太陽能輔助燃煤發(fā)電系統(tǒng)熱力特性研究.pdf

1、太陽能輔助燃煤發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能與常規(guī)燃煤火電熱力系統(tǒng)通過不同方式耦合，用以替代部分燃煤消耗，在減小燃料消耗的同時不改變或增加發(fā)電量。由于槽式太陽能集熱系統(tǒng)在系統(tǒng)穩(wěn)定性、流量控制以及集熱溫度等方面更適用于與常規(guī)火電耦合，因此中溫部分熱源主要選用槽式太陽能集熱系統(tǒng)為太陽能能量來源。通過將太陽能與常規(guī)燃煤電廠耦合，可以利用火電機組調(diào)整范圍大的優(yōu)勢，省去太陽能熱發(fā)電中的蓄熱系統(tǒng)與透平系統(tǒng)，達到降低發(fā)電成本、實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電的目的。另外，與其它

2、可再生能源相比，太陽能以熱作為中間能量的載體，使之可相對容易地通過熱量與燃煤發(fā)電系統(tǒng)相耦合。此外，太陽輻射的峰值在夏季及白天，正好與用電的峰值相對應，從而可以有效減少電網(wǎng)調(diào)峰的壓力。通過對太陽能與燃煤發(fā)電系統(tǒng)系統(tǒng)層面的研究，解決輔助發(fā)電系統(tǒng)耦合集成中存在的工程問題，以及能量轉(zhuǎn)換、釋放機理，不同物質(zhì)流和能量流之間的匹配和集成原理等應用基礎科學問題。
　　 本論文主要針對太陽能集熱系統(tǒng)以及與火電機組的耦合機理與集成方案進行優(yōu)化研究，

3、通過建模仿真對太陽能集熱系統(tǒng)和輔助燃煤發(fā)電系統(tǒng)熱力特性進行定量分析。主要展開的工作和取得的研究結(jié)論如下：
　　 首先，通過以水/蒸汽以及熱油為換熱流體的槽式太陽能集熱系統(tǒng)傳熱分析，分別建立了各自動態(tài)數(shù)學模型研究系統(tǒng)啟動及變工況動態(tài)過程，并驗證模型在不同氣象條件、工質(zhì)參數(shù)變化等擾動下的動態(tài)及靜態(tài)特性。例如，仿真結(jié)果表明所研究的水/蒸汽類型集熱系統(tǒng)如果給水入口溫度低于125℃，在不改變?nèi)肟诹魉俸吞柲茌椛錀l件時，集熱陣列將不能產(chǎn)生過

4、熱蒸汽。仿真模型可以用于預測和驗證槽式太陽能集熱系統(tǒng)在不同換熱流體、輻射條件和運行條件下的換熱和流動特性。
　　 其次，建立了不同等級容量的火電熱力系統(tǒng)中主要設備的仿真模型，并按各自實際汽水流程連接。熱力系統(tǒng)模型主要為簡化閥門等輔助設備后的原則性熱力系統(tǒng)，包含汽輪機級組模型、鍋爐模型、各級加熱器模型、凝汽器模型等。通過與所研究機組設計參數(shù)與仿真結(jié)果的靜態(tài)數(shù)據(jù)和停用不同汽輪機抽汽的動態(tài)特性驗證模型。所建模型可以用于研究機組的動態(tài)特

5、性與典型工況運行特性研究。
　　 再次，基于太陽能與火電熱力系統(tǒng)耦合原則的基礎上，分析產(chǎn)生蒸汽和熱油的集熱系統(tǒng)與火電熱力系統(tǒng)的可能耦合方式。主要包括蒸汽直接進入新建汽輪機、原汽輪機、蒸汽取代回熱抽汽以及以熱油為換熱流體的各種取代方案。通過建立模型，分別對各耦合方式仿真模擬，得到取代后機組的各主要部分參數(shù)分布與經(jīng)濟性指標變化情況。綜合比較所研究的所有耦合方式所具有的節(jié)能潛力與技術(shù)可行性。結(jié)果表明太陽能熱油加熱給水取代部分汽輪機回熱

6、抽汽的是所有可能方式中最為可行和經(jīng)濟的耦合方式，具有對原熱力系統(tǒng)影響小、切換方便等諸多優(yōu)點。
　　 此外，通過建立的太陽能集熱系統(tǒng)和典型不同參數(shù)等級和容量燃煤火電熱力系統(tǒng)模型(包括200MW亞臨界、300MW亞臨界、600MW亞臨界、600MW超臨界、超超臨界和1000MW超臨界機組)，分析了對應不同太陽能熱源溫度(260℃、215℃、160℃以及90℃)在功率增加和燃料節(jié)省兩種運行模式時，通過取代汽輪機回熱抽汽加熱給水的輔助燃