CN105649901B - 一种基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置，包括太阳能聚光集热单元、吸收式热泵单元和动力发电单元；太阳能聚光集热单元用于接收并汇聚太阳辐射能量，通过传热工质将接收的太阳辐射能量转化为中温热能，并将该热能输送给吸收式热泵单元；吸收式热泵单元以被太阳能加热的传热工质作为驱动热源，利用吸收剂对制冷剂的吸收与解吸过程进行放热和吸热，将中温热能转变为高温热能，产生高温高压蒸汽输送给动力发电单元；动力发电单元，通过汽轮机与发电机组，将接收的热能转化并输出为电能；本发明解决了太阳能热发电系统蒸汽参数低导致的动力循环效率低的问题，实现了太阳能的高效利用，适合规模化太阳能热发电技术。

Description

一种基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置
技术领域
本发明属于太阳能发电技术领域，涉及一种基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置。
背景技术
太阳能热发电技术是利用太阳能聚光技术将太阳辐射能转换成高温热能，然后通过热力循环进行发电。根据聚光技术的不同将太阳能热发电系统分为槽式、塔式和碟式三类，目前槽式太阳能热发电技术较为成熟，已有商业化电站运行。但传热工质，通常为导热油，气化点较低，从而高温工作条件下导致变质，目前使用的导热油的最高工作温度不宜高于400℃，汽轮机入口主蒸汽参数最高约为370℃至380℃，主蒸汽参数较低严重制约了系统发电效率的提升，很大程度影响了槽式太阳能热发电技术的发展。
另外，由于太阳能资源的丰富程度直接影响着太阳能热发电系统的性能，因此太阳能热发电系统通常建设在太阳能资源丰富的沙漠干旱地区。传统的太阳能热发电系统汽轮机排汽以水作为冷却介质，会耗费大量的冷却水，不适用于沙漠干旱地区，空冷系统以空气为冷却介质，而太阳能资源丰富地区环境温度较高，使汽轮机背压较高，发电性能受到较大影响。
发明内容
本发明解决的问题在于提供基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置，既能解决目前槽式太阳能单独热发电系统主蒸汽参数低的难题，又能实现系统节水。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置，包括：
太阳能聚光集热单元：接收汇聚太阳辐射能并加热传热工质，热传热工质作为中温热源输送给吸收式热泵单元；太阳能聚光集热单元与吸收式热泵单元之间经传热工质循环管路连接；
吸收式热泵单元：以被加热的传热工质作为驱动热源，利用吸收剂对制冷剂的吸收与解吸过程进行放热和吸热传递，在放热时加热工质产生高温热能并传递给动力发电单元，在吸热时与传热工质换热并返回给太阳能聚光集热单元；吸收式热泵单元与动力发电单元经水循环管路连接；
动力发电单元：利用吸收式热泵单元传递的热能加热生成的高温高压蒸汽，通过汽轮机与发电机组将接收的热能转化为电能并输出。
所述太阳能聚光集热单元包括太阳能聚光镜场、吸热器和传热工质泵，其中太阳能聚光镜场接收并汇聚太阳能辐射能量并传递给吸热器，吸热器中的传热工质被加热成中温传热工质，中温传热工质经管路输送给吸收式热泵单元；吸收式热泵单元将传热后的传热工质经传热工质泵返还输送至吸热器中。
所述吸收式热泵单元包括发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，其中发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器之间连接有制冷剂循环管路；制冷剂与吸收、解吸制冷剂的吸收剂溶液组成工质对，发生器与吸收器之间连接有工质对循环管路；蒸发器、吸收器和冷凝器之间还连接有动力发电工质的循环管路；发生器的传热工质入口与太阳能聚光集热单元的吸热器的传热工质出口连接，发生器的传热工质出口与吸热器的传热工质入口连接。
所述的制冷剂循环管路的连接为：
发生器的制冷剂出口连接冷凝器的制冷剂入口，冷凝器的制冷剂出口通过节流阀连接蒸发器的制冷剂入口，蒸发器的制冷剂出口连接吸收器的制冷剂入口。
所述的工质对循环管路的连接为：
吸收器的工质对稀溶液出口通过循环泵连接发生器的工质对稀溶液入口；发生器的工质对浓溶液出口连接吸收器的工质对浓溶液入口。
所述的动力发电工质的循环管路的连接为：
蒸发器的冷凝入口与动力发电单元的排汽口相连接，冷凝出口经凝结水泵与吸收器换热入口相连接，其中管路管上还与给水加热器换热，吸收器换热出口与冷凝器换热入口相连接，冷凝器换热出口输出高温高压蒸汽。
所述吸收式热泵单元的工质传热及循环包括：
加热器传输的传热工质在发生器中加热从吸收器输送来的具有一定浓度的工质对稀溶液，并使其中的大部分制冷剂蒸发出来；
制冷剂蒸汽进入冷凝器中，将动力发电单元的工质水加热成高温高压蒸汽，同时，制冷剂被冷凝成制冷剂液体，再经节流阀降压到蒸发压力；
制冷剂经节流进入蒸发器中，吸收汽轮机排汽的热量而激化成蒸发压力下的制冷剂蒸汽进入到吸收器中，同时，将汽轮机排汽冷凝成液态；
在发生器中经发生过程剩余的得到的工质对浓溶液经节流降到蒸发压力进入吸收器中，与从蒸发器出来的低压制冷剂蒸汽相混合，吸收低压制冷剂蒸汽并恢复到原来的浓度；在吸收器中恢复了浓度的工质对溶液又经循环泵升压后送入发生器中继续循环。
所述动力发电单元包括汽轮机、发电机、凝结水泵和给水加热器，其中，吸收式热泵单元产生的高温高压蒸汽进入汽轮机做功，驱动发电机输出电能；发电后的汽轮机排汽进入吸收式热泵单元冷凝，冷凝水经凝结水泵升压返回吸收式热泵单元加热，在返回管路上经给水加热器预热。
所述的给水加热器与汽轮机通过抽汽管路相连通，以抽取的蒸汽为返回管路上的冷凝水预热。
所述动力发电单元与吸收式热泵单元的工质换热包括：
汽轮机发电后的汽轮机排汽进入吸收式热泵单元的蒸发器中冷凝，生成的冷凝水由凝结水泵升压，经给水加热器预热后依次进入吸收器和冷凝器换热，生成高温高压蒸汽再进入汽轮机。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1、本发明提供的基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置，由于将太阳能聚光集热与吸收式热泵结合，通过传热工质将接收的太阳辐射能量转化为300℃～400℃的中温热能，再通过括制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂溶液组成工质对，利用吸收剂对制冷剂的吸收与解吸过程进行放热和吸热，实现从低温向高温输送热能，将中温热能转变为500℃以上的高温热能。较之于传统的太阳能热发电系统，可得到较高的动力循环效率，实现太阳能的高质转化。解决了槽式太阳能单独热发电系统蒸汽参数低导致动力循环效率低的问题，实现了太阳能的高效利用，适合规模化太阳能热发电技术。
2、本发明提供的基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置，由于将吸收式热泵的蒸发器用于汽轮机排汽的冷凝，而产生的冷凝水再经过余热之后进入吸收器、冷凝器进行热交换，一方面减少了太阳能热发电系统的凝结水量，使太阳能热发电系统适用于炎热干旱地区；另一方面又提高了能量的充分利用，提高了热能利用效率。
3、本发明提供的基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置，广泛适用于各种太阳能热发电系统，例如槽式、塔式、碟式、线性菲涅尔式太阳能热发电系统。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1-太阳能聚光镜场；2-吸热器；3-传热工质泵；4-发生器；5-冷凝器；6-蒸发器；7-吸收器；8-节流阀；9-循环泵；10-汽轮机；11-发电机；12-凝结水泵；13-给水加热器。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，一种基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置，包括：
太阳能聚光集热单元：接收汇聚太阳辐射能并加热传热工质，热传热工质作为中温热源输送给吸收式热泵单元；太阳能聚光集热单元与吸收式热泵单元之间经传热工质循环管路连接；
吸收式热泵单元：以被加热的传热工质作为驱动热源，利用吸收剂对制冷剂的吸收与解吸过程进行放热和吸热传递，在放热时加热工质产生高温热能并传递给动力发电单元，在吸热时与传热工质换热并返回给太阳能聚光集热单元；吸收式热泵单元与动力发电单元经水循环管路连接；
动力发电单元：利用吸收式热泵单元传递的热能加热生成的高温高压蒸汽，通过汽轮机与发电机组将接收的热能转化为电能并输出。
其中，太阳能聚光集热单元，用于接收汇聚的太阳辐射能，通过传热工质将接收的太阳辐射能量转化为中温热能，该中温热能作为中温热源输送给吸收式热泵单元；
吸收式热泵单元，以被太阳能加热的传热工质作为驱动热源，利用吸收剂对制冷剂的吸收与解吸过程进行放热和吸热，实现从低温向高温输送热能，将中温热能转变为500℃以上的高温热能，输送给动力发电单元；
动力发电单元，用于将吸收式热泵单元的500℃以上的热能加热工质水，转换为高温高压蒸汽，通过汽轮机与发电机组将接收的热能转化为电能并输出。
下面对各个单元进行具体的说明。
太阳能聚光集热单元包括太阳能聚光镜场1、吸热器2和传热工质泵3，其中太阳能聚光镜场1接收并汇聚太阳能辐射能量，并将该太阳能辐射能量传递给吸热器2，加热吸热器2中的传热工质产生中温传热工质，将太阳辐射能量转化为热能，然后将产生的中温传热工质输给吸收式热泵单元。传热工质泵3用于将吸收式热泵单元中的传热工质泵出给吸热器2，实现传热工质的循环利用。
吸收式热泵单元包括发生器4、冷凝器5、蒸发器6和吸收器7，其中发生器4、冷凝器5、蒸发器6和吸收器7之间连接有制冷剂循环管路；制冷剂与吸收、解吸制冷剂的吸收剂溶液组成工质对(例如溴化锂-水溶液工质对，水为制冷剂，溴化锂为吸收剂；或者氨水溶液工质对，氨为制冷剂，水为吸收剂)，发生器4与吸收器7之间连接有工质对循环管路；蒸发器6、吸收器7和冷凝器5之间还连接有动力发电工质的循环管路；发生器4的传热工质入口与太阳能聚光集热单元的吸热器2的传热工质出口连接，发生器4的传热工质出口与吸热器2的传热工质入口连接。
其中，发生器4的制冷剂出口连接冷凝器5的制冷剂入口，冷凝器5的制冷剂出口通过节流阀8连接蒸发器6的制冷剂入口，蒸发器6的制冷剂出口连接吸收器7的制冷剂入口；
吸收器7的工质对稀溶液(通常质量浓度范围54％～60％)出口通过循环泵9连接发生器4的稀溶液入口，发生器4的工质对浓溶液(通常质量浓度范围59％～64％)出口连接吸收器7的工质对浓溶液入口；
发生器4的传热工质入口与吸热器2的传热工质出口连接，发生器4的传热工质出口与吸热器2的传热工质入口连接。
蒸发器6的冷凝入口与动力发电单元的排汽口相连接，冷凝出口经凝结水泵12与吸收器7换热入口相连接，其中管路管上还与给水加热器13换热，吸收器7换热出口与冷凝器5换热入口相连接，冷凝器5换热出口输出高温高压蒸汽。
吸收式热泵单元内工作介质包括制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂溶液，二者组成工质对；利用传热工质在发生器4中加热由循环泵9从吸收器7输送来的具有一定浓度的溶液，并使溶液中的大部分低沸点制冷剂蒸发出来；制冷剂蒸汽进入冷凝器5中，将动力发电单元的工质水加热成高温高压蒸汽，同时，制冷剂被冷却介质冷凝成制冷剂液体，再经节流阀8降压到蒸发压力；制冷剂经节流进入蒸发器6中，吸收汽轮机排汽的热量而激化成蒸发压力下的制冷剂蒸汽，同时，将汽轮机排汽冷凝成液态；在发生器4中经发生过程剩余的浓溶液经节流阀8降到蒸发压力进入吸收器7中，与从蒸发器6出来的低压制冷剂蒸汽相混合，吸收低压制冷剂蒸汽并恢复到原来的浓度；吸收过程是放热过程，将从给水加热器来的给水加热；在吸收器7中恢复了浓度的溶液又经循环泵9升压后送入发生器4中继续循环。
动力发电单元包括汽轮机10、发电机11、凝结水泵12，其中，吸收式热泵单元中的冷凝器5产生的高温高压蒸汽进入汽轮机10做功，驱动发电机11输出电能。发电后的汽轮机排汽进入吸收式热泵单元冷凝，冷凝水经凝结水泵12升压返回吸收式热泵单元加热，在返回管路上经给水加热器13预热。给水加热器13与汽轮机10通过抽汽管路相连通，以抽取的蒸汽为返回管路上的冷凝水预热。
汽轮机10发电后的汽轮机排汽进入吸收式热泵单元的蒸发器6中冷凝，生成的冷凝水由凝结水泵12升压，经给水加热器13预热后依次进入吸收器7和冷凝器5换热，生成高温高压蒸汽再进入汽轮机，完成动力发电单元的循环过程。
由于本发明将太阳能聚光集热与吸收式热泵结合，将中温聚光太阳热能温度提升，较之于传统的太阳能热发电系统，可得到较高的动力循环效率，实现太阳能的高质转化。解决了槽式太阳能单独热发电系统蒸汽参数低导致动力循环效率低的问题，实现了太阳能的高效利用，适合规模化太阳能热发电技术。由于将吸收式热泵的蒸发器用于汽轮机排汽的冷凝，减少了太阳能热发电系统的凝结水量，使太阳能热发电系统适用于炎热干旱地区
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置，其特征在于，包括：
太阳能聚光集热单元：接收汇聚太阳辐射能并加热传热工质，热传热工质作为中温热源输送给吸收式热泵单元；太阳能聚光集热单元与吸收式热泵单元之间经传热工质循环管路连接；
吸收式热泵单元：以被加热的传热工质作为驱动热源，利用吸收剂对制冷剂的吸收与解吸过程进行放热和吸热传递，在放热时加热工质产生高温热能并传递给动力发电单元，在吸热时与传热工质换热并返回给太阳能聚光集热单元；吸收式热泵单元与动力发电单元经水循环管路连接；
动力发电单元：利用吸收式热泵单元传递的热能加热生成的高温高压蒸汽，通过汽轮机与发电机组将接收的热能转化为电能并输出；
所述吸收式热泵单元包括发生器(4)、冷凝器(5)、蒸发器(6)和吸收器(7)，其中发生器(4)、冷凝器(5)、蒸发器(6)和吸收器(7)之间连接有制冷剂循环管路；制冷剂与吸收、解吸制冷剂的吸收剂溶液组成工质对，发生器(4)与吸收器(7)之间连接有工质对循环管路；蒸发器(6)、吸收器(7)和冷凝器(5)之间还连接有动力发电工质的循环管路；发生器(4)的传热工质入口与太阳能聚光集热单元的吸热器(2)的传热工质出口连接，发生器(4)的传热工质出口与吸热器(2)的传热工质入口连接；
所述的制冷剂循环管路的连接为：
发生器(4)的制冷剂出口连接冷凝器(5)的制冷剂入口，冷凝器(5)的制冷剂出口通过节流阀(8)连接蒸发器(6)的制冷剂入口，蒸发器(6)的制冷剂出口连接吸收器(7)的制冷剂入口；
所述的工质对循环管路的连接为：
吸收器(7)的工质对稀溶液出口通过循环泵(9)连接发生器(4)的工质对稀溶液入口；发生器(4)的工质对浓溶液出口连接吸收器(7)的工质对浓溶液入口。
2.如权利要求1所述的基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置，其特征在于，所述太阳能聚光集热单元包括太阳能聚光镜场(1)、吸热器(2)和传热工质泵(3)，其中太阳能聚光镜场(1)接收并汇聚太阳能辐射能量并传递给吸热器(2)，吸热器(2)中的传热工质被加热成中温传热工质，中温传热工质经管路输送给吸收式热泵单元；吸收式热泵单元将传热后的传热工质经传热工质泵(3)返还输送至吸热器(2)中。
3.权利要求1所述的基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置，其特征在于，所述的动力发电工质的循环管路的连接为：
蒸发器(6)的冷凝入口与动力发电单元的排汽口相连接，冷凝出口经凝结水泵(12)与吸收器(7)换热入口相连接，其中管路管上还与给水加热器(13)换热，吸收器(7)换热出口与冷凝器(5)换热入口相连接，冷凝器(5)换热出口输出高温高压蒸汽。
4.权利要求1所述的基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置，其特征在于，吸收式热泵单元的工质传热及循环包括：
加热器(2)传输的传热工质在发生器(4)中加热从吸收器(7)输送来的具有一定浓度的工质对稀溶液，并使其中的大部分制冷剂蒸发出来；
制冷剂蒸汽进入冷凝器(5)中，将动力发电单元的工质水加热成高温高压蒸汽，同时，制冷剂被冷凝成制冷剂液体，再经节流阀(8)降压到蒸发压力；
制冷剂经节流进入蒸发器(6)中，吸收汽轮机排汽的热量而激化成蒸发压力下的制冷剂蒸汽进入到吸收器(7)中，同时，将汽轮机排汽冷凝成液态；
在发生器(4)中经发生过程剩余的得到的工质对浓溶液经节流降到蒸发压力进入吸收器(7)中，与从蒸发器(6)出来的低压制冷剂蒸汽相混合，吸收低压制冷剂蒸汽并恢复到原来的浓度；在吸收器(7)中恢复了浓度的工质对溶液又经循环泵(9)升压后送入发生器(4)中继续循环。
5.如权利要求1所述的基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置，其特征在于，所述动力发电单元包括汽轮机(10)、发电机(11)、凝结水泵(12)和给水加热器(13)，其中，吸收式热泵单元产生的高温高压蒸汽进入汽轮机(10)做功，驱动发电机(11)输出电能；发电后的汽轮机排汽进入吸收式热泵单元冷凝，冷凝水经凝结水泵(12)升压返回吸收式热泵单元加热，在返回管路上经给水加热器(13)预热。
6.如权利要求5所述的基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置，其特征在于，所述的给水加热器(13)与汽轮机(10)通过抽汽管路相连通，以抽取的蒸汽为返回管路上的冷凝水预热。
7.如权利要求5所述的基于吸收式热泵的太阳能聚光集热发电装置，其特征在于，动力发电单元与吸收式热泵单元的工质换热包括：
汽轮机(10)发电后的汽轮机排汽进入吸收式热泵单元的蒸发器(6)中冷凝，生成的冷凝水由凝结水泵(12)升压，经给水加热器(13)预热后依次进入吸收器(7)和冷凝器(5)换热，生成高温高压蒸汽再进入汽轮机。
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