CN102918333A - 塔式太阳能发电厂的节能装置及其操作方法 - Google Patents

塔式太阳能发电厂的节能装置及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种塔式太阳能发电厂的节能装置及其操作方法，该发电厂的目的是利用来自塔式太阳能接收器（3）产生的热损失中的热能，来预热供给到饱和式蒸汽太阳能接收器或者过热式蒸汽太阳能接收器中的流体。当节能装置（2）吸收从热损失中产生的热量不足以到达所需要的最低温度时，就需要使用辅助节能装置（4）来吸收新鲜蒸汽（在进入涡轮机之前），提升供给到接收器（3）中水的温度。

Description

塔式太阳能发电厂的节能装置及其操作方法
技术领域
本发明属于中央接收器的太阳能发电厂的相关技术，用于电力的生产及其过程中产生的热量。更具体的说，就是指太阳能接收器塔式发电站，不仅有饱和蒸汽式的太阳能接收器，也有过热蒸汽式的接收器。
背景技术
太阳能聚光系统（“SCS”）是通过聚集太阳能的辐射，并将这些热能用于提高工作流体的温度，无论是在工业生产过程中还是在电能开发过程中。
在SCS中，可以发现塔式中央接收器系统，太阳辐射通过定日镜场被聚集到位于塔顶端的接收器上，也是在此处通过吸收工作流体的热量进行热能转换。
塔式中央接收器技术的第一种方法被定义在1974年的专利US3924604中；其中对接收器作如下描述，外置型，有管子分布在塔的中轴线周围，接收器位于塔的顶部，在圆形的定日镜场中心位置。之后在1983年，通过专利US4400946描述了一个塔式太阳能聚光发电厂的新型配置，该配置提出在接收器中使用蒸汽产能，接收器布置在塔的圆周形的圆环上；自此以后，陆续公布了其他与此技术相关的专利，都在不断寻找该系统不同要素和过程的优化方案，如于2005年和2008年发布的专利US6911110和WO2008118980。
设计一个太阳能接收器需要考虑到的最重要因素之一就是热能损失。根据设计上的不同，塔式太阳能聚光接收器中热能损失估计可达10%-20%。这些损失可能是两种类型，由于辐射造成的热损失和由于对流造成的热损失。由于辐射产生的热损失，同时可能会成为材料反射和材料发热的热损失。
为了提高太阳能聚光系统的效率，在现有的技术中往往需要拓展不同方面的应用，从而对接收器中循环的水进行预热。
文件WO 2009/044622A1中描述的是一种对水进行预热的形式，在其进入到接收器之前，通过暴露在太阳辐射下的管道使水进行循环。
文件WO 2008/154599A1也是描述了一种对水进行预热的形式，使水通过一些电预热器从而在其进入上述太阳能发电厂的回路之前提升温度。
两种解决方案都是在进入到太阳能接收器通路之前，通过预热水或者传热流体来提高系统效率的例子，其目的是在接收器输出口处得到更高的温度，涡轮机的效能更高，从而就能提升了系统的效能。
但是二者的发展都是用新能源对水进行预热。在第一种情形下是通过太阳光线对水进行预热，这就意味着需要一个很大的地表面积，从而能够容纳这些管路，但不需要提升接收器的高度。在第二种情形下，使用电阻对水进行预热，也就是说，发电厂产能的一部分用于预热水，也就意味着由于这种自身的电力消耗，会对发电厂的效率产生影响。
因此，本发明的目的在于提供一个系统，在水进入接收器之前对其进行预热，但是却不同于已有的技术，因为使用的是接收器本身的热损失来预热循环水，从而提升了发电厂的效率。
发明内容
以下发明包括一个塔式太阳能接收器发电系统，在该系统中通过在接收器的顶端安装一个节能装置将损失的热量回收。
为了提高塔上接收器的效率，无论是饱和型蒸汽还是过热型蒸汽，都设计了一套节能装置系统。节能装置收集来自接收器的热损失，这些热损失是由接收器材料本身的发光或者发热产生的对流，反射亦或是辐射造成的。
节能装置包含一个热交换器，流体（最好是水）在此进行循环，加热器的作用是对上述流体进行预热。
节能装置放置在接收器的顶部，从而能够利用从接收器中因热损失而放出的热量。由于使用了该热量，在节能装置中就可以对上述流体进行预热，直至达到所需要的温度。若流体指的是水，则温度必须能使其进入锅炉中。锅炉中的水必须直接进入到饱和型蒸汽接收器中。从饱和蒸汽型接收器中出来的水可以直接进入到涡轮机中，或者说，如果还有过热型蒸汽接收器，就先进入过热型蒸汽接收器，之后再进入到涡轮机中。
还存在一个利用饱和型蒸汽接收器损失的热能的节能装置，和上述操作方式相同，可以安装在过热型蒸汽接收器上，若存在这一装置，则其目的是一样的，就是为了在进入锅炉之前给水加热。
通过上述方法，根据接收器不同的热损失和几何形状，可以增加8-16%的循环效率，无论是在饱和型蒸汽接收器还是在过热型蒸汽接收器中。
与热能再循环利用比例相对应的是高压节能装置。一个高压节能装置需要在高于90bar的压力下工作，节能装置从而取代了传统发电厂现有的高压加热器。
如果损失的热量不足以提高流体（最好是水）的温度使其达到需要的值时，可以再安装一个辅助节能装置。
辅助节能装置包含一个同样安装在塔顶端的高压加热器。在这一节能装置中需要使用蒸汽，也就是说，在进入涡轮机之前提取一部分的蒸汽，在热交换器中，使用此蒸汽来提高供应到接收器中流体的温度。该辅助节能装置的排水系统直接导向锅炉，利用一个小的泵或者带有管道的脱气装置从塔的最高端导向锅炉。
通过这一太阳能塔的设计，以及使用热损失带来热量的节能装置，从而可以显著提高系统效率，其原因主要有两点：一是对进入接收器的流体进行预热，二是利用了热损失的热量。
附图说明
为了完成这一描述，以及帮助更好的理解本发明，附上一组附图，这些附图起到说明性的作用，但对内容无限定作用，表述如下：
图1为包含节能装置的蒸汽循环系统；
图2为平放在接收器上的节能装置；
图3为以捆扎形式放置在接收器上的节能装置。
出现在附图中的参考标记代表了以下元件：
(1)供给泵
(2)节能装置
(3)接收器
(4)辅助节能装置
(5)锅炉
(6)蒸汽到涡轮机的出口或者是到过热型蒸汽接收器的出口
(7)脱气装置出口
(8)接收器墙体
(9)太阳光线
具体实施方式
为了更好的理解本发明，接下来将根据一个优选实施方案描述塔式太阳能接收器的太阳能节能装置，在该方案中，接收器内循环的流体是指水。
首先，如图1所示，回路中包含了一些供给泵1，这些供给泵用于向接收器3提供已经进行过预热的水。在供给泵1的出口处，过冷水（大约在110°C）被提升的到塔的顶部。这些水在节能装置2中进行循环。
在节能装置2（在一个优选实施方案中被放置在接收器3的顶端）中，110°C的水通过接收器3损失的热能得以加热。
从节能装置2中出来的水会直接进入锅炉5。
锅炉5的出口连接到饱和型接收器3的入口，因而此时进入到接收器3中的水的温度已经得到了提升。
从饱和型蒸汽接收器3中出来的饱和蒸汽6，如果不希望其过热则被直接送到涡轮机中，或者可以送到过热型蒸汽接收器中，之后再进入到涡轮机中。
可能会发生这一情况，即损失的热能不足以达到进入锅炉5所需要的温度，这样的话，供给泵1就会将部分上述的水送到辅助节能装置4中，该辅助节能装置与第一节能装置2安装在同一平行的位置。
辅助节能装置4包含位于塔顶部的一个高压交换器或加热器中。上述热交换器用于循环蒸汽，也就是说从涡轮机中提取蒸汽，然后用于向供给水传递热量，在进入锅炉5之前提升其温度。
通过两个节能装置2，4中任意一个得到预热的水都会流入锅炉5中，然后再流向接收器3。
如图2所示，根据一个优选实施方案，节能装置2的几何形状，包含一个管路组成的面板，在接收器3上带有或者不带散热片，形成了一个平面。还可以是管子捆扎的形式进行装配，如图3所示。因此由热损失产生的热量会在接收器腔体中上升，然后将冷水加热。
该节能装置2带有一个吸收率高于0.9的特殊涂层，可以接收到所有的热量，也可以由钢材料构成。
该节能装置系统，如图2和3所示，被安装在接收器3的顶部，因此热损失放出的热量，无论是由于接收器传导材料的辐射，对流还是反射引起的，都能被节能装置2捕获。
可以在饱和型蒸汽接收器以及过热型蒸汽接收器上安装一个节能装置，也就是说在同一个塔上可以存在节能装置和接收器，不管是哪一种类型的。
尽管该系统是设计应用于塔式太阳能接收器，但是不排除应用于其他需要类似特征的工业领域。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种塔式太阳能发电厂的节能装置，该塔式太阳能发电厂由定日镜场组成，将太阳辐射发射并导向位于塔顶部的一个或多个接收器上，从而使接收器上的流体被加热，其特征在于，上述节能装置（2）包括一系列的管子，这些管子以平放或者捆扎的形式放在接收器（3）上，节能装置内部循环有水，这些水会流到接收器（3）中，通过吸收接收器（3）热损失释放的热能起到加热的作用。
2.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，管子设置有散热片。
3.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，节能装置（2）带有一个吸收率高于0.9的特殊涂层，可以接收到所有的热量。
4.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，在第一节能装置（2）平行的位置安装了一个辅助节能装置（4），该辅助节能装置（4）安装在塔顶的位置，在该辅助节能装置（4）中循环蒸汽，并将热量传递给接收器（3）的供给水。
5.根据权利要求4所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，辅助节能装置（4）包含了一个高压交换器或加热器。
6.根据权利要求4所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，在辅助节能装置（4）中循环的是新鲜蒸汽（从涡轮机中提取的蒸汽）。
7.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，在节能装置（2）和接收器（3）中间放置了一个锅炉（5）。
8.根据权利要求1和4所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，在两个节能装置（2，4）的出口以及接收器（3）之间放置了一个锅炉（5）。
9.如上述权利要求所述的具有节能装置的太阳能发电厂的操作方法包含以下阶段：
-供给泵（1）将过冷水（大约在110°C）提升到塔的顶端，过冷水在节能装置（2）内循环预热；
-从节能装置（2）中出来的水被输送到接收器（3）中，以使得进入接收器（3）的水处于较高的温度；
-从接收器（3）中出来的蒸汽（6）被直接送到涡轮机中，如果是过热型蒸汽接收器，或者如果来自饱和型蒸汽接收器，则不需要过度加热。
10.根据权利要求9所述的具有节能装置的太阳能发电厂操作方法，其特征在于，当节能装置（2）吸收来自热损失的热量不足以到达进入锅炉（5）所需要的温度时，供给泵（1）将把部分的水输送到辅助节能装置（4）中，从而提升供给水的温度，经过任意一个节能装置（2,4）预热水都会被送到接收器（3）中。
11.根据权利要求10所述的具有节能装置的太阳能发电厂操作方法，其特征在于，从节能装置（2）中流出的水被输送到锅炉（5）中，锅炉的出口与接收器（3）的入口相连。
12.根据权利要求10所述的具有节能装置的太阳能发电厂操作方法，其特征在于，从辅助节能装置（4）中流出的水被输送到锅炉（5）中，锅炉的出口与接收器（3）的入口相连。

Claims (18)

1.一种塔式太阳能发电厂的节能装置，该塔式太阳能发电厂由定日镜场组成，将太阳辐射发射并导向位于塔顶部的一个或多个接收器上，从而使接收器上的流体被加热，其特征在于，上述节能装置（2）吸收来自接收器（3）热损失放出的热量，用来对其内部循环的流体进行预热，之后被送入到接收器（3）中。
2.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，节能装置（2）位于接收器（3）上，从而使热损失产生的热量通过接收器（3）的腔体上升，加热节能装置（2），然后加热在其内部循环的流体。
3.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，节能装置（2）是由管子组成的。
4.根据权利要求3所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，管子的安排是平放着的。
5.根据权利要求3所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，管子是以捆扎的形式安放的。
6.根据权利要求3所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，管子设置有散热片。
7.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，节能装置（2）带有一个吸收率高于0.9的特殊的涂层，可以接收到所有的热量。
8.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，在第一节能装置（2）平行的位置安装了一个辅助节能装置（4），辅助节能装置（4）安装在塔顶的位置，在所述辅助节能装置（4）中循环蒸汽，并将热量传递给接收器（3）的供给流体。
9.根据权利要求8所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，辅助节能装置（4）包含了一个高压交换器或加热器。
10.根据权利要求9所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，在辅助节能装置（4）中循环的是新鲜蒸汽（从涡轮机中提取的蒸汽）。
11.根据权利要求1所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，流体选用的是水。
12.根据权利要求11所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，在节能装置（2）和接收器（3）中间放置了一个锅炉（5）。
13.根据权利要求8和11所述的塔式太阳能发电厂的节能装置，其特征在于，在两个节能装置（2，4）的出口以及接收器（3）之间放置了一个锅炉（5）。
14.如上述权利要求所述的具有节能装置的太阳能发电厂的操作方法包含以下阶段：
-供给泵（1）将过冷流体（大约在110°C）提升到塔的顶端，过冷流体在此处节能装置（2）内循环预热；
-从节能装置（2）中出来的流体被输送到接收器（3）中，以使得进入接收器（3）的流体处于较高的温度；
-从接收器（3）中出来的蒸汽（6）被直接送到涡轮机中，如果是过热型蒸汽接收器，或者如果是来自饱和型蒸汽接收器，则不需要过度加热。
15.根据权利要求14所述的具有节能装置的太阳能发电厂的操作方法，其特征在于，节能装置（2）吸收来自热损失热量不足以到达进入锅炉（5）所需要的温度时，供给泵（1）将把部分流体输送到辅助节能装置（4）中，从而提升供给流体的温度，经过任意一个节能装置（2，4）预热的流体都会被送到接收器（3）中。
16.根据权利要求14所述的具有节能装置的太阳能发电厂的操作方法，其特征在于，供给的流体是水。
17.根据权利要求16所述的具有节能装置的太阳能发电厂的操作方法，其特征在于，从节能装置（2）中流出的水被输送到锅炉（5）中，锅炉的出口与接收器（3）的入口相连。
18.根据权利要求15和16所述的具有节能装置的太阳能发电厂的操作方法，其特征在于，从辅助节能装置（4）中流出的水被输送到锅炉（5）中，锅炉的出口与接收器（3）的入口相连。
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