CN107166779A - 稳定节能型光热场及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳定节能型光热场，包括依次串联多个子槽式集热器和位于两侧的子槽式集热器的轴向外侧的两个输盐管，串设在输盐管上的高温旋转接头，本发明的旋转接头的固定接头和旋转接头对接处分别焊接一定长度和刚度的金属波纹管，并在金属波纹管的另一端再焊接耐磨材料密封圈，旋转接头装配完成后，密封环对接并使波纹管有一定的压缩量，进而将热膨胀后伸缩量有效利用，提供给密封接触所需轴向预紧力，同时将工作介质和轴承等旋转组件的工作空间独立开来。

Description

稳定节能型光热场及控制方法

技术领域

本发明涉及光热电技术领域，特别是涉及一种稳定节能型光热场及控制方法。

背景技术

太阳能抛物面槽式发电是通过跟踪太阳运动的线形抛物面反射镜将太阳辐射聚集到位于抛物面焦线处的吸热管中加热传热流体进行发电的技术。槽式电站集热场的关键设备主要包括集热器、吸热管和储热器等。驱动跟踪系统是集热器逐日的核心，是光热采集器充分利用太阳能的保障。借助驱动跟踪系统，光热采集器可以从日出至日落跟踪太阳。旋转接头则是集热管与固定系统管道连接必不可少的一个零件，通过使用旋转接头，可以延长连接软管的使用寿命，降低熔盐管道发生泄漏的风险。

目前，传统的旋转接头由内外管、轴承、密封环及弹性体等零件组成。旋转接头使用时，先将固定端头与连接管路使用螺纹或法兰连接，再将旋接头旋转部分依靠壳体、轴承、密封环等组件与固定接头对接。旋转接头工作时，固定于接头本体内外管之间的轴承可实现固定接头与旋转接头的相对旋转，轴承两侧的密封环将轴承与内管工作介质隔离开，同时达到密封的效果，而且在密封性能要求较高的场合下，多在密封环一侧安装弹性体来提供给密封环轴向力，以提高密封环摩擦力，进而改善密封性能。但是，在高温、酸碱腐蚀等复杂和恶劣的工作环境中，各组件材料的耐热性和伸缩率不同，使得密封不良，酸碱性工作介质进入轴承内造成卡滞、腐蚀及二次泄漏。

而且，因为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，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。如何快速稳定地排盐也成为技术难题，虽然有些技术实现了高温熔盐的排放，但是，多段集热管上分别增加排盐管路，导致系统结构复杂，成本高，而且不能保证排盐过程中不发生残留或凝固。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种稳定节能型光热场及控制方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种稳定节能型光热场，包括依次串联多个子槽式集热器和位于两侧的子槽式集热器的轴向外侧的两个输盐管，串设在输盐管上的高温旋转接头，所述的高温旋转接头包括，

第一接头，其包括第一连接管和与所述的第一连接管固定连接的第一金属波纹管，以及设置在第一金属波纹管端部的第一密封环，

第二接头，其包括第二连接管和与所述的第二连接管固定连接的第二金属波纹管，以及设置在第二金属波纹管端部的第二密封环，

连接紧定套，其包括与所述的第一连接管固定连接且允许所述的第一金属波纹管插入其中的第一连接套，与所述的第二连接管固定连接且与第一连接套可旋转连接的第二连接套，所述的第二金属波纹管穿过所述的第二连接套并使第一密封环和第二密封环密封对接。

所述的第一连接管上设置有连接法兰以与所述的第一连接套固定连接，所述的第二连接管上设置有连接法兰以与所述的第二连接套固定连接。

所述的连接紧定套在所述的密封对接处形成有排泄腔，所述的排泄腔形成有排泄口。

所述的第一连接套包括同轴设置的小直径段和大直径段，所述的排泄腔由第一连接套的台肩和与所述的大直径段固定连接的隔环构成；所述的大直径段端部形成有内止口，所述的第二连接套通过旋转轴承可旋转地设置在大直径端的开口处；所述的第二连接套向内突出地形成有凸环，所述的隔环顶持在凸环外表面。

所述的第二连接套的内侧面上形成有环凹槽。

第一金属波纹管或第二金属波纹管的长度在30-80mm，第一金属波纹管或第二金属波纹管的刚度大于100N/mm。

所述的密封环为对应的平面、坡面或弧面密封副。

所述的子槽式集热器包括反射镜和集热管以及用以感测集热管内熔盐温度的温度传感器，所述的集热管均与水平面保持夹角倾斜设置，位于高点侧的输盐管上旁接有进气机构，位于低点侧输盐管排盐管路，在排盐管路上设置有阀门。

所述的集热管相对所述的反射镜绝缘设置且各子槽式集热器的集热管相互电连接，两端的输盐管上分别缠绕有伴热带且接地，各集热管与加热电源保持电连通。

一种的稳定节能型光热场的控制方法，其排盐方法为：

同步旋转各子槽式收集器使其开口朝下；

开启排盐管路和进气机构，在重力下集热管和输盐管中的熔盐回流然后经排盐管路排出；

当高温熔盐排放流量减小或者预定时间后，从高端向低端逐步抬高各子槽式收集器的集热管的高度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的旋转接头的固定接头和旋转接头对接处分别焊接一定长度和刚度的金属波纹管，并在金属波纹管的另一端再焊接耐磨材料密封圈，旋转接头装配完成后，密封环对接并使波纹管有一定的压缩量，进而将热膨胀后伸缩量有效利用，提供给密封接触所需轴向预紧力，同时将工作介质和轴承等旋转组件的工作空间独立开来。即，采用管路直接密封对接的结构形式，消除了轴承等组件对密封性能的依赖性；在高温工作环境下，金属波纹管不仅可吸收旋转接头内管路的伸缩量，进而增加波纹管的压缩量，积极地利用高温环境下各组件材料的伸缩量来提高密封性能，更要改善装配结构，以消除轴承等组件在酸碱工作介质中对密封性能的依赖。

本发明的集热器，由多个子槽式集热器构成，各集热管构成倾斜的通道，正常工作时，熔盐从低端流向高端并被各子槽式集热器逐步加热，满足后续的热电要求，当出现意外停机时，首先停止熔盐的主动输出，进入回收状态，利用倾斜的角度使熔盐回流回收，同时，因为回流时高温盐向低温端流动，能有效集热管中熔盐的温度，提高热利用效率，减少中间凝固的可能。

附图说明

图1所示为本发明的高温旋转接头的结构示意图；

图2所示为第一接头的结构示意图；

图3所示为第一连接套的预留槽口示意图。

图4所示为密封环对接第一示意图。

图5所示为密封环对接第二示意图。

图6所示为密封环对接第三示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图所示，本发明的稳定节能型光热场，其特征在于，包括依次串联多个子槽式集热器和位于两侧的子槽式集热器的轴向外侧的两个输盐管，串设在输盐管上的高温旋转接头，所述的高温旋转接头包括，

第一接头，其包括第一连接管11和与所述的第一连接管11固定连接的第一金属波纹管12，以及固定设置在第一金属波纹管端部的第一密封环13，

第二接头，其包括第二连接管21和与所述的第二连接管固定连接的第二金属波纹管22，以及固定设置在第二金属波纹管端部的第二密封环23，

不锈钢材质的连接紧定套，其包括与所述的第一连接管固定连接且允许所述的第一金属波纹管插入其中的第一连接套31，与所述的第二连接管固定连接且与第一连接套可旋转连接的第二连接套32，所述的第二金属波纹管居中穿过所述的第二连接套并使第一密封环和第二密封环密封对接。本发明的光场，各串联的集热管直接借助金属金属软管进行连接，两端的子槽式集热器的集热管同样通过金属软管与输盐管进行连接，因为集热管的转动角度较大，而输盐管要进行固定，故，本发明利用在输盐管上设置高温旋转接头阻断转动的传递，即，仅与集热管相邻的部分段发生转动，其余部分保持固定。

其中，为保证整体的密封效果，在装配后常温下第一密封环和第二密封环间的压紧压强较大，一般在2Mpa或以上，当内部流过高温熔盐，如580℃高温熔盐时，两密封环间的压强能达到4Mpa甚至以上。该金属波纹管材质由耐高温不锈钢，如304H制成，金属波纹管的壁厚厚度在0.6-1mm，如0.8mm，节距在8-12mm，如10mm，整体金属波纹管长度在30-80mm，金属波纹管刚度大于100N/mm，刚度范围内伸缩属于弹性变形，无疲劳影响，可满足长时间使用，金属波纹管长度与计算所需压缩量有关，密封环材质为硬质合金，如，司太力不锈钢，金属波纹管与连接管的固定连接采用专业焊接实现。

本发明通过连接管与外部管路连通，如与储热罐回路或者集热管连通，同时在两个连接管的相对端固定设置，如焊接连接密封圈，然后利用连接紧定套将第一接头和第二接头轴向定位但可旋转连接并对两个密封圈构成向内挤压，利用密封圈挤压构成密封连接形成这个管路的可旋转式密封连接，即在旋转接头的固定端头和旋转端头对接处分别焊接一定长度和刚度的金属波纹管，并在金属波纹管的另一端再焊接耐磨材料密封圈，旋转接头装配完成后，密封环对接并使波纹管有一定的压缩量，进而将热膨胀后伸缩量有效利用，提供给密封接触所需轴向预紧力，同时将工作介质和轴承等旋转组件的工作空间独立开来。即，采用管路直接密封对接的结构形式，消除了轴承等组件对密封性能的依赖性；在高温工作环境下，金属波纹管不仅可吸收旋转接头内管路的伸缩量，进而增加波纹管的压缩量，积极地利用高温环境下各组件材料的伸缩量来提高密封性能，更要改善装配结构，以消除轴承等组件在酸碱工作介质中对密封性能的依赖。

具体地说，为便于整体连接，所述的第一连接管11中部上设置有连接法兰14以与所述的第一连接套固定连接，所述的第二连接管上设置有连接法兰以与所述的第二连接套固定连接。同时，在第一连接管的外端部还设置有端部连接法兰以连接至整个管路。同时在连接管的端部设置有接口法兰15，通过法兰连接，能保证较好的同轴度。

其中，所述的连接法兰14内侧还有部分第一连接管段，该内侧的第一连接管段的端部与第一金属波纹管进行焊接，为增强焊接面积，该端的内径与整体的第一连接管相同，优选该段选择壁厚较大的设计，这样也提高装配性，可现在装入第一连接套时的对中，第二连接管设计与此类似，在此不展开描述。

进一步地，所述的密封环为对应的平面、坡面或弧面密封副。即所述的密封环有三种结构：第一种是平面密封结构，即接触密封面为平面对接形式；第二种是锥面密封结构，即接触密封面为锥面配合形式；第三种是球面密封结构，即接触密封面为环形凸、凹球面配合形式，密封环对应面的设计，再加上密封环与柔性波纹管焊接后的自对中性，更是提高了密封环接触面的摩擦力和密封性能。

进一步地，为防止密封处泄露后在连接套内积聚，所述的连接紧定套，如第一连接套在所述的密封对接处形成有排泄腔33，所述的排泄腔形成有排泄口。具体地，所述的第一连接套包括同轴设置的小直径段和大直径段，所述的大直径段端部形成有内止口，所述的第二连接套通过旋转轴承可旋转地设置在大直径端的开口处。

第一连接套采用变径式设计，利用内止口实现两连接套的可旋转轴线定位连接，具体地，该连接结构包括设置在两连接套间的滚动轴承41，轴承内衬套42，设置在滚动轴承外侧的轴承外衬套43，与所述的第一连接套连接用以定位所述的轴承外衬套外表面外圈的孔用挡圈44，以及与所述的第二连接套连接用以定位所述的轴向外轴承套外表面内圈的轴用挡圈45，采用两个挡圈，有效保证连接套连接的稳定性和耐压性。

进一步地，为避免泄露的熔盐对轴承构成影响，所述的排泄腔由第一连接套的台肩和与所述的大直径段固定连接的隔环34构成，所述的第二连接套向内突出地形成有凸环24，所述的隔环顶持在凸环外表面。

采用变径设计利用隔环实现了排泄腔的独立设计，进一步减少熔盐直接对轴承的侵蚀，而且，在第二连接套上形成与所述的隔环对应的凸环，该凸环和隔环构成密封的同时，也提供了对中，提高旋转套的运行效果。

进一步地，所述的第二连接套与所述的隔环保持间距以减少摩擦接触面积，所述的第二连接套的内侧面上形成有环凹槽25，该环凹槽减少了内部热量向外的传递，同时，还可在所述的环凹槽内设置加热器以减少连接处的温降。

本发明的光热场的槽式集热器包括依次串联多个，如四个或6个子槽式集热器和位于两侧的子槽式集热器的轴向外侧的两个输盐管，所述的子槽式集热器包括反射镜和集热管以及用以感测集热管内熔盐温度的温度传感器，所述的集热管均与水平面保持夹角倾斜设置，位于高点侧的输盐管上旁接有进气机构，位于低点侧输盐管排盐管路，在排盐管路上设置有阀门，如电磁阀，其中，一个光场有两组分别串联的多个子槽式集热器构成，两组子槽式集热器一端分别和热罐、冷罐连接，另一端经连接管连通构成整个回路。

同时，为便于排盐的收集，在所述的排盐管路端部设置有收集罐，所述的收集罐设置有保温层，采用最低端一个收集罐，做到了集中收存，而且保温设计，便于收集罐内熔盐进一步回流至冷罐或热罐。

本发明的集热器，由多个子槽式集热器构成，各集热管构成倾斜的通道，正常工作时，熔盐从低端流向高端并被各子槽式集热器逐步加热，满足后续的热电要求，当出现意外停机时，首先停止熔盐的主动输出，进入回收状态，利用倾斜的角度使熔盐回流回收，同时，因为回流时高温盐向低温端流动，能有效集热管中熔盐的温度，提高热利用效率，减少中间凝固的可能。

具体说，为防止回流过程中熔盐凝固，同时也便于初始时对管道进行加热，所述的集热管相对所述的反射镜绝缘设置且各子槽式集热器的集热管相互电连接，两端的输盐管上分别缠绕有伴热带且接地，各集热管与加热电源保持电连通。对集热管采用串联，如利用金属软管进行连接，保持各集热管串联以便进行统一加热的同时，赋予两相邻集热管间可发生一定的相对转动容差性，有效提高了整体的控制效果。即。所述的多个子槽式集热器通过金属软管或者旋转接头等进行连接，采用多段设置，便于独立分别追踪驱动控制，多个子槽式集热器串行设置，熔盐在各段集热管流动过程中逐步被加热以实现预定的温度要求。

其中，倾斜设置角度在4°-10°，如5°-8°，优选为6°，以有效利用重力进行排盐，所述的槽式集热器设置在斜坡上或者高度依次变化的架台上以使各子槽式集热器的集热管保持相同倾角或者由底端向高端倾角逐步增大设置。即，本发明的槽式集热器，将各级集热管呈倾斜设置，可采用各子槽式集热器同轴式倾斜设计，也可以采用各子槽式集热器的集热管呈阶梯式设置。

当出现问题，停止各子槽式集热器的熔盐流动驱动时，即整体停机后，本发明的重力排盐型槽式集热器的排盐方法，开启排盐管路和进气机构，在重力下集热管和输盐管中的熔盐回流然后经排盐管路排出。利用温度高的熔盐向温度低的熔盐流动，温度低的首先排出，有效减少管内凝固的现象，同时，为避免排盐过程中，因集热管内熔盐减少导致温度超过高温阈值时，在初始时首先将各子槽式集热器进行散焦。所述的散焦是指同步旋转各子槽式收集器使其开口朝下，即与竖直方面夹角为120°，有效防止过程中温度过高导致的汽化，甚至爆管等不良。因为排盐过程中几乎不再吸收光热，当集热管内温度降低低于低温阈值时，则启动电加热和电伴热以保持管内温度。

进一步地，当高温熔盐排放流量减小或者预定时间后，排放速度会降低，此时依次控制各子槽式集热器旋转从高端向低端逐步回转，即抬高各子槽式收集器的集热管的高度。即在有倾角的同时，增大两个相邻子槽式集热器的高度差，能进一步提高排放速度，即排放到最后时各子槽式集热器成台阶状分布。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，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为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种稳定节能型光热场，其特征在于，包括依次串联多个子槽式集热器和位于两侧的子槽式集热器的轴向外侧的两个输盐管，串设在输盐管上的高温旋转接头，所述的高温旋转接头包括，

第一接头，其包括第一连接管和与所述的第一连接管固定连接的第一金属波纹管，以及设置在第一金属波纹管端部的第一密封环，

第二接头，其包括第二连接管和与所述的第二连接管固定连接的第二金属波纹管，以及设置在第二金属波纹管端部的第二密封环，

连接紧定套，其包括与所述的第一连接管固定连接且允许所述的第一金属波纹管插入其中的第一连接套，与所述的第二连接管固定连接且与第一连接套可旋转连接的第二连接套，所述的第二金属波纹管穿过所述的第二连接套并使第一密封环和第二密封环密封对接。

2.如权利要求1所述的稳定节能型光热场，其特征在于，所述的第一连接管上设置有连接法兰以与所述的第一连接套固定连接，所述的第二连接管上设置有连接法兰以与所述的第二连接套固定连接。

3.如权利要求1所述的稳定节能型光热场，其特征在于，所述的连接紧定套在所述的密封对接处形成有排泄腔，所述的排泄腔形成有排泄口。

4.如权利要求1所述的稳定节能型光热场，其特征在于，所述的第一连接套包括同轴设置的小直径段和大直径段，所述的排泄腔由第一连接套的台肩和与所述的大直径段固定连接的隔环构成；所述的大直径段端部形成有内止口，所述的第二连接套通过旋转轴承可旋转地设置在大直径端的开口处；所述的第二连接套向内突出地形成有凸环，所述的隔环顶持在凸环外表面。

5.如权利要求4所述的稳定节能型光热场，其特征在于，所述的第二连接套的内侧面上形成有环凹槽。

6.如权利要求4所述的稳定节能型光热场，其特征在于，第一金属波纹管或第二金属波纹管的长度在30-80mm，第一金属波纹管或第二金属波纹管的刚度大于100N/mm。

7.如权利要求1所述的稳定节能型光热场，其特征在于，所述的密封环为对应的平面、坡面或弧面密封副。

8.如权利要求1所述的稳定节能型光热场，其特征在于，所述的子槽式集热器包括反射镜和集热管以及用以感测集热管内熔盐温度的温度传感器，所述的集热管均与水平面保持夹角倾斜设置，位于高点侧的输盐管上旁接有进气机构，位于低点侧输盐管排盐管路，在排盐管路上设置有阀门。

9.如权利要求8所述的稳定节能型光热场，其特征在于，所述的集热管相对所述的反射镜绝缘设置且各子槽式集热器的集热管相互电连接，两端的输盐管上分别缠绕有伴热带且接地，各集热管与加热电源保持电连通。

10.一种如权利要求8所述的稳定节能型光热场的控制方法，其特征在于，其排盐方法为：

同步旋转各子槽式收集器使其开口朝下；

开启排盐管路和进气机构，在重力下集热管和输盐管中的熔盐回流然后经排盐管路排出；

当高温熔盐排放流量减小或者预定时间后，从高端向低端逐步抬高各子槽式收集器的集热管的高度。