[发明专利]一种带太阳能加热的外燃式布列顿联合循环发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种带太阳能加热的外燃式布列顿联合循环发电装置，具体属燃气轮机发电技术领域。

背景技术

先进燃气轮机是21世纪能源与动力系统的核心关键设备，也是目前世界上一个国家工业基础先进程度的重要标志。发展先进燃气轮机技术具有重大战略意义和广阔的产业化前景，对于我国相关领域中的高新技术发展有着极其重大的作用。

大容量、高效率的燃气轮机及其联合循环已成为一个必然的趋势，在世界的发电容量中所占的份额更是明显地快速增长。近年以来，一种以小微型燃气轮机为核心的分布式能源系统和电源装置挣迅猛崛起，大有与大、中型燃气轮机共占市场的趋势。这种发、供电方式具有以下一些优点：它没有或具有很低的输配电损耗(对于集中供电方式而言，这种损耗至少高达10％左右，在我国甚至达到15％以上)；无需建设配电站，可以减少输配电成本；适合多种热电比的变化，可使系统根据热负荷或电负荷的需求进行灵活的调节，有利于提高设备的利用率；便于近距离地向用户供热和制冷，无需建立昂贵的输送管网，因而既能节省投资费用，又能提高能源的利用效率，土建和安装成本都能降低；各电站互相独立，便于自行控制，不会发生大规模的供电事故，因而供电的可靠性高，非常适宜于为商业区、居民区乃至机场和地铁站等提供电力、供热和制冷；在燃用清洁燃料的前提下，即使在人口稠密的城市地区，也能满足高标准环保质量的要求。这将为中型、特别是小微型燃气轮机的推广应用，提供一个崭新的机遇和市场。

太阳能塔式或碟式热发电系统的基本形式是利用跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定在顶部的接收器上，用以产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或气轮发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。由许多定日镜组成的庞大的定日镜场，其面积非常大，聚光比很高，运行温度可达到1000～1500℃。

欧洲和以色列对采用空气作为吸热介质的塔式太阳能发电系统的换热技术及蓄热技术的研究较为关注，并开展了一些著名的研究项目，如德国于2009年投运的Jülich电站，是一个试验验证电站，也是世界上第一个采用空气作为传热介质的塔式太阳能发电系统。

中国与以色列合作研发建成国内首座70kw塔式太阳能热发电示范工程，于2005年10月在南京江宁开发区成功并网发电，这是采用布雷顿循环原理建立的中国第一个塔式太阳能热发电站。该电站通过太阳能空腔式接收器以空气作传热工质，辅之以天然气和小型燃气轮机率先实现了利用太阳能和布雷顿循环技术结合的热发电装置，其塔式系统的塔高为33米，采用32台有效反射面积为19.6m²的定日镜，接收器的出口工作温度为900℃，进口压力为0.4MPa，测试峰值转换效率为85％，燃气轮机热电效率为28.5％。但由于腔式太阳能接收器入口太小，进气温度难于和燃气配套致使实验效果不太理想。但解决匹配性问题后，显然将成为极有应用前景的塔式太阳能热发电系统。

值得关注的是以空气作为吸热介质的塔式太阳能发电系统，该系统采用空气作为热载体。在这种方案中，聚焦的光线被投射到一种透气材料(例如一种金属丝编织物)，空气从这种被加热的材料中通过，由于空气和这种集热材料的接触面很大，故传热很快，效率很高，而且可以把空气加热到1000℃以上的高温。

中国专利201320854012.1提供了一种卡诺-开放式布雷顿混合循环发电设备，采用燃料燃料产生的热量，加热经压气机压缩后的空气，拖动燃气轮机膨胀做功，其实质是通过优化的压力设计及恰当的加热温度，循环过程中不设置回热器，使得开放式布列顿循环排放尾气的温度接近于环境的空气温度，从而有效增加了功的输出，因此如何拓展其应用范围值得研究。

外燃式燃气轮机循环是在回热式燃气轮机循环的基础上发展起来的，其结构与回热循环结构相似。在外燃式燃气轮机循环中，燃烧室被高温的回热器取代，并在外部增加了一个代用燃料燃烧室，实现了燃气涡轮机的间接加热。在代用燃料燃烧室中，燃料是在稍高于外界大气压下进行燃烧的。此循环的显著特点是：实现了燃气涡轮机的间接加热，使燃气不经过涡轮机，避免了燃料中的污垢经过燃烧后混合在烟气中，进而对涡轮机造成的损伤。外燃式燃气轮机循环为生物质燃料或其他固体燃料在燃气轮机系统中的使用提供了一种新的选择，因而是一种很有前途的、高效的、廉价的可再生能源利用设备，同时它能够降低温室气体的排放。