太陽能輔助燃煤發(fā)電系統(tǒng)熱力特性研究

【摘要】：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、實現連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電的目的。另外,與其它可再生能源相比,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調峰的壓力。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,以及能量轉換、釋放機理,不同物質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,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、工質參數變化等擾動下的動態(tài)及靜態(tài)特性。例如,仿真結果表明所研究的水/蒸汽類型集熱系統(tǒng)如果給水入口溫度低于125℃,在不改變入口流速和太陽能輻射條件時,集熱陣列將不能產生過熱蒸汽。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與仿真結果的靜態(tài)數據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分布與經濟性指標變化情況。綜合比較所研究的所有耦合方式所具有的節(jié)能潛力與技術可行性。結果表明太陽能熱油加熱給水取代部分汽輪機回熱抽汽的是所有可能方式中最為可行和經濟的耦合方式,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煤機組發(fā)電方式對機組熱力特性和經濟性的影響。結果顯示無論哪種類型機組,高油溫取代高參數回熱蒸汽總可以帶來較高的熱電效率和發(fā)電煤耗率與汽耗率,但是對于相同油溫熱源由于其取代的蒸汽流量與參數不同,不同機組在取代后的太陽能熱電效率也有較大變化。對應被取代抽汽蒸汽參數越高,熱電效率就越高。同時,通過對實際在役電廠的測算,得到工程投資數據和其它具體經濟性數據。表明無論從熱力學角度或經濟角度,太陽能與火電機組之間都存在多方面的互補性。 【關鍵詞】：太陽能熱發(fā)電 燃煤火電機組 節(jié)能 輔助發(fā)電
【學位授予單位】：華北電力大學（北京）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TM621
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-26
• 1.1 課題背景13-15
• 1.2 太陽能利用途徑及國內外發(fā)展現狀15-22
• 1.2.1 太陽能光利用15-16
• 1.2.2 太陽能熱利用16-22
• 1.3 太陽能輔助燃煤機組及國內外研究現狀22-24
• 1.4 課題研究內容及意義24-26
• 第2章 槽式太陽能集熱系統(tǒng)熱力特性分析26-69
• 2.1 引言26-27
• 2.2 槽式太陽能集熱器模型27-46
• 2.2.1 集熱器換熱分析28-33
• 2.2.2 集熱器換熱計算33-46
• 2.3 槽式太陽能集熱器模型建立46-53
• 2.3.1 熱油換熱過程顯式歐拉變化48-50
• 2.3.2 直接蒸汽發(fā)生過程顯式歐拉變化50-53
• 2.4 槽式太陽能集熱器模型驗證53-68
• 2.4.1 熱油換熱模型驗證53-60
• 2.4.2 直接蒸汽發(fā)生過程模型驗證60-68
• 2.5 本章小結68-69
• 第3章 燃煤發(fā)電機組熱力系統(tǒng)建模仿真69-102
• 3.1 引言69
• 3.2 設備模型69-84
• 3.3 火電熱力系統(tǒng)模型驗證84-101
• 3.3.1 模型靜態(tài)特性驗證84-96
• 3.3.2 模型動態(tài)特性驗證96-101
• 3.4 本章小結101-102
• 第4章 太陽能蒸汽發(fā)生系統(tǒng)輔助燃煤發(fā)電耦合特性102-131
• 4.1 太陽能蒸汽發(fā)生系統(tǒng)輔助燃煤發(fā)電耦合方式102-106
• 4.1.1 太陽能集熱器產生蒸汽直接進入新建汽輪機做功102-104
• 4.1.2 太陽能集熱器產生蒸汽直接進入原汽輪機做功104
• 4.1.3 太陽能集熱器產生蒸汽取代汽輪機回熱抽汽104-106
• 4.2 不同耦合方式熱力特性分析106-130
• 4.2.1 太陽能集熱器產生蒸汽直接進汽輪機做功107-120
• 4.2.2 太陽能集熱器產生蒸汽取代汽輪機回熱抽汽120-130
• 4.3 本章小結130-131
• 第5章 太陽能熱油系統(tǒng)輔助燃煤發(fā)電耦合特性131-154
• 5.1 耦合原則131
• 5.2 太陽能熱油系統(tǒng)輔助燃煤發(fā)電耦合方式131-133
• 5.3 太陽能熱油系統(tǒng)輔助燃煤發(fā)電耦合特性133-148
• 5.4 太陽能熱油與不同等級容量機組耦合效應比較148-151
• 5.5 太陽能熱油與典型機組耦合經濟特性分析151-153
• 5.6 本章結論153-154
• 第6章 結論與展望154-156
• 6.1 本文主要研究結論154-155
• 6.2 后續(xù)工作展望155-156
• 參考文獻156-163
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其它成果163-165
• 攻讀博士學位期間參加的科研工作165-166
• 致謝166-167
• 作者簡介167

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