CN107466353A - 熔盐直通蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

新式熔盐直通蒸汽发生器系统(100)在经由供应线路(110)供应的热熔盐上起作用。系统(100)包括蒸汽(发生器120)、给水供应线路(140)、至少一个高压加热器(150,152)和分离器(160)。熔盐供应蒸汽发生器(120)，其包括至少一个节约器(132)、蒸发器(134)和过热器(136)以利用从过热器(136)流向节约器(132)的熔盐的热量产生蒸汽。给水线路(140)将给水供应到蒸汽发生器(120)，从节约器(132)流到过热器(136)，以通过热熔盐转变为蒸汽。加热器(150,152)串联地布置在给水线路(140)中以将给水加热至所需温度。分离器(160)使水和蒸汽能够分离。

Description

熔盐直通蒸汽发生器

技术领域

本公开大体上涉及蒸汽发生器的领域，且更具体地，涉及用于太阳能热电站的新式熔盐直通蒸汽发生器。

背景技术

带有熔盐的太阳能热电站已经引入市场，其聚焦于基本负荷操作。这样的发电站配备有标准的鼓式蒸汽发生器。

例如，在图1中绘出的常规布置中，蒸汽发生器10包括过热器11、蒸发器12、节约器13、再热器14和汽鼓16，它们流体地连接以接收来自给水源18的给水，给水可经由高压加热器15加热，从节约器13流到过热器11，以通过使用从过热器11流向节约器13的熔盐“MS”的热量产生蒸汽。此外，在带有汽鼓16的蒸汽发生器10的这种常规布置中，包括从节约器13出口到节约器13入口的给水的再循环线路19和节约器旁路20以在标称负载下在接近170巴的高压下工作，并且同时保持给水入口温度在至少245℃，且在满载和部分负载运行条件下以获得有效的热动力循环，并避免在节约器13入口处冻结熔盐。

然而，在将来的年份中，将需要更灵活的发电站，其可能必须适合于快速负载变化。在这种情况下，带有汽鼓16的常规蒸汽发生器10可能不适合于有效地适应发电站的需要。这是由于在蒸汽发生器10中存在汽鼓16，其减小了蒸汽产生根据发电站的负载的快速变化的灵活性。除此之外，利用汽鼓16操作蒸汽发生器10所需的再循环线路19和节约器旁路20也增加了复杂性。

此外，存在可用的不包括汽鼓的其它类型的蒸汽发生器，例如直通蒸汽发生器(OTSG)。缺乏汽鼓可适合于蒸汽产生中的快速变化和控制较少的变量。然而，这种OTSG仅对于循环和基础负载操作是理想的，并且由于给水的温度和压力要求(即，170巴和245℃)不可同样适合用于熔盐太阳能热电站。此外，在OTSG中如在常规汽鼓10中那样使用再循环线路和节约器旁路来保持给水的参数可能由于移除汽鼓而不适合于熔盐。

因此，需要克服OTSG中的现有问题来使其适合于结合在太阳能热电站中以使其允许快速负载变化、适用于频繁启动和关闭、适用于在高温和高压下产生蒸汽，并减少水分消耗以及降低重量和紧凑集成。

发明内容

本公开公开了一种新式熔盐直通蒸汽发生器(OTSG)系统，其将在以下简要概述中呈现以提供旨在克服所讨论的缺点的本公开的一个或多个方面的基本理解，但包括其所有优点，以及提供一些额外的优点。该概述不是对本公开的详尽综述。其不旨在确定本公开的关键或重要元件，也不旨在勾画本公开的范围。相反，该概述的唯一目的是以简要的形式呈现本公开的一些概念、其方面和优点作为下文给出的更详细描述的序言。

本公开的目的在于描述一种新式熔盐直通蒸汽发生器，其用于结合在太阳能热电站中以使其允许快速负载变化、适用于频繁启动和关闭、适用于在高温和高压下产生蒸汽，并减少水分消耗以及降低重量和紧凑集成。

在本公开的一个方面，提供了在经由供应线路供应的热熔盐上起作用的新式熔盐直通蒸汽发生器系统。新式熔盐直通蒸汽发生器系统包括蒸汽发生器布置、给水供应线路、至少一个高压加热器、分离器和旁通线路。蒸汽发生器布置包括壳体以容纳至少一个节约器、蒸发器和过热器的非分段区段，其流体地且连续地构造于彼此，以直接利用从过热器流向节约器的热熔盐的热量来产生蒸汽。在一个实施例中，蒸汽发生器布置还可包括流体连通的再热器。此外，给水供应线路构造成将来自给水源的给水供应到蒸汽发生器布置，从节约器流向过热器，以利用热熔盐的热量转变成蒸汽。高压加热器(即，第一和第二高压加热器)串联地布置并在给水源和蒸汽发生器布置之间构造在给水供应线路中，以将给水加热到所需温度。分离器流体地构造在蒸汽发生器布置和给水供应线路之间，以使从蒸发器接收的水和蒸汽能够分离，以将蒸汽供应至过热器且将水供应至给水供应线路。此外，旁路线路构造成绕过至少一个高压加热器，以控制流向蒸汽发生器系统的给水入口温度，以便同时控制蒸汽发生器的熔盐出口温度。

在实施例中，旁路线路适于在蒸汽发生器系统的直接上游(在这种情况下为第二高压加热器)绕过高压加热器。

在本公开的备选实施例中，系统可包括至少一个受控的涡轮引出线路，以分别控制至少一个高压加热器的热负载，以控制流向蒸汽发生器系统的给水入口温度，以便同时控制蒸汽发生器的熔盐出口温度。

在实施例中，系统可进一步包括与节约器和给水供应线路流体连通的额外节约器。

在实施例中，系统可进一步包括在额外节约器和给水供应线路之间的额外给水供应线路。

在实施例中，系统可进一步包括再循环线路，其适于构造在额外节约器以及第一和第二高压加热器之间，以将给水从额外节约器再循环到给水供应线路。

这些与本公开的其他方面一起连同表征本公开的新颖性的各种特征在本公开中特别指出。为了更好地理解本公开、其操作优点及其用途，应参考附图和描述性内容，其中例示了本公开的示例性实施例。

附图说明

结合附图参考以下详细描述和权利要求，将更好地理解本公开的优点和特征，其中相似的元件用相似的符号标识，并且其中：

图1示出了蒸汽发生器布置的常规设计；

图2是根据本公开的一个示例性实施例的新式熔盐直通蒸汽发生器系统的示意图；以及

图3是根据本公开的另一示例性实施例的新式熔盐直通蒸汽发生器系统的示意图。

贯穿附图的若干视图的描述，相似的参考数字表示相同的部分。

具体实施方式

为了本公开的透彻理解，将结合上述附图参考包括所附权利要求的以下详细描述。在以下描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供本公开的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在其他情况下，结构和装置仅以框图形式示出，以避免使本公开难理解。在该说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“另一个实施例”、“各个实施例”的参考意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施例中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”并不一定都指相同的实施例，单独的或备选的实施例也不与其他实施例相互排斥。此外，描述了可由一些实施例而不是由其他实施例展示的各种特征。类似地，描述了可能是一些实施例的要求但可能不是其他实施例的要求的各种要求。

虽然以下描述为了例示的目的包含许多细节，但是本领域技术人员将会理解，对这些细节的许多变化和/或改变在本公开的范围内。类似地，虽然本公开的许多特征就彼此而言或彼此结合地描述，但是本领域技术人员将理解，这些特征中许多可独立于其它特征提供。因此，将对本公开的一般性没有任何损失且不对本公开施加限制地阐述本公开的这种描述。此外，例如“第一”、“第二”等的相对用语在这里不表示任何顺序、高度或重要性，而是用于将一个元件与另一个区分开。此外，用语“一个”、“一种”和“多个”在这里不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所参考的项目。

参考图2，根据本公开的示例性实施例描绘了新式熔盐直通蒸汽发生器系统100的示例性示意图。新式熔盐直通蒸汽发生器系统100(以下称为“系统100”)可构造在太阳能发电站中，其包括并利用熔盐，例如，将在太阳能接收器中加热的硝酸钠和硝酸钾(NaNO₃和KNO₃)的混合物，太阳能接收器放置在相当大高度的塔上并被大型定日镜场包围以将日光聚焦在太阳能接收器上。在系统100的布置中，熔盐可为传递热量的优选介质，然而，在不脱离本公开的范围的情况下，可使用如发现适合于所述目的的任何其它热存储流体(例如热油/热流体)。

由于系统100的构造和布置，各种相关联的元件可为本领域技术人员所熟知的，不认为需要为了获得对本公开内容的理解而将所有的结构细节和其说明在这里列举。相反，认为足以简单地指出如图2和图3所示的，在系统100中仅示出与本公开的各种实施例的描述相关的那些构件。

如图2中绘出的那样，系统100适于在经由熔盐供应110供应的热熔盐上起作用。系统100包括蒸汽发生器布置120、给水供应线路140、至少一个高压加热器(即，第一高压加热器150和第二高压加热器152)以及分离器160。在系统100的布置中，仅示出了两个高压加热器150,152，但在不脱离本公开的范围的情况下，系统100能够根据其要求容纳两个以上的这种高压加热器。在任何方式下，都不应认为系统100限于包括仅两个这样的高压加热器。

熔盐供应110适于将热熔盐供应到蒸汽发生器布置120(以下称为“蒸汽发生器120”)。蒸汽发生器120包括壳体130以容纳至少一个节能器132、蒸发器134和过热器136的非分段区段，其流体地且连续地构造于彼此。来自熔盐供应110的热熔盐适于直接供应到蒸汽发生器110，从过热器136流到节约器132。在实施例中，蒸汽发生器120包括与熔盐供应110流体连通的再热器137。熔盐也可通过再热器137供应到蒸汽发生器120，以产生压力蒸汽(例如中压蒸汽)，以在多级涡轮的布置中供应至中压涡轮。在多级涡轮的布置中，再加热组件137还可用于通过热熔盐来再加热从高压涡轮下游的涡轮级接收的压力蒸汽。

此外，给水供应线路140流体地构造至蒸汽发生器布置120。给水供应线路140构造成经由泵143将来自给水源142的给水供应到蒸汽发生器布置120。来自给水供应线路140的给水适于在蒸汽发生器120中从节约器132流到过热器136。

从过热器136流向节约器132的熔盐的热量由从节约器132流向过热器136的给水利用，以获得将由涡轮或多级涡轮利用的蒸汽以用于产生电力。

此外，至少一个高压加热器(在这个实施例中两个这样的高压加热器，即第一和第二高压加热器150,152)串联布置，并且在给水源142和蒸汽发生器布置130之间构造在给水供应线路140中，以将给水加热至所需温度，例如约245℃，或在发电站的全部负载条件下高于该温度。

此外，系统100可包括适于绕过高压加热器150,152中的至少一个的旁路线路154，以控制流向蒸汽发生器系统120的给水入口温度，以便同时控制蒸汽发生器120的熔盐出口温度。例如，假如通过第一高压加热器150达到所需温度，则旁路线路154适于在蒸汽发生器系统120的直接上游绕过高压加热器152。

此外，分离器160可流体地构造在蒸汽发生器布置130和给水供应线路140之间，以使得从蒸发器134接收的水和蒸汽能够分离，以向过热器136供应蒸汽，并通过泵162将水供应至给水供应线路140。分离器160有效地容纳来自蒸汽发生器120中的蒸汽的水分离并将其送回给水供应线路140，这有效地替代了常规设计中所需的汽鼓(如图1中所示)的要求。高压蒸汽在122处从蒸汽发生器120离开到涡轮190。

备选地，系统100而不是如上所述的旁路线路154可包括来自涡轮190的至少一个受控的涡轮引出线路180,182。类似于旁路线路154，受控的涡轮引出线路180,182可分别控制至少一个高压加热器150,152的热负荷，以控制流向蒸汽发生器系统120的给水入口温度，以便同时控制蒸汽发生器120的熔盐出口温度。

可选择性地一次使用旁路线路154和至少一个受控的涡轮引出线路180,182，以达到同时控制蒸汽发生器120的熔盐出口温度和给水入口温度。

与现有技术的图1中所示的常规蒸汽涡轮相比，本发明取代了汽鼓16和再循环线路19。在移除了汽鼓16和再循环线路19的情况下，如果压力保持在170巴，几乎不可能在本发明的节约器132处保持约290℃的熔盐温度。

然而，利用本发明的布置，根据本公开的一个实施例，通过使节约器132处的熔盐温度能够在约295℃几乎可达到这种目标。

根据所述实施例，在图2的示例性操作说明中，来自给水源142的约180℃的给水经由给水供应线路140供应。第一和第二高压加热器150,152适于给水供应线路140以保持质量流率且取决于发电站的负载条件将给水加热到约245℃，并同时保持蒸汽发生器120的熔盐出口温度。

备选地，引出线路180,182也可用于同时控制蒸汽发生器120的给水入口温度和熔盐出口温度。

在这种情况下，当使用第一和第二高压加热器150,152而不是引出线路180,182时，只有第一高压加热器150达到给水的约245℃的温度需求，并且因此，第二高压加热器152可经由154绕过以在这样的温度下将给水供应到蒸汽发生器120。例如，在发电站的满载条件期间，给水经由旁路线路154从第二高压加热器152绕过。此外，控制质量流率以保持节约器132的约245℃的入口温度。旁路中的质量流率在发电站的部分负荷条件下减小，以保持至少所需的给水温度。蒸汽发生器120接收热熔盐的热量，以将给水转变为蒸汽。约565℃的热熔盐适于从过热器136流向节约器132，节约器132将从节约器132流向过热器136的给水转变成约170巴的压力和约550℃的温度下的高压蒸汽。高压蒸汽在122处从蒸汽发生器120离开到涡轮190。分离器160和再热器137可如上所述地运行。熔盐失去其热量至给水，并在110’处在约295℃下从蒸汽发生器120的蒸发器132离开。

引出线路180,182也可用于以与高压加热器150,152和旁路154组合相同的方式同时控制蒸汽发生器120的给水入口温度和熔盐出口温度。

通常，冷熔盐需要在约290℃的温度下储存。因此，如果温度约295℃有时可能不能接受并且需要降低。

为此，在如图3中所示的实施例中，系统100可进一步包括额外节约器138、额外给水供应线路146和再循环线路139。额外节约器138与节约器132和给水供应线路140流体地连接。在实施例中，额外节约器138可为与第一节约器134相同的壳体130的部分。

在此实施例中，额外给水供应线路146构造在额外节约器138和给水供应线路140之间。此外，再循环线路139构造在额外节约器138以及第一和第二高压加热器150,152之间，以使来自额外节约器138的给水经由泵147再循环到高压加热器150,152，以将熔盐的温度保持在约290℃(如果其温度在约295℃不可接受)。

在根据图3的操作中，额外节约器138构造为如上所述的系统100。在约290℃的温度下的熔盐适于从额外节约器138流出。此外，额外给水供应线路146同时构造为供应约245℃的温度下的给水以冷却熔盐，且在110’’处从节约器138离开的给水在约290℃。在所需温度下冷却熔盐后，约290℃的给水经由再循环线路139再循环回到高压加热器150,152，在该处给水保持其约245℃的正常温度。如上所述，引出线路180,182也可用于同时控制蒸汽发生器120的给水入口温度和熔盐出口温度。

本公开的系统100在诸如上述的各种范围中是有利的。本蒸汽发生器系统消除了汽鼓的需求，并且仍然适合于结合在太阳能热电站中以使其允许快速负载变化、适用于频繁启动和关闭、适用于在高温和高压下产生蒸汽，并减少水分消耗以及降低重量和紧凑集成。

出于例示和描述的目的已经呈现了本公开的具体实施例的前述描述。其并不旨在穷举或将本公开限制于所公开的确切形式，并且显然，根据上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例以便最好地解释本公开及其实际应用的原理，从而使得本领域技术人员能够最佳地利用本公开和带有适合于构想的特定用途的各种修改的各种实施例。应当理解，由于情况可能表明或变得适宜而构想到等同物的各种省略和替换，但这在不脱离本公开的权利要求的精神或范围的情况下旨在覆盖应用或实施方案。

参考标号列表

100 新式直通蒸汽发生器

110 熔盐供应

110’ 熔盐出口

120 蒸汽发生器布置

122 蒸汽出口

130 壳体

132 节约器

134 蒸发器

136 过热器

137 再热器

138 额外节约器

139 再循环线路

140 给水供应线路

142 给水源

146 额外给水供应线路

150 第一高压加热器

152 第二高压加热器

154旁路线路

160 分离器

162,143,147 泵

180,182 涡轮引出线路

190 涡轮。

Claims (7)

1.一种新式熔盐直通蒸汽发生器系统100，其在经由供应线路110供应的热熔盐上起作用，所述新式熔盐直通蒸汽发生器系统100包括：

蒸汽发生器布置120，其具有壳体130以容纳流体地构造于彼此的至少一个节约器132、蒸发器134和过热器136的非分段区段，所述蒸汽发生器布置120利用从所述过热器136流到节约器132的熔盐的热量产生蒸汽；

给水供应线路140，其构造成将来自给水源142的给水供应到所述蒸汽发生器布置120，从所述节约器132流到所述过热器136以利用所述熔盐的热量转变成所述蒸汽；

在所述给水源142和所述蒸汽发生器布置130之间构造在所述给水供应线路140中的至少一个高压加热器150,152；

在所述蒸汽发生器布置130和所述给水供应线路140之间流体地构造的分离器160；和

旁路线路154，其用以绕过至少一个高压加热器150,152以控制流到所述蒸汽发生器系统120的给水入口温度，以便同时控制蒸汽发生器120的熔盐出口温度。

2.根据权利要求1所述的新式熔盐直通蒸汽发生器100，其特征在于，所述旁路线路154适于在所述蒸汽发生器系统120的直接上游绕过所述高压加热器152。

3.根据权利要求1所述的新式熔盐直通蒸汽发生器100，其特征在于，备选地包括至少一个受控的涡轮引出线路180,182以分别控制至少一个高压加热器150,152的热负载，以控制流到所述蒸汽发生器系统120的给水入口温度，以便同时控制蒸汽发生器120的所述熔盐出口温度。

4.根据权利要求1所述的新式熔盐直通蒸汽发生器系统100，其特征在于，进一步包括与所述蒸汽发生器布置120流体地构造的再热器137。

5.根据权利要求1所述的新式熔盐直通蒸汽发生器系统100，其特征在于，进一步包括与所述节约器132和所述给水供应线路140流体连通的额外节约器138。

6.根据权利要求5所述的新式熔盐直通蒸汽发生器系统100，其特征在于，进一步包括在所述额外节约器138和所述给水供应线路140之间的额外给水供应线路146。

7.根据权利要求5所述的新式熔盐直通蒸汽发生器系统100，其特征在于，进一步包括再循环线路139，其构造在所述额外节约器138和所述至少一个高压加热器150,152之间，以将给水从所述额外节约器138再循环到所述给水供应线路140。