CN107152800A - 一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器,包括反射镜、集热管、集热管支撑臂、倾角传感器、扭矩管、悬臂、中间塔和驱动塔,采用大开口反射镜使得集热场建造成本大大减少了,且节能环保,热能损失减少,总发电量提高;采用熔盐作为导热介质相比于热油具有更好的导热性能,储热效率大大提升;跟踪方式由断续跟踪改为连续跟踪,提高了跟踪精度,使跟踪精度达到0.068mrad。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光热发电技术领域,尤其是一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器。
背景技术
近年来国家对于新能源发展的重视与日俱增,“十三五”规划中也明确提出支持新能源等新兴产业的发展。太阳能储量丰富,利用清洁,将成为最热门的新能源之一,光热发电技术也会迅速发展。光热发电设备也会向高参数、大直径方向发展。目前,太阳能热发电技术进入迅速发展期。现有技术中,带有熔盐储热设施的槽式熔盐热发电项目技术成熟、同时又具有一定先进性,在现有技术中,集热回路大多采取开口尺寸为5770mm的集热回路,使用热油作为导热介质,并且由于跟踪方式为断续跟踪导致跟踪精度并不高。
发明内容
本发明克服了现有技术中的缺点,提供了一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器。
为了解决上述技术问题,本发明是通过以下技术方案实现的:
一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器,包括反射镜、集热管、集热管支撑臂、倾角传感器、扭矩管、悬臂、中间塔和驱动塔,中间塔和驱动塔并排设置,在中间塔分布于驱动塔两侧,在中间塔和驱动塔之间设置有扭矩管,在扭矩管上架设有悬臂,悬臂上安装有反射镜,在扭矩管上垂直设置有集热管支撑臂,在集热管支撑臂上安装有集热管,所述反射镜径向为4块,轴向为8-10组,所述反射镜为抛物线形,抛物线反射镜的开口尺寸为5.8-6米,所述集热管内设置有熔盐作为导热介质,熔盐储热温度为290度至550度。
而且,所述的集热管支撑臂为等距排布,数量为9-12根。
而且,在所述驱动塔上端的集热管支撑臂上设置有倾角传感器,用于测量扭矩管的旋转角度。
而且,所述的驱动塔上设置有液压站和驱动控制柜。
而且,所述的抛物线反射镜的开口尺寸优选为5.96米。
而且,所述反射镜轴向的数量优选为8组。
而且,所述熔盐使用液固转变温度较高二元熔盐,熔盐配比为60%NaNO3+40%KNO3、纯度为99.6%KNO3和99.5%NaNO3,其初始凝固温度221℃、初始结晶温度238℃,熔化热161kJ。
而且,所述驱动塔、悬臂、倾角传感器组成的太阳跟踪方式为连续跟踪,跟踪精度达到0.068mrad。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
以本发明所述一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器,具有以下有益效果:
1、采用大开口反射镜使得集热场建造成本大大减少了,且节能环保,热能损失减少,总发电量提高。
2、采用熔盐作为导热介质相比于热油具有更好的导热性能,储热效率大大提升。
3、跟踪方式由断续跟踪改为连续跟踪,提高了跟踪精度,使跟踪精度达到0.068mrad。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明结构示意图。
其中,1为反射镜,2为集热管,3为集热管支撑臂,4为倾角传感器,5为悬臂,6为中间塔,7为液压站,8为驱动塔,9为驱动控制柜,10为扭矩管。
具体实施方式
下面结合附图与具体的实施方式对本发明作进一步详细描述:
如图中所示,一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器,包括反射镜1、集热管2、集热管支撑臂3、倾角传感器4、扭矩管10、悬臂5、中间塔6和驱动塔8,中间塔和驱动塔并排设置,在中间塔分布于驱动塔两侧,在中间塔和驱动塔之间设置有扭矩管,在扭矩管上架设有悬臂,悬臂上安装有反射镜,在扭矩管上垂直设置有集热管支撑臂,在集热管支撑臂上安装有集热管,所述反射镜径向为4块,轴向为8组,所述的抛物线反射镜的开口尺寸为5.96米,所述集热管内设置有熔盐作为导热介质。
而且,所述的集热管支撑臂为等距排布,数量为9根。
而且,在所述驱动塔上端的集热管支撑臂上设置有倾角传感器,用于测量扭矩管的旋转角度。
而且,所述的驱动塔上设置有液压站和驱动控制柜。
而且,所述的抛物线反射镜的开口尺寸优选为5.96米。
而且,所述反射镜轴向的数量优选为8组。
而且,所述驱动塔、悬臂、倾角传感器组成的太阳跟踪方式为连续跟踪,跟踪精度达到0.068mrad。
以下通过5960mm和5770mm反射镜集热回路的对比进行说明,并对镜场系统用量及成本进行分析,集热器主要组件包括扭矩管、悬臂、驱动塔、中间塔、集热管支撑臂。
各组件用量及成本变化情况如下:
集热器主要组件用量
类别 | 用量差异 | 成本差异 |
扭矩管 | -2.86% | -0.12% |
悬臂 | -6% | -0.88% |
驱动塔 | -6.4% | -10.2% |
中间塔 | -2.9% | -2.9% |
集热管支撑臂 | -3.2% | -0.42% |
集热器各组件用量均减少,成本也随之减少。集热器主要组件总成本下降原来的3%。
反射镜用量及成本变化如下:
反射镜用量
类别 | 用量差异 | 成本差异 |
反射镜 | -6.4% | -9.2% |
反射镜用量减少,成本下降约为原来的9.2%
集热管用量及成本变化情况如下:
集热管用量
类别 | 用量差异 | 成本差异 |
集热管 | -2.86% | -0.28% |
集热管用量减少,成本下降原来的0.28%。
仪控阀门包括表面热电偶、护套热电偶、压力传感器、手动调节阀、电控泄压阀。
各阀门用量及成本变化情况如下:
仪控阀门用量
类别 | 用量差异 | 成本差异 |
表面热电偶 | -3.64% | -3.64% |
护套热电偶 | -1.72% | -1.72% |
压力传感器 | -1.72% | -1.72% |
手动调节阀 | -1.72% | -1.72% |
电控泄压阀 | -1.72% | -1.72% |
各阀门用量均减少,各成本也随之减少,仪控阀门总成本下降约为原来的2.2%。
排盐设施包括电控排盐阀、排盐装置。
各用量及成本变化情况如下:
排盐设施
类别 | 用量差异 | 成本差异 |
电控排盐阀 | -1.72% | -1.72% |
排盐装置 | -1.72% | -1.72% |
管道连接包括旋转接头、旋转接头金属软管、补偿器、补偿金属软管。
各用量及成本变化情况如下:
管道连接
类别 | 用量差异 | 成本差异 |
旋转接头 | -1.72% | -0.0028% |
旋转接头金属软管 | -1.71% | -0.02% |
补偿器 | -6.68% | -0.0074% |
补偿器金属软管 | -6.68% | -0.0036% |
管道连接各组件用量均减少,成本差异也随之减少,总成本减少为原来的2.8%。
土建施工包括混凝土基本土建量、线缆沟土建量、线缆总用量、挡风墙。
土建施工
类别 | 施工量差异 | 成本差异 |
混凝土基础土建量 | -3.3% | -3.3% |
线缆沟土建量 | -2.86% | -2.8% |
线缆总用量 | -2.86% | -2.8% |
挡风墙 | 0.000% | 8.000% |
土建用量除挡风墙未变化,其他用量均减少,成本除挡风墙增加原来的8%外,其他均减少,累积
土建施工总成本减少大约为原来的2%。
除以上集热场建造成本减少外,还额外增加一部分维护保养费用,但此费用远远小于减少的成本费用,
最终累积集热场建造总成本减少原来的4.02%。
综上所述,所有数据能充分说明此设计方案能够实现成本优化。
1、跟踪控制参数
从上表可以看出,系统的跟踪精度提高了。同时,连续跟踪成本可下降,因此,优先考虑连续跟踪。这样,既节省了成本,又提高了系统跟踪精度。
2、载荷设计标准
运行风速和安全风速不变的情况下,动态转矩和静载转矩变大。
3、集热器规格
5960SCA的集热单元采光面积变大,集热回路长度减少,集热单元总数量减少,集热总采光面积减少约为原来的0.12%,影响很小。
4、热能损失情况
5960SCA的集热场的热辐射年损失下降了原来的约0.3%。
5、年发电总量情况
5960SCA的年发电总量增加了大约0.07%。
综上所述,此高温槽式熔盐5960SCA集热器方案与现有技术中5770SCA集热器方案相比,总镜场的设计成本大大减少,虽然集热场总采光面积减小了,但影响的集热效率不大(通过一定的集热效率分析及集热系统实际的安装和调试,可以进一步减小),集热场的热辐射年损失也相对减少,而年发电总量还是增加得。因此,高温槽式熔盐5960SCA集热器设计具有低成本、高效率的优点。
高温熔盐的配比:
所述熔盐使用液固转变温度较高二元熔盐,熔盐配比为60%NaNO3+40%KNO3、纯度为99.6%KNO3和99.5%NaNO3,其初始凝固温度221℃、初始结晶温度238℃,熔化热161kJ。
采用熔盐作为导热介质相比于热油具有更好的导热性能,储热效率大大提升。导热油技术的储热空间为从290度至380度,储热温差为90度,而熔盐技术储热空间从290度至550度,储热温差为260度,同样用量的熔盐,熔盐技术的储热量是导热油技术的3倍左右,也就是说,如果要配备同样的储热量,熔盐技术所需熔盐仅为导热油技术所需熔盐的三分之一左右,意味着工程造价成本更低,选用高温熔盐作为传递介质,还可以提高汽轮机的效率,获得更高的年发电量。
连续跟踪的方式:
传统的液压驱动方式为单泵控制,电机为普通三相异步电机,转速恒定。跟踪驱动动作方式为步进式控制,换向阀间隔5~20秒左右换向动作一次,电机随之启动,运动一定角度后电机停止。这种跟踪驱动方式,跟踪精度较低(约为1.7mrad),不能满足高温熔盐工质所要求的1.2mrad高跟踪精度要求。且电机频繁启停,换向阀频繁动作,严重影响元寿命。在采用单泵定转速电机驱动时,在实施快速定位时,移动的速度不可调。
所述驱动塔、悬臂、倾角传感器组成的太阳跟踪方式为连续跟踪,跟踪精度达到0.068mrad。所述驱动系统包括液压油箱、电机、泵出口油路分配阀组、蓄能器和蓄能器出口阀组,液压油箱上设置有电机和泵出口油路分配阀组,在液压油箱一侧设置有蓄能器,在液压油箱内设置有双泵系统,一为用于实现油缸的慢速伸缩的柱塞泵,一为用于实现油缸的快速伸缩的齿轮泵,在所述的电机上设置有风扇,在所述液压油箱的下方设置有集油槽,在所述集油槽上设置有托架,采用小流量柱塞泵供油,并通过变频器改变电机转速进而改变泵输出流量,实现油缸的慢速度伸缩,进而实现微小角度偏差的旋转跟踪定位,紧急快速定位和紧急情况下的散焦保护功能:采用大齿轮泵供油实现驱动装置的快速定位和翻转动作,且速度可调;另外设置蓄能器实现紧急断电情况下的散焦等安全保护动作,另外电机配置风扇,保证电机散热需要,延长电机使用寿命。
以上对本发明进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (8)
1.一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器,其特征在于:包括反射镜、集热管、集热管支撑臂、倾角传感器、扭矩管、悬臂、中间塔和驱动塔,中间塔和驱动塔并排设置,在中间塔分布于驱动塔两侧,在中间塔和驱动塔之间设置有扭矩管,在扭矩管上架设有悬臂,悬臂上安装有反射镜,在扭矩管上垂直设置有集热管支撑臂,在集热管支撑臂上安装有集热管,所述反射镜径向为4块,轴向为8-10组,所述反射镜为抛物线形,抛物线反射镜的开口尺寸为5.8-6米,所述集热管内设置有熔盐作为导热介质,熔盐储热温度为290度至550度。
2.根据权利要求1所述的一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器,其特征在于:所述的集热管支撑臂为等距排布,数量为9-12根。
3.根据权利要求1所述的一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器,其特征在于:在所述驱动塔上端的集热管支撑臂上设置有倾角传感器,用于测量扭矩管的旋转角度。
4.根据权利要求1所述的一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器,其特征在于:所述的驱动塔上设置有液压站和驱动控制柜。
5.根据权利要求1所述的一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器,其特征在于:所述的抛物线反射镜的开口尺寸优选为5.96米。
6.根据权利要求1所述的一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器,其特征在于:所述反射镜轴向的数量优选为8组。
7.根据权利要求1所述的一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器,其特征在于:所述熔盐使用液固转变温度较高二元熔盐,熔盐配比为60%NaNO3+40%KNO3、纯度为99.6%KNO3和99.5%NaNO3,其初始凝固温度221℃、初始结晶温度238℃,熔化热161kJ。
8.根据权利要求1所述的一种高跟踪精度大开口高温槽式熔盐集热器,其特征在于:所述驱动塔、悬臂、倾角传感器组成的太阳跟踪方式为连续跟踪,跟踪精度达到0.068mrad。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170912 |
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