CN102748252A - 二次反射塔式太阳能光热电站熔盐热工系统 - Google Patents

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张晨
陈丽君
鞠凤鸣
赵欢欢
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Abstract

二次反射塔式太阳能光热电站熔盐热工系统，它涉及一种熔盐热工系统。以解决现有太阳能光热电站熔盐热工系统采用高塔集热并使用塔顶吸热器，因塔顶吸热器位置高使其安装维护困难、系统成本和附加损耗高，吸热、储热使用蒸汽、油等工质，使系统成本和技术风险居高不下的问题。所述工质流体注入到冷熔盐充注管路中，冷熔盐充注管路与冷罐连通，冷罐和吸热器之间通过吸热器冷熔盐管路连通，吸热器热熔盐管路的两端分别与吸热器、热罐连通，蒸汽发生器热熔盐管路的两端分别与热罐、蒸汽发生器连通，蒸汽发生器与冷罐之间通过蒸汽发生器冷熔盐管路连通，蒸汽发生器与发电系统通过蒸汽发生器蒸汽管路连通。本发明用于二次反射塔式光热电站。

Description

二次反射塔式太阳能光热电站熔盐热工系统
技术领域
本发明涉及一种熔盐热工系统，具体涉及一种二次反射塔式太阳能光热电站熔盐热工系统。
背景技术
现有塔式太阳能光热电站为一次反射式，吸热器均安装在聚光塔塔顶，吸热和蓄热工质采用不同工质，吸热工质通常为水、油、等，蓄热工质通常为油、盐或多孔陶瓷。现有塔式太阳能光热电站熔盐热工系统中，太阳光经定日镜场聚焦到塔顶吸热器，光能转换成热能，被经泵输送到吸热器的吸热工质带走，直接或间接生成蒸汽，驱动汽轮机转动，汽轮机带动电机发电。为了实现稳定连续发电，通常需要增设蓄热装置，当日照充足时，将富余热量通过蓄热装置进行蓄热备用，当日照不足或夜间时，开启蓄热装置，直接或间接产生蒸汽，驱动汽轮机转动，汽轮机带动电机发电。对于一次反射的集热高塔，吸热器布置于塔顶，受塔顶风速的影响，吸热器外部的热损失较大；在高塔上安装大体积的吸热器系统给工程带来许多难题，且吊装过程对环境要求较高，风险极大；热工系统运行过程中，需要配置高扬程高温工质泵，将吸热工质泵入塔顶的吸热器，增加系统投资及厂用电的耗用；从地面到高塔吸热器的吸热工质管道较长，系统复杂，成本提升的同时，也增加了泄漏风险和维修检查的难度。对于水/蒸汽热工系统，吸热工质为水，水通过泵输送到位于塔顶的吸热器，在吸热器中被加热后，发生相变，成为高温高压蒸汽，一部分蒸汽直接进入汽轮机，另一部分蒸汽进入一级蓄热器(汽包)，进行蒸汽蓄热，还有一部分蒸汽进入储热热交换器，将热量传递给来自冷罐的低温蓄热工质，蓄热工质吸热升温后进入热罐蓄热备用，当日照不足或夜间时，开启一级蓄热器和热罐，通过蒸汽发生器产生蒸汽，驱动汽轮机转动，汽轮机带动电机发电。受蒸汽在高温状态下的高压影响，整个系统处于高压运行状态，系统成本高，系统运行风险大，安全性和可靠性差。
对于采用导热油的热工系统，导热油仅适用于400℃以下的场合，限制了塔式系统接收器的聚焦温度。高温状态油泄漏入大气，成为有毒易燃易爆气体，容易引发火灾，且油的价格昂贵。对于空气热工系统，吸热工质为空气，空气在塔顶吸热器中被加热至高温，一部分高温高压空气直接进入燃气轮机发电，另一部分高温空气进入蓄热器(多孔陶瓷)，进行多孔陶瓷蓄热，当日照不足或夜间时，开启蓄热器，通过蒸汽发生器产生蒸汽，驱动汽轮机转动，汽轮机带动电机发电。受空气热值较低影响，吸热器的设计难度大，极易产生过热，热效率低。
综上，现有太阳能光热电站熔盐热工系统在使用中存在的问题是现有太阳能光热电站熔盐热工系统采用高塔集热并使用塔顶吸热器，因塔顶吸热器位置高使其安装维护困难、系统成本和附加损耗高，吸热、储热使用蒸汽、油等工质，使系统成本和技术风险居高不下的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种二次反射塔式太阳能光热电站熔盐热工系统，以解决现有太阳能光热电站熔盐热工系统采用高塔集热并使用塔顶吸热器，因塔顶吸热器位置高使其安装维护困难、系统成本和附加损耗高，吸热、储热使用蒸汽、油等工质，使系统成本和技术风险居高不下的问题。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：所述二次反射塔式太阳能光热电站熔盐热工系统包括吸热器、冷罐、热罐、蒸汽发生器、冷熔盐充注管路、吸热器冷熔盐管路、吸热器热熔盐管路、蒸汽发生器热熔盐管路、蒸汽发生器冷熔盐管路、给水管路、蒸汽发生器蒸汽管路、定日镜场、工质流体、发电系统和二次反射镜，所述吸热器、冷罐、热罐、蒸汽发生器、定日镜场和发电系统均落地设置，所述二次反射镜安装在塔架上，所述工质流体为熔盐流体，所述工质流体注入到冷熔盐充注管路中，所述冷熔盐充注管路与冷罐连通，冷罐和吸热器之间通过吸热器冷熔盐管路连通，吸热器热熔盐管路的一端与吸热器连通，吸热器热熔盐管路的另一端与热罐连通，蒸汽发生器热熔盐管路的一端与热罐连通，蒸汽发生器热熔盐管路的另一端与蒸汽发生器连通，蒸汽发生器与冷罐之间通过蒸汽发生器冷熔盐管路连通，蒸汽发生器与发电系统通过蒸汽发生器蒸汽管路连通，蒸汽发生器上还连通有给水管路。
本发明与现有技术相比包含的有益效果是：本发明中的“二次反射”是指太阳光经定日镜场反射聚焦到二次反射镜上，又经二次反射镜反射聚焦到吸热器上，本发明充分发挥二次反射系统的特点，将吸热器、冷罐、热罐、蒸汽发生器、定日镜场和发电系统均落地设置安装在地面上，便于安装维护，安装稳固，减小管路电伴热耗电量和输送泵扬程，降低附加损耗；本发明的工质流体为熔盐流体，工质流体采用价格低廉的熔盐作为吸热和蓄热工质使吸热和蓄热共用同一工质，无需设置双级蓄热和储热热交换器，使本发明得到极大的简化；本发明处于无压运行状态且整个运行过程无相变，有效降低技术风险；本发明中的工质流体的热容大，使本发明中的吸热器的结构与现有技术相比设计更加紧凑，有效降低热损的同时也减少了制造成本；本发明中的工质流体的蓄热能力强，使本发明实现长期连续供电。
附图说明
图1是本发明的流程框架图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明，二次反射塔式太阳能光热电站熔盐热工系统包括吸热器1、冷罐2、热罐3、蒸汽发生器4、冷熔盐充注管路5、吸热器冷熔盐管路6、吸热器热熔盐管路7、蒸汽发生器热熔盐管路8、蒸汽发生器冷熔盐管路9、给水管路10、蒸汽发生器蒸汽管路11、定日镜场12、工质流体13、发电系统14和二次反射镜15，所述吸热器1、冷罐2、热罐3、蒸汽发生器4、定日镜场12和发电系统14均落地设置，所述二次反射镜15安装在塔架上，所述工质流体13为熔盐流体，所述工质流体13注入到冷熔盐充注管路5中，所述冷熔盐充注管路5与冷罐2连通，冷罐2和吸热器1之间通过吸热器冷熔盐管路6连通，吸热器热熔盐管路7的一端与吸热器1连通，吸热器热熔盐管路7的另一端与热罐3连通，蒸汽发生器热熔盐管路8的一端与热罐3连通，蒸汽发生器热熔盐管路8的另一端与蒸汽发生器4连通，蒸汽发生器4与冷罐2之间通过蒸汽发生器冷熔盐管路9连通，蒸汽发生器4与发电系统14通过蒸汽发生器蒸汽管路11连通，蒸汽发生器4上还连通有给水管路10。本实施方式中的发电系统14包含汽轮机及电机，汽轮机带动电机发电，其过程为蒸汽发生器4产生的蒸汽通过蒸汽输送管路11进入发电系统14的汽轮机内驱动汽轮机运转工作，汽轮机带动电机发电；本实施方式中的塔架与现有技术中的塔架结构相同，仅高度不同，本实施方式中的塔架高度为80～120米。
具体实施方式二：结合图1说明，本实施方式中所述工质流体13为硝酸钠和硝酸钾的混合流体。这种流体为熔融状态的工质流体13，经实验得出以硝酸钠和硝酸钾的混合流体作为工质流体13的发明效果更好。该熔盐密度大，在热容量一定时可减小蓄热系统的设备体积；熔盐的价格低廉，可降低电站整体投资；熔盐无毒，高温常压下为液体，不挥发，非易燃易爆品，系统可靠性好。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明，本实施方式中所述工质流体13中的硝酸钠和硝酸钾的质量比为3∶2。这个质量比例为实现发明目的的最佳比例，此比例的熔盐在220℃时开始熔化，在600℃以下热性能稳定，热效率高，满足塔式光热电站450～550℃的操作温度，可保证发电效率提高到40％。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
工作原理：
太阳光经定日镜场12反射聚焦到二次反射镜15上，又经二次反射镜15反射聚焦到吸热器1上，冷罐2中的低温的工质流体13通过吸热器冷熔盐管路6输送到地面上的吸热器1，低温的工质流体13在吸热器1中被加热成高温的工质流体13后通过吸热器热熔盐管路7进入热罐3，然后通过蒸汽发生器热熔盐管路8进入蒸汽发生器4，在蒸汽发生器4中进行盐水换热后，高温的工质流体13变为低温的工质流体13回到冷罐2中，蒸汽发生器4中产生的蒸汽通过蒸汽输送管路11输送到发电系统14。

Claims (3)

1.一种二次反射塔式太阳能光热电站熔盐热工系统，所述二次反射塔式太阳能光热电站熔盐热工系统包括吸热器(1)、冷罐(2)、热罐(3)、蒸汽发生器(4)、冷熔盐充注管路(5)、吸热器冷熔盐管路(6)、吸热器热熔盐管路(7)、蒸汽发生器热熔盐管路(8)、蒸汽发生器冷熔盐管路(9)、给水管路(10)、蒸汽发生器蒸汽管路(11)、定日镜场(12)、工质流体(13)、发电系统(14)和二次反射镜(15)，其特征在于所述吸热器(1)、冷罐(2)、热罐(3)、蒸汽发生器(4)、定日镜场(12)和发电系统(14)均落地设置，所述二次反射镜(15)安装在塔架上，所述工质流体(13)为熔盐流体，所述工质流体(13)注入到冷熔盐充注管路(5)中，所述冷熔盐充注管路(5)与冷罐(2)连通，冷罐(2)和吸热器(1)之间通过吸热器冷熔盐管路(6)连通，吸热器热熔盐管路(7)的一端与吸热器(1)连通，吸热器热熔盐管路(7)的另一端与热罐(3)连通，蒸汽发生器热熔盐管路(8)的一端与热罐(3)连通，蒸汽发生器热熔盐管路(8)的另一端与蒸汽发生器(4)连通，蒸汽发生器(4)与冷罐(2)之间通过蒸汽发生器冷熔盐管路(9)连通，蒸汽发生器(4)与发电系统(14)通过蒸汽发生器蒸汽管路(11)连通，蒸汽发生器(4)上还连通有给水管路(10)。
2.根据权利要求1所述二次反射塔式太阳能光热电站熔盐热工系统，其特征在于所述工质流体(13)为硝酸钠和硝酸钾的混合流体。
3.根据权利要求1或2所述二次反射塔式太阳能光热电站熔盐热工系统，其特征在于所述工质流体(13)中的硝酸钠和硝酸钾的质量比为3∶2。
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