CN105545618A - 采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统及热发电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统及热发电方法,系统包括槽式集热器(1)、盐水换热器(7)、汽轮发电机(8)、低温蓄热罐(5)、高温蓄热罐(6)和排熔融盐系统;槽式集热器(1)由多列独立的子槽式集热器组成,每个所述子槽式集热器由多个集热管按自下而上顺序串接;在每个所述子槽式集热器上开设至少一个排盐管路,该排盐管路的一端与所述子槽式集热器的腔体连通,该排盐管路的另一端连接储盐罐;在所述排盐管路靠近所述子槽式集热器的一端安装控制阀门;另外,每个所述子槽式集热器的底部还设置有进气口。优点为:系统成本低、系统使用的安全性高。
Description
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域,具体涉及一种采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统及热发电方法。
背景技术
传统的槽式太阳能热发电系统的结构如图1所示,在太阳镜场布置集热器a,集热器a中的集热介质为导热油,因此,太阳镜场将太阳光汇聚到集热器中,从而将集热器中冷的导热油加热为高温导热油;从集热器输出的高温导热油流入到油水换热器,与冷却水进行热交换,将冷却水加热为过热蒸汽,从而驱动汽轮机做功发电;经油水换热器输出的冷的导热油被导热油循环泵重新输送回集热器中进行吸热。另外,当太阳光充足时,从集热器输出的高温导热油还部分输送到油盐换热器中,与储热介质熔融盐发生热交换,将熔融盐加热为高温熔融盐,并通过热储盐罐作为热源储存。由此可见,传统的槽式太阳能热发电系统,采用导热油作为集热介质,采用熔融盐作为蓄热介质,采用水蒸汽作为发电介质;由于导热油的温度上限为400度,从而制约了槽式太阳能热发电的蒸汽温度和压力参数,难以提高发电效率;另外,由于采用了三种介质,槽式太阳能热发电系统需要设置油盐换热器和油水换热器,增加了系统成本。
为解决上述问题,国际上也有研发机构开发采用熔融盐介质同时作为集热和蓄热介质的槽式太阳能热发电系统,然而,由于熔融盐的凝固点很高,因此,熔融盐非常容易凝固,从而为整个槽式太阳能热发电系统的循环带来灾难性事故。基于此,目前国际上还没有成功的采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷,本发明提供一种采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统及热发电方法,可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下:
本发明提供一种采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统,包括槽式集热器(1)、盐水换热器(7)、汽轮发电机(8)、低温蓄热罐(5)、高温蓄热罐(6)和排熔融盐系统;
所述槽式集热器(1)的出盐口分为两个支路,一个支路直接连接到所述盐水换热器(7)的进盐口,另一个支路连接到所述高温蓄热罐(6)的进盐口;所述高温蓄热罐(6)的出盐口通过第1熔融盐泵(4)连接到所述盐水换热器(7)的进盐口;所述盐水换热器(7)还设置有进水口、排气口和排盐口,所述盐水换热器(7)的排气口连接到所述汽轮发电机(8)的进气口,所述汽轮发电机(8)的乏汽排气口连接到冷却塔(9)的进气口,所述冷却塔的出水口通过水泵(10)连接到所述盐水换热器(7)的所述进水口,由此形成汽轮机乏汽的循环利用;
所述盐水换热器(7)的所述排盐口连接到所述低温蓄热罐(5)的进盐口,所述低温蓄热罐(5)的出盐口通过第2熔融盐泵(12)连接到熔融盐加热器(3)的进盐口,所述熔融盐加热器(3)的排盐口连接到所述槽式集热器(1)的进盐口;
另外,所述槽式集热器(1)由多列独立的子槽式集热器组成,每个所述子槽式集热器由多个集热管按自下而上顺序串接;在每个所述子槽式集热器上开设至少一个排盐管路,该排盐管路的一端与所述子槽式集热器的腔体连通,该排盐管路的另一端连接储盐罐;在所述排盐管路靠近所述子槽式集热器的一端安装控制阀门;另外,每个所述子槽式集热器的底部还设置有进气口;
所述排熔融盐系统包括气体压缩机(11)和缓冲罐(2);所述气体压缩机(11)的出气口与所述缓冲罐(2)的进气口连接,所述缓冲罐(2)的罐内安装有加热器,所述缓冲罐(2)的排气口分别与设置在各个所述子槽式集热器底部的进气口连通。
优选的,所述熔融盐加热器(3)为锅炉。
优选的,所述气体压缩机(11)为空气压缩机或氮气压缩机。
优选的,每个所述子槽式集热器上开设两个排盐管路,一个排盐管路设置于所述子槽式集热器的顶部,另一个排盐管路设置于所述子槽式集热器的中部。
优选的,对于设置于所述子槽式集热器中部的排盐管路,其排气口设置于相邻两个集热管的接口位置。
优选的,还包括控制器和液位传感器;所述液位传感器设置于所述排盐管路与所述子槽式集热器的连接位置处;所述液位传感器的输出端与所述控制器的输入端连接,所述控制器的输出端分别与所述控制阀门和所述气体压缩机(11)的供电装置电连接。
本发明还提供一种采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电方法,包括以下步骤:
S1,槽式集热器(1)通过所汇聚的太阳能加热其腔体中流入的低温液态熔融盐,使低温液态熔融盐变为高温液态熔融盐;
S2:
S2.1,从槽式集热器(1)出盐口输出的高温液态熔融盐被输送到盐水换热器(7);
S2.2,汽轮发电机(8)在发电过程中产生的乏汽输送到冷却塔(9)中,在冷却泵中,乏汽冷却为水;然后,水泵(10)将冷却塔(9)中被冷却的水输送到盐水换热器(7);
S2.3,在所述盐水换热器(7)中,高温液态熔融盐与水进行热交换,水被加热为过热蒸汽,过热蒸汽重新输送到汽轮发电机(8)中,驱动汽轮发电机(8)做功发电,由此实现汽轮机乏汽的循环利用;
而高温液态熔融盐被冷却为低温液态熔融盐后,低温液态熔融盐被输送到低温蓄热罐(5)中;第2熔融盐泵(12)将低温蓄热罐(5)中的低温液态熔融盐输送到熔融盐加热器(3)中,熔融盐加热器(3)将低温液态熔融盐加热后,重新输送回槽式集热器(1)中,由此实现熔融盐的循环利用;
还包括:
S3,在太阳资源不充足时,当槽式集热器(1)中的熔融盐温度冷却至第1设定温度范围时,通过控制器打开安装于排盐管路与子槽式集热器之间的控制阀门;同时,控制器启动气体压缩机(11)以及安装于缓冲罐(2)内的加热器;从气体压缩机(11)喷出的高压气体输送到缓冲罐(2),在缓冲罐(2)中,高压气体被加热到第2设定温度范围后,得到加热后的高压气体;然后,加热后的高压气体自底部注入到各个子槽式集热器的腔体内部,加热后的高压气体在子槽式集热器腔体内部流动过程中,会携带腔体内部的熔融盐;然后,携带熔融盐的高压气体从子槽式集热器的腔体内部通过排盐管路而进入到储盐罐,从而达到将槽式集热器(1)腔体内部的熔融盐排入到储盐罐的效果。
优选的,S3中,所述第1设定温度范围为200度~300度;所述第2设定温度范围为70度~220度。
优选的,S3中,还包括:
在将槽式集热器(1)腔体内部的熔融盐通过排盐管路排入到储盐罐的过程中,液位传感器实时检测排盐管路与子槽式集热器之间的连接位置处的液位值,并将检测到的液位值上传给控制器;
所述控制器根据所接收到的液位值是否低于设定极小值,如果低于,则表明所述子槽式集热器内部的熔融盐已完全排入到储盐罐中,则所述控制器关闭所述控制阀门,同时关闭所述气体压缩机(11)以及所述加热器。
优选的,还包括:
当太阳资源充足时,从槽式集热器(1)出盐口输出的高温液态熔融盐被部分存储到高温蓄热罐(6);当太阳资源不充足时,从所述高温蓄热罐(6)向盐水换热器(7)输送高温液态熔融盐。
本发明提供的采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统及热发电方法,具有以下优点:
(1)熔融盐同时作为集热介质和储热介质,不需要额外配置油盐换热器和油水换热器,从而降低了系统成本,减化了系统配置复杂度;
(2)熔融盐的价格远低于导热油,由此进一步降低了系统成本;
(3)当夜间或太阳辐照资源不足时,可将槽式集热器中的熔融盐排出,防止熔融盐凝固而损坏设备,从而提高了系统使用的安全性;另外,还具有熔融盐排出效率高的优点。
附图说明
图1为传统的槽式太阳能热发电系统的结构示意图;
图2为本发明提供的采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明:
如图1所示,本发明提供一种采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统,包括槽式集热器1、盐水换热器7、汽轮发电机8、低温蓄热罐5、高温蓄热罐6和排熔融盐系统;
槽式集热器1的出盐口分为两个支路,一个支路直接连接到盐水换热器7的进盐口,另一个支路连接到高温蓄热罐6的进盐口;高温蓄热罐6的出盐口通过第1熔融盐泵4连接到盐水换热器7的进盐口;盐水换热器7还设置有进水口、排气口和排盐口,盐水换热器7的排气口连接到汽轮发电机8的进气口,汽轮发电机8的乏汽排气口连接到冷却塔9的进气口,冷却塔的出水口通过水泵10连接到盐水换热器7的进水口,由此形成汽轮机乏汽的循环利用;
盐水换热器7的排盐口连接到低温蓄热罐5的进盐口,低温蓄热罐5的出盐口通过第2熔融盐泵12连接到熔融盐加热器3的进盐口,熔融盐加热器3的排盐口连接到槽式集热器1的进盐口;其中,熔融盐加热器3可采用锅炉。
另外,槽式集热器1由多列独立的子槽式集热器组成,每个子槽式集热器由多个集热管按自下而上顺序串接;在每个子槽式集热器上开设至少一个排盐管路,该排盐管路的一端与子槽式集热器的腔体连通,该排盐管路的另一端连接储盐罐;在排盐管路靠近子槽式集热器的一端安装控制阀门;另外,每个子槽式集热器的底部还设置有进气口;在图1中,每个子槽式集热器上开设两个排盐管路,一个排盐管路设置于子槽式集热器的顶部,另一个排盐管路设置于子槽式集热器的中部,从而达到分段式逐级排盐的效果,即:压缩气体首先将下部的熔融盐通过中部排盐管路排到储盐罐;然后,压缩气体进一步上升,再将上部的熔融盐通过顶部排盐管路排到储盐罐,从而提高槽式集热器整体排盐效率。另外,为简化施工,对于设置于子槽式集热器中部的排盐管路,其排气口优选设置于相邻两个集热管的接口位置。通过上述设计,尤其是槽式集热器1采用分体式设计,即:每一个子槽式集热器构成一个独立的熔融盐回路,可进一步提高熔融盐排出效率。
排熔融盐系统包括气体压缩机11和缓冲罐2;气体压缩机11的出气口与缓冲罐2的进气口连接,缓冲罐2的罐内安装有加热器,缓冲罐2的排气口分别与设置在各个子槽式集热器底部的进气口连通。其中,气体压缩机11所产生的气体可以为空气、氮气或氩气等,只要不与熔融盐发生反应、且为无毒无味气体即可。
另外,为实现排盐的自动化控制过程,减少人力成本,还包括控制器和液位传感器;液位传感器设置于排盐管路与子槽式集热器的连接位置处;液位传感器的输出端与控制器的输入端连接,控制器的输出端分别与控制阀门和气体压缩机11的供电装置电连接。
本发明还提供一种应用上述槽式太阳能热发电系统的槽式太阳能热发电方法,包括以下步骤:
S1,槽式集热器1通过所汇聚的太阳能加热其腔体中流入的低温液态熔融盐,使低温液态熔融盐变为高温液态熔融盐;
S2:
S2.1,从槽式集热器1出盐口输出的高温液态熔融盐被输送到盐水换热器7;
S2.2,汽轮发电机8在发电过程中产生的乏汽输送到冷却塔9中,在冷却泵中,乏汽冷却为水;然后,水泵10将冷却塔9中被冷却的水输送到盐水换热器7;
S2.3,在盐水换热器7中,高温液态熔融盐与水进行热交换,水被加热为过热蒸汽,过热蒸汽重新输送到汽轮发电机8中,驱动汽轮发电机8做功发电,由此实现汽轮机乏汽的循环利用;
而高温液态熔融盐被冷却为低温液态熔融盐后,低温液态熔融盐被输送到低温蓄热罐5中;第2熔融盐泵12将低温蓄热罐5中的低温液态熔融盐输送到熔融盐加热器3中,熔融盐加热器3将低温液态熔融盐加热后,重新输送回槽式集热器1中,由此实现熔融盐的循环利用;
还包括:
S3,在太阳资源不充足时,当槽式集热器1中的熔融盐温度冷却至第1设定温度范围时,优选为200度~300度,例如,270度,然后,通过控制器打开安装于排盐管路与子槽式集热器之间的控制阀门;同时,控制器启动气体压缩机11以及安装于缓冲罐2内的加热器;从气体压缩机11喷出的高压气体输送到缓冲罐2,在缓冲罐2中,高压气体被加热到第2设定温度范围,此处为气体预热过程,防止过冷的气体注入到集热器腔体内部后,导致熔融盐凝固,气体预热温度为70度以上,优选为70度~220度。由此得到加热后的高压气体;然后,加热后的高压气体自底部注入到各个子槽式集热器的腔体内部,加热后的高压气体在子槽式集热器腔体内部流动过程中,会携带腔体内部的熔融盐;然后,携带熔融盐的高压气体从子槽式集热器的腔体内部通过排盐管路而进入到储盐罐,从而达到将槽式集热器1腔体内部的熔融盐排入到储盐罐的效果。
S3中,还包括:
在将槽式集热器1腔体内部的熔融盐通过排盐管路排入到储盐罐的过程中,液位传感器实时检测排盐管路与子槽式集热器之间的连接位置处的液位值,并将检测到的液位值上传给控制器;
控制器根据所接收到的液位值是否低于设定极小值,如果低于,则表明子槽式集热器内部的熔融盐已完全排入到储盐罐中,则控制器关闭控制阀门,同时关闭气体压缩机11以及加热器。
此外,为防止太阳资源不充足时,汽轮机发电机组无法正常发电,本发明中,还可以包括以下的储能步骤,即:当太阳资源充足时,从槽式集热器1出盐口输出的高温液态熔融盐被部分存储到高温蓄热罐6;当太阳资源不充足时,从高温蓄热罐6向盐水换热器7输送高温液态熔融盐。从而提高太阳能热发电系统的适应性。
本发明提供的采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统及热发电方法,具有以下优点:
(1)熔融盐同时作为集热介质和储热介质,不需要额外配置油盐换热器和油水换热器,从而降低了系统成本,减化了系统配置复杂度;
(2)熔融盐的价格远低于导热油,由此进一步降低了系统成本;
(3)当夜间或太阳辐照资源不足时,可将槽式集热器中的熔融盐排出,防止熔融盐凝固而损坏设备,从而提高了系统使用的安全性;另外,还具有熔融盐排出效率高的优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统,其特征在于,包括槽式集热器(1)、盐水换热器(7)、汽轮发电机(8)、低温蓄热罐(5)、高温蓄热罐(6)和排熔融盐系统;
所述槽式集热器(1)的出盐口分为两个支路,一个支路直接连接到所述盐水换热器(7)的进盐口,另一个支路连接到所述高温蓄热罐(6)的进盐口;所述高温蓄热罐(6)的出盐口通过第1熔融盐泵(4)连接到所述盐水换热器(7)的进盐口;所述盐水换热器(7)还设置有进水口、排气口和排盐口,所述盐水换热器(7)的排气口连接到所述汽轮发电机(8)的进气口,所述汽轮发电机(8)的乏汽排气口连接到冷却塔(9)的进气口,所述冷却塔的出水口通过水泵(10)连接到所述盐水换热器(7)的所述进水口,由此形成汽轮机乏汽的循环利用;
所述盐水换热器(7)的所述排盐口连接到所述低温蓄热罐(5)的进盐口,所述低温蓄热罐(5)的出盐口通过第2熔融盐泵(12)连接到熔融盐加热器(3)的进盐口,所述熔融盐加热器(3)的排盐口连接到所述槽式集热器(1)的进盐口;
另外,所述槽式集热器(1)由多列独立的子槽式集热器组成,每个所述子槽式集热器由多个集热管按自下而上顺序串接;在每个所述子槽式集热器上开设至少一个排盐管路,该排盐管路的一端与所述子槽式集热器的腔体连通,该排盐管路的另一端连接储盐罐;在所述排盐管路靠近所述子槽式集热器的一端安装控制阀门;另外,每个所述子槽式集热器的底部还设置有进气口;
所述排熔融盐系统包括气体压缩机(11)和缓冲罐(2);所述气体压缩机(11)的出气口与所述缓冲罐(2)的进气口连接,所述缓冲罐(2)的罐内安装有加热器,所述缓冲罐(2)的排气口分别与设置在各个所述子槽式集热器底部的进气口连通。
2.根据权利要求1所述的采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统,其特征在于,所述熔融盐加热器(3)为锅炉。
3.根据权利要求1所述的采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统,其特征在于,所述气体压缩机(11)为空气压缩机或氮气压缩机。
4.根据权利要求1所述的采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统,其特征在于,每个所述子槽式集热器上开设两个排盐管路,一个排盐管路设置于所述子槽式集热器的顶部,另一个排盐管路设置于所述子槽式集热器的中部。
5.根据权利要求4所述的采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统,其特征在于,对于设置于所述子槽式集热器中部的排盐管路,其排气口设置于相邻两个集热管的接口位置。
6.根据权利要求1所述的采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电系统,其特征在于,还包括控制器和液位传感器;所述液位传感器设置于所述排盐管路与所述子槽式集热器的连接位置处;所述液位传感器的输出端与所述控制器的输入端连接,所述控制器的输出端分别与所述控制阀门和所述气体压缩机(11)的供电装置电连接。
7.一种采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,槽式集热器(1)通过所汇聚的太阳能加热其腔体中流入的低温液态熔融盐,使低温液态熔融盐变为高温液态熔融盐;
S2:
S2.1,从槽式集热器(1)出盐口输出的高温液态熔融盐被输送到盐水换热器(7);
S2.2,汽轮发电机(8)在发电过程中产生的乏汽输送到冷却塔(9)中,在冷却泵中,乏汽冷却为水;然后,水泵(10)将冷却塔(9)中被冷却的水输送到盐水换热器(7);
S2.3,在所述盐水换热器(7)中,高温液态熔融盐与水进行热交换,水被加热为过热蒸汽,过热蒸汽重新输送到汽轮发电机(8)中,驱动汽轮发电机(8)做功发电,由此实现汽轮机乏汽的循环利用;
而高温液态熔融盐被冷却为低温液态熔融盐后,低温液态熔融盐被输送到低温蓄热罐(5)中;第2熔融盐泵(12)将低温蓄热罐(5)中的低温液态熔融盐输送到熔融盐加热器(3)中,熔融盐加热器(3)将低温液态熔融盐加热后,重新输送回槽式集热器(1)中,由此实现熔融盐的循环利用;
还包括:
S3,在太阳资源不充足时,当槽式集热器(1)中的熔融盐温度冷却至第1设定温度范围时,通过控制器打开安装于排盐管路与子槽式集热器之间的控制阀门;同时,控制器启动气体压缩机(11)以及安装于缓冲罐(2)内的加热器;从气体压缩机(11)喷出的高压气体输送到缓冲罐(2),在缓冲罐(2)中,高压气体被加热到第2设定温度范围后,得到加热后的高压气体;然后,加热后的高压气体自底部注入到各个子槽式集热器的腔体内部,加热后的高压气体在子槽式集热器腔体内部流动过程中,会携带腔体内部的熔融盐;然后,携带熔融盐的高压气体从子槽式集热器的腔体内部通过排盐管路而进入到储盐罐,从而达到将槽式集热器(1)腔体内部的熔融盐排入到储盐罐的效果。
8.根据权利要求7所述的采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电方法,其特征在于,S3中,所述第1设定温度范围为200度~300度;所述第2设定温度范围为70度~220度。
9.根据权利要求7所述的采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电方法,其特征在于,S3中,还包括:
在将槽式集热器(1)腔体内部的熔融盐通过排盐管路排入到储盐罐的过程中,液位传感器实时检测排盐管路与子槽式集热器之间的连接位置处的液位值,并将检测到的液位值上传给控制器;
所述控制器根据所接收到的液位值是否低于设定极小值,如果低于,则表明所述子槽式集热器内部的熔融盐已完全排入到储盐罐中,则所述控制器关闭所述控制阀门,同时关闭所述气体压缩机(11)以及所述加热器。
10.根据权利要求7所述的采用熔融盐介质的槽式太阳能热发电方法,其特征在于,还包括:
当太阳资源充足时,从槽式集热器(1)出盐口输出的高温液态熔融盐被部分存储到高温蓄热罐(6);当太阳资源不充足时,从所述高温蓄热罐(6)向盐水换热器(7)输送高温液态熔融盐。
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