轮机中低压缸、低压加热器和中压除氧器；汽轮机高压缸和汽轮机中低压缸通过联轴器连接；汽轮机中低压缸与中压除氧器和低压加热器连接；太阳能换热系统包括太阳能过热器、太阳能再热器和太阳能预热器；太阳能过热器、太阳能再热器、太阳能预热器依次连接；垃圾焚烧余热锅炉系统包括省煤器、汽包、水冷壁、蒸发器和余热锅炉过热器；余热锅炉过热器的进口与汽包连接；汽包、水冷壁、蒸发器依次连接，蒸发器又与汽包连接；其特征在于：汽轮发电机组系统还包括大扬程给水泵和小扬程给水泵；大扬程给水泵和小扬程给水泵并联构成给水泵组；大扬程给水泵的进口设置有大扬程给水泵进口阀门，出口设置有大扬程给水泵出口阀门；小扬程给水泵的进口设置有小扬程给水泵进口阀门，出口设置有小扬程给水泵出口阀门；太阳能过热器、汽轮机高压缸、太阳能再热器依次连接；太阳能过热器的进口设置有过热器进口阀门；太阳能再热器的出口设置有再热器出口阀门；太阳能过热器的进口和太阳能再热器的出口之间设置有中温中压蒸汽旁路管道，在中温中压蒸汽旁路管道上设置有蒸汽旁路阀门；余热锅炉过热器的出口与中温中压蒸汽旁路管道和太阳能过热器的进口连接；太阳能再热器的出口和中温中压蒸汽旁路管道均与汽轮机中低压缸连接；太阳能预热器的进口设置有预热器进口阀门，出口设置有预热器出口阀门；太阳能预热器的进口和出口之间设置有水旁路管道，在水旁路管道上设置有水旁路阀门；低压加热器、中压除氧器、给水泵组、省煤器依次连接；省煤器与太阳能预热器的进口和水旁路管道连接；太阳能预热器的出口和水旁路管道均与汽包连接。
本发明所述的汽轮发电机组系统还包括凝汽器和凝结水泵，汽轮机中低压缸、凝汽器、凝结水泵、低压加热器依次连接。
本发明还包括发电机，发电机与汽轮机中低压缸连接。
本发明垃圾焚烧余热锅炉系统还包括下降管和下联箱，汽包、下降管、下联箱、水冷壁依次连接。
一种基于垃圾焚烧余热与光热的联合发电系统的运行方法，其特征在于：过程如下：
气象条件满足光热发电时，关闭小扬程给水泵进口阀门和小扬程给水泵出口阀门，打开大扬程给水泵进口阀门和大扬程给水泵出口阀门，关闭水旁路阀门和蒸汽旁路阀门，同时打开预热器进口阀门、预热器出口阀门、过热器进口阀门和再热器出口阀门，工质水经中压除氧器除氧后由大扬程给水泵加压后依次通过省煤器、太阳能预热器、汽包、水冷壁、蒸发器和余热锅炉过热器形成中温过热蒸汽，并由太阳能过热器进一步加热成高温过热蒸汽，该高温过热蒸汽经汽轮机高压缸做功后抽至太阳能再热器重新加热成中高温过热蒸汽再进入汽轮机中低压缸做功；
气象条件不能满足光热发电时，关闭大扬程给水泵进口阀门和大扬程给水泵出口阀门，打开小扬程给水泵进口阀门和小扬程给水泵出口阀门，打开水旁路阀门和蒸汽旁路阀门，同时关闭预热器进口阀门、预热器出口阀门、过热器进口阀门和再热器出口阀门，断开汽轮机高压缸和中低压缸之间的联轴器以切除汽轮机高压缸，工质水经中压除氧器除氧后由小扬程给水泵加压后依次通过省煤器、汽包、水冷壁、蒸发器和余热锅炉过热器形成中温过热蒸汽后，直接进入汽轮机中低压缸做功。
本发明额定工况下，省煤器入口水温值为130℃，太阳能预热器入口水温值为230℃–260℃，余热锅炉过热器出口中温过热蒸汽温度为400-450℃，太阳能过热器出口高温过热蒸汽温度≥540℃。
本发明额定工况下，太阳能过热器热熔盐进口温度值为565℃-580℃，太阳能预热器冷熔盐出口温度值≥260℃。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1）充分利用部分地区光热资源，太阳能过热器将垃圾焚烧余热锅炉产生的中温蒸汽进一步提升至高温过热蒸汽，从而提升了垃圾焚烧发电厂的热效率；由于生活垃圾可燃物成份很复杂，其中含大量的氯、硫等元素，使得垃圾在高温焚烧后产生较多的腐蚀性气体，其中最主要的还是氯化物的产生，本发明采用太阳能过热器，由于太阳能过热器独立于垃圾焚烧余热锅炉之外，不接触腐蚀性气体，使其避免发生烟气高温腐蚀；通过太阳能再热器将蒸汽再次加热至较高温度，可以进一步提高循环效率，另外可使排汽湿度明显下降；
2）单独采用太阳能光热发电，热电转化效率低，本发明将太阳能与垃圾焚烧产生的余热相结合，组成联合循环发电系统，提高了发电热效率。
3）大扬程给水泵和小扬程给水泵的设置，确保热再热蒸汽参数与单独垃圾焚烧时余热锅炉过热器出口蒸汽参数保持基本一致，通过联轴器切除汽轮机高压缸，在气象条件不能满足光热发电时，垃圾焚烧余热锅炉可以和汽轮机中低压缸结合单独运行，保证了电厂运行的灵活性和可靠性，从一定程度上讲扩大了光热发电的适用地域。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1，本发明实施例包括垃圾焚烧余热锅炉系统、太阳能换热系统、汽轮发电机组系统。
汽轮发电机组系统包括汽轮机高压缸1、联轴器2、汽轮机中低压缸3、发电机4、凝汽器5、凝结水泵6、低压加热器7、中压除氧器8、大扬程给水泵9和小扬程给水泵10。
垃圾焚烧余热锅炉系统包括省煤器11、汽包13、下降管14、下联箱15、水冷壁16、蒸发器17和余热锅炉过热器18。
太阳能换热系统包括太阳能过热器19、太阳能再热器20和太阳能预热器12。
汽轮机中低压缸3、凝汽器5、凝结水泵6、低压加热器7依次连接。
发电机4与汽轮机中低压缸3连接。
汽轮机高压缸1和汽轮机中低压缸3通过联轴器2连接。
汽轮机高压缸1不设抽汽口。汽轮机中低压缸3设有三级非调整抽汽口；第一级非调整抽汽口与余热锅炉一级空预器连接，第一级抽汽供给余热锅炉一级空预器加热空气；第二级非调整抽汽口与中压除氧器8连接，第二级抽汽供给中压除氧器8除氧并加热给水；第三级非调整抽汽口与低压加热器7连接，第三级抽汽供给低压加热器7加热凝结水。
大扬程给水泵9和小扬程给水泵10并联构成给水泵组，大扬程给水泵9的扬程、流量与高压高温蒸汽参数及有关工况相匹配，而小扬程给水泵10扬程的扬程、流量与中温中压蒸汽参数及有关工况相匹配。大扬程给水泵9的进口设置有大扬程给水泵进口阀门S1，出口设置有大扬程给水泵出口阀门S2。小扬程给水泵10的进口设置有小扬程给水泵进口阀门S3，出口设置有小扬程给水泵出口阀门S4。
太阳能过热器19、太阳能再热器20、太阳能预热器12依次连接，热熔盐依次流经太阳能过热器19、太阳能再热器20、太阳能预热器12发生热交换，并成为冷熔盐排出。
太阳能过热器19、汽轮机高压缸1、太阳能再热器20依次连接。
太阳能过热器19的进口设置有过热器进口阀门S8；太阳能再热器20的出口设置有再热器出口阀门S9；太阳能过热器19的进口和太阳能再热器20的出口之间设置有中温中压蒸汽旁路管道，在中温中压蒸汽旁路管道上设置有蒸汽旁路阀门S10。
余热锅炉过热器18的出口与中温中压蒸汽旁路管道和太阳能过热器19的进口连接，进口与汽包13连接。
太阳能再热器20的出口和中温中压蒸汽旁路管道均与汽轮机中低压缸3连接。
太阳能预热器12的进口设置有预热器进口阀门S5，出口设置有预热器出口阀门S6；太阳能预热器12的进口和出口之间设置有水旁路管道，在水旁路管道上设置有水旁路阀门S7。
低压加热器7、中压除氧器8、给水泵组、省煤器11依次连接。省煤器11与太阳能预热器12的进口和水旁路管道连接。
太阳能预热器12的出口和水旁路管道均与汽包13连接。
汽包13、下降管14、下联箱15、水冷壁16、蒸发器17依次连接，蒸发器17又与汽包13连接。
一种基于垃圾焚烧余热与光热的联合发电系统的运行方法，过程如下：
气象条件满足光热发电时，关闭小扬程给水泵进口阀门S3和小扬程给水泵出口阀门S4，打开大扬程给水泵进口阀门S1和大扬程给水泵出口阀门S2，关闭水旁路阀门S7和蒸汽旁路阀门S10，同时打开预热器进口阀门S5、预热器出口阀门S6、过热器进口阀门S8和再热器出口阀门S9，工质水经中压除氧器8除氧后由大扬程给水泵9加压后依次通过省煤器11、太阳能预热器12、汽包13、下降管14、下联箱15、水冷壁16、蒸发器17和余热锅炉过热器18形成中温过热蒸汽，并由太阳能过热器19进一步加热成高温过热蒸汽，该高温过热蒸汽经汽轮机高压缸1做功后抽至太阳能再热器20重新加热成中高温过热蒸汽再进入汽轮机中低压缸3做功。
气象条件不能满足光热发电时，关闭大扬程给水泵进口阀门S1和大扬程给水泵出口阀门S2，打开小扬程给水泵进口阀门S3和小扬程给水泵出口阀门S4，打开水旁路阀门S7和蒸汽旁路阀门S10，同时关闭预热器进口阀门S5、预热器出口阀门S6、过热器进口阀门S8和再热器出口阀门S9，切除太阳能换热系统，同时断开汽轮机高压缸1和中低压缸3之间的联轴器2以切除汽轮机高压缸1，工质水经中压除氧器8除氧后由小扬程给水泵10加压后依次通过省煤器11、汽包13、下降管14、下联箱15、水冷壁16、蒸发器17和余热锅炉过热器18形成中温过热蒸汽后，直接进入汽轮机中低压缸3做功。
额定工况下，省煤器11入口水温值为130℃，太阳能预热器12入口水温值为230℃–260℃，余热锅炉过热器18出口中温过热蒸汽温度为400-450℃，太阳能过热器19出口高温过热蒸汽温度≥540℃。太阳能过热器19热熔盐进口温度值为565℃-580℃，太阳能预热器12冷熔盐出口温度值≥260℃。
本实施例可以为单元制运行，也可以多台余热锅炉、多台太阳能换热系统、多台汽轮机分别并列运行，高压给水管道、中温中压蒸汽管道、主蒸汽管道、再热冷段蒸汽管道、再热热段蒸汽管道可以为母管制。
本实施例所涉及的太阳能热发电技术可以为带储热系统的太阳能热发电技术。
实施例1
气象条件满足光热发电时，系统处于100％负荷额定工况运行，太阳能过热器19热熔盐进口温度为565℃，太阳能预热器12冷熔盐出口温度为300℃。省煤器11入口水温值为130℃，太阳能预热器12入口水温值为245℃，太阳能过热器19出口过热蒸汽参数为15.3MPa/540℃，汽轮机再热冷段蒸汽参数为3.82MPa/318℃，由太阳能再热器20加热到400-450℃后进入汽轮机中低压缸3继续做功，再热段蒸汽压力与余热锅炉余热锅炉过热器出口蒸汽压力相同。
实施例2
气象条件不能满足光热发电时，切除太阳能换热系统和汽轮机高压缸，垃圾焚烧余热锅炉单独运行，省煤器11入口水温值为130℃，余热锅炉过热器18出口过热蒸汽参数为3.82MPa/400-450℃。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
