CN102425784B

CN102425784B - 光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置及其运行方法

Info

Publication number: CN102425784B
Application number: CN201110311489.0A
Authority: CN
Inventors: 张雷; 郭廷伟; 刘明松; 刘平心; 刘国敏; 何毅; 殷建平; 田洪增
Original assignee: CHANGZHOU SUNHOME SOLAR WATER HEATER MANUFACTURE Co Ltd
Current assignee: CHANGZHOU SUNHOME SOLAR WATER HEATER MANUFACTURE Co Ltd
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: CN102425784A

Abstract

本发明涉及一种光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置及其运行方法，由蒸汽发生级罐体、过热蒸汽发生级罐体及蒸汽干燥级罐体组成，运行时高温加热介质通过连通管路预热三级罐体和螺旋盘管直至所需温度，再通过螺旋盘管注入熔盐载热体，然后通过喷淋器注入高温水，在蒸汽发生级罐体内转化为蒸汽，通过饱和蒸汽发生级罐体和干燥级罐体实现所需的高温高压过热蒸汽。本发明不仅能够产生高温过热蒸汽；而且使用熔盐换热，具有很好的耐腐蚀性和耐冲刷性；同时采用喷淋器和过滤网装置，能够让进入发生器的水瞬间气化，大大提高了蒸汽产生的效率；罐体可以预热，这样就不会产生因为熔盐的凝固点高在进入换热管就会凝固堵塞而造成设备停车的问题。

Description

光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种光热发电领域，尤其是一种光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置及其运行方法。

背景技术

光、热能中高温热利用技术作为低成本且具有规模化前景的清洁能源技术，是我国国民经济可持续发展的战略性新能源技术。光、热能中高温热利用系统主要由聚光系统、吸热系统、蓄热系统以及热利用装置组成。由于光、热能具有间歇性和不稳定性，很难满足工业化大规模连续稳定供能的要求，因此必须发展高效蓄热技术，才能有效解决太阳能转换、传输与储存问题。

熔盐由于具有热容大、稳定性高、工作温度范围广的显著优势，是目前中高温光、热能热利用系统中广泛采用的传热与蓄热介质。由于蒸汽的输运和使用方便，目前蒸汽广泛应用于发电、化工、食品等行业，因此如何把熔盐蓄热转化为蒸汽也就成为太阳能中高温热利用的关键技术之一。

光、热能产蒸汽是太阳能规模化利用的重要形式，目前有多种基于玻璃真空管集热的蒸汽发生器，而基于熔盐传热蓄热功能的蒸汽发生器有套管式蒸气发生装置。熔盐套管式蒸气发生装置使用夹套外壁耐高温选择性涂层吸收太阳辐射能，并将吸收热量传递给熔盐套管内的熔盐，进一步传给蛇形内管的水形成蒸汽。在太阳能热发电等规模化的太阳能中高温热利用系统中，熔盐套管式蒸气发生装置存在一些缺陷：(1)由于管壁吸收的热能遁过套管内熔盐直接传给管内水工质，熔盐主要起传热作用，并且由于套管内熔盐的蓄热量较少，熔盐工质与熔盐槽的蓄热功能并未得到充分应用；(2)由于套管外太阳能辐射的实时变化，套管内熔盐内能变化与蒸发过程相耦合，套管系统整个传热过程和水蒸汽的参数不易控制；(3)由于蛇形吸热管本体结构较为复杂，其套管的加工难度大，因此难于规模化利用；（4）系统大多为单级，无法产生过热蒸汽。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种能够产生高温过热蒸汽、安全可靠的光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置及其运行方法。

本发明所采用的技术方案为：一种光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置，包括外层加固罐体以及设置在外层加固罐体内、相互连通的干燥级罐体、饱和蒸汽级罐体和蒸汽发生级罐体3个内置罐体，所述的3个内置罐体与外层加固罐体之间填充有保温层；所述的3个内置罐体内均设置有螺旋盘管，并且3个内置罐体内的螺旋盘管通过连接管路相连通；所述的蒸汽发生级罐体产生的蒸汽依次经过饱和蒸汽级罐体和蒸汽发生级罐体后转换为高压过热干燥蒸汽通过干燥级罐体顶端设置的蒸汽出口排出外层加固罐体外部。

具体的说，为了能够高温蒸汽，本发明所述的蒸汽发生级罐体的内腔上端设置有喷淋器，所述的喷淋器的一端通过管路连通设置在外层加固罐体外表面的高温水进口；喷淋器的上方、下方螺旋盘管设置有高温雾化滤网；

为了在喷淋的过程中很好的控制高温水的流量，本发明所述的蒸汽发生级罐体的内腔壁上设置有水位控制仪；所述的水位控制仪设置在距离蒸汽发生级罐体底部的三分之一的高度处。

本发明所述的蒸汽发生级罐体的下端设置有高温熔盐载热体出口，所述的高温熔盐载热体出口连通蒸汽发生级罐体内腔的螺旋盘管；所述的蒸汽发生级罐体的下端还设置有高温加热介质出口。所述的蒸汽发生级罐体与饱和蒸汽级罐体之间的连接通道上设置有配合工作的测压仪表和高温高压控制阀。

再进一步的说，本发明所述的干燥级罐体的上端设置有与罐体内腔相通的高温预热介质进口；干燥级罐体内的螺旋盘管连通外层加固罐体上端设置的高温熔盐载热体进口，所述的进口上加装有氮气进口。

更进一步的说，为了节省空间，本发明所述的外层加固罐体以及其内部的3个内置罐体均为立式结构。

同时，本发明还提供了一种光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置的运行方法，包括以下步骤：

1）从干燥级罐体的高温预热介质进口向3个内置罐体内通入高温预热介质进行预热；

2）从干燥级罐体的高温熔盐载热体进口通入高温熔盐载热体，载热体通过螺旋盘管依次提升干燥级罐体、饱和蒸汽级罐体和蒸汽发生级罐体的罐体温度；

3）高温水通过进口注入高温水至喷淋器，喷淋器喷洒高温水向雾化滤网，使高温热水形成细小雾气，并与高温加热的螺旋盘管充分接触转换为高温蒸汽；

4）当上述高温蒸汽压力达到设置的额定值时，高温高压调节阀门打开，高温高压蒸汽进入饱和蒸汽级罐体，通过进一步加热使其转化为饱和蒸汽；

5）饱和蒸汽通过连接通道进入干燥级罐体，进一步转换为高压过热干燥蒸汽，通过蒸汽出口流出。

具体的说，所述的步骤3）中，高温水通过进口进入高温水喷淋器时，进口的流量通过设置在蒸汽发生级罐体的下端、距离蒸汽发生级罐体底部的三分之一的高度处的水位控制仪上的控制开关进行调节。

当装置停止运行时，打开高温加热介质水出口上的控制阀门，借助蒸汽发生器内的自身蒸汽压力，通过高温加热介质出口将凝结水全部排出；并从氮气进口注入氮气，助推螺旋盘管内高温熔盐载热体排出。

本发明的有益效果是：1、能够产生高温过热蒸汽；2、使用熔盐换热，并且具有很好的耐腐蚀性和耐冲刷性；3、采用喷淋器和过滤网装置，能够让进入发生器的水瞬间气化，大大提高了蒸汽产生的效率；4、罐体可以预热，这样就不会产生因为熔盐的凝固点高在进入换热管就会凝固堵塞而造成设备停车的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的结构示意图；

图中：1、高温预热介质进口；2、高温预热介质连通管路；3、高温加热介质出口；4、干燥级罐体；5、饱和蒸汽级罐体；6、蒸汽发生级罐体；7、高温熔盐载热体进口；8、螺旋盘管；9、连接管路；10、外层加固罐体；11、保温层；13、高温熔盐载热体出口；14、侧压仪表；15、高温高压控制阀；16、连接通道；17、高温水进口；18、喷淋器；19、高温雾化滤网；20、蒸汽出口；21、水位控制仪；22、氮气进口。

具体实施方式

现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

一种光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置，由蒸汽发生级、过热蒸汽发生级及蒸汽干燥级组成，运行时高温加热介质通过连通管路预热三级罐体和盘管直至所需温度，再通过螺旋盘管注入熔盐载热体（或其他相变材料），然后通过喷淋器注入高温水，在蒸汽发生级转化为蒸汽，通过饱和蒸汽发生级和干燥级实现所需的高温高压过热蒸汽。

如图1所示，在外层加固罐体10内设计蒸汽发生级罐体6、饱和蒸汽级罐体5和干燥级罐体4三个高承压椭圆（或非椭圆）罐体，三级罐体通过法兰连接并相通，外置耐高温保温层11；干燥蒸汽级罐体4顶端设置蒸汽出口20、高温预热介质进口1和高温熔盐载热体进口7，高温熔盐载热体进口7处设置氮气进口22；三级罐体连接高温预热介质连通管路2，每个高承压椭圆（或非椭圆）罐体内置螺旋盘管8，并通过连接管路9连通。蒸汽发生级罐体6顶部设置高温水进口17，内置喷淋器18和高温雾化滤网19，罐体三分之一高度处设置水位控制仪21，顶部与饱和蒸汽级罐体5连接处设置高温高压控制阀15和测压仪表14；蒸汽发生级罐体6下端设置高温加热介质出口3和高温熔盐载热体出口13。

高温预热介质通过进口1进入蒸汽干燥级罐体4，并通过连接通道16和连通管路2进入饱和蒸汽发生级罐体5及蒸汽发生级罐体6，将罐体及内部螺旋盘管预热至所需温度后通过出口3排出。

借助高温熔盐载热体（或其他相变材料）在螺旋盘管内流动换热加热各级罐体，其步骤如下：（1）高温熔盐载热体（或其他相变材料）通过进口7进入蒸汽干燥级罐体4的螺旋盘管，通过流动换热提升该级罐体温度；（2）通过连接管路进入饱和蒸汽级罐体5的螺旋盘管通过流动换热提升该级罐体温度；（3）通过连接管路进入蒸汽发生级罐体6的螺旋盘管通过流动换热提升该级罐体温度；（4）高温熔盐载热体（或其他相变材料）通过出口13流出；

预热过的高温水通过进口17进入高温水喷淋器18，高温水通过高温水喷淋器18喷洒向雾化滤网19，使高温热水形成细小雾气进入蒸汽发生级罐体6，与高温加热螺旋盘管充分接触转换为高温蒸汽，当蒸汽压力达到设置的额定值，高温高压调节阀门15打开，高温高压蒸汽进入饱和蒸汽级罐体5，通过进一步加热使其转化为饱和蒸汽，并通过联通通道16进入干燥级罐体4，进一步转换为高压过热干燥蒸汽，通过出口20流出；预热过的高温水通过进口17进入高温水喷淋器18时，进口17的流量通过水位控制仪21上的控制开关进行调节。

当系统停止运行时，打开出口3上的控制阀门，借助蒸汽发生器内的自身蒸汽压力，通过出口3将凝结水全部排出；并从进口22注入氮气，助推盘管内高温熔盐载热体（或其他相变材料）排出盘管，以免在盘管内残留凝固造成管路堵塞。

本发明能够产生高温过热蒸汽，因为一般的蒸汽在190度左右，但无法满足发电使用，所以必须实现过热干燥，使其达到340度以上才能满足汽轮机的需要。本发明设计的多级蒸汽发生器能够解决这个问题，而且将在以后的电站中广泛使用。

目前能使用熔盐换热的，国内厂家还没有生产过，国内厂家生产的蒸发器换热盘管一般采用12CrMo钢，耐熔盐腐蚀和冲刷性差，本发明采用316L不锈钢无缝钢管，提高了其耐腐和耐冲刷。

以上说明书中描述的只是本发明的具体实施方式，各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的具体实施方式做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。

Claims

1.一种光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置，其特征在于：包括外层加固罐体以及设置在外层加固罐体内、相互连通的干燥级罐体、饱和蒸汽级罐体和蒸汽发生级罐体3个内置罐体，所述的3个内置罐体与外层加固罐体之间填充有保温层；所述的3个内置罐体内均设置有螺旋盘管，并且3个内置罐体内的螺旋盘管通过连接管路相连通；所述的蒸汽发生级罐体产生的蒸汽依次经过饱和蒸汽级罐体和蒸汽发生级罐体后转换为高压过热干燥蒸汽通过干燥级罐体顶端设置的蒸汽出口排出外层加固罐体外部；所述的蒸汽发生级罐体的内腔上端设置有喷淋器，所述的喷淋器的一端通过管路连通设置在外层加固罐体外表面的高温水进口；喷淋器的下方、螺旋盘管上方设置有高温雾化滤网；所述的蒸汽发生级罐体的内腔壁上设置有水位控制仪；所述的蒸汽发生级罐体的下端设置有高温熔盐载热体出口，所述的高温熔盐载热体出口连通蒸汽发生级罐体内腔的螺旋盘管；所述的蒸汽发生级罐体的下端还设置有高温加热介质出口。

2.如权利要求1所述的光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置，其特征在于：所述的水位控制仪设置在距离蒸汽发生级罐体底部的三分之一的高度处。

3.如权利要求1所述的光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置，其特征在于：所述的蒸汽发生级罐体与饱和蒸汽级罐体之间的连接通道上设置有配合工作的测压仪表和高温高压控制阀。

4.如权利要求1所述的光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置，其特征在于：所述的干燥级罐体的上端设置有与罐体内腔相通的高温预热介质进口；干燥级罐体内的螺旋盘管连通外层加固罐体上端设置的高温熔盐载热体进口，所述的进口上加装有氮气进口。

5.如权利要求1所述的光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置，其特征在于：所述的外层加固罐体以及其内部的3个内置罐体均为立式结构。

6.一种光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置的运行方法，其特征在于包括以下步骤：

3）高温水通过高温水进口注入至喷淋器，喷淋器喷洒高温水向雾化滤网，使高温热水形成细小雾气，并与高温加热的螺旋盘管充分接触转换为高温蒸汽；

7.如权利要求6所述的光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置的运行方法，其特征在于：所述的步骤3）中，高温水通过进口进入高温水喷淋器时，进口的流量通过设置在蒸汽发生级罐体的下端、距离蒸汽发生级罐体底部的三分之一的高度处的水位控制仪上的控制开关进行调节。

8.如权利要求6所述的光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置的运行方法，其特征在于：装置停止运行时，打开高温加热介质水出口上的控制阀门，借助蒸汽发生器内的自身蒸汽压力，通过高温加热介质出口将凝结水全部排出。

9.如权利要求6所述的光热发电熔盐储能系统过热蒸汽发生装置的运行方法，其特征在于：装置停止运行时，从氮气进口注入氮气，助推螺旋盘管内高温熔盐载热体排出。