CN105020109A - 一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式 - Google Patents

一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式，其特征在于，利用太阳能光热电站系统产生的蒸汽态传热介质为蒸汽动力循环泵提供驱动动力，实现所述太阳能光热电站系统中液态传热介质的循环。本发明的太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式克服了现有技术中采用电动循环泵造价高、耗电多等缺点，减少了光热系统用电，降低了光热发电系统中直接蒸汽发生系统、蒸汽储热运营和汽轮机冷凝液态传热介质运营中的电量功耗的成本。

Description

一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式
技术领域
本发明涉及太阳能光热利用技术领域，尤其涉及一种太阳能光热电站的系统运行方式。
背景技术
太阳能光热发电系统中，以水直接作为换热介质的直接蒸汽发生（DSG）技术基本原理为换热介质（水）流经集热器的过程中吸收太阳辐射转化而来的热量，升温形成水蒸气，进而驱动常规蒸汽轮机带动发电机组发电。目前国内外采取的DSG集热回路运行模式主要有三种：直通式、间接注入式以及再循环式，分别如图1-1、图1-2和图1-3所示。如图1-1所示，该模式为DSG直通式集热回路运行模式，供给水在电动循环泵103的驱动下从单列集热管路入口到出口经过预热段，蒸发段101和过热段102转化为过热蒸汽，该种模式结构较为简单、但过程难以控制。如图1-2所示，该模式为DSG间接式集热回路运行模式，供给水在电动循环泵103的驱动下从集热管路入口进入到蒸发段101、过热段102转化为过热蒸汽，在此过程中，可通过在蒸发段101或过热段102多个不同的点注入水，调节蒸发段、过热段蒸汽的温度，保证过热段102出口蒸汽的温度在正常范围内。该系统较为复杂，成本较高。如图1-3所示，该模式为DSG再循环式，供给水在电动循环泵103的驱动下，从集热管路入口进入到蒸发段101，在蒸发段101后布置循环水箱105，且在循环水箱105内布置汽水分离装置，蒸发段101内受热后的水-蒸汽进入汽水分离装置内，被分离出的饱和蒸汽进入过热段102，被进一步加热成为过热蒸汽后输出，被分离出来的多余的水在电动循环泵104的驱动下循环至集热管路的入口与预热水混合进行下一次循环，此种DSG运行模式能够保证蒸发段的吸热管路获得稳定的换热状态，运行安全可靠，系统可控性良好。但是分离产生的过量水必须进行再循环，目前再循环装置都是采用传统的电动循环泵，造价较高、耗电量及泵体冷却待来的热损失都很大，控制较复杂，大大增加了系统的成本及自用电消耗。
在太阳能光热发电系统中或常规的火力发电系统中，以水作为换热介质的储热系统或者常规汽轮机发电系统中，经过储热换热降温或汽轮机做功降温后，蒸气变为冷凝水，需要重新循环到受热区域变为蒸汽。为了能形成此闭式循环，冷凝水需要得到增压，而常规的冷凝水增压一般使用电动循环泵完成，无形中增加了发电厂的厂用电功耗。
申请号为200910026621.6的中国专利申请公开了一种风动潜水泵，风动潜水泵动力部分是根据汽轮机冲击叶轮原理，以压缩空气为介质，通过喷管进入涡轮旋转作功，泵轴随之高速转动带动泵叶轮排水。但该风动潜水泵仍需要以压缩空气为其提供动力，而压缩空气又需借助外力压缩，增加了工序的复杂性。
发明内容
为了克服上述描述的问题，本发明预提供一种结构简单，成本较低，无电功耗的一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式。
本发明公开了太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式，其特征在于，利用太阳能光热电站系统产生的蒸汽态传热介质为蒸汽动力循环泵提供驱动动力，实现所述太阳能光热电站系统中液态传热介质的循环。
进一步地，所述蒸汽态传热介质来源于太阳能直接蒸汽发生系统（DSG）、储热系统和汽轮机。
进一步地，所述蒸汽态传热介质包括汽液混合体、饱和蒸汽和过热蒸汽。
进一步地，所述液态传热介质为水、有机工质。其中有机工质为卤代烃、氢氯氟烃、氢氟烃、烷烃低沸点的有机物工质。
进一步地，所述太阳能直接蒸汽发生系统包括蒸发段、过热段以及两段之间的气液分离装置。
进一步地，所述蒸发段产生的全部或部分汽液混合体为蒸汽动力循环泵提供驱动动力，实施蒸发段内部液态传热介质的循环。
进一步地，所述蒸发段产生的汽液混合体，经所述气液分离装置实施气液分离，利用所分离出的全部或部分饱和蒸汽为蒸汽动力循环泵提供驱动动力，实施所述蒸发段内部液态传热介质的循环。
进一步地，所述过热段产生的全部或部分过热蒸汽为蒸汽动力循环泵提供驱动动力，实施蒸发段内部液态传热介质的循环。
进一步地，所述蒸汽动力循环泵与所述气液分离装置一体化设计，避免过多的管路连接、简化结构，减少热损失，提高效率。
进一步地，所述太阳能直接蒸汽发生系统产生的全部或部分蒸汽态传热介质作为所述储热系统存热过程的循环动力，驱动蒸汽动力循环泵实施所述储热系统相变存热的循环。
进一步地，所述储热系统相变取热循环产生的全部或部分蒸汽态传热介质作为所述储热系统取热利用过程的循环动力，驱动蒸汽动力循环泵实施储热系统相变取热的循环。
进一步地，所述汽轮机抽气蒸汽为汽轮机系统液态传热介质的循环提供动力，实施汽轮机负压冷凝液态传热介质的增压循环。
本发明的太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式利用太阳能光热电站系统的蒸汽态传热介质作为驱动动力，实施该太阳能光热电站系统的热力循环，此装置及运行方式不需任何外部能量，少量的蒸汽压力降低即可提供足够的循环动力，不向外部散失任何能量，高效节能。同时，循环动力的大小与直接蒸汽发生装置的得热量有一定对应关系，得热量越大循环流量也越大，系统具备一定自适应能力，不需外部控制，简单稳定可靠。这些特点克服了现有技术中采用电动循环泵造价高、耗电多、控制复杂、热损失较大等缺点，大幅减少了光热系统用电，降低了光热电站系统中直接蒸汽发生系统、蒸汽储热运行和汽轮机冷凝液态传热介质循环中的电量功耗的成本，具有很高的实用价值。
附图说明
图1-1是直通式的DSG集热回路的结构示意图。
图1-2是间接注入式的DSG集热回路的结构示意图。
图1-3是再循环式的DSG集热回路的结构示意图。
图2-1是本发明的太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式对应的直接蒸汽发生系统循环示意图。
图2-2是本发明的太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式对应的直接蒸汽发生系统循环的另一个结构示意图。
图3-1是本发明的太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式对应的储热系统相变存热水循环示意图。
图3-2是本发明的太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式对应的储热系统相变取热水循环示意图。
图4是本发明的太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式对应的汽轮机系统水循环的示意图。
具体实施方式
图2-1是本发明的太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式对应的直接蒸汽发生系统循环示意图。该实施例主要涉及太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式中太阳能直接蒸汽发生系统的结构及其水循环过程，如图2-1所示，该太阳能直接蒸汽发生系统包括蒸发段201、过热段202以及两段之间的气液分离装置203；此外，该太阳能直接蒸汽发生系统还包括由水箱208、注水泵209、和调节阀210构成的外部注入系统；气液分离装置203和蒸汽动力循环泵以及循环管道构成了该太阳能直接蒸汽发生系统的内部循环系统。所述蒸发段201产生的水-蒸汽传热介质经所述气液分离装置203实施气液分离，所分离的水由于自身重力保存在气液分离装置203内，所分离的饱和蒸汽由气液分离装置的出气口排出，并利用部分或全部的饱和蒸汽为蒸汽动力循环泵提供动力，实施蒸发段201内部的补水循环。该太阳能直接蒸汽发生系统的水循环具体过程为：所述蒸发段201出口的水-蒸汽运行至所述气液分离装置203的分离结构实施气液分离，所分离的饱和蒸汽运行至所述蒸汽动力循环泵的进气口204，利用这部分饱和蒸汽为所述蒸汽动力循环泵提供驱动动力，蒸汽动力循环泵叶片转动，叶片带动转子转动，转子驱动同轴连接的叶轮，叶轮转动后将气液分离装置203内的水从进水口206吸入，从出水口207泵出蒸汽动力循环泵的外部并进入蒸发段201内接收热量，实施蒸发段201内部补水循环；从蒸汽动力循环泵的出气口205出来的蒸汽运行至过热段202实施蒸汽过热。所述气液分离装置203内布置有液位检测器（未视出），太阳能直接蒸汽发生系统根据液位检测器的数据，通过调节阀210、注水泵209将水箱208内的水输送至蒸发段201，调整注水量，实施太阳能直接蒸汽发生系统的蒸发段201内部的补水循环。
此外，该第一实施例还可如图2-2所示的结构。如图2-2所示，蒸汽动力循环泵布置在气液分离装置203内，且所述蒸汽动力循环泵与所述气液分离装置203一体化设计，避免过多的管路连接，简化结构，减少热损失，提高效率。在该太阳能直接蒸汽发生系统开始运行时，蒸发段201内的水吸收热量相变为水-蒸汽，并运行至蒸汽动力循环泵的进气口204，利用部分或全部的水-蒸汽为蒸汽动力循环泵提供驱动动力，将气液分离装置203的分离结构内的水从进水口206吸入，从出水口207排出进入蒸发段201内接收热量，实施蒸发段内部循环系统的水循环；从出气口205出来的蒸汽经气液分离装置203实施气液分离，分离后的水保存在气液分离装置内，所分离的蒸汽进入到过热段实施蒸汽过热。同样地，在气液分离装置203内布置液位检测器（未视出），太阳能直接蒸汽发生系统根据液位检测器的数据，通过调节阀210、注水泵209将水箱208内的水输送至气液分离装置203内，调整气液分离装置203的液位状态，保证太阳能直接蒸汽发生系统内部系统水循环的正常运行。
图3-1是本发明的太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式对应的储热系统相变存热水循环示意图。该实施例主要涉及储热系统存热过程的水循环。如图3-1所示，在太阳能光热电站中，太阳能直接蒸汽发生系统306产生的全部或部分蒸汽作为所述储热系统存热过程的循环动力，驱动蒸汽动力循环泵实施所述储热系统相变存热的循环。其具体过程为：太阳能直接蒸汽发生系统306产生的部分蒸汽输送至储热罐301内实施相变换热，储热罐301内蒸汽换热后相变为液态水，另一部分蒸汽进入所述蒸汽动力循环泵的进气口302，利用这部分蒸汽为所述蒸汽动力循环泵提供驱动动力，在蒸汽驱动下，液态水从进水口304吸入，从出水口305排出，经冷凝器冷却后重新回到太阳能直接蒸汽发生系统306中，实施储热系统冷凝水的增压循环；出口蒸汽从所述蒸汽动力循环泵的出气口303重新运行至储热罐301内，实施储热系统相变存热的循环，出气口303的蒸汽因在蒸汽动力循环泵中做功，其温度有所降低，需将其从储热罐301的中下部位置引入储热罐301内，实施储热系统相变存热的循环。
图3-2是本发明的太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式对应的储热系统相变取热水循环示意图。如图3-2所示，所述储热系统相变取热水循环产生的全部或部分蒸汽作为储热系统取热过程的循环动力，驱动蒸汽动力循环泵实施储热系统相变取热的循环。其具体过程为：储热系统相变取热循环产生的部分蒸汽输送至汽轮机306，膨胀做功带动发电机307发电；一部分蒸汽输送至蒸汽动力循环泵的进气口302，利用这部分蒸汽为蒸汽动力循环泵提供驱动动力，进入汽轮机306做功后经冷凝器308冷凝形成的冷凝水从所述蒸汽动力循环泵的进水口304吸入，从出水口305排出，形成增压后的常压或高压水，输送至储热罐301中，实施相变取热循环。出气口蒸汽从所述蒸汽动力循环泵的出气口303重新输送至汽轮机306内，膨胀做功带动驱动发电机307发电。所述储热系统利用相变取热循环产生的全部或部分蒸汽为储热系统取热过程提供驱动动力，实施储热系统相变取热的循环。
图4是本发明的太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式对应的汽轮机系统水循环的示意图，该实施例主要涉及汽轮机中太阳能蒸汽动力循环系统。如图4所示，太阳能直接蒸汽发生系统408产生蒸汽的部分或全部进入汽轮机401，膨胀做功带动发电机402发电，做功后的蒸汽进入冷凝器403冷却，并进一步通过蒸汽动力循环泵输送至太阳能直接蒸汽发生系统408中，实施汽轮机系统的水循环利用。汽轮机系统水循环方式具体过程为，太阳能直接蒸汽发生系统408产生的部分或全部蒸汽进入汽轮机401高压缸中膨胀做功，进入汽轮机401做功后经冷凝器403冷却为液态水。所述汽轮机401为多级汽轮机，从汽轮机401高压缸中抽出多段抽汽，抽汽蒸汽从蒸汽动力循环泵的进气口404进入，利用这部分抽汽蒸汽为蒸汽动力循环泵提供驱动动力，将液态水从进水口406吸入，从出水口407排出，形成增压后的常压或高压水，输送至太阳能直接蒸汽发生系统408中，实施汽轮机401负压冷凝水的增压循环；所述蒸汽动力循环泵的出气口405的出口蒸汽为汽轮机401的下级进汽，实施蒸气的循环利用。
需要说明的是，本发明实施例是以水作为传热工质描述太阳能光热电站蒸汽动力循环方式，以有机工质作为传热介质的太阳能光热电站蒸汽动力循环方式与上述实施例描述的过程相同，本发明不再做多余阐述。另外，本发明附图中只显示了一种气液分离装置，但本发明并不局限于附图中所示的气液分离装置，根据实际需要还可变换不同结构的气液分离装置。
显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。

Claims (12)

1.一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式，其特征在于，利用太阳能光热电站系统产生的蒸汽态传热介质为蒸汽动力循环泵提供驱动动力，实现所述太阳能光热电站系统中液态传热介质的循环。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式，其特征在于，所述蒸汽态传热介质来源于太阳能直接蒸汽发生系统、储热系统和汽轮机。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式，其特征在于，所述蒸汽态传热介质包括汽液混合体、饱和蒸汽和过热蒸汽。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式，其特征在于，所述液态传热介质为水、有机工质。
5.根据权利要求2所述的一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式，其特征在于，所述太阳能直接蒸汽发生系统包括蒸发段、过热段以及两段之间的气液分离装置。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式，其特征在于，所述蒸发段产生的全部或部分汽液混合体为蒸汽动力循环泵提供驱动动力，实施蒸发段内部液态传热介质的循环。
7.根据权利要求5所述的一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式，其特征在于，所述蒸发段产生的汽液混合体，经所述气液分离装置实施气液分离，利用所分离出的全部或部分饱和蒸汽为蒸汽动力循环泵提供驱动动力，实施所述蒸发段内部液态传热介质的循环。
8.根据权利要求5所述的一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式，其特征在于，所述过热段产生的全部或部分过热蒸汽为蒸汽动力循环泵提供驱动动力，实施蒸发段内部液态传热介质的循环。
9.根据权利要求5所述的一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式，其特征在于，蒸汽动力循环泵与所述气液分离装置一体化设计。
10.根据权利要求2所述的一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式，其特征在于，所述太阳能直接蒸汽发生系统产生的全部或部分蒸汽态传热介质作为所述储热系统存热过程的循环动力，驱动蒸汽动力循环泵实施所述储热系统相变存热的循环。
11.根据权利要求2所述的一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式，其特征在于，所述储热系统相变取热循环产生的全部或部分蒸汽态传热介质作为所述储热系统取热利用过程的循环动力，驱动蒸汽动力循环泵实施储热系统相变取热的循环。
12.根据权利要求2所述的一种太阳能光热电站蒸汽动力循环运行方式，其特征在于，所述汽轮机抽气蒸汽为汽轮机系统液态传热介质的循环提供动力，实施汽轮机负压冷凝液态传热介质的增压循环。
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