CN104482528B - 带过热器启动保护的太阳能热发电自然循环吸热器 - Google Patents

Abstract

一种带过热器启动保护的太阳能热发电自然循环吸热器，其水冷壁下联箱(2)安装在吸热器的底部，水冷壁下联箱(2)的一侧连接下降管(13)，另一侧连接水冷壁(3)。水冷壁(3)的顶部连接汽包(4)。下降管(13)与水冷壁(3)平行，位于水冷壁(3)的后面；下降管(13)的上端连接汽包(4)。汽包(4)位于吸热器的顶部；汽包(4)的另一侧连接水冷壁(3)。水冷壁下联箱(2)、水冷壁(3)、汽包(4)和下降管(13)组成闭合回路。过热器(5)与水冷壁(3)平行，位于水冷壁(3)的前面。吸热器启动初期或汽轮机甩负荷时，过热器(5)通过与其进口连接的辅助蒸汽引入管道，引入辅助锅炉产生的蒸汽进行冷却。

Description

带过热器启动保护的太阳能热发电自然循环吸热器

技术领域

本发明涉及一种太阳能热发电吸热器。

背景技术

太阳能热发电吸热器在启动初期，由于水冷壁受热面产生的蒸汽量不足以冷却过热器受热面，可能造成过热器受热面干烧，受热面管束超温爆管的故障，这就限制了太阳能热发电吸热器的启动速度。同时过热器受热面出口蒸汽品质不能满足汽轮机进汽要求，不能送入汽轮机，只能作为排污排掉，造成大量工质和热量的损失。

常规太阳能热发电吸热器在启动初期或汽轮机甩负荷时，为了保护过热器受热面，通常采用给水冷却和采用高等级金属材料忍受干烧的方式。对于给水冷却过热器，给水在过热器管束内蒸发后，容易将携带的杂质沉积在管壁上，导致积盐结垢的现象，可能导致管束超温爆管。同时给水带入过热器蛇形管的固体颗粒物，可能在吸热器正常运行时，被蒸汽带入汽轮机，造成对汽轮机叶片和通流部分造成固体颗粒物侵蚀。并且，过热器出口蒸汽由于没有达到汽轮机进汽要求，所以只能作为排污排掉，造成大量工质和热量的损失。所以常规太阳能热发电吸热器难以有效满足太阳能热发电吸热器安全性和经济性的要求。

现有关于太阳能热发电吸热器的专利热点多集中在防止高热流密度下水冷壁受热面的超温、减小吸热器散热损失以及通过吸收涂层等方法对太阳辐射能量吸收效率的提高上，对于吸热器启动保护以及启动时工质和热量的回收利用，尚未见到相关报道。

发明内容

本发明的目的是克服现有太阳能热发电吸热器在启动初期或汽轮机甩负荷时过热器受热面存在超温爆管的隐患，以及工质和热量的大量损耗，吸热器启动速度慢，经济性差、安全性得不到保证的问题，提出一种带过热器启动保护的太阳能热发电自然循环吸热器。

为实现所述的发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种带过热器启动保护的太阳能热发电自然循环吸热器包括：水冷壁下联箱、水冷壁、下降管、汽包和过热器。

所述的水冷壁下联箱安装在吸热器的底部，水冷壁下联箱的一侧连接下降管，另一侧连接水冷壁。

所述的水冷壁垂直布置在吸热器的中部。水冷壁的顶部连接汽包，底部连接水冷壁下联箱。水冷壁的受热面按照一定间距布置有多个并联管路，组成水冷壁受热面管束。

所述的下降管垂直布置在吸热器的中部，与水冷壁平行，位于水冷壁的后面。下降管不接收太阳辐射。下降管的上端连接汽包，下端连接水冷壁下联箱。

所述的汽包位于吸热器的顶部。汽包的底部一侧连接下降管，另一侧连接水冷壁。汽包顶部有蒸汽引出管连接过热器，侧面有给水管道连接太阳能热发电热力系统的给水泵。

所述的过热器垂直布置在吸热器的中部，与水冷壁平行，位于水冷壁的前面。太阳辐射首先投射到过热器上，然后从过热器的间隙投射到水冷壁上。过热器的进口分别连接太阳能热发电系统的辅助蒸汽引入管道，辅助蒸汽引入管道的一端连接过热器进口，另一端连接电站辅助锅炉或电站公用蒸汽管道。过热器的出口连接主蒸汽管道，该主蒸汽管道分为两路，一路通向汽轮机，将汽包引出的饱和蒸汽加热为过热蒸汽，送到汽轮发电机组发电，另外一路是旁路管道，旁路管道一端连接过热器出口，一端连接汽轮机的凝汽器，将过热器出口蒸汽引入凝汽器。在旁路管道上沿蒸汽流动方向依次安装有喷水减温装置和减压装置，将蒸汽减温减压后送入凝汽器，防止过热器出口的高温高压蒸汽对凝汽器造成破坏。

过热器的作用是通过水冷壁和过热器受热面接收太阳辐射热量，加热水冷壁和过热器受热面内的工质，产生额定参数的蒸汽，送入汽轮发电机组发电。

水冷壁下联箱、水冷壁受热面、下降管和汽包构成一个循环回路。从电站热力系统给水泵来的给水进入汽包给汽包补水。水冷壁下联箱和下降管不接收太阳辐射热量，汽包和水冷壁下联箱起到联箱的作用。水冷壁起到受热面的作用。水从汽包进入下降管，然后进入水冷壁下联箱，再进入水冷壁。在水冷壁由下至上的流动过程中不断吸热，逐渐由未饱和水变为饱和水，饱和水部分蒸发后形成汽水混合物，汽水混合物向上流动进入汽包，完成一个吸热过程。此回路中工质自然循环，其原理是下降管内单相水的密度大，在水冷壁吸热后，单相水变为汽水混合物，其密度小于下降管内水的密度，二者之间的密度差提供循环推动力，克服流动阻力。汽水混合物沿水冷壁向上流动送入汽包后进行汽水分离。分离出的蒸汽进入过热器，分离出的水通过下降管重新引入水冷壁再次循环吸热。

汽水混和物在汽包内进行汽水分离，分离出的水重新进入下降管进行循环加热，分离出的蒸汽进入过热器继续受热，变为过热蒸汽后引入汽轮发电机组发电，或者通过旁路管道上的喷水减温装置和减压装置减温减压后引入汽轮机的凝汽器进行工质和热量的回收。

吸热器正常运行时，过热器出口的主蒸汽管道将过热器出口蒸汽引入汽轮发电机组发电。

在吸热器启动初期，过热器接受太阳辐射热量较大，而水冷壁由于工质初始温度低，产生的汽水混和物少，在汽包内分离出的蒸汽量小，导致进入过热器的蒸汽量少，不足以对过热器进行冷却，可能导致过热器超温损坏。这时把太阳能热发电系统辅助锅炉产生蒸汽或公用蒸汽从辅助蒸汽引入管道引入过热器，对过热器进行冷却，然后从过热器出口经旁路管道将蒸汽引入汽轮机的凝汽器，进行工质和热量的回收。这样就实现了在吸热器启动初期保护过热器的目的。

本发明具有以下特征：

1.采用辅助锅炉来的蒸汽在启动初期对过热器受热面进行保护，防止过热器受热面超温。避免利用给水冷却过热器受热面导致的管束积盐和汽轮机固体颗粒物侵蚀等现象的发生。

2.采用旁路管道将启动初期保护过热器受热面的蒸汽引入凝汽器，对工质和热量进行回收。

3.采用旁路管道在汽轮机甩负荷时，将过热器受热面出口蒸汽引入凝汽器，对工质和热量进行回收。

4.在旁路管道上加装减温减压装置防止进入凝汽器的蒸汽超温超压。

附图说明

图1本发明的结构组成示意图，图中：1太阳能热发电吸热器，2水冷壁下联箱，3水冷壁，4汽包，5过热器，6喷水减温装置，7减压装置，8凝汽器，9凝结水泵，10除氧器，11给水泵，12给水管道，13下降管；

图2吸热器水汽流程图。

具体实时方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明带过热器启动保护的太阳能热发电自然循环吸热器1包括：水冷壁下联箱2、水冷壁3、下降管13、汽包4和过热器5。

所述的水冷壁下联箱2安装在吸热器的底部，水冷壁下联箱2的一侧连接下降管13，另一侧连接水冷壁3。

所述的水冷壁3垂直布置在吸热器的中部。水冷壁3的顶部连接汽包4，底部连接水冷壁下联箱2。水冷壁3的受热面按照一定间距布置有多个并联管路，组成水冷壁受热面管束。

所述的下降管13垂直布置在吸热器的中部，与水冷壁3平行，位于水冷壁3的后面。下降管13不接收太阳辐射。下降管13的上端连接汽包4，下端连接水冷壁下联箱2。

所述的汽包4位于吸热器的顶部。汽包4的底部一侧连接下降管13，另一侧连接水冷壁3。汽包4的顶部有蒸汽引出管连接过热器5，侧面有给水管道12连接电站热力系统的给水泵11。

所述的过热器5垂直布置在吸热器的中部，与水冷壁3平行，位于水冷壁3的前面。太阳辐射首先投射到过热器5上，然后从过热器5的间隙投射到水冷壁3上。过热器5的进口分别连接汽包4和太阳能热发电系统的辅助蒸汽引入管道，所述的辅助蒸汽引入管道的一端连接过热器5的进口，另一端连接电站辅助锅炉或电站公用蒸汽管道。过热器5的出口连接主蒸汽管道，该主蒸汽管道分为两路，一路通向汽轮机，将汽包4引出的饱和蒸汽加热为过热蒸汽，送到汽轮发电机组发电，另外一路是旁路管道，通向凝汽器，将过热器出口蒸汽引入凝汽器。在旁路管道上沿蒸汽流动方向依次安装有喷水减温装置6和减压装置7。

吸热器主要受热面为水冷壁3和过热器5。所述的水冷壁下联箱2、水冷壁3、汽包4和下降管13组成一个闭合回路。

本发明的工作过程如下：

太阳能发电热力系统的凝汽器8内的凝结水通过凝结水泵9升压后进入除氧器10，经过除氧后成为给水，在给水泵11的作用下升压，送入吸热器1。在吸热器1内经过预热、蒸发、过热后由未饱和水变为满足汽轮机进汽参数要求的过热蒸汽，送入汽轮机做功，带动发电机发电。做功后的蒸汽进入凝汽器8凝结，成为凝结水。本发明吸热器正常运行时，过热器5将汽包4分离出的饱和蒸汽进一步加热成为一定参数的过热蒸汽，送入汽轮机做功。在吸热器启动初期，汽包4没有足够的饱和蒸汽进入过热器，但是过热器5仍然会吸收太阳辐射热量，可能造成过热器超温。此时从电站辅助锅炉或公用蒸汽系统引入蒸汽，进入过热器5，对过热器进行冷却保护。过热器5出口蒸汽通过旁路管道，经过喷水减温装置6和减压装置7后，进入凝汽器8，进行工质和热量的回收。在汽轮机甩负荷时，将过热器5引出的蒸汽通过喷水减温装置6和减压装置7的旁路管道，引入凝汽器8进行工质和热量的回收。

如图2所示，吸热器1的具体工作过程为：来自冷凝器8的给水送入汽包4，与汽包4内饱和水混合后成为未饱和水，通过下降管13进入水冷壁下联箱2后，分别进入水冷壁3的水冷壁管束，吸收太阳辐射热量，产生蒸汽，单相水变为汽水混合物，汽水混合物经水冷壁3的出口引入至汽包4，完成一个吸热过程。汽水混合物在汽包4内进行汽水分离，分离出的饱和蒸汽通过汽包上部的蒸汽引出管送入过热器5继续加热，分离出的饱和水与给水泵来的给水混合后，重新通过下降管13进入水冷壁下联箱2，进行下一个循环吸热。

在吸热器启动初期，汽包4没有足够的饱和蒸汽进入过热器5，但是过热器5仍然会吸收太阳辐射热量，可能造成过热器超温。利用辅助锅炉或公用蒸汽系统引入蒸汽，通过辅助蒸汽管道进入过热器5，对过热器5进行冷却。过热器出口排出的蒸汽经旁路管道通过减温装置6和减压装置7后，进入凝汽器8，进行工质和热量的回收。在汽轮机甩负荷时，同样可以将过热器5引出的蒸汽通过旁路管道引入凝汽器8进行工质和热量的回收。

Claims (3)

1.一种带过热器启动保护的太阳能热发电自然循环吸热器，所述的吸热器包括：水冷壁下联箱(2)、水冷壁(3)、汽包(4)和过热器(5)；

所述的水冷壁下联箱(2)安装在吸热器的底部，水冷壁下联箱(2)的一侧连接下降管(13)，另一侧连接水冷壁(3)；

所述的水冷壁(3)垂直布置在吸热器的中部；水冷壁(3)的顶部连接汽包(4)，底部连接水冷壁下联箱(2)；

所述的下降管(13)垂直布置在吸热器的中部，与水冷壁(3)平行，位于水冷壁(3)的后面；下降管(13)的上端连接汽包(4)，下端连接水冷壁下联箱(2)；

所述的汽包(4)位于吸热器的顶部；汽包(4)的底部一侧连接下降管(13)，另一侧连接水冷壁(3)；

所述的水冷壁下联箱(2)、水冷壁(3)、汽包(4)和下降管(13)组成闭合回路；

所述的过热器(5)垂直布置在吸热器的中部，与水冷壁(3)平行，位于水冷壁(3)的前面；

其特征在于，所述的汽包(4)的顶部有蒸汽引出管连接过热器(5)，侧面有给水管道(12)连接太阳能热发电热力系统的给水泵(11)；所述过热器(5)的进口分别连接汽包(4)和太阳能热发电系统的辅助蒸汽引入管道，所述的辅助蒸汽引入管道的另一端连接太阳能热发电系统辅助锅炉或公用蒸汽管道；过热器(5)的出口连接主蒸汽管道，该主蒸汽管道分为两路，一路通向汽轮机，将汽包(4)引出的饱和蒸汽加热为过热蒸汽，送到汽轮发电机组发电，另外一路是旁路管道，通向凝汽器，将过热器出口排出的蒸汽引入凝汽器；在旁路管道上沿蒸汽流动方向依次安装有喷水减温装置(6)和减压装置(7)。

2.根据权利要求1所述的带过热器启动保护的太阳能热发电自然循环吸热器，其特征在于吸热器启动初期或汽轮机甩负荷时，过热器(5)通过所述的辅助蒸汽引入管道引入辅助锅炉产生的蒸汽进行冷却。

3.根据权利要求1所述的带过热器启动保护的太阳能热发电自然循环吸热器，其特征在于，所述的水冷壁(3)的受热面按照一定间距布置有多个并联管路，组成水冷壁受热面管束。