CN105180475B - 一种塔式太阳能闭式带压吸热系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔式太阳能闭式带压吸热系统，包括位于高位的吸热器、位于低位的换热器，吸热器的出口与换热器的进口通过管路连接，其特征在于：还包括位于低位的存储缓冲罐，在存储缓冲罐上联有吸热介质加入管，在高于吸热介质加入管的存储缓冲罐上还联有进气管和排气管，在进气管、排气管和吸热介质加入管上均设有阀门，存储缓冲罐的一侧通过管路与换热器的出口连接，存储缓冲罐的另一侧通过管路与循环泵进口相连，循环泵出口通过管路与吸热器的进口相连，吸热器通过管路与一排空阀相连，排空阀高于吸热器；本发明还公开了一种吸热方法。本发明具有投资成本和运行成本低、安全性好、吸热器启动时间较短的优点，并保证系统长期的正常工作。

Description

一种塔式太阳能闭式带压吸热系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于塔式太阳能的吸热系统及方法。

背景技术

现有的塔式太阳能吸热换热系统，包括位于高位的吸热器、位于低位的高温储罐、蒸汽发生器、过热器、低温储罐和循环泵，它们依次串联形成循环回路；工作时，循环泵将介质由低温罐送入吸热器、吸热后流入高温储罐，高温介质再去加热水工质并产生过热蒸汽供发电，放热后的介质再流入低温储罐。目前，大型塔式光热电站吸热塔高度达200米左右，吸热器就设于吸热塔上，而且所需的传热介质流量很大，因此将传热介质由地面提升至塔顶吸热器需要消耗较多能量，需要大流量、大扬程、大功率的泵，加之泵的液下深度达10多米，因而对泵的要求也很高。在实际工程中，一是泵的选取难以实现国产化而被迫选用昂贵进口泵，同时泵功率大、电耗大，从而也大大增加了系统投资和运行成本；二是储罐均在常压下工作，由泵提供动力将传热介质输送至塔顶吸热器，而介质吸热后回落过程中不仅势能被浪费，而且还需要配备减压装置以免储罐超压，增加设备成本，安全性较差；三是在系统运行过程中，由于太阳光照的不稳定，使得吸热器处于不稳定运行状态，进入储罐的工质温度波动较大，当突然出现光照不足时还可能发生传热介质凝固等事故，难以保证系统的正常工作；四是进入到吸热器的都是低温工质，导致吸热器的启动时间较长。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种塔式太阳能闭式带压吸热系统及方法，它具有投资成本和运行成本低、安全性好、吸热器启动时间较短的优点，并保证系统长期的正常工作。

为了达到上述目的，本发明的一种塔式太阳能闭式带压吸热系统，包括位于高位的吸热器、位于低位的换热器，吸热器的出口与换热器的进口通过管路连接，其特征在于：还包括位于低位的存储缓冲罐，在存储缓冲罐上联有吸热介质加入管，在高于吸热介质加入管的存储缓冲罐上还联有进气管和排气管，在进气管、排气管和吸热介质加入管上均设有阀门，存储缓冲罐的一侧通过管路与换热器的出口连接，存储缓冲罐的另一侧通过管路与循环泵进口相连，循环泵出口通过管路与吸热器的进口相连，吸热器通过管路与一排空阀相连，排空阀高于吸热器；

本发明用于上述塔式太阳能闭式带压吸热系统的吸热方法，其特征在于包括以下步骤：A)关闭进气管上的阀门，打开关闭排气管和吸热介质加入管上的阀门及排空阀；B)通过吸热介质加入管向存储缓冲罐中加入足够量的吸热介质，再关闭排气管上的阀门，打开进气管上的阀门，通过进气管向存储缓冲罐充入带压气体，随着存储缓冲罐中压力的上升，吸热介质将在气体压力的作用下，克服重力的作用，顺着存储缓冲罐两侧的管路，逐渐往上流动，直至吸热介质充满排空阀以下循环回路中的所有空间，再关闭排空阀；C)待吸热器出口压力达到设定值后，关闭进气管上的阀门；D)启动循环泵，吸热介质将在循环泵的作用下在系统中循环流动，通过吸热器吸收太阳能，再传递给换热器；

本发明通过系统带压运行，吸热介质自塔顶下落的势能得到充分合理的利用，由循环泵提供的动力需求大大减小，只需克服介质在回路中循环流动的阻力，不仅降低对循环泵的技术要求，也大大降低系统运行功耗，同时该回路的闭合稳定运行也将提高整个系统的稳定性和安全性，具有投资成本和运行成本低、安全性好的优点；另外，在吸热器启动阶段，可以暂不启动换热器，只是吸热介质循环受热，这样可缩短吸热器启动时间；

作为本发明塔式太阳能闭式带压吸热系统的一种优选，所述循环泵的两端通过旁路阀相连；通过打开旁路阀，可让吸热介质快速充满存储缓冲罐与吸热器之间的管路；

作为本发明塔式太阳能闭式带压吸热系统的一种优选，所述换热器为间壁式换热器，换热器的蓄热介质出口与高温储罐相连，在低温储罐与换热器之间设有蓄热介质循环泵，高温储罐与低温储罐之间设有蒸汽发生及过热装置；在步骤D)中，当太阳光照充足时，蓄热介质循环泵驱动蓄热介质正向流动；当太阳光照不足时，蓄热介质循环泵驱动蓄热介质反向流动，即蓄热介质由高温储罐流向换热器，使用蓄热介质通过换热器加热吸热介质，将其升温至较高温度，以避免吸热介质的凝固和吸热器降温过快造成过大的热疲劳，保证系统长期的正常工作；

作为本发明塔式太阳能闭式带压吸热系统的一种优选，所述存储缓冲罐下端联有排料管，排料管上设有排料阀；当停运循环泵后，可以根据电站运行要求决定是否打开排料阀，排出存储缓冲罐中的吸热介质。

作为本发明塔式太阳能闭式带压吸热系统的一种优选，所述吸热介质加入管与蓄热介质循环泵的出口相连，排料管与低温储罐相连；当吸热介质和蓄热介质为同一种介质时，在启动时将低温储罐中的介质充入存储缓冲罐；在排空时，将介质排入低温储罐；可简化系统结构。

综上所述，本发明具有投资成本和运行成本低、安全性好、吸热器启动时间较短的优点，并保证系统长期的正常工作。

附图说明

图1为本发明塔式太阳能闭式带压吸热系统实施例一的结构图。

图2为本发明塔式太阳能闭式带压吸热系统实施例二的结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，该塔式太阳能闭式带压吸热系统，包括位于高位的吸热器1、位于低位间壁式的换热器2、存储缓冲罐3及循环泵4，吸热器1的出口与换热器2的进口通过管路连接，所述存储缓冲罐3下端联有排料管，排料管上设有排料阀5，在存储缓冲罐3上联有吸热介质加入管6，在高于吸热介质加入管6的存储缓冲罐3上还联有进气管7和排气管8，在进气管7、排气管8和吸热介质加入管6上均设有阀门10或阀门11阀门9，存储缓冲罐3的一侧通过管路与换热器2的出口通过管路连接，存储缓冲罐3的另一侧通过管路与所述循环泵4的进口相连，循环泵4的出口与吸热器1的进口相连，循环泵4的两端还通过旁路阀12相连；在吸热器1出口与换热器2进口的相连管路上设有排空阀13，排空阀13高于吸热器1；所述换热器2的蓄热介质进口与低温储罐14相连，换热器2的蓄热介质出口与高温储罐15相连，在低温储罐14与换热器2之间设有蓄热介质循环泵17，高温储罐15与低温储罐14之间设有蒸汽发生及过热装置16；

本发明用于上述塔式太阳能闭式带压吸热系统的吸热方法，包括以下步骤：A)关闭进气管7上的阀门10和排料阀5，打开排气管8和吸热介质加入管6上的阀门11、阀门9、排空阀13及旁路阀12；B)通过吸热介质加入管6向存储缓冲罐3中加入足够量的吸热介质，再关闭排气管上的阀门11，打开进气管7上的阀门10，通过进气管7向存储缓冲罐3充入带压气体，随着存储缓冲罐3中压力的上升，吸热介质将在气体压力的作用下，克服重力的作用，顺着存储缓冲罐3两侧的管路，逐渐往上流动，直至吸热介质充满排空阀13以下循环回路中的所有空间，再关闭排空阀13、吸热介质加入管6上的阀门9及旁路阀12；C)待吸热器1出口压力达到设定值后，关闭进气管7上的阀门10；D)启动循环泵4，暂不启动蓄热介质循环泵17，吸热介质将在循环泵4的作用下在系统中循环流动，通过吸热器1吸收太阳能；过一段时间再启动蓄热介质循环泵17，驱动蓄热介质沿低温储罐14、换热器2、高温储罐15、蒸汽发生及过热装置16正向循环流动，吸热介质通过换热器2加热蓄热介质；当太阳光照充足时，蓄热介质保持正向流动；当太阳光照不足时，蓄热介质循环泵17驱动蓄热介质反向流动，即蓄热介质由高温储罐15流向换热器2，使用蓄热介质通过换热器2加热吸热介质，将其升温至较高温度，以避免吸热介质的凝固，保证系统长期的正常工作；

吸热介质和蓄热介质可以是熔盐、液态金属、水等流体介质中的一种，本实施例适用于吸热介质和蓄热介质不同的工况；本发明通过运行前使得系统处于带压状态，运行后，吸热介质自塔顶下落的势能得到充分合理的利用，由循环泵4提供的动力需求大大减小，只需克服介质在回路中循环流动的阻力，不仅降低对循环泵4的技术要求，也大大降低系统运行功耗，同时该回路的闭合稳定运行也将提高整个系统的稳定性和安全性，具有投资成本和运行成本低、安全性好的优点；运行中可通过调节循环泵4的转速来调节吸热介质流量，从而控制吸热器1出口的介质温度；通过调节蓄热介质循环泵17的转速控制蓄热介质的流量，从而控制吸热介质冷却后的温度和蓄热介质加热后的温度；通过控制存储缓冲罐3中的压力，从而控制吸热器1出口的压力。另外，在吸热器1启动阶段，暂不启动换热器2，只是吸热介质循环受热，这样可缩短吸热器1启动时间；旁路阀12可让吸热介质快速充满或回落；当停运循环泵后，根据需要可打开排料阀5，排出存储缓冲罐3中的吸热介质。

实施例二

如图2所示，该实施例与实施例一的区别仅在于：所述吸热介质加入管6与蓄热介质循环泵17的出口相连，排料管与低温储罐14相连；本实施例适用于吸热介质和蓄热介质为同一种介质的工况，在启动时将低温储罐14中的介质充入存储缓冲罐3；在排空时，将介质排入低温储罐14；可简化系统结构落。

Claims (10)

1.一种塔式太阳能闭式带压吸热系统，包括位于高位的吸热器、位于低位的换热器，吸热器的出口与换热器的进口通过管路连接，其特征在于：还包括位于低位的存储缓冲罐，在存储缓冲罐上联有吸热介质加入管，在高于吸热介质加入管的存储缓冲罐上还联有进气管和排气管，在进气管、排气管和吸热介质加入管上均设有阀门，存储缓冲罐的一侧通过管路与换热器的出口连接，存储缓冲罐的另一侧通过管路与循环泵进口相连，循环泵出口通过管路与吸热器的进口相连，吸热器通过管路与一排空阀相连，排空阀高于吸热器。

2.根据权利要求1所述的一种塔式太阳能闭式带压吸热系统，其特征在于：所述循环泵的两端通过旁路阀相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种塔式太阳能闭式带压吸热系统，其特征在于：所述换热器为间壁式换热器，换热器的蓄热介质进口与低温储罐相连，换热器的蓄热介质出口与高温储罐相连，在低温储罐与换热器之间设有蓄热介质循环泵，高温储罐与低温储罐之间设有蒸汽发生及过热装置。

4.根据权利要求3所述的一种塔式太阳能闭式带压吸热系统，其特征在于：所述存储缓冲罐下端联有排料管，排料管上设有排料阀。

5.根据权利要求3所述的一种塔式太阳能闭式带压吸热系统，其特征在于：所述吸热介质加入管与蓄热介质循环泵的出口相连，排料管与低温储罐相连。

6.用于如权利要求1所述一种塔式太阳能闭式带压吸热系统的吸热方法，其特征在于包括以下步骤：A)关闭进气管上的阀门，打开关闭排气管和吸热介质加入管上的阀门及排空阀；B)通过吸热介质加入管向存储缓冲罐中加入足够量的吸热介质，再关闭排气管上的阀门，打开进气管上的阀门，通过进气管向存储缓冲罐充入带压气体，随着存储缓冲罐中压力的上升，吸热介质将在气体压力的作用下，克服重力的作用，顺着存储缓冲罐两侧的管路，逐渐往上流动，直至吸热介质充满排空阀以下循环回路中的所有空间，再关闭排空阀；C)待吸热器出口压力达到设定值后，关闭进气管上的阀门；D)启动循环泵，吸热介质将在循环泵的作用下在系统中循环流动，通过吸热器吸收太阳能。

7.如权利要求6所述的一种塔式太阳能闭式带压吸热方法，其特征在于：将循环泵的两端通过旁路阀相连，在步骤A)中打开旁路阀，在步骤C)中关闭旁路阀。

8.如权利要求6或7所述的一种塔式太阳能闭式带压吸热方法，其特征在于：换热器采用间壁式换热器，将换热器的蓄热介质进口与低温储罐相连，将换热器的蓄热介质出口与高温储罐相连，在低温储罐与换热器之间设置蓄热介质循环泵，高温储罐与低温储罐之间设置蒸汽发生及过热装置；在步骤D)中，当太阳光照充足时，蓄热介质循环泵驱动蓄热介质正向流动；当太阳光照不足时，蓄热介质循环泵驱动蓄热介质反向流动，即蓄热介质由高温储罐流向换热器，使用蓄热介质通过换热器加热吸热介质，将其升温至较高温度，以避免吸热介质的凝固。

9.如权利要求8所述的一种塔式太阳能闭式带压吸热方法，其特征在于：将存储缓冲罐下端联接排料管，排料管上设置排料阀；在步骤A)中关闭排料阀；当停运循环泵后，根据运行要求决定是否打开排料阀，排出存储缓冲罐中的吸热介质。

10.如权利要求8所述的一种塔式太阳能闭式带压吸热方法，其特征在于：当吸热介质和蓄热介质为同一种介质时，将所述吸热介质加入管与蓄热介质循环泵的出口相连，将排料管与低温储罐相连；在启动时将低温储罐中的介质充入存储缓冲罐；在排空时，将介质排入低温储罐。