CN102893102A - 太阳能热力发电厂的传热介质回路的膨胀系统 - Google Patents

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Abstract

在太阳能热力发电厂的传热介质回路(1)的膨胀系统(11)中包括布置在所述传热介质回路(1)中的多个膨胀箱(12a、2b、12c)和/或浸水舱，其提供了一种解决方案，该解决方案可提供在技术上简化且建造成本较低的膨胀系统。这可由膨胀系统(11)实现，其包括多个膨胀箱(12a、2b、12c)，这些膨胀箱布置在基本上相同的高度面上且相互导流连通。

Description

太阳能热力发电厂的传热介质回路的膨胀系统
技术领域
本发明涉及太阳能热力发电厂的传热介质回路的膨胀系统，包括布置在传热介质回路中的多个膨胀箱和/或浸水舱。
此外，本发明涉及具有由抛物面槽型集热器形成的太阳能场的太阳能热力发电厂。
背景技术
太阳能热力发电厂具有传热介质回路以及与其功能性连通的水/蒸汽循环。传热介质或热交换介质在传热介质回路中循环，其中，在布置在抛物面槽型镜的聚焦线上的吸收器管中，介质被引导通过太阳能场，且在该太阳能场中由照射在抛物面槽型镜上且在其上反射的太阳光加热。太阳在太阳能热力发电厂的具有抛物面槽型镜的抛物面槽型集热器中的吸收器管上聚集热量，该热量通过热交换器传递至产生蒸汽的水/蒸汽循环。包含在蒸汽中的热能通过涡轮机转换成有用能，例如通过连接至涡轮机的发电机转换成电能。在具有抛物面槽型镜的太阳能热力发电厂中，热油通常用作为传热介质或热交换介质。由于在这样的太阳能热力发电厂运行期间发生在传热介质回路中的温度差，例如从白天到夜晚变化时发生的温度差，以及与之相关地，由于传热介质在白天比在夜晚更热而产生的体积变化，必须提供预防措施以用于补偿或膨胀系统，该系统平衡且补偿在温度升高的情况下传热介质回路的体积膨胀。
通过经验已知，可以设计一种膨胀系统，其由布置在地平面之上数米处的高架膨胀箱构成，并具有布置在膨胀箱之下且与膨胀箱导流连通的多个浸水舱，其中，根据发电厂的规模提供多个浸水舱。氮（N2）气垫形成在膨胀箱中，且位于膨胀箱中的传热介质的液面之上。已知的膨胀箱布置在传热介质回路的相对于水平面的最高点处。膨胀箱设置有排气阀，从而可以排出传热介质的产生气体的部分，例如油蒸汽。通过布置有泵阀系统的管，膨胀箱连接至浸水舱，从而使膨胀箱的填注水平面的调整能够适应于变化的操作条件。此外，泵和阀的设计具有冗余特征，使得能够确保膨胀系统的运行可靠性。
现有技术的缺点为投资成本高，与之相关地，该缺点由以下原因造成，即浸水舱和膨胀箱必须布置在地平面之上不同的高度处，使得热交换系统必须构建在不同高度上的至少两层中，其中膨胀系统为热交换系统的构成部分。
此外，必须成对地提供阀和泵。这也导致发电厂的内部能量消耗相对较高，因为具有冗余特征的泵会消耗电能。最后，（提高的）故障风险和相应的维护与维修支出也与泵和阀的存在相关。整个系统还必须并入太阳能热力发电厂的电厂控制系统中。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种解决方案，该解决方案可提供在技术上简化的且建造成本较低的膨胀系统。
根据本发明，在本文中更加详细描述的这种类型的膨胀系统中，该目的由包括多个膨胀箱的膨胀系统实现，这些膨胀箱基本上布置在相同的高度上且相互导流连通。
根据本发明，在本文中更加详细描述的这种类型的太阳能热力发电厂中，该目的由具有至少一个如权利要求1至10中任一项所述的膨胀系统的太阳能热力发电厂实现。
由于根据本发明膨胀系统的设计，不再需要将传热介质回路以及尤其是膨胀系统设计在两层中，膨胀系统由浸水舱和置于其上方的膨胀箱构成。这显著降低了投资成本和构建支出。此外，膨胀箱相互导流连通，使得在没有泵或其他阀的情况下，流体可独立地从一个膨胀箱流入邻近的膨胀箱，其中，在各膨胀箱中，在液面之下形成有导流连接，且因此在设置有各种数量的膨胀箱的各种情况下，在所有膨胀箱中整体建立传热介质的相同液面。通过该方式，不再需要膨胀箱之间的泵和阀，这显著减少了维护和维修操作。特别地，不再需要两个膨胀箱之间的可移动部分。除了降低投资成本和减少维护和维修支出，也降低了电能的内部消耗，且太阳能热力发电厂的电厂控制系统是空载的。基本上，根据本发明的膨胀系统包括至少一个膨胀箱，优选包括多个膨胀箱，所述膨胀箱安装在地平面处且与传热介质回路导流连通。
在一有利实施方式中，本发明提出，至少一个膨胀箱与传热介质回路的用于传导传热介质的管的横截面加宽部分导流连通。在用于循环传热介质的管中形成横截面加宽部分，使得可以排出在膨胀箱中产生的例如油蒸汽，因为在该加宽的管部分中传热介质的流速得以降低，且因此使得更容易排出来自流体流动的气体。
此外，根据本发明的一实施方式，若该管部分通向膨胀箱，这对于获得令人满意的气体排放效果是有利的。
此外，本发明的不同点在于，为实现从传导传热介质的管的正常横截面部分至该管的相对于正常横截面部分而加宽或放大的横截面部分的过渡（该过渡尽可能少地阻碍传热介质的流动且使得可获得令人满意的气体排放效果），横截面加宽管部分至少在传热介质回路的上游方向上具有过渡部分，该过渡部分优选具有均匀恒定变化的横截面，其通向传导传热介质的管的正常截面部分。其结果为，可以实现流速的均匀减小。此外，另一方面，为了实现当离开横截面加宽管部分时传热介质的流速的均匀增大，本发明提出，在各种情况下，横截面加宽的管部分在传热介质的上游方向和下游方向上具有优选带有均匀恒定变化的横截面的过渡部分，其通向传导传热介质的管的正常截面部分。
此外，在本发明的一实施方式中，若使用由相同的保护气体而形成的等压气垫对膨胀箱进行增压也是有利的。
在该情况下，本发明也提出，该压力也适当地处于传热介质的蒸汽压力之上。其结果是具有防止传热介质蒸发的优点。
膨胀系统所配备的膨胀箱的数量分别取决于发电厂的规模，且同样地，根据传热介质回路和太阳能热力发电厂的设计和容量而设计各膨胀箱的大小。在此情况下，基本上由分别选定的生产过程和输送过程来限制各膨胀箱的大小。
在一扩展中，本发明此外还提出，至少一个膨胀箱具有卸压阀形式的安全阀。其结果为，避免了压力升高超过允许量，且因此避免了在以连通管形式相互连接的膨胀箱中的气体的过度积聚。
此外，为了可以根据期望和要求而进行膨胀箱的排气，本发明提出，至少一个膨胀箱具有排气阀。若各膨胀箱的气垫舱或气室经由布置有排气阀的管、以导流连通的方式相互连接，则可以从控制室，例如排气阀可以作为放气阀，以此方式可以实现所设置的与排气阀导流连通的所有膨胀箱的均匀排气。
因此，本发明也提出，排气阀可以通过信号线由控制室控制。
最后，在太阳能热力发电厂的该实施方式中，本发明的不同之处在于，其仅具有一个或多个如权利要求1至10中任一项所述的膨胀系统。
具体实施方式
下面参考附图更加详细地示意性地描述本发明。该图示意性地示出了太阳能热力发电厂的传热介质回路1，由以循环的方式排布的管线2示意性地表示和表征了该回路。太阳能场3形成在传热介质回路1中，配备有抛物面槽型集热器，其中，在传热介质回路1中通过泵5或多个泵在流动方向4上移动的传热介质6吸收由抛物面槽型集热器的镜面反射的、热量形式的太阳辐射。被加热的传热介质6在具有多个热交换器的传热段7中将热量传至太阳能热力发电厂的水/蒸汽循环8。然后在传热段7的下游和泵5的上游，横截面加宽部分10形成在传热回路1的管9中。在各种情况下，在横截面加宽部分10的两端处，以在图中不明显可见的方式形成过渡部分，沿着该过渡部分，在该区域中形成从横截面加宽管部分10的横截面至传导传热介质6的管9的横截面的横截面恒定变化，使得该过渡部分从横截面加宽管部分10通向管9的正常横截面。横截面加宽管部分10为膨胀系统的组成部分，表示为虚线11。在该示范实施方式中，该膨胀系统11包括三个膨胀箱12a、12b、12c，其中中间的膨胀箱12b与横截面加宽管部分10导流连通，如箭头13a、13b所示。横截面加宽管部分10优选直接通向膨胀箱，即该示范实施方式中的膨胀箱12b。
膨胀箱12a、12b、12c至少近似地基本上位于相同的高度上，且在各种情况下，在其下部区域中通过流体管14a、14b相互连接，使得传热介质6的体积在各种情况下以下述方式形成和聚集在膨胀箱12a、12b、12c内，即在所有三个膨胀箱中实现同水平的流体表面。作为各膨胀箱12a、12b、12c之间的导流连通（相互连通的连接）的设计的结果，不再需要在这些膨胀箱之间和在流体管14a、14b中设计和布置泵或阀。各膨胀箱之间的流体交换是自动完成的。在流体表面之上，膨胀箱12a、12b、12c中的每一个配备有由保护气体构成的气垫，在该示范实施方式中例如为氮气。在该情况下，在膨胀箱12a、12b、12c中的每个中的压力相等且在在每个膨胀箱中也提供相同的保护气体。同样地，具有气垫的舱15a、15b、15c通过管16a、16b、16c相互导流连通。排气阀17布置在管16a、16b、16c中，且以未示出的方式通过信号线与控制中心或控制室功能性连通，排气阀可由控制室控制，取决于所期望的排气，其结果是能够排出来自膨胀箱12a、12b、12c的气垫的气体。
出于安全的原因，膨胀箱12a、12b、12c中的至少一个也配备有形成为卸压阀的安全阀18，该安全阀在不允许的高气压情况下从膨胀系统11中排出气体。
同样地，在该示范实施方式中，膨胀系统11包括三个膨胀箱12a、12b、12c，然而该膨胀系统可包括任意数量的膨胀箱，但其中至少一个膨胀箱的选择和设计取决于传热介质回路1和水/蒸汽循环的大小和设计且取决于太阳能热力发电厂的容量。
膨胀箱12a、12b、12c安装在地平面上，具具有通向管道部分10的凹陷，从而防止泵5的空运转，且由此对于维护和/或维修目的是简单易行的。

Claims (12)

1.一种太阳能热力发电厂的传热介质回路(1)的膨胀系统(11)，其包括布置在所述传热介质回路(1)中的多个膨胀箱(12a、2b、12c)和/或浸水舱，其特征在于，所述膨胀系统(11)包括多个膨胀箱(12a、2b、12c)，其布置在基本上相同的高度面上且相互导流连通。
2.如权利要求1所述的膨胀系统(11)，其特征在于，至少一个膨胀箱(12b)与用于传导传热介质(6)的传热介质回路(1)的管（9）的横截面加宽部分(10)导流连通。
3.如权利要求1或2所述的膨胀系统(11)，其特征在于，所述横截面加宽管部分(10)通向膨胀箱(12b)。
4.如权利要求2或3所述的膨胀系统(11)，其特征在于，所述横截面加宽管部分(10)至少在传热介质回路(1)的上游方向上具有过渡部分，所述过渡部分的横截面优选具有均匀恒定的变化，其通向用于传导传热介质(6)的管(9)的正常横截面。
5.如权利要求2至4中任一项所述的膨胀系统(11)，其特征在于，在各种情况下，所述横截面加宽管部分(10)在传热介质回路(1)的上游方向和下游方向上具有过渡部分，所述过渡部分的横截面优选具有均匀恒定的变化，其通向用于传导传热介质(6)的管(9)的正常横截面。
6.如上述权利要求中任一项所述的膨胀系统(11)，其特征在于，所述膨胀箱(12a、2b、12c)通过由相同的保护气体形成的等压气垫而增压。
7.如权利要求6所述的膨胀系统(11)，其特征在于，所述气垫的压力处于传热介质(6)的蒸汽压力之上。
8.如上述权利要求中任一项所述的膨胀系统(11)，其特征在于，至少一个膨胀箱(12a)具有卸压阀形式的安全阀(18)。
9.如上述权利要求中任一项所述的膨胀系统(11)，其特征在于，至少一个膨胀箱具有排气阀(17)。
10.如权利要求9所述的膨胀系统(11)，其特征在于，所述排气阀(17)可通过信号线由控制室控制。
11.一种具有由抛物面槽型集热器形成的太阳能场的太阳能热力发电厂，其特征在于，其具有至少一个如权利要求1至10中任一项所述的膨胀系统。
12.如权利要求11所述的太阳能热力发电厂，其特征在于，其仅具有一个或多个如权利要求1至10中任一项所述的膨胀系统。
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