一种沼气-塔式光热互补的发电系统
阅读说明：本技术 一种沼气-塔式光热互补的发电系统 (Biogas-tower type photo-thermal complementary power generation system ) 是由 纪培栋 李心 章涵 罗小强 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种沼气-塔式光热互补的发电系统,包括塔式聚光吸热系统、熔盐储能系统、熔盐蒸汽发生系统、汽轮机组发电系统、沼气发酵系统、沼气熔盐加热系统、沼气过热系统、沼气发酵增温系统；其中：塔式聚光吸热系统,用于将其内部流动的低温熔盐加热为高温熔盐；熔盐储能系统用于提供高温熔盐和低温熔盐；熔盐蒸汽发生系统利用高温熔盐产生过热蒸汽；该述过热蒸汽经过汽轮机组发电系统后冷凝为液体水；沼气发酵系统用于提供沼气；沼气熔盐加热系统用于燃烧沼气加热低温熔盐；沼气过热系统用于燃用沼气加热过热蒸汽。本发明既解决了连续阴雨天气条件下塔式光热电站无法发电的问题,又解决了低温条件下沼气发酵产气率低的问题。(The invention provides a biogas-tower type photo-thermal complementary power generation system, which comprises a tower type light-gathering and heat-absorbing system, a molten salt energy storage system, a molten salt steam generation system, a steam turbine unit power generation system, a biogas fermentation system, a biogas molten salt heating system, a biogas overheating system and a biogas fermentation heating system, wherein the tower type light-gathering and heat-absorbing system is connected with the molten salt energy storage system; wherein: the tower type light-gathering and heat-absorbing system is used for heating low-temperature molten salt flowing inside the tower type light-gathering and heat-absorbing system into high-temperature molten salt; the molten salt energy storage system is used for providing high-temperature molten salt and low-temperature molten salt; the molten salt steam generation system generates superheated steam by using high-temperature molten salt; the superheated steam is condensed into liquid water after passing through a steam turbine set power generation system; the biogas fermentation system is used for providing biogas; the methane molten salt heating system is used for burning methane to heat low-temperature molten salt; the methane overheating system is used for burning methane to heat the overheated steam. The invention not only solves the problem that the tower type photo-thermal power station cannot generate power under the condition of continuous rainy weather, but also solves the problem that the biogas fermentation gas production rate is low under the condition of low temperature.)
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，具体涉及一种沼气-塔式光热互补的发电系统。
背景技术
塔式光热发电技术由于聚光比高、运行参数高、光电效率高、易于储能的优点得到大力推广。塔式光热电站多建在太阳光照资源较好的地区，比如我国的青海、甘肃、新疆的部分地区。在这些地区养殖业较发达，同时农林废弃物较多，适宜建设沼气发酵系统。
塔式光热电站储能时间一般为6小时至16小时，在连续阴雨天气无法为电网或用电业主提供持续稳定的电力供应，又或者在太阳光照达不到塔式光热电站的设计条件时，储能介质达不到设计温度或者为了达到设计温度而缩短了储能时间，因此需要为塔式光热电站补充能量；由于太阳光照达不到设计值造成储热介质达不到设计温度，导致蒸汽发生系统产生的过热蒸汽温度参数达不到汽轮发电机组所需要的进汽温度，因此需要在进汽轮机之前对蒸汽发生系统产生的过热蒸汽进行加热，保证其达到汽轮机要求的进汽温度。
同时，沼气发酵系统需要合适的发酵温度，但在我国西北地区由于气候寒冷很难保证沼气发酵的温度，导致产气率比较低。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种沼气-塔式光热互补的发电系统，该系统利用塔式光热电站的乏汽为沼气提供热源，提高沼气产气率，同时利用沼气为塔式光热电站提供能量，保证塔式光热电站可以持续稳定运行。本发明解决了连续阴雨天气条件下塔式光热电站无法发电的问题，同时解决了低温条件下沼气发酵产气率低的问题。本发明的技术方案如下：
一种沼气-塔式光热互补的发电系统，包括塔式聚光吸热系统、熔盐储能系统、熔盐蒸汽发生系统、汽轮机组发电系统，其特征在于，还包括沼气发酵系统、沼气熔盐加热系统、沼气过热系统、沼气发酵增温系统；其中：
所述塔式聚光吸热系统，用于将其内部流动的低温熔盐加热为高温熔盐；
所述熔盐储能系统包括：高温熔盐储罐、低温熔盐储罐；所述低温熔盐储罐用于向所述塔式聚光吸热系统提供低温熔盐；所述高温熔盐储罐用于向所述熔盐蒸汽发生系统提供高温熔盐；
所述熔盐蒸汽发生系统利用高温熔盐的热量，产生过热蒸汽；该述过热蒸汽经过所述汽轮机组发电系统后冷凝为液体水；
所述沼气发酵系统用于提供沼气，其包括：用于产生沼气的沼气发酵罐、用于存储沼气的储气柜；所述沼气发酵罐与所述储气柜相连；所述储气柜分别与所述沼气熔盐加热系统和沼气过热系统相连；
所述沼气熔盐加热系统用于燃烧沼气加热低温熔盐，其包括第一阀门组、燃用沼气的熔盐加热炉；所述第一阀门组分别与熔盐加热炉和熔盐储能系统连接，用于控制熔盐流向塔式聚光吸热系统或者熔盐加热炉；所述熔盐加热炉分别与所述储气柜、所述熔盐储能系统连接；
所述沼气过热系统用于燃用沼气加热过热蒸汽；其分别与熔盐蒸汽发生系统、汽轮机组发电系统、储气柜连接；
所述沼气发酵增温系统包括第二阀门组、加热装置；所述第二阀门组分别与汽轮机组发电系统、加热装置连接；所述阀门组用于控制所述汽轮机组发电系统出口的液态水进入加热装置或熔盐蒸汽发生系统；所述加热装置设置于所述沼气发酵罐内部，用于提高所述沼气发酵罐内部的发酵温度。
进一步地，所述所述塔式聚光吸热系统入口的低温熔盐温度为260℃-320℃，所述塔式聚光吸热系统出口的高温熔盐温度为400-600℃。
进一步地，所述熔盐的成分为NaNO3、KNO3、NaCl、KCl、Na2CO3、K2CO3其中的一种或多种混合物。
进一步地，所述低温熔盐泵与低温熔盐储罐连接、所述高温熔盐泵与高温熔盐储罐连接，所述低温熔盐泵、高温熔盐泵的型式包括但不限于立式泵、卧式泵。
进一步地，所述沼气熔盐加热系统的设计功率通过下述公式计算：(高温熔盐比热容×高温熔盐温度-低温熔盐比热容×低温熔盐温度)×熔盐蒸汽发生系统额定熔盐流量。
进一步地，所述沼气过热系统的设计功率通过下述公式计算：(汽轮发电机组额定进汽比热容×额定进汽温度-400℃水蒸气比热容×(400+273))×汽轮发电机组额定进汽流量。
进一步地，所述沼气发酵增温系统的加热装置的形式包括但不限于U形管式或盘管式，安装于沼气发酵池内部。所述汽轮机组发电系统出口的液态水自加热装置入口流入，在沼气发酵池内释放热量加热沼气发酵池的发酵液，然后自加热装置的出口流出。
进一步地，所述沼气发酵罐可以位于地上，也可以位于地下。储气柜的工作压力为0-3000Pa。
进一步地，所述熔盐蒸汽发生系统包括预热器、蒸发器、汽包、过热器；给水通过给水泵送入预热器内被高温熔盐初步加热，继而进入蒸发器由液态水变为汽水混合物，汽水混合物进入汽包进行气液分离，分离后的水蒸气进入过热器被加热为过热蒸汽。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明利用沼气这种可再生清洁能源，解决了塔式光热发电在连续阴雨天气下无法发电的难题，保证光热电站可以持续稳定的提供电力，而且也解决了汽轮发电机组入口过热蒸汽温度低的问题，同时利用汽轮发电机组出口的乏汽来提高沼气发酵池的温度，解决了由于温度低造成沼气产气率低的问题，同时实现了能量的梯级利用。
附图说明
图1为本发明具体实施例一种沼气-塔式光热互补的发电系统的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
以下结合附图1具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种沼气-塔式光热互补的发电系统，包括塔式聚光吸热系统1、熔盐储能系统2、熔盐蒸汽发生系统3、汽轮机组发电系统4、沼气发酵系统5、沼气熔盐加热系统6、沼气过热系统7、沼气发酵增温系统8；
所述塔式聚光吸热系统1包括定日镜场11和塔式吸热系统12，所述定日镜将太阳光照反射至塔式吸热系统，将在塔式吸热系统内流动的低温熔盐加热为高温熔盐。
所述塔式聚光吸热系统入口的低温熔盐温度为260℃-320℃，所述塔式聚光吸热系统出口的高温熔盐温度为400-600℃。
所述熔盐的成分为NaNO3、KNO3、NaCl、KCl、Na2CO3、K2CO3其中的一种或多种混合物。
所述熔盐储能系统2包括低温熔盐储罐22、高温熔盐储罐21、低温熔盐泵、高温熔盐泵。所述低温熔盐泵与低温熔盐储罐连接、所述高温熔盐泵与高温熔盐储罐连接，所述低温熔盐泵、高温熔盐泵的型式包括但不限于立式泵、卧式泵；所述低温熔盐储罐用于向所述塔式聚光吸热系统提供低温熔盐；所述高温熔盐储罐用于向所述熔盐蒸汽发生系统提供高温熔盐；
所述低温熔盐储罐储存低温熔盐，所述低温熔盐泵将低温熔盐储罐内的低温熔盐送至所述塔式吸热系统入口处；所述高温熔盐储罐储存高温熔盐，熔盐自所述塔式聚光吸热系统出口流出至高温熔盐储罐进行储存。所述高温熔盐泵将高温熔盐送至所述熔盐蒸汽发生系统。
所述熔盐蒸汽发生系统3利用高温熔盐的热量，产生过热蒸汽；该述过热蒸汽经过所述汽轮机组发电系统后冷凝为液体水；其中：
所述熔盐蒸汽发生系统3包括预热器、蒸发器、汽包、过热器。给水通过给水泵送入预热器内被高温熔盐初步加热，继而进入蒸发器由液态水变为汽水混合物，汽水混合物进入汽包进行气液分离，分离后的水蒸气进入过热器被加热为过热蒸汽。
过热蒸汽进入所述汽轮机组发电系统4做功产生电能，做功后的过热蒸汽被冷凝为液态水，继而进入熔盐蒸汽发生系统3完成整个热力循环。
所述汽轮机组发电系统4包括汽轮发电机组。
所述沼气发酵系统5用于提供沼气，其包括：用于产生沼气的沼气发酵罐51、用于存储沼气的储气柜52；所述沼气发酵罐51与所述储气柜52相连；所述储气柜52通过第三阀门组分别与所述沼气熔盐加热系统6和沼气过热系统7相连。人畜家禽粪便、农林废弃物等在所述沼气发酵罐内发酵产生沼气。产生的沼气进入储气柜进行储存。
所述沼气发酵罐51可以位于地上，也可以位于地下；所述储气柜的工作压力为0-3000Pa。
所述沼气熔盐加热系统用于燃烧沼气加热低温熔盐，其包括第一阀门组、燃用沼气的熔盐加热炉；用于控制熔盐流向塔式聚光吸热系统或者熔盐加热炉；
所述沼气熔盐加热系统6包括第一阀门组61和燃用沼气的熔盐加热炉62。所述第一阀门组61分别与熔盐加热炉62和熔盐储能系统2连接，所述熔盐加热炉62分别与所述储气柜52、所述熔盐储能系统2连接。第一阀门组61设置在低温熔盐泵出口，可控制熔盐流向塔式吸热系统12或者熔盐加热炉62。低温熔盐在熔盐加热炉62内被燃烧的沼气加热为高温熔盐，高温熔盐进入高温熔盐储罐21进行储存。
所述沼气熔盐加热系统6的设计功率通过下述公式计算：(高温熔盐比热容×高温熔盐温度-低温熔盐比热容×低温熔盐温度)×熔盐蒸汽发生系统额定熔盐流量。
所述沼气过热系统7用于燃用沼气加热过热蒸汽；其分别与熔盐蒸汽发生系统3、汽轮机组发电系统4、储气柜52连接。过热蒸汽自熔盐蒸汽发生系统3流出后，若温度低于汽轮发电机组要求入口蒸汽温度，则启动沼气过热系统7，低温过热蒸汽被加热为符合汽轮发电机组要求的高温过热蒸汽，然后进入汽轮发电机组做功。
所述沼气过热系统的设计功率通过下述公式计算：(汽轮发电机组额定进汽比热容×额定进汽温度-400℃水蒸气比热容×(400+273))×汽轮发电机组额定进汽流量。
所述沼气发酵增温系统8包括第二阀门组、加热装置；所述第二阀门组分别与汽轮机组发电系统4、加热装置连接；所述第二阀门组用于控制所述汽轮机组发电系统出口的高温液态水进入加热装置或熔盐蒸汽发生系统3；所述加热装置设置于所述沼气发酵罐51内部，用于提高所述沼气发酵罐内部的发酵温度。
光热电站通过定日镜场11将太阳光聚焦到吸热系统12，熔盐在吸热系统12内吸收热量进入熔盐储热系统2中的高温熔盐储罐21。熔盐自高温熔盐储罐21流出进入熔盐蒸汽发生系统3，熔盐与水工质在熔盐蒸汽发生系统3内发生热量交换，放热后的熔盐返回熔盐储能系统2中的低温熔盐储罐22，熔盐自低温熔盐储罐22进入吸热系统12吸收热量，进而完成熔盐吸热放热循环。在熔盐蒸汽发生系统3内吸收热量后的水工质变为高温高压的水蒸气，进入汽轮汽轮机组发电系统4做功产生电能，高温高压的水蒸气做完功并经冷却后变为液态水，液态水进入熔盐蒸汽发生系统3继续吸收热量，进而完成整个热力循环。
沼气发酵系统5通过人畜家禽粪便、农林废弃物等在沼气发酵罐51内发酵产生沼气，产生的沼气进入储气柜52进行储存。
沼气熔盐加热系统6由阀门组61和燃用沼气的熔盐加热炉62组成。阀门组61控制熔盐流向塔式吸热系统12或者熔盐加热炉62。低温熔盐在熔盐加热炉62内被燃烧的沼气加热为高温熔盐，高温熔盐进入高温熔盐储罐21进行储存。
沼气过热系统7燃用沼气加热过热蒸汽。过热蒸汽自熔盐蒸汽发生系统7流出后，若温度低于汽轮机组发电系统4要求的入口蒸汽温度，则启动沼气过热系统7，低温过热蒸汽被加热为符合汽轮发电机组要求的高温过热蒸汽，然后进入汽轮机组发电系统4做功。
沼气发酵增温系统8采用汽轮机组发电系统4出口的高温水蒸气或高温水加热沼气发酵罐51。沼气发酵增温系统8的加热装置的形式包括但不限于U形管式或盘管式，安装于沼气发酵池内部。汽轮机组发电系统4出口的高温水或高温蒸汽自加热装置入口流入，在沼气发酵池内释放热量加热沼气发酵池的发酵液，然后自加热装置的出口流出，将沼气发酵罐51的温度提高至40-60℃，提高沼气发酵罐的温度可以提高沼气发酵的化学反应速度。
当太阳光照连续数小时较弱，同时高温熔盐储罐21内的液位较低无法满足系统运行需要时，启动沼气熔盐加热系统6，沼气自储气罐52流出进入沼气熔盐加热系统62燃烧，将低温熔盐储罐22内的盐加热为高温熔盐，并送入高温熔盐储罐21进行储存，从而保证系统有充足的高温熔盐满足系统运行的需要。
当熔盐蒸汽发生系统3出口的高温高压的水蒸气的温度低于汽轮机组发电系统4要求的蒸汽温度时，启动沼气过热系统7，将熔盐蒸汽发生系统3出口的蒸汽加热为满足汽轮发电机组要求的高温水蒸气。
本实施例系统利用塔式光热电站的乏汽为沼气提供热源，提高沼气产气率，同时利用沼气为塔式光热电站提供能量，保证塔式光热电站可以持续稳定运行。其既解决了连续阴雨天气条件下塔式光热电站无法发电的问题，同时又解决了低温条件下沼气发酵产气率低的问题。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。