CN102003696B - 分级腔体式太阳能吸热器以及换热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分级腔体式太阳能吸热器，包括太阳能反射器和吸热器，其特征在于：所述的吸热器包括独立的第一级吸热器和第二级吸热器，即布置有蒸发受热面的第一级吸热器和布置有过热受热面的第二级吸热器，蒸发受热面和过热受热面之间通过汽包连接。本发明的有益效果是这样有针对性地设置聚光器和吸热器的，可以有效分配热流密度，保证吸热器的安全性和降低运行难度；可适当提高吸热器管子壁厚以提高工质压力等级，提高机组效率；将聚光器进行分组布置，控制受热器中各部分的热流密度在合理范围内，通过这种布置可以降低吸热器附近的温度，减少聚焦后的太阳能热辐射损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于有针对性地提高太阳能热发电厂效率和安全性的装置，具体的说是一种用于太阳能热电站中的太阳能吸热器。
背景技术
太阳能热电站是利用众多的镜子聚焦太阳辐射能，再利用聚焦后的辐射能加热介质产生电能。这种热电站可以由太阳能发电回路独立存在，也可以与采用化石燃料的水—蒸汽发电回路共同构成热电站。太阳能发电回路由不同种类的聚光器和吸热器及换热器组成。化石燃料的水—蒸汽发电回路则由燃油／燃气锅炉和换热器组成。在此，太阳能发电回路是由众多聚光器将太阳光线聚焦在位于聚光器中间位置的吸热器上，太阳能被吸收并作为热能传递给吸热器中的传热介质。在太阳能发电部分内还可以引入各种可能的储热器（诸如熔盐、蒸汽、固体储热器等）以及化石燃料锅炉辅助工作，以便确保均匀、稳定的热源输入。类似结构的太阳能热电站在中国发明专利“有针对性地提高太阳能热电厂发电量的方法及装置”CN101379292A中和中国发明专利“考虑余热利用的太阳能热力发电装置”CN101592136A中有所描述。
由于日照具有不可控的特性和受到现有集热器技术限制，现有的太阳能发电回路中的吸热器常常运行在较大的辐射变动范围状态，如果不对吸热器采用合适的结构设计，电站效率和安全性都存在很多问题；主要表现在：①、全部集热器的热能都集中在很小的范围之内，腔体内热流密度过大，必须使吸热器有很强的热交换能力才能确保其安全；②、腔体内温度过高，增大了光锅炉的热损失；③、为保证高温腔体内的受热面安全，必须加大金属管换热能力，这样限制了换热管的壁厚，从而限制了锅炉压力参数的提高，降低了机组效率；④、过大的热流密度设计，在系统出现故障时将严重威胁吸热器安全。
因此，本发明一方面通过对集热器的结构和布置进行创新设计，以保证聚焦太阳能辐射能量的均匀分布和水—蒸汽受热面换热性能的协调性；另一方面在创新设计基础上，采用提高蒸汽运行参数特别是提高蒸汽温度的方法来提高电站效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种保证聚焦太阳能辐射能量的均匀分布的分级腔体式太阳能吸热器。
本发明的技术方案如下：
一种分级腔体式太阳能吸热器，包括太阳能反射器和吸热器，其特征在于：所述的吸热器包括独立的第一级吸热器和第二级吸热器，即布置有蒸发受热面的第一级吸热器和布置有过热受热面的第二级吸热器，蒸发受热面和过热受热面之间通过汽包连接。
本发明的附加技术方案如下：
优选地，所述的太阳能反射器分为至少两组，其中至少有一组是反射方向可以在第一级吸热器和第二级吸热器之间切换的反射器。
优选地，所述分组为两组，另外一组太阳能反射器的反射方向朝向第一级吸热器。
一种使用上述分级腔体式太阳能吸热器的换热系统，其特征在于：该系统包括驱动发电机的低压汽轮机和高压汽轮机，其中第二级吸热器的换热介质出口连接至高压汽轮机，高压汽轮机的换热介质出口连接至气液分离器，气液分离器的液相出口连接至第一级吸热器的换热介质的进口，在第二级吸热器的换热介质出口和第一级吸热器的换热介质的进口之间还并联有至少一个换热器，气液分离器的气相出口管道经过换热器连接至低压汽轮机的换热介质的进口，低压汽轮机的换热介质的出口连接至气液分离器。
优选地，在上述换热系统中还并联有化石燃料水蒸汽回路，化石燃料水蒸汽回路的高温换热介质出口连接至高压汽轮机的换热介质进口，化石燃料水蒸汽回路的换热介质进口连接至气液分离器的液相出口。
优选地，在上述换热系统中，所述的太阳能反射器分为至少两组，其中一组为反射方向可以在第一级吸热器和第二级吸热器之间切换的可调反射器;在换热系统启动阶段，可调反射器朝向第一级吸热器，在换热系统运行阶段，可调反射器朝向第二级吸热器。
本发明的有益效果如下：将吸热器分级，可以有效分配热流密度，保证吸热器的安全性和降低运行难度；在合理的热流密度状态下，可适当提高吸热器管子壁厚以提高工质压力等级，提高机组效率；将聚光器进行分组布置，控制受热器中各部分的热流密度在合理范围内，通过这种布置可以降低吸热器附近的温度，减少聚焦后的太阳能热辐射损失；通过调控可调反射器，可以在电站启动初期，当过热蒸汽受热面中没有过热蒸汽流入时，将反射器调整对着第一级吸热器，延长了吸热器的有效工作时间，提高了电站效率，避免传统技术中在启动阶段，过热换热面中无过热蒸汽时，吸热器中的过热蒸汽受热面只能冲入饱和水或蒸汽，导致电站被迫处于等待启动状态。在本发明的一个优选实施例中高压汽轮机和低压汽轮机之间对水蒸气回路的水蒸气进行中间加热，在这种设计中，太阳能场的能量完全用于高压汽轮机的运行。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明具体实施例的示意图。
具体实施方式
如图1 所示，本发明的具体实施例1，根据本发明的太阳能热电厂1。在此，太阳能热电厂1由太阳能聚光场2和太阳能水蒸汽回路3及化石燃料水蒸汽回路4和常规发电系统5共同组成。在该发电回路中，有多个太阳能反射器聚光场2和多个太阳能吸热器8，太阳能吸热器8吸热器包括独立的第一级吸热器6和第二级吸热器7，即布置有蒸发受热面的第一级吸热器6和布置有过热受热面的第二级吸热器7，蒸发受热面和过热受热面之间通过汽包连接。蒸发受热面将给水加热产生饱和蒸汽并将饱和蒸汽输送到过热蒸汽受热面中产生过热蒸汽，过热蒸汽可以直接传输到高压汽轮机13带动发电机14发电，也可以传输到一个或多个换热器12中，传输比例由三通阀9进行调节，高压汽轮机13的换热介质出口连接至气液分离器15，气液分离器15的液相出口连接至第一级吸热器6的换热介质的进口，在第二级吸热器7的换热介质出口和第一级吸热器6的换热介质的进口之间还并联有至少一个换热器12，气液分离器6的气相出口管道经过换热器12连接至低压汽轮机17的换热介质的进口带动发电机14发电，低压汽轮机17的换热介质的出口连接至气液分离器15。化石燃料水蒸汽回路中的传统化石燃料锅炉16高温换热介质出口连接至高压汽轮机的换热介质进口，化石燃料水蒸汽回路的换热介质进口连接至气液分离器15的液相出口。这些换热器例如通过对流换热将能量提供给传统化石燃料锅炉16，这样冷却过的传热介质被传输回吸热器8或化石燃料锅炉16中。这例如可以借助太阳能蒸汽回路3中的太阳能回路给水泵10和调节阀11或化石燃料水蒸气回路4中的给水泵18来实现。
优选地，在上述换热系统中，所述的聚光场2中的太阳能反射器分为至少两组，其中一组为反射方向可以在第一级吸热器和第二级吸热器之间切换的可调反射器;在换热系统启动阶段，可调反射器朝向第一级吸热器，在换热系统运行阶段，可调反射器朝向第二级吸热器。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (1)
1.一种分级腔体式太阳能吸热器，包括太阳能反射器和吸热器，其特征在于：所述的吸热器包括独立的第一级吸热器和第二级吸热器，即布置有蒸发受热面的第一级吸热器和布置有过热受热面的第二级吸热器，蒸发受热面和过热受热面之间通过汽包连接；太阳能反射器分为至少两组，其中至少有一组是反射方向可以在第一级吸热器和第二级吸热器之间切换的反射器。
2.根据权利要求1所述的分级腔体式太阳能吸热器，其特征在于，所述太阳能反射器分为两组，另外一组太阳能反射器的反射方向朝向第一级吸热器。
3.一种使用权利要求1所述的分级腔体式太阳能吸热器的换热系统，其特征在于：该系统包括驱动发电机的低压汽轮机和高压汽轮机，其中第二级吸热器的换热介质出口连接至高压汽轮机，高压汽轮机的换热介质出口连接至气液分离器，气液分离器的液相出口连接至第一级吸热器的换热介质的进口，在第二级吸热器的换热介质出口和第一级吸热器的换热介质的进口之间还并联有至少一个换热器，气液分离器的气相出口管道经过换热器连接至低压汽轮机的换热介质的进口，低压汽轮机的换热介质的出口连接至气液分离器。
4.根据权利要求3所述的换热系统，其特征在于，在该换热系统中还并联有化石燃料水蒸汽回路，化石燃料水蒸汽回路的高温换热介质出口连接至高压汽轮机的换热介质进口，化石燃料水蒸汽回路的换热介质进口连接至气液分离器的液相出口。
5.根据权利要求3或4所述的换热系统，其特征在于，在该换热系统中，所述的太阳能反射器分为至少两组，其中一组为反射方向可以在第一级吸热器和第二级吸热器之间切换的可调反射器;在换热系统启动阶段，可调反射器朝向第一级吸热器，在换热系统运行阶段，可调反射器朝向第二级吸热器。
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