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一種新型發(fā)電形式—光煤互補的研究

2017-05-30 10:48:04鐘福春滕飛崔賢基孫志強
科技尚品 2017年7期
關(guān)鍵詞:改造

鐘福春 滕飛 崔賢基 孫志強

摘 要:伴隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和能源需求量的持續(xù)增長,化石燃料燃燒所產(chǎn)生的溫室氣體排放給環(huán)境造成了越來越沉重的壓力。我國目前正在大力進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)調(diào)整,對傳統(tǒng)火電機組進(jìn)行改造,將新型發(fā)電形式-太陽能光熱發(fā)電技術(shù)引入傳統(tǒng)火電機組,形成一種新型發(fā)電形式-光煤互補,提高系統(tǒng)效率,同時,依托傳統(tǒng)火電機組,降低太陽能熱發(fā)電的成本,在保持系統(tǒng)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,以達(dá)到節(jié)能減排,節(jié)約成本的目的。

關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)調(diào)整;改造;光煤互補;節(jié)能減排

1 概述

光煤互補是將槽式太陽能光場收集的熱量通過導(dǎo)熱介質(zhì)熔鹽和二號高壓加熱器出口的部分給水換熱,然后輸入到一號高加入口,將太陽能光場收集的熱量引入熱力循環(huán)。

在該過程中,保證鍋爐給水溫度不變,保證機組額定出力不變,太陽能光場收集的熱量可以減少一段抽汽汽量,減少的汽量去汽輪機高壓部分做功,從而減少汽輪機進(jìn)汽量,達(dá)到節(jié)煤效果。

光煤互補槽式太陽能系統(tǒng)包括以下2個子系統(tǒng):

(1)聚光集熱子系統(tǒng)。是系統(tǒng)的核心,由槽式拋物面反光鏡、接收器和跟蹤裝置構(gòu)成。其中的接收器多用真空管式接收器;集熱系統(tǒng)的跟蹤方式多采用一維跟蹤。

聚光集熱子系統(tǒng),可分為東西向和南北向兩種布置方式。東西布置只需在特定時間進(jìn)行調(diào)整即可;南北放置時多采用單軸跟蹤方式進(jìn)行追日。跟蹤方式分為開環(huán)、閉環(huán)和混合式3種控制方式。開環(huán)控制由總控制室依據(jù)地理位置和當(dāng)?shù)貢r間計算出太陽能的位置,從而通過轉(zhuǎn)動電機帶動聚光器繞軸轉(zhuǎn)動跟蹤太陽。優(yōu)具有控制結(jié)構(gòu)和控制方式簡單的優(yōu)點,然而很容易產(chǎn)生累積誤差。采用閉環(huán)控制方式,每個集熱器均配有一個伺服電機,通過傳感器確定太陽的位置,通過總控制室計算機控制伺服電機實現(xiàn)聚光器繞軸轉(zhuǎn)動,跟蹤太陽。這種跟蹤方式追蹤精度高但是容易受到天氣和灰塵的影響。采用混合式則秉承了以上兩種控制方式的優(yōu)點,同時也克服了各自的缺點。南北向放置時,除了正常的平放東西跟蹤外,還需集熱器作一定角度的傾斜以達(dá)到更好的聚光效率。目前槽式系統(tǒng)技術(shù)已成熟,大規(guī)模商業(yè)運行,已形成相關(guān)產(chǎn)業(yè),現(xiàn)在在建和即將建設(shè)的電站大多采用混合式控制。

(2)換熱子系統(tǒng)。本項目中工質(zhì)為熔鹽,集熱中熔鹽被加熱后,進(jìn)入換熱子系統(tǒng)中將熱量傳遞給給水,引入熱力循環(huán)。

換熱子系統(tǒng)的功能是替代常規(guī)火電機組中的2號高加,將熱力循環(huán)中的給水加熱到機組要求參數(shù)。換熱子系統(tǒng)通常由換熱器和相關(guān)的管道閥門以及儀表儀器等組成。在該系統(tǒng)中,換熱器是主要設(shè)備,設(shè)計為臥式U型管型換熱器。管側(cè)工質(zhì)為水,殼側(cè)工質(zhì)為導(dǎo)熱介質(zhì)。管子和殼體均選用碳鋼材料。管束按照正三角形排列。

2 光煤互補的優(yōu)勢

利用太陽能熱發(fā)電技術(shù)與煤電進(jìn)行互補發(fā)電,一方面可以達(dá)到實現(xiàn)節(jié)能減排的目的,另一方面,通過光煤互補間接地降低了光熱發(fā)電的成本。在技術(shù)方面,系統(tǒng)的運行不會受到聚光系統(tǒng)的啟停影響,避免了由此產(chǎn)生的損失,同時無需設(shè)置儲熱系統(tǒng)即可實現(xiàn)全天候穩(wěn)定發(fā)電。

2.1 節(jié)能減排

以330MW熱電機組改造為例,上述光煤互補方案經(jīng)改造需要一號高加和二號高加中間給水管道加裝三通和調(diào)閥,汽輪機本體和所有輔助設(shè)備均不需要改造。改造前后參數(shù)見表。

改造后熱耗降低167.7kJ/kW·h,按煤熱值4.5kCal/kg計算,節(jié)煤8.9g/kW.h。

因現(xiàn)場具體參數(shù)未確定,據(jù)估算,改造后,按照平均每天光煤互補運行8小時,全年2920小時運行,滿發(fā)額定功率330WM,按每噸煤760元計算,年節(jié)煤8577噸,年節(jié)約651.9萬元。同時每年可減排二氧化硫25.48噸,可減排煙塵1.55噸,可減排氮氧化物28.46噸。

2.2 降低光熱成本

在光煤互補系統(tǒng)中,拋物槽式太陽能集熱器替代傳統(tǒng)火電機組的高壓給水加熱器,收集300℃以下的中低溫太陽能,從而達(dá)到加熱鍋爐給水的目的,而以往被抽取的高溫、高壓蒸汽抽汽繼續(xù)在汽輪機中膨脹作功,提高機組效率,從而有效增加電站出功。同時,中高溫太陽熱能融入到先進(jìn)的大規(guī)模燃煤機組,與高參數(shù)的蒸汽朗肯循環(huán)相匹配,進(jìn)而提升中低溫太陽能的作功能力,實現(xiàn)高效熱轉(zhuǎn)功。

3 總結(jié)

光煤互補發(fā)電是將傳統(tǒng)的常規(guī)火電和清潔型發(fā)電形式槽式太陽能發(fā)電技術(shù)相結(jié)合的新型發(fā)電技術(shù),通過在汽輪機2號高加的兩側(cè)增加相應(yīng)的管路和閥門等將槽式太陽能集熱系統(tǒng)和換熱系統(tǒng)引入發(fā)電系統(tǒng),通過太陽能對汽輪機熱量進(jìn)行補充,提高了汽輪機的效率和出功,同時也降低了槽式太陽發(fā)電的成本,減少了啟停損失,保證了系統(tǒng)的安全性,降低了投資風(fēng)險。

參考文獻(xiàn)

[1]許璐,彭爍,洪慧,等.330 MW光煤互補發(fā)電系統(tǒng)變輻照變工況性能研究[J].中國電機工程學(xué)報,2014,34(20):3347-3355.

[2]彭爍,洪慧,周賢,等.煤炭與太陽能互補發(fā)電系統(tǒng)變工況熱力性能研究[J].中國電機工程學(xué)報,2016,36(S1):161-169.

(作者單位:哈爾濱汽輪機廠輔機工程有限公司)

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