專利名稱：中低溫太陽熱能品位間接提升方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中低溫太陽熱能品位間接提升的方法及據(jù)此提出的太陽能和化 石能源綜合互補(bǔ)的化學(xué)回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)(SOLRGT)。
背景技術(shù)：
目前與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)主要包括中低溫太陽能利用技術(shù)和利用化學(xué)回?zé)嵫h(huán) 發(fā)電技術(shù)，其各自技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和系統(tǒng)特征如下1)中低溫太陽能利用技術(shù)鑒于化石能源資源的有限性及其利用過程中產(chǎn)生污染的嚴(yán)重性，開拓新型潔凈能 源資源(特別是非碳能源)轉(zhuǎn)換利用成為可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要方面。近年來，太陽能以 其獨(dú)具的儲(chǔ)量無限性、存在的普遍性、開發(fā)利用的清潔性以及逐步提升的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)獲 得廣泛關(guān)注，成為解決能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)的有效途徑之一。當(dāng)前，太陽能利用技術(shù)的主要發(fā)展方向是太陽能光電轉(zhuǎn)化和光熱轉(zhuǎn)化，其中光熱 轉(zhuǎn)化的太陽能熱動(dòng)力發(fā)電又是未來二三十年最具吸引力的太陽能技術(shù)。但是諸如儲(chǔ)能難和 能量轉(zhuǎn)化效率低等造成的太陽能發(fā)電技術(shù)成本居高不下，一直是困擾太陽能熱動(dòng)力發(fā)電系 統(tǒng)大規(guī)模發(fā)展和工程應(yīng)用的重大瓶頸。究其原因，一方面是太陽能能量密度低、時(shí)空分布不 連續(xù)；另一方面且更為重要的是太陽能集熱效率與熱力循環(huán)熱功轉(zhuǎn)換效率一直存在難以調(diào) 和的矛盾。目前太陽能熱發(fā)電技術(shù)以及新興的熱化學(xué)能量轉(zhuǎn)換技術(shù)(如天然氣重整的熱化 學(xué)能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)等)研究多集中在900 1200°C的高溫太陽熱能的轉(zhuǎn)化和利用，且多為高 溫集熱和熱化學(xué)轉(zhuǎn)換等部件性能的提高和相關(guān)新材料的研發(fā)。1000°C以上的高溫集熱無不 以設(shè)備復(fù)雜、投資成本高和光熱轉(zhuǎn)換效率低為代價(jià)。相對(duì)而言，當(dāng)前150 350°C的中低溫 太陽能熱利用技術(shù)以其良好的集熱性能和經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單的集熱裝置獲得大規(guī)模商業(yè)化。這個(gè)溫 度范圍的集熱器大多采用低聚光比的簡(jiǎn)單聚光裝置，集熱性能良好，集熱效率一般能達(dá)到 60%以上，且有效避免了高溫太陽能能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的高成本代價(jià)。然而，由工程熱力學(xué)原理 可知工質(zhì)的溫度越低，實(shí)現(xiàn)熱轉(zhuǎn)功越困難，目前中低溫?zé)崃康睦蒙腥狈π兄行У募夹g(shù)。 與此相對(duì)，常規(guī)能源利用系統(tǒng)經(jīng)過百余年的發(fā)展，技術(shù)和工藝已日臻完善，如先進(jìn)的燃?xì)廨?機(jī)工質(zhì)溫度已達(dá)1400°C以上。設(shè)想太陽能等可再生能源如果得以在常規(guī)能源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)能 量轉(zhuǎn)換和釋放，不但可以替代部分化石能源消耗，減少相應(yīng)的污染物排放，更將極大地提高 可再生能源能量釋放品位和熱轉(zhuǎn)功效率，同時(shí)緩解其不穩(wěn)定、不連續(xù)的供給難題。中低溫太 陽能和化石燃料的互補(bǔ)梯級(jí)利用有望為同時(shí)解決太陽能能量轉(zhuǎn)化效率低和實(shí)現(xiàn)化石燃料 的清潔利用提供一條全新的途徑。多能源互補(bǔ)系統(tǒng)中，中低溫太陽能可以和熱力系統(tǒng)中某些物理吸熱過程相集成 (熱集成)，如蒸發(fā)過程、回?zé)徇^程；也可以和某些吸熱化學(xué)反應(yīng)相集成(熱化學(xué)集成)，如 熱解反應(yīng)和重整反應(yīng)等。前者如N. Lior和K. Koai提出的蒸汽朗肯循環(huán)互補(bǔ)系統(tǒng)，低溫段 工質(zhì)水吸收約100°C太陽能熱量蒸發(fā)，高溫段化石燃料燃燒提供熱量使蒸汽過熱，形成不同 熱源在不同溫度段的匹配利用，太陽能熱輸入份額高達(dá)80%，系統(tǒng)熱效率可達(dá)18%。后者如H. Hong和H. Jin提出的一種中低溫太陽能與化石燃料熱化學(xué)互補(bǔ)的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，利用 甲醇燃料在中低溫條件下的熱解特性，以200 300°C的太陽能驅(qū)動(dòng)甲醇熱解吸熱反應(yīng)，生 成以H2和CO為主要成分的合成氣，從而使低品位太陽能轉(zhuǎn)化為高品位合成氣化學(xué)能；合成 氣驅(qū)動(dòng)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)做功，實(shí)現(xiàn)了中低溫太陽能品位的提升和其在動(dòng)力系統(tǒng)中的高 效轉(zhuǎn)化。其案例分析中，太陽能熱輸入比例為18%，太陽能發(fā)電凈效率和系統(tǒng)傭效率分別 達(dá)到35%和60. 7%，但該計(jì)算忽略了透平葉片冷卻影響。2.利用化學(xué)回?zé)嵫h(huán)發(fā)電技術(shù)化學(xué)回?zé)嵫h(huán)在燃?xì)馔钙紹rayton循環(huán)的基礎(chǔ)上引進(jìn)了燃料的化學(xué)重整反應(yīng)，當(dāng) 燃料為甲烷時(shí)，反應(yīng)主要為CH4+H2OeCO+ 3Η2 ΔΗ = 206. IlkJ/(mol CH4)CO + H2OCO2+H2 ΔΗ = -41. 17kJ/(mol CO)
CnHm + nH20 nCO + (m / 2 + n)H2當(dāng)燃料是甲醇時(shí)，反應(yīng)主要為CH30H+H20 CO2+H2 Δ H = 49. 47kJ/ (mol CH3OH)它們都是吸熱反應(yīng)，壓力越小、溫度越高、水碳比越高，燃料轉(zhuǎn)化率越高。燃料轉(zhuǎn)化 為合成氣后，燃料的熱值得以改善，相比原來余熱鍋爐、回?zé)崞髦袑?duì)煙氣余熱的物理回收過 程，化學(xué)回?zé)嵫h(huán)增添了重整器中對(duì)煙氣余熱的化學(xué)回收過程，從而使循環(huán)達(dá)到較高的效 率。甲烷是天然氣的主要成分，較甲醇而言應(yīng)用更廣。但是甲烷重整反應(yīng)在鎳基催化劑下 一般需要800°C以上的高溫，而在330°C以下基本不發(fā)生反應(yīng)。因此直接以中低溫太陽能提 供反應(yīng)熱來驅(qū)動(dòng)甲烷重整反應(yīng)是不可行的。相較而言，甲醇在200 300°C即可實(shí)現(xiàn)完全重 整。Kesser等人1994年模擬結(jié)果表明以甲烷為燃料的基本化學(xué)回?zé)嵫h(huán)(無間冷再熱) 的熱效率達(dá)到48. 8%，高于相同注汽率下的注蒸汽循環(huán)。同時(shí)，由于合成氣中含有大量的水 蒸汽，循環(huán)的NOx排放相當(dāng)?shù)?、比功大幅提高?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種中低溫太陽熱能品位間接提升方法及裝置，以實(shí)現(xiàn)中低 溫太陽熱能高效轉(zhuǎn)換以及和化石燃料互補(bǔ)的綜合梯級(jí)利用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的中低溫太陽熱能品位間接提升的方法，在化學(xué)回 熱循環(huán)中引入中低溫太陽熱能，提供蒸汽蒸發(fā)潛熱從而轉(zhuǎn)化為蒸汽內(nèi)能，通過蒸汽參與重 整反應(yīng)轉(zhuǎn)化為合成氣化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)品位提升，最后在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換。本發(fā)明提供的用于實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，主要包括低壓壓氣機(jī)將空氣升至一定壓力；間冷器對(duì)升至一定壓力的空氣進(jìn)行冷卻降溫；高壓壓氣機(jī)將空氣升壓至Brayton循環(huán)的最高壓力；燃料壓氣機(jī)將燃料氣體升壓至重整反應(yīng)的壓力；泵將淡水升壓至重整反應(yīng)的壓力；回?zé)崞骼猛钙脚艢鈱?duì)水蒸汽與壓縮后燃料氣體的混合氣、壓縮后的空氣進(jìn)行加熱；重整器由煙氣供熱，使燃料與水蒸汽在壓力下進(jìn)行化學(xué)重整反應(yīng)；燃燒室合成氣和空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，得到高溫氣體；燃?xì)馔钙礁邷厝細(xì)馀蛎涀龉?；發(fā)電機(jī)與燃?xì)馔钙竭B接，將燃?xì)馔钙疆a(chǎn)生機(jī)械功轉(zhuǎn)化為電能輸出；省煤器由煙氣供熱，加熱淡水流股至重整反應(yīng)壓力下的飽和態(tài)；蒸發(fā)器利用太陽能將重整反應(yīng)壓力下的飽和水蒸發(fā)；太陽能集熱器收集太陽能；加壓后的水送入省煤器加熱至重整壓力下的飽和水態(tài)，再進(jìn)入太陽能集熱器供熱 的蒸發(fā)器加熱為蒸汽，與燃料壓氣機(jī)壓縮后的燃料氣體混合后送入回?zé)崞鬟M(jìn)一步被加熱， 隨后進(jìn)入重整器發(fā)生吸熱反應(yīng)，生成的合成氣送入燃燒室；空氣經(jīng)低壓壓氣機(jī)壓縮后，送入 間冷器進(jìn)行冷卻，再送入高壓壓氣機(jī)壓縮至Brayton循環(huán)的最高壓力，隨后送入回?zé)崞鬟M(jìn) 一步被加熱，最后送入燃燒室，與合成氣燃燒生成高溫燃?xì)?，送入燃?xì)馔钙脚蛎涀龉Γ瑢?shí)現(xiàn) 動(dòng)力輸出。所述的裝置中，重整器熱側(cè)進(jìn)口為燃?xì)馔钙脚艢?，出口連接回?zé)崞?，冷?cè)進(jìn)口與回 熱器連接，出口連接燃燒室。所述的裝置中，回?zé)崞鳠醾?cè)進(jìn)口與重整器連接，出口連接省煤器，冷側(cè)進(jìn)口與高壓 壓氣機(jī)、燃料氣體與蒸汽的混合室連接，出口分別連接燃燒室、重整器。所述的裝置中，蒸發(fā)器所需熱量由太陽能集熱器提供，進(jìn)口與省煤器相連，出口蒸 汽與壓縮后燃料氣體進(jìn)行混合。所述的裝置中，省煤器熱側(cè)進(jìn)口與回?zé)崞鬟B接，冷側(cè)出口連接蒸發(fā)器，進(jìn)口與泵相 連。所述的裝置中，壓縮空氣的低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)之間布置了間冷器。所述的裝置中，空氣采用了間冷壓縮。所述的裝置中，回?zé)崞鞯睦鋫?cè)布置了壓縮后燃料氣體與水蒸汽的混合氣體、壓縮 后的空氣兩股物流。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了中低溫太陽熱能高效轉(zhuǎn)換以及和化石燃料互補(bǔ)的綜合梯級(jí)利用，效 率提高的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了(X)2減排，熱力性、環(huán)保性俱佳，具有廣闊的工程應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明的中低溫太陽能品位的間接提升。圖2為本發(fā)明的太陽能品位間接提升的SOLRGT循環(huán)裝置流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過燃料重整反應(yīng)實(shí)現(xiàn)中低溫太陽熱能品位間接提升的方法和太陽能化 石燃料互補(bǔ)的化學(xué)回?zé)嵫h(huán)(SOLRGT)系統(tǒng)，是將太陽能品位間接提升與高效燃?xì)廨啓C(jī)循 環(huán)相結(jié)合，在化學(xué)回?zé)嵫h(huán)中引入中低溫太陽能，首先提供蒸汽蒸發(fā)潛熱轉(zhuǎn)化為蒸汽內(nèi)能， 再通過參與重整反應(yīng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為合成氣化學(xué)能，品位提升后，最后在燃機(jī)中實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn) 換。主要設(shè)備包括
低壓壓氣機(jī)將空氣升至一定壓力；間冷器對(duì)升至一定壓力的空氣進(jìn)行冷卻降溫；高壓壓氣機(jī)將空氣升壓至Brayton循環(huán)的最高壓力；燃料壓氣機(jī)將燃料氣體升壓至重整反應(yīng)的壓力(考慮壓損)；泵將淡水升壓至重整反應(yīng)的壓力(考慮壓損)；回?zé)崞骼猛钙脚艢鈱?duì)水蒸汽與壓縮后燃料氣體的混合氣、壓縮后的空氣進(jìn)行 加熱；重整器由煙氣供熱，使燃料與水蒸汽在一定的壓力下進(jìn)行化學(xué)重整反應(yīng)；燃燒室合成氣和空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，得到高溫氣體；
燃?xì)馔钙礁邷厝細(xì)馀蛎涀龉?；發(fā)電機(jī)與燃?xì)馔钙竭B接，將燃?xì)馔钙疆a(chǎn)生機(jī)械功轉(zhuǎn)化為電能輸出；省煤器由煙氣供熱，加熱淡水流股至重整反應(yīng)壓力下的飽和態(tài)；蒸發(fā)器利用太陽能將重整反應(yīng)壓力下的飽和水蒸發(fā)；太陽能集熱器收集太陽能。上述各設(shè)備之間的連接均為通常采用的管道連接。所述的太陽能和化石能源綜合互補(bǔ)的化學(xué)回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)(SOLRGT)，其特征在于 重整器熱側(cè)進(jìn)口為燃?xì)馔钙脚艢?，出口連接回?zé)崞?，冷?cè)進(jìn)口與回?zé)崞鬟B接，出口連接燃燒 室；回?zé)崞鳠醾?cè)進(jìn)口與重整器連接，出口連接省煤器，冷側(cè)進(jìn)口與高壓壓氣機(jī)、燃料氣體與 蒸汽的混合室連接，出口分別連接燃燒室、重整器；蒸發(fā)器所需熱量由太陽能集熱器提供， 進(jìn)口與省煤器相連，出口蒸汽與壓縮后燃料氣體進(jìn)行混合；省煤器熱側(cè)進(jìn)口與回?zé)崞鬟B接， 冷側(cè)出口連接蒸發(fā)器，進(jìn)口與泵相連；壓縮空氣的低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)之間布置了間 冷器。本發(fā)明的太陽能和化石能源綜合互補(bǔ)的化學(xué)回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)(SOLRGT)的流程加壓后的水送入省煤器加熱至重整壓力下的飽和水態(tài)，再進(jìn)入太陽能集熱器供熱 的蒸發(fā)器加熱為蒸汽，與燃料壓氣機(jī)壓縮后的燃料氣體混合后送入回?zé)崞鬟M(jìn)一步被加熱， 隨后進(jìn)入重整器發(fā)生吸熱反應(yīng)，生成的合成氣送入燃燒室；空氣經(jīng)低壓壓氣機(jī)壓縮后，送入 間冷器進(jìn)行冷卻，再送入高壓壓氣機(jī)壓縮至Brayton循環(huán)的最高壓力，隨后送入回?zé)崞鬟M(jìn) 一步被加熱，最后送入燃燒室，與合成氣燃燒生成高溫燃?xì)?，送入燃?xì)馔钙脚蛎涀龉Γ瑢?shí)現(xiàn) 動(dòng)力輸出。所述的太陽能和化石能源綜合互補(bǔ)的化學(xué)回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)(SOLRGT)的流程，其特 征在于煙氣自燃?xì)馔钙脚懦龊?，溫度從高到低依次流?jīng)重整器、回?zé)崞?、省煤器進(jìn)行余熱 回收；重整反應(yīng)的水先在省煤器中由煙氣加熱至飽和水態(tài)，再在太陽能集熱器供熱的蒸發(fā) 器中由中低溫太陽能加熱為蒸汽；空氣采用了間冷壓縮；回?zé)崞鞯睦鋫?cè)布置了壓縮后燃料 氣體與水蒸汽的混合氣體、壓縮后的空氣兩股物流。本發(fā)明與中低溫太陽能直接提供重整反應(yīng)熱(即直接熱化學(xué)集成)不同，在以甲 烷為例的中低溫太陽能品位間接提升中(圖1)，太陽能提供重整反應(yīng)所需蒸汽的汽化潛 熱，從而轉(zhuǎn)化為蒸汽內(nèi)能，這是一個(gè)熱集成過程；所產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)而和甲烷在較高溫度下進(jìn) 行重整反應(yīng)，太陽熱能借蒸汽內(nèi)能的形式參與反應(yīng)，通過熱化學(xué)反應(yīng)間接轉(zhuǎn)化為合成氣化學(xué)能?？梢暈閮刹椒ㄞD(zhuǎn)換過程，實(shí)現(xiàn)了熱集成和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化的有機(jī)結(jié)合及中低溫太陽熱能 品位的間接提升?？梢姡撓到y(tǒng)具有優(yōu)秀的熱力性能，節(jié)省了化石能源，更加環(huán)保。下面將結(jié)合相應(yīng)附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。具體實(shí)施例參看圖2，本發(fā)明的主要部分為以空氣為主要循環(huán)工質(zhì)的太陽能和化 石能源綜合互補(bǔ)的化學(xué)回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)(SOLRGT)。其中1-低壓壓氣機(jī)；2-間冷器；3-高壓 壓氣機(jī)；4-回?zé)崞鳎?-燃燒室；6-燃?xì)馔钙剑?-發(fā)電機(jī)；8-重整器；9-燃料壓氣機(jī)；10-太 陽能集熱器；11-蒸發(fā)器；12-省煤器；13-泵。上述系統(tǒng)中的連接為公知技術(shù)，本發(fā)明在此不作具體描述。系統(tǒng)流程描述該系統(tǒng)主要包括太陽能和化石能源綜合互補(bǔ)的化學(xué)回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)。加壓后的水(S7)送入省煤器12加熱至重整壓力下的飽和水態(tài)(S8)，再進(jìn)入太陽 能集熱器10供熱的蒸發(fā)器11加熱為蒸汽(S9)，與燃料壓氣機(jī)9壓縮后的燃料氣體(Sll)混 合后(Si》送入回?zé)崞?進(jìn)一步被加熱，隨后進(jìn)入重整器8發(fā)生吸熱反應(yīng)(S13)，生成的合 成氣(S14)送入燃燒室5 ；空氣經(jīng)低壓壓氣機(jī)1壓縮后(S2)，送入間冷器2進(jìn)行冷卻(S3)， 再送入高壓壓氣機(jī)3壓縮至Brayton循環(huán)的最高壓力(S4)，隨后送入回?zé)崞?進(jìn)一步被加 熱(S5)，最后送入燃燒室5，與合成氣(S14)燃燒生成高溫燃?xì)?S15)，送入燃?xì)馔钙?膨脹 做功，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。煙氣(S16)自燃?xì)馔钙?排出后，溫度從高到低依次流經(jīng)重整器8、回 熱器4、省煤器12進(jìn)行余熱回收(S17、S18、S19)。具體實(shí)施例在平衡工況性能參數(shù)見表1。主要有關(guān)條件為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀況下， 壓氣機(jī)效率89 % ；燃燒室燃燒效率100 %，壓損為3 % ；燃?xì)馔钙降褥匦?8 %，重整器熱側(cè) 壓損2%，冷側(cè)壓損10%，節(jié)點(diǎn)溫差20°C，余熱鍋爐節(jié)點(diǎn)溫差15°C。具體實(shí)施例循環(huán)平衡工況熱力性能參數(shù)參看表2，表2同時(shí)在相同的假設(shè)條 件下(包括透平初溫1308°C、節(jié)點(diǎn)溫差及部件性能等)，對(duì)常規(guī)間冷化學(xué)回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī) (IC-CRGT)循環(huán)和SOLRGT循環(huán)進(jìn)行了模擬對(duì)比，可見SOLRGT系統(tǒng)中，太陽熱輸入份額為 20. 3%，化石能源節(jié)約率可達(dá)23. 3%。太陽熱能凈轉(zhuǎn)功效率可達(dá)沈.5%，遠(yuǎn)高于同樣溫 度下常規(guī)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。單位發(fā)電量(X)2排放為342. 7g/kffh,比IC-CRGT系統(tǒng)中低 23. 3%, CO2相對(duì)減排量和化石能源節(jié)約率相一致，這是因?yàn)?X)2排放量和化石燃料消耗量 成正比。需要指出的是，上述結(jié)果是在理想情況下、也即在太陽熱能溫度滿足220°C水蒸發(fā) 要求的情況下得到的。如果太陽熱能達(dá)不到上述溫度要求，需要采用補(bǔ)燃或降低蒸發(fā)溫度 (壓力)、蒸發(fā)后再提升蒸汽壓力至重整反應(yīng)要求壓力等情況下，系統(tǒng)效率會(huì)相應(yīng)降低。和常規(guī)化學(xué)回?zé)崛細(xì)廨啓C(jī)(CRGT)系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)需要增設(shè)中低溫太陽能集熱 設(shè)備，可以采用技術(shù)相對(duì)成熟、造價(jià)較低的槽式集熱器。槽式集熱器在中低溫應(yīng)用場(chǎng)合具有 優(yōu)良的集熱性能，即使在lOOW/m2的太陽輻照強(qiáng)度下也可達(dá)到50%以上的集熱效率。應(yīng)該 指出的是，系統(tǒng)效率和太陽能熱轉(zhuǎn)功效率的提升與系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性改善直接相關(guān)；此外系統(tǒng)在 CO2減排、及化學(xué)回?zé)嵫h(huán)本身在NOx排放等方面的優(yōu)勢(shì)也是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析時(shí)應(yīng)該考慮的 因素。表1 本發(fā)明的裝置主要性能參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種中低溫太陽熱能品位間接提升的方法，在化學(xué)回?zé)嵫h(huán)中引入中低溫太陽熱 能，提供蒸汽蒸發(fā)潛熱從而轉(zhuǎn)化為蒸汽內(nèi)能，通過蒸汽參與重整反應(yīng)轉(zhuǎn)化為合成氣化學(xué)能， 實(shí)現(xiàn)品位提升，最后在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的裝置，主要包括 低壓壓氣機(jī)將空氣升至一定壓力；間冷器對(duì)升至一定壓力的空氣進(jìn)行冷卻降溫； 高壓壓氣機(jī)將空氣升壓至Brayton循環(huán)的最高壓力； 燃料壓氣機(jī)將燃料氣體升壓至重整反應(yīng)的壓力； 泵將淡水升壓至重整反應(yīng)的壓力；回?zé)崞骼猛钙脚艢鈱?duì)水蒸汽與壓縮后燃料氣體的混合氣、壓縮后的空氣進(jìn)行加重整器由煙氣供熱，使燃料與水蒸汽在壓力下進(jìn)行化學(xué)重整反應(yīng)； 燃燒室合成氣和空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)，得到高溫氣體； 燃?xì)馔钙礁邷厝細(xì)馀蛎涀龉?；發(fā)電機(jī)與燃?xì)馔钙竭B接，將燃?xì)馔钙疆a(chǎn)生機(jī)械功轉(zhuǎn)化為電能輸出； 省煤器由煙氣供熱，加熱淡水流股至重整反應(yīng)壓力下的飽和態(tài)； 蒸發(fā)器利用太陽能將重整反應(yīng)壓力下的飽和水蒸發(fā)； 太陽能集熱器收集太陽能；加壓后的水送入省煤器加熱至重整壓力下的飽和水態(tài)，再進(jìn)入太陽能集熱器供熱的蒸 發(fā)器加熱為蒸汽，與燃料壓氣機(jī)壓縮后的燃料氣體混合后送入回?zé)崞鬟M(jìn)一步被加熱，隨后 進(jìn)入重整器發(fā)生吸熱反應(yīng)，生成的合成氣送入燃燒室；空氣經(jīng)低壓壓氣機(jī)壓縮后，送入間冷 器進(jìn)行冷卻，再送入高壓壓氣機(jī)壓縮至Brayton循環(huán)的最高壓力，隨后送入回?zé)崞鬟M(jìn)一步 被加熱，最后送入燃燒室，與合成氣燃燒生成高溫燃?xì)?，送入燃?xì)馔钙脚蛎涀龉Γ瑢?shí)現(xiàn)動(dòng)力 輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，重整器熱側(cè)進(jìn)口為燃?xì)馔钙脚艢?，出口連接回?zé)?器，冷側(cè)進(jìn)口與回?zé)崞鬟B接，出口連接燃燒室。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，回?zé)崞鳠醾?cè)進(jìn)口與重整器連接，出口連接省煤器， 冷側(cè)進(jìn)口與高壓壓氣機(jī)、燃料氣體與蒸汽的混合室連接，出口分別連接燃燒室、重整器。
5.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，蒸發(fā)器所需熱量由太陽能集熱器提供，進(jìn)口與省煤 器相連，出口蒸汽與壓縮后燃料氣體進(jìn)行混合。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，省煤器熱側(cè)進(jìn)口與回?zé)崞鬟B接，冷側(cè)出口連接蒸發(fā) 器，進(jìn)口與泵相連。
7.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，壓縮空氣的低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)之間布置了 間冷器。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，空氣采用了間冷壓縮。
9.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，回?zé)崞鞯睦鋫?cè)布置了壓縮后燃料氣體與水蒸汽的 混合氣體、壓縮后的空氣兩股物流。
全文摘要
一種中低溫太陽熱能品位間接提升的方法，在化學(xué)回?zé)嵫h(huán)中引入中低溫太陽熱能，提供蒸汽蒸發(fā)潛熱從而轉(zhuǎn)化為蒸汽內(nèi)能，通過蒸汽參與重整反應(yīng)轉(zhuǎn)化為合成氣化學(xué)能，實(shí)現(xiàn)品位提升，最后在燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換。由于本發(fā)明引入了太陽能，而改善了透平排煙余熱回收，減少了化石能源消耗，同時(shí)增加蒸汽產(chǎn)率，增進(jìn)化學(xué)回?zé)?、物理回?zé)崾找妗Ｌ柲軣徂D(zhuǎn)功凈效率可達(dá)25～30％，和常規(guī)化學(xué)回?zé)嵫h(huán)相比，效率提高5.7個(gè)百分點(diǎn)，化石能源節(jié)約率可達(dá)20～30％，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了CO2減排?？梢?，本方法具有良好的經(jīng)濟(jì)性和廣闊的工程應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)F02C3/22GK102061994SQ20091023783
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者張娜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所