低温太阳能热发电和火力发电相结合的工艺流程.pdf

本发明公开了一种低温太阳能热发电和火力发电相结合发电厂的工艺流程。其特征在于利用太阳能热水器产生的热水发电和火力发电相结合，克服了太阳能发电所普遍存在的在长期阴雨天气时发电困难的难题。本发明是世界首创的利用太阳能热水器的热水发电、并利用水的热容量大的优点，建有绝热的巨大储热水仓。用储热代替储电。不但可以按需发电、水气全循环；而且用一间旧火力发电厂的燃料，发出三间以上的电力。不但减轻污染，而其发电成本只有旧火力发电厂的1/3左右，因此，极具推广价值。

1，  本发明的特征在于世界首创的利用太阳能热水器的热水发电，并和火力发电相结合。

2，  本发明将旧发电厂的主要设备凝汽器及其附属系统废弃。

3，  利用水热容量大的优点，用储热代替储电。太阳能热水器产生的大量热水，经过滤后进入巨大绝热的储热水仓。

4，  本发明能按用户的需要，按需发电。其方法是按发电量的需要，按需从储热水仓中输送热水到达多功能真空循环水仓，以产生出需要的蒸气来发电。当碰上长期阴雨天气时，则加大火力发电的力度，以保证用户用电的需要。

5，  太阳能热水器和工厂设备冷却的水都使用温度高于5℃的自来水，目的是利用自来水的水温高于5℃的热能发电。因为，其所产生的热水都被送到多功能循环水仓的热交换器上，热量变成蒸气被多功能蒸气回收仓回收用于发电；经热交换器流出的5℃以下的冷水，被送回自来水厂。

6，  锅炉产生的高温高压水蒸气推动汽轮机发电后产生的低温低压水蒸气，被抽气器送到多功能真空循环水仓。没有变成水的水蒸气，被抽气器送到多功能蒸气回收仓后用于发电。

7，  回收的蒸气经多功能低压蒸气仓、多功能中压蒸气仓、多功能高压蒸气仓、多功能亚临界缸进入锅炉再热器后送到汽轮机发电，开始新一轮的循环。

8，  蒸气在压缩过程中产生的凝结水，用于加热从多功能真空循环水仓出发向锅炉输送的水，并与送锅炉水逆流的方向回流到多功能真空循环水仓。其热量在仓中变成蒸气被多功能蒸气回收仓回收用于发电；失去热量的凝结水则留在多功能真空循环水仓，准备进行新一轮的循环。

低温太阳能热发电和火力发电相结合的工艺流程
技术领域
本发明涉及太阳能发电和环境保护技术领域。更具体地说，是涉及世界首创的低温太阳能热发电技术领域。
背景技术：
目前利用水蒸气推动汽轮发电机发电的技术是世界上最主要发电技术，占全世界总发电量的一半以上，如火力发电和核能发电都是采用水蒸气来推动汽轮发电机进行发电的。
火力发电是世界上最大的污染源和工业的第一耗水大户；温室气体的排放量居世界首位。有充分的证据证明：地球变暖、酸雨增加、灾害性天气增加和加强、大量的物种灭绝、大量的污染物污染空气、陆地和水源等危害到人类生存环境等极其严重的问题都与火力发电有直接的关系。
煤炭是我国能源的主力，也是我国污染的主要源头。目前我国约60％以上的煤炭用于发电。据2001年世界银行列举的世界污染最严重的20个城市中，中国占有16个，我国大气污染所做成的损失已经占GDP的3％～7％，我国每天最小有几万人因环境污染而发病；每年因环境污染而引发的癌症患者超出100万人。据04年有关部门统计：中小型煤矿平均生产100万吨煤，就要夺去7个以上工人的生命。
太阳能是最廉价、最干净和取之不尽用之不竭的最基本的能源。但也存在严重的缺点，就是极之不稳定，有不少地区存在有长期阴雨季节，而电力供应却时刻不能中断。因此，在这些地区，太阳能发电很有必要和火力发电相结合以进行互补。
目前火力发电工艺流程已经有近百年的历史，热效率低、浪费和污染严重，就算是当今世界上最高水平的燃煤发电厂的热效率，也达不到送到锅炉的煤完全燃烧所能发出热量的1/2。就算是号称世界上科学技术最先进的美国，它90％的电力也是由热电生产的，每年的耗水量高达2725亿立方米，相当于5条中国黄河的年流水量。
又如哈尔滨汽轮机厂600MW火力发电机组。该机组的锅炉为亚临界一次再热筒锅炉，最大连续出力1803.6t/h，给水温度273.4℃，主蒸气压力16.67MPa，温度为538℃，再热蒸气压力为3.323MPa，温度538℃，汽轮机排气温度36.2℃，压力0.006MPa；热耗率7829.8KJ/(KW.H)，汽耗率3.005Kg/(KW.h)。
由于该机组将其热焓高达2330.9KJ/Kg作功后的低温、低压水蒸气排到凝汽器变成36.2℃，其热焓只有151.5KJ/Kg的冷凝水，这不但需要重量达到其50～80倍的冷凝水，通过凝汽器进行冷凝，做成巨大的热量损失和浪费了大量的水；还有可能由于凝汽器在运行中产生的铜离子对锅炉水做成污染和凝汽器出现故障时可能会引发严重的事故。
现计算该机组从汽轮机作功后蒸气排放到凝汽器凝结成水所带来的热量损失。
一，锅炉在1小时中产生蒸气的总热焓。
1803.06×1000×(3397.3-1198.8)+1516.84×1000×(3538-3027.3)
＝4738676398KJ
二，作功后的水蒸气在凝汽器中变成水所失去的热量。
1037.54×1000×(2330.9-151.5)+85.88×1000×(2448.8-151.5)
＝2526965200KJ
三，失去的热量与锅炉1小时产生的总热量的百分比。
2526965200÷4738676398×100％＞53％
从600MW火电机组的热系统图中可以看出：锅炉每小时产出1803.6吨，压力为16.76MPa，温度538℃的水蒸气，但作功后到达凝汽器的水蒸气只有1159.42吨，中途有644.6吨的高温高压水蒸气变成了凝结水和废蒸气排走。原因是：一，高温高压水蒸气在汽轮机通流部分流动过程中由于摩擦力等种种原因产生凝结水。二，每小时数量达到1803.6吨，温度只有36℃左右的水，被这些蒸气加热到273.4℃的高温水进入锅炉，是产生大量凝结水的主要原因。三，利用蒸气除氧和其他环节也使用了大量的水蒸气。
我国核电机组作功后排放的低温低压水蒸气在凝汽器冷却成水所失去的热量更是惊人。现计算其热损失：
一，核反应堆在1小时中加热水所产生水蒸气的总热焓。
5808.2×1000×(2773-972.6)＝10457083280KJ
二，作功后的水蒸气在凝汽器变成水所失去的热量。
2975.1×1000×(2350.5-168.8)＝6490775770KJ
三，变成水所失去的热量与从核反应堆中获得总热量的百分比。
6490775770÷10457083280×100％＞62％
从以上两间厂的数字可以看出：当前发电工艺流程浪费极其严重，单是作功后在凝汽器中凝结成水所失去的热量就大大超出推动汽轮发电机发电所耗用的热量；而且作功后排出1Kg的水蒸气，需要50～80Kg的冷却水量。该工艺流程还有1/3以上在锅炉中产生的高温高压水蒸气，在汽轮机通流部分流通和加热锅炉进水及其他环节中，在没有到达凝汽器前，就变成了凝结水和废气的形式中途排走。做成巨大的热量损失和大量高纯度水的流失。为此，需要大量高纯度的水不断进行补充。在补充水的过程中，大量非凝结性气体混进来；并由于运行加热过程中的不断浓缩，做成热系统内的水质不断恶化，而引起设备内部的腐蚀。
为了解决这个问题，旧工艺流程不但需要大量的化学药剂进行水处理，大量的水蒸气用于排除氧气，而且锅炉在运行中还要进行排污。即使这样，还不能从根本上解决设备内部的腐蚀问题。锅炉在运行中排污，不但大量高温高压的水蒸气和水流失而做成巨大的浪费，还产生高燥音和严重污染环境。
为此，火力发电如何实现水蒸气和水的全循环利用并和太阳能发电相结合；以大幅度降低成本、减排降耗、保护人类的生态环境，已经成为世界各国公认的世界难题。但这个世界难题已经被我发明的低温太阳能热发电和火力发电相结合的水气全循环热系统的技术和设备完满解决了。
发明内容：
低温太阳能热发电和火力发电相结合的工艺流程
本发明是我经过几十年研究而设计成的发电成本低于火力发电的大型太阳能发电厂中的水气全循环热发电技术，结合火力发电的特点而设计发明的太阳能和火力发电相结合的水气全循环热系统工艺流程。该工艺流程的发电热效率是当今世界最高的。发明的主要理论依据是卡诺定理“所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机，以可逆机效率为最高”。
本发明的工艺流程将原发电工艺流程中的主要设备之一的凝汽器及其附属系统全部废弃；将原排放到凝汽器的作功后的低温低压水蒸气和其他部位产生的废蒸气，通过热泵设备全部回收用来发电。(热泵设备是以消耗一定量的机械功为代价，可以把热能由较低温度，提高到能够被利用的较高温度。热泵的经济性一般用供热系数ε₁来衡量。ε₁＝Q₁/W因Q₁＝Q₀+W，故ε₁永远大于1。若ε₁＝5，表示消耗1J的功，可以获得了5J的热量，显然这比直接燃烧燃料来获取热量更为有利)。
我初步计算一下，采用我发明的太阳能和火力发电相结合的水汽全循环热系统工艺流程，可以用一间火力发电厂的燃料，发出三间以上的电力；不但节约了天文数字的优质水，而且能做到污水对周围环境的0排放；由于结合电厂的实际，充分利用用电高峰、低谷的实际按需发电；因此，发电成本可降低一半以上。
具体实施方式：
一，启动开始时的流程：
1，对火力发电的有关设备进行化学清洗。
原因是由于锅炉和其他设备在未启用之前都是用常温的保护材料如油脂等进行保护的，但这些保护剂在高温下会会对设备产生严重的腐蚀作用；在大修等原因做成比较长时间停机的情况下，设备内部很容易产生铁锈和其他杂质。
美国专家根据多年研究得出如下结论：如果金属表面是清洁的，是不会发生腐蚀的，可沉积物一旦积聚，腐蚀就开始，而且腐蚀的速度与温度的升高成正比，升温是由沉积物引起的。
而化学清洗的目的是清除金属表面的杂质，保持金属表面的清洁，并在金属表面形成一层保护层以防止金属发生腐蚀。
在进行化学清洗前，先将双功能非凝结性气体清除器的上盖打开，然后就可以进行化学清洗，清洗完工之后，再由此放自来水进行冷冲洗。冷冲洗完工之后将上盖子关好，然后将离子水经双功能非凝结性气体清除器清除非凝结气体后，由循环水泵将水进入锅炉，这时锅炉开始启动，将水加热，进行热冲洗。
化学清洗和冷冲洗和热冲洗产生的废水，由锅炉紧急排气管道向多功能真空循环水仓排放，再经循环水仓内的排污管排送到污水处理池。
2，抽真空以排除非凝结性气体。
原因是非凝结性气体有如下的危害性：
A，降低设备的传热系数
B，传热的温差减小，使加热设备能力显著降低。
C，形成气阻，干扰热量的分配，影响疏水阀的正常工作。
D，引起管道和设备的腐蚀。
因此，通过多功能真空循环水仓的排气管道向外排气，以做成设备内部的真空状态，以排除设备内部存在的绝大多数非凝结性气体。
二，从热冲洗结束后到多功能真空循环水仓的水到达正常工作水位线时的流程。
当热冲洗由锅炉排放到多功能真空循环水仓的污水被抽干净之后，将排污水管的开关关闭。当抽真空的排气口排出大量的水蒸气时，就停止抽真空并将开关关闭。
这时，汽轮机发电机已经开始发电，这时水蒸气的流程图如下：(具体压力的情况安排，按该厂的实际情况来决定。如该厂的锅炉是超临界锅炉，则最高压力的蒸气缸也是超临界的；如该厂的锅炉只是高压锅炉，则最高压力的蒸气缸，也只能是高压蒸气缸)。
汽轮机→多功能真空循环水仓→多功能蒸气回收仓→多功能低压蒸气仓→多功能中压蒸气仓→多功能高压蒸气仓→多功能亚临界蒸气缸→再热器(锅炉)→汽轮机→开始下一轮循环。
进水的行程图：
自来水→离子水处理器→双功能非凝结气体清除器→循环水泵→多功能蒸气回收仓下部→多功能低压蒸气仓下部→多功能中压蒸气仓下部→多功能高压蒸气仓下部→多功能亚临界蒸气缸下部→锅炉
凝结水的流程图
多功能亚临界蒸气缸→多功能高压蒸气仓→多功能中压蒸气仓→多功能低压蒸气仓→多功能蒸气回收仓→多功能真空循环水仓
三，太阳能热水器运行的流程
自来水→太阳能热水器→过滤器→储热水仓→热水泵→热交换器(位于多功能真空循环水仓下部)→自来水厂
四，冷却水热能利用运行的流程
自来水→需要用冷却水设备→过滤器→储热水仓→热水泵→热交换器(位于多功能真空循环水仓下部)→自来水厂
五，当凝结水到达多功能循环水仓正常工作水位线时的流程即正常工作时的流程。
当水位到达正常工作水位线时，电极式水位计通过电脑会发出指令，关闭由双功能非凝结性气体清除器通向循环水泵开关的同时，打开多功能真空循环水仓通向循环水泵的开关，这时水的流程图如下：
a多功能真空循环水仓→循环水泵→多功能蒸气回收仓下部→多功能低压蒸气仓下部→多功能中压蒸气仓下部→多功能高压蒸气仓下部→多功能亚临界蒸气缸下部→锅炉
b，多功能亚临界蒸气缸→多功能高压蒸气仓→多功能中压蒸气仓→多功能低压蒸气仓→多功能蒸气回收仓→多功能真空循环水仓
c，其他各部位产生的凝结水直接排入多功能真空循环水仓。
水蒸气的工作流程图
汽轮机→多功能真空循环水仓→多功能蒸气回收仓→多功能低压蒸气仓→多功能中压蒸气仓→多功能高压蒸气仓→多功能亚临界蒸气缸→再热器(锅炉)→汽轮机
本发明不但适合火力发电厂，也能适合核能发电厂，甚至于适合于普通使用锅炉产生水蒸气作功的设备，因此，依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本专利所保护的范围。
附图是低温太阳能热发电和火力发电相结合的工艺流程示意图。
说明书示意图说明：
1，水处理装置
2，双功能非凝结性气体清除器
3，储热水仓
4，太阳能热水器
5，需要冷却水冷却的设备
6，多功能真空循环水仓
7，多功能蒸气回收仓
8，多功能低压蒸气仓
9，多功能中压蒸气仓
10，多功能高压蒸气仓
11，多功能亚临界蒸气缸
12，锅炉再热器
13，锅炉
14，汽轮发电机
15，热交换器
16，自来水厂。