CN107036303A - 带保护系统的塔式太阳能接收器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带保护系统的塔式太阳能接收器，包括集热板、上流管道、下流管道、熔盐泵、熔盐保护罐、控制阀、增压泵、空气腔、连通阀，所述熔盐泵与集热板相连，所述上流管道与增压泵之间依次连接有控制阀、熔盐保护罐、连通阀、空气腔。上流管道上设置有止回阀，位于控制阀与熔盐泵之间，这样设计可以防止在熔盐泵压力不足的情况下，出现熔盐逆流的问题。本发明通过熔盐保护罐及空气腔自身储存的压力，使熔盐在没有外来驱动力的情况下仍能沿着管路流动，这比临时启动增压泵要迅速，且可靠性及可控性都更高；同时，增压泵是以空气为介质，节约了成本；有喷雾作为应急保护双保险，从而保护接收器不发生过热烧毁。

Description

带保护系统的塔式太阳能接收器

本发明涉及一种带保护系统的塔式太阳能接收器，属于太阳能光热发电应用技术领域，具体用于控制塔式太阳能接收器的应急过热保护。

背景技术

太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过导热介质带走，并由换热装置产生蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。塔式太阳能发电是重要的光热发电模式，也是最有大规模商业化应用前景的模式之一。

塔式太阳能电站的接收器位于接收塔顶部，通过泵将低温熔盐输送至接收器，加热后流下来。在运行过程中，熔盐泵有可能会发生意外故障，加上传输路程较远，也可能发生爆管，熔盐外泄的情况，只要这两种情况之一出现，都有可能使得低温熔盐供不到接收器上，造成接收器无法带走热量而发生过热烧毁。由于定日镜驱动需要一定时间，才能将反射光移开，加上系统监控和协调也有一定时间，虽然时间都不长，但由于接收器接受的能量巨大，几秒钟的干烧，也可能使得接收器过热，甚至发生爆裂或扭曲。接收器是塔式太阳能发电的核心部件，一旦出问题，整个电站瘫痪，维修期间将无法发电，电站将蒙受巨大损失。因此，需要有比较可靠而便捷的方法来实现对接收器的保护。现在一般做法是启用旁路的备用熔盐泵，理论上可以作为一个备选方案，但是由于熔盐泵启动速度较慢，价格昂贵，加上管道距离较远，无法迅速正常运作，极有可能在定日镜还没有来得及移开的时候，出现没有流体流过接收器的情况，一旦出现干烧，接收器很容易烧毁。如果是熔盐泵下游的管道出了问题，那备用的泵更是无能为力。目前还没有一种工艺简单，便捷迅速的可靠方法对接收器这种突发事件进行预防和保护。

发明内容

本发明针对现有技术中启用旁路的备用熔盐泵存在的启动速度慢、价格昂贵，无法提供及时保护的问题，提供一种工艺简单，便捷可行的带保护系统的塔式太阳能接收器，包括集热板、上流管道、下流管道、熔盐泵、熔盐保护罐、控制阀、增压泵、空气腔、连通阀，所述熔盐泵与集热板相连，所述上流管道与增压泵之间依次连接有控制阀、熔盐保护罐、连通阀、空气腔。上流管道上设置有止回阀，位于控制阀与熔盐泵之间，这样设计可以防止在熔盐泵压力不足的情况下，出现熔盐逆流的问题。以熔盐作为介质的塔式太阳能系统为例，接收器可以是单个的集热板，但实际应用中，一般由多块集热板组成，每一块集热板布满了管道，接收来自定日镜反射的能量。每块集热板的管路彼此相互并联，独自形成一个支路，熔盐流经各集热板加热后汇流，由下流管道流到地面的储盐罐。本发明所提供的系统结构特征在于，在每分支管道上，另有一分支通过控制阀接到熔盐保护罐，所述的熔盐保护罐另一端通过连通阀与空气腔相连。当塔式太阳能发电系统开始工作，管道充分预热后，熔盐泵启动，低温熔盐沿着上流熔盐主管道进入接收器，分成多支分别进入各个集热板，除了沿着常规的集热管路流动外，还有部分熔盐穿过控制阀进入熔盐保护罐中，待熔盐充满保护罐，关闭控制阀；同时，启动增压泵，对空气腔的空气做功，待达到一定压力后，切断空气腔与增压泵的连接，打开空气腔与熔盐保护罐之间的连通阀，使得熔盐保护罐处于较高压力状态；当熔盐泵或中途管道泄漏发生事故，无法向接收器提供上流熔盐的动力的时候，迅速打开控制阀，此时高压的熔盐沿着上流管道进入接收器，维持接收器短时间内的正常运作，同时迅速启动各定日镜的驱动装置，把定日镜反射的光斑从接收器上移走，避免接收器干烧过热的情况。这种工作方式在系统启动时，就同时进行启动，简便易行；每块集热板可配一个熔盐保护罐，也可多个集热板共用一个熔盐保护罐，具体熔盐保护罐容量大小根据集热板的能流密度及定日镜移开的时间而定，价格也相对低廉，同时能够迅速保护集热器。除此以外，水蒸气作为介质也可以。

优选的是，在保护系统中还包括喷液腔、喷射阀和喷嘴，在喷液腔中含有喷射液。如果在熔盐保护罐中的熔盐即将耗尽，温度还在升高，则采取另一套保护方案，即喷嘴喷出雾状液体，挡在定日镜反射光到接收器的光路上；喷嘴所喷射的液体预先储备在喷液腔中，通过增压泵事先增压，待发生事故时候，打开喷嘴阀门喷出。喷液腔里的喷射液可以是水或者其他可以雾化的液体，也可以添加一些颗粒或添加剂，增加光线散射或吸收的效果，进一步起到保护接收器的作用。

优选的是，还包括有液流监控装置，除了在接收器入口的止回阀附近设置液流监控外，在管道回路各流量计上也要设置监控，一旦出现流量较为明显的变化，即刻做出反应。

在塔式太阳能系统启动的同时，就开始储备用于应急的熔盐和喷液，并对其加压，在塔式太阳能正常运行阶段，监控熔盐保护罐和喷液腔的压力，随时以备意外。

作为优选，每块集热板可配一个熔盐保护罐，也可多个集热板共用一个熔盐保护罐，具体熔盐保护罐容量大小根据集热板的能流密度及定日镜移开的时间而定。

意外发生时候，流出熔盐保护罐的熔盐流量根据出口温度反馈而定。在实际应用中，不同规模的项目，不同的辐射强度，熔盐流量都不一样，需根据需求计算，无法具体化。尽量使得熔盐达到正常时候热盐温度，既可节省流出熔盐保护罐的熔盐量，又可使所加热的熔盐能直接进入热盐罐。

熔盐保护罐的熔盐量大约能够支持接收器运行一分钟，既确保系统能收到反馈，并驱动定日镜使得反射光能移离接收器的时间。熔盐保护罐及喷液腔的位置都放置在接收器下方不远的接收塔内，即保证反应迅速，又不被接收器的高温影响正常工作。

作为优选，喷嘴设置的疏密与接收器环向分布的能量密度相关，即在接收器正北方向设置最多，南面设置较少。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、提前做好准备，反应迅速，可靠性和可控性很高。本发明通过熔盐保护罐及空气腔自身储存的压力，使熔盐在没有外来驱动力的情况下仍能沿着管路流动，这比临时启动增压泵要迅速，且可靠性及可控性都更高；2、由于距离近，保护系统爆管的概率比长管路传输小得多；3、增压泵是以空气为介质，无需使用昂贵而繁琐的熔盐泵，节约了成本，也提高了可靠性；4、还有喷雾作为应急保护双保险，确保给定日镜移动赢得宝贵时间，从而保护接收器不发生过热烧毁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是对本发明的实施例的描述，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据技术方案进行简单变形或者名称变化，或者是采取惯用手段，也可以实现发明目的。

图1是本发明实施例中带保护系统的塔式太阳能接收器的结构示意图。

图中：1—集热板；2—上流管道；3—下流管道；4—熔盐泵；5—止回阀；6—控制阀；7—熔盐保护罐；8—连通阀；9—空气腔；10—增压泵；11—喷液腔；12—喷射阀；13—喷嘴。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

参见图1，本实施例中带保护系统的塔式太阳能接收器结构包括集热板1、上流管道2、下流管道3、熔盐泵4、止回阀5、控制阀6、熔盐保护罐7、连通阀8、空气腔9、增压泵10、喷液腔11、喷射阀12、喷嘴13。在本实施例中，接收器仅由1块集热板1组成，集热板1的上流管道2的熔盐分岔流入，尔后从下流管道3流到熔盐罐，并换热发电。当塔式太阳能发电站开始运作的时候，熔盐泵4将低温熔盐沿着上流管道2上流，输送到集热板1，上流管道2有一止回阀5，一支管路连接到熔盐保护罐7，当低温熔盐上流进入集热板1的时候，也进入了熔盐保护罐7，待低温熔盐充满了熔盐保护罐7后，关闭控制阀6，将熔盐保护罐7和上流管道2隔离；同时，通过增压泵10对空气腔9内的空气压缩，待达到指定压力后，断开与增压泵10的连接，打开连通阀8，使得空气腔9和熔盐保护罐7连通，这样熔盐保护罐7里的熔盐处于高压力状态。一旦出现熔盐泵4出问题，或者中途爆管，使得上流管道2没有低温熔盐经过的时候，迅速打开控制阀6，使得熔盐保护罐7中的熔盐进入集热板1，维持正常的运行，为控制系统反馈及定日镜移动赢得时间，避免集热板1出现过热的情况。熔盐流量根据流出集热板1出口的温度而定，并通过控制阀6控制。如果在熔盐保护罐里的熔盐即将耗尽，定日镜的光斑还没有能完全移开的情况下，采用高压喷雾的方案，减少定日镜反射到集热板1的光。喷嘴13所喷射的液体，储存在喷液腔11，事先通过增压泵加压，需要时候开启喷射阀12。喷液腔11的液体是加有颗粒或者其他添加剂的水，这样提高散射或吸收光的效果。

本发明通过增设了集热板1的保护系统，在熔盐泵4出故障或爆管，无法将熔盐输送到集热板1的时候，熔盐保护罐7中的熔盐，起到了备用熔盐的效果，延续了系统正常的运作，为控制系统反馈及定日镜移动赢得时间，避免集热板1出现过热烧毁的情况。高压喷雾系统是应急时候的保护措施，作为双保险，也是本发明所提供的保护系统的一部分。集热板1得以在意外中保全，提高了系统运行的经济性，从而推动塔式太阳能发电商业化的发展。

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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的变动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种带保护系统的塔式太阳能接收器，其特征在于，包括集热板、上流管道、下流管道、熔盐泵、熔盐保护罐、控制阀、增压泵、空气腔、连通阀、止回阀，所述熔盐泵通过上流管道与集热板相连，所述上流管道与增压泵之间依次连接有控制阀、熔盐保护罐、连通阀、空气腔、增压泵；所述的止回阀位于上流管道上，设置在所述控制阀与熔盐泵之间。

2.如权利要求1所述的一种带保护系统的塔式太阳能接收器，其特征在于，还包括喷液腔、喷射阀和喷嘴，所述喷液腔与所述增压泵相连。

3.如权利要求1或2所述的一种带保护系统的塔式太阳能接收器，其特征在于，所述喷液腔中含有喷射液。

4.如权利要求3所述的一种带保护系统的塔式太阳能接收器，其特征在于，所述的喷射液是水。

5.如权利要求4所述的一种带保护系统的塔式太阳能接收器，其特征在于，所述的喷射液中含添加剂。

6.如权利要求1所述的一种带保护系统的塔式太阳能接收器，其特征在于，还包括有液流监控装置。

7.如权利要求1所述的一种塔式太阳能接收器的保护系统，其特征在于，熔盐保护罐的熔盐量至少能够支持所述塔式太阳能接收器运行一分钟。