CN109489020A - 用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统及布置结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统，该直流式蒸汽发生系统包括预热器、釜式蒸发器、过热器和再热器；给水单元通过给水管路依次与预热器、釜式蒸发器和过热器相连，低温再热蒸汽单元通过再热蒸汽管路与再热器相连；传热介质单元的输出口通过第一传热介质管路依次与过热器、釜式蒸发器和预热器相连并且通过第二传热介质管路与再热器相连，预热器和再热器分别与传热介质单元的返回口相连。布置结构则是将直流式蒸汽发生系统布置在蒸汽发生系统平台上并采取低位平面布置方式，预热器、釜式蒸发器、过热器和再热器交错地布置。本发明系统结构简单、满足系统性能及运行要求且流量、温度控制简单。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光热发电的技术领域，更具体地讲，涉及一种用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统及布置结构。
背景技术
太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源，把太阳能有效地利用起来，对人类社会的发展起到重大的作用。目前，利用太阳能光热进行发电受到了更多的关注，随着对太阳能光热发电技术的深入研究和很多项目的实施，太阳能光热发电技术也得到了比较成熟的应用。利用太阳能光热发电有几种形式包括：塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式等，这几种形式通常是需要储热换热介质吸收来自太阳能的热量，然后进入蒸汽发生系统与水进行换热，产生过热蒸汽进入汽轮机发电。
蒸汽发生系统在太阳能光热发电电厂中起到至关重要的作用，目前的蒸汽发生系统形式主要包括带汽包式和直流式，带汽包式的蒸汽发生系统在传统蒸发器中产生蒸汽在汽包中进行汽水分离，但是其系统较为复杂，受热面布置也受到汽包高位布置的限制，构架要求比较高。蒸汽发生系统设计不仅要保证其可行、实用，还要尽量地使系统简单化；系统布置结构不仅要保证其运行安全、可靠，也要做到简洁易控。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种系统结构简单、满足系统性能及运行要求且流量、温度控制简单的用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统及布置结构，同时对蒸汽发生系统设备管道及其他附件进行合理布置，使整个系统布置简化。
本发明的一方面提供了用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统，所述直流式蒸汽发生系统分别与给水单元、传热介质单元和低温再热蒸汽单元相连，所述直流式蒸汽发生系统包括预热器、釜式蒸发器、过热器和再热器；
其中，给水单元通过给水管路依次与预热器、釜式蒸发器和过热器相连，低温再热蒸汽单元通过再热蒸汽管路与再热器相连；
传热介质单元的输出口通过第一传热介质管路依次与过热器、釜式蒸发器和预热器相连并且通过第二传热介质管路与再热器相连，所述预热器和再热器分别与传热介质单元的返回口相连或者通过共同的第三传热介质管路与传热介质单元的返回口相连。
根据本发明用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的一个实施例，所述过热器的蒸汽出口和再热器的蒸汽出口分别与汽轮机相连。
根据本发明用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的一个实施例，所述给水单元包括给水源和给水泵，所述传热介质单元包括低温传热介质储罐和高温传热介质储罐，所述传热介质为熔盐或导热油。
根据本发明用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的一个实施例，来自低温传热介质储罐的低温传热介质和来自高温传热介质储罐的高温传热介质混合后分别通过第一传热介质管路和第二传热介质管路进入过热器和再热器，所述预热器和再热器分别与低温传热介质储罐相连。
根据本发明用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的一个实施例，所述预热器、过热器和再热器均为卧式管壳式换热器，水工质走管内且传热介质走壳侧。
根据本发明用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的一个实施例，所述釜式蒸发器为釜式结构，壳侧上部设置有汽水分离装置且壳侧下部设置有换热管，水工质在壳侧进行蒸发和汽水分离。
根据本发明用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的一个实施例，所述直流式蒸汽发生系统还包括辅助控制单元，所述辅助控制单元包括温度测点、压力测点、液位测点、流量测点、调节阀和安全阀；
所述温度测点至少设置在传热介质单元的输出口处，所述压力测点至少设置在给水单元与预热器之间的给水管路上，所述液位测点至少设置在釜式蒸发器上，所述流量测点至少设置在传热介质单元与过热器之间的第一传热介质管路和传热介质单元与再热器之间的第二传热介质管路上，所述调节阀至少设置在给水管路、第一传热介质管路和第二传质管路上，所述安全阀至少设置在预热器、釜式蒸发器、过热器和再热器上。
根据本发明用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的一个实施例，来自给水单元的水工质依次经过所述预热器、釜式蒸发器和过热器并与传热介质换热后产生过热蒸汽，来自低温再热蒸汽单元的低温再热蒸汽经过所述再热器并与传热工质换热后产生高温再热蒸汽，所述过热蒸汽与高温再热蒸汽分别进入汽轮机进行做功。
根据本发明用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的一个实施例，来自传热介质单元的高温传热介质与低温传热介质混合后分别进入过热器和再热器中，依次经过过热器、蒸发器和预热器并与水工质换热后输出的传热介质与经过再热器并与低温再热蒸汽换热后输出的传热介质汇合后回到传热介质单元中。
本发明的另一方面提供了上述用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的布置结构，所述直流式蒸汽发生系统布置在蒸汽发生系统平台上并采取低位平面布置方式，其中，所述预热器、釜式蒸发器、过热器和再热器交错地布置。
与现有技术相比，本发明的太阳能光热直流式蒸汽发生系统具有如下优势：
1)采用釜式蒸发器并取消汽包，水在壳侧蒸发及汽水分离，系统能够快速启停；釜式蒸发器代替传统蒸发器和汽包，大大减少蒸发系统本体设备重量，节省钢材，减少系统投资；
2)给水由给水泵依次进入预热器、蒸发器、过热器，一次进行蒸发过热产生过热蒸汽，整个系统更加简单；
3)没有汽包的高位差要求，直接利用给水泵压头进行强制流动，使系统受热面布置灵活，使布置更加简单；整体低位平面布置即可，节省钢结构，管道布置简单。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施例的用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的流程图。
图2示出了根据本发明示例性实施例的用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统中釜式蒸发器的结构示意图。
图3A示出了根据本发明示例性实施例的用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的布置结构的主视结构示意图，图3B为图3A的A向视图。
附图标记说明：
1-预热器、2-釜式蒸发器、3-过热器、4-再热器、5-给水泵、6-温度测点、7-流量测点、8-调节阀、9-液位测点、10-蒸汽发生系统平台、11-压力测点、12-安全阀、13-给水管路、14-第一传热介质管路、15-第二传热介质管路、16-第三传热介质管路、17-传热介质单元、18-给水单元、19-低温再热蒸汽单元、20-再热蒸汽管路。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
针对上述技术问题，本发明提出了一种用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统，系统包括管壳式预热器、釜式蒸发器、管壳式过热器及再热器等，水工质流经预热器管侧预热后在釜式蒸发器壳侧蒸发并利用釜式蒸发器的顶部空间进行汽水分离产生饱和蒸汽，然后进入过热器管内过热产生过热蒸汽，其中各级换热设备均为卧式结构。直流式蒸汽发生系统结构简单，给水经预热、蒸发、过热一次产生过热蒸汽，满足系统性能及运行要求的同时，流量、温度控制简单。同时本发明结合上述设计特点，提出直流式蒸汽发生系统的整体布置结构，对蒸汽发生系统设备管道及其他附件进行合理布置，使整个系统布置简化。
下面对本发明的技术方案进行具体描述和说明。
图1示出了根据本发明示例性实施例的用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的流程图，图2示出了根据本发明示例性实施例的用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统中釜式蒸发器的结构示意图。
如图1和图2所示，根据本发明的示例性实施例，所述用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统分别与给水单元18、传热介质单元17和低温再热蒸汽单元19相连，给水单元18向直流式蒸汽发生系统提供水工质，传热介质单元17向直流式蒸汽发生系统提供传热工质，低温再热蒸汽单元19向直流式蒸汽发生系统提供低温再热蒸汽。
其中，给水单元18包括给水源和给水泵5，传热介质单元17包括低温传热介质储罐和高温传热介质储罐，传热介质为熔盐或导热油。低温传热介质储罐中的低温传热介质吸收并储存太阳能成为高温传热介质后输入高温传热介质储罐中保存，在需要进行蒸汽发生时由高温传热介质和低温传热介质充分混匀后进入直流式蒸汽发生系统中与水工质进行热交换并产生蒸汽。
具体地，本发明的直流式蒸汽发生系统包括预热器1、釜式蒸发器2、过热器3和再热器4。其中，给水单元18通过给水管路13依次与预热器1、釜式蒸发器2和过热器3相连，低温再热蒸汽单元19通过再热蒸汽管路20与再热器4相连，过热器3的蒸汽出口和再热器4的蒸汽出口分别与汽轮机(未示出)相连。传热介质单元17的输出口通过第一传热介质管路14依次与过热器3、釜式蒸发器2和预热器1相连并且通过第二传热介质管路15与再热器4相连，预热器1和再热器4分别与传热介质单元17的返回口相连或者通过共同的第三传热介质管路16与传热介质单元17的返回口相连。
来自低温传热介质储罐的低温传热介质和来自高温传热介质储罐的高温传热介质混合后分别通过第一传热介质管路14和第二传热介质管路15进入过热器3和再热器4，预热器1和再热器4分别与低温传热介质储罐相连以将热交换之后的低温传热介质返回至传热介质单元重新吸热储能并进行循环利用。
本发明中选用的预热器1、过热器3和再热器4均为卧式管壳式换热器，水工质走管内且传热介质走壳侧，水工质与传热工质进行热交换。
而本发明中选用的釜式蒸发器2为釜式结构，壳侧上部设置有汽水分离装置且壳侧下部设置有换热管，水工质在壳侧进行蒸发和汽水分离，上面为蒸发汽水分离空间，由此不再需要配置汽包，使系统能够快速启停，同时还节省了设备的投资。
本发明的直流式蒸汽发生系统还包括辅助控制单元，该辅助控制单元包括温度测点6、压力测点11、液位测点9、流量测点7、调节阀8和安全阀9，可以用于对设备安全性的监测和保证，并且用于运行时各个工况的调节以及监测。
具体地，温度测点6至少设置在传热介质单元17的输出口处，压力测点11至少设置在给水单元18与预热器1之间的给水管路13上，液位测点9至少设置在釜式蒸发器2上，流量测点7至少设置在传热介质单元17与过热器3之间的第一传热介质管路14和传热介质单元17与再热器4之间的第二传热介质管路15上，调节阀8至少设置在给水管路13、第一传热介质管路14和第二传质管路15上，安全阀12至少设置在预热器1、釜式蒸发器2、过热器3和再热器4上。
来自给水单元18的水工质依次经过预热器1、釜式蒸发器2和过热器3并与传热介质换热后产生过热蒸汽，来自低温再热蒸汽单元19的低温再热蒸汽经过再热器4并与传热工质换热后产生高温再热蒸汽，过热蒸汽与高温再热蒸汽分别进入汽轮机进行做功。
来自传热介质单元17的高温传热介质与低温传热介质混合后分别进入过热器3和再热器4中，依次经过过热器3、釜式蒸发器2和预热器1并与水工质换热后输出的传热介质与经过再热器4并与低温再热蒸汽换热后输出的传热介质汇合后回到传热介质单元17中，实现了高温传热介质与水工质的换热。
由于本发明选择了直流式蒸汽发生系统，因此对于系统的布置要求较低，不需要布置高差来满足汽包的要求，可进行低位平面布置。
图3A示出了根据本发明示例性实施例的用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的布置结构的主视结构示意图，图3B为图3A的A向视图。
如图3A所示，本发明用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的布置结构具体将直流式蒸汽发生系统布置在蒸汽发生系统平台10上并采取低位平面布置方式，蒸汽发生系统平台10布置在地面附近，节省了钢结构。如图3B所示，预热器、釜式蒸发器、过热器和再热器交错地布置，管道连接方便简洁。
综上所述，本发明采用釜式蒸发器并取消汽包，水在壳侧蒸发及汽水分离，系统能够快速启停；将釜式蒸发器代替传统蒸发器和汽包，大大减少蒸发系统本体设备重量，节省钢材，减少系统投资；给水由给水泵依次进入预热器、蒸发器、过热器，一次进行蒸发过热产生过热蒸汽，整个系统更加简单；没有汽包的高位差要求，直接利用给水泵压头进行强制流动，使系统受热面布置灵活，使布置更加简单；整体低位平面布置即可，节省钢结构，管道布置简单。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (10)
1.一种用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统，所述直流式蒸汽发生系统分别与给水单元、传热介质单元和低温再热蒸汽单元相连，其特征在于，所述直流式蒸汽发生系统包括预热器、釜式蒸发器、过热器和再热器；
其中，给水单元通过给水管路依次与预热器、釜式蒸发器和过热器相连，低温再热蒸汽单元通过再热蒸汽管路与再热器相连；
传热介质单元的输出口通过第一传热介质管路依次与过热器、釜式蒸发器和预热器相连并且通过第二传热介质管路与再热器相连，所述预热器和再热器分别与传热介质单元的返回口相连或者通过共同的第三传热介质管路与传热介质单元的返回口相连。
2.根据权利要求1所述用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统，其特征在于，所述过热器的蒸汽出口和再热器的蒸汽出口分别与汽轮机相连。
3.根据权利要求1所述用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统，其特征在于，所述给水单元包括给水源和给水泵，所述传热介质单元包括低温传热介质储罐和高温传热介质储罐，所述传热介质为熔盐或导热油。
4.根据权利要求3所述用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统，其特征在于，来自低温传热介质储罐的低温传热介质和来自高温传热介质储罐的高温传热介质混合后分别通过第一传热介质管路和第二传热介质管路进入过热器和再热器，所述预热器和再热器分别与低温传热介质储罐相连。
5.根据权利要求1所述用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统，其特征在于，所述预热器、过热器和再热器均为卧式管壳式换热器，水工质走管内且传热介质走壳侧。
6.根据权利要求1所述用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统，其特征在于，所述釜式蒸发器为釜式结构，壳侧上部设置有汽水分离装置且壳侧下部设置有换热管，水工质在壳侧进行蒸发和汽水分离。
7.根据权利要求1所述用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统，其特征在于，所述直流式蒸汽发生系统还包括辅助控制单元，所述辅助控制单元包括温度测点、压力测点、液位测点、流量测点、调节阀和安全阀；
所述温度测点至少设置在传热介质单元的输出口处，所述压力测点至少设置在给水单元与预热器之间的给水管路上，所述液位测点至少设置在釜式蒸发器上，所述流量测点至少设置在传热介质单元与过热器之间的第一传热介质管路和传热介质单元与再热器之间的第二传热介质管路上，所述调节阀至少设置在给水管路、第一传热介质管路和第二传质管路上，所述安全阀至少设置在预热器、釜式蒸发器、过热器和再热器上。
8.根据权利要求1所述用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统，其特征在于，来自给水单元的水工质依次经过所述预热器、釜式蒸发器和过热器并与传热介质换热后产生过热蒸汽，来自低温再热蒸汽单元的低温再热蒸汽经过所述再热器并与传热工质换热后产生高温再热蒸汽，所述过热蒸汽与高温再热蒸汽分别进入汽轮机进行做功。
9.根据权利要求1所述用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统，其特征在于，来自传热介质单元的高温传热介质与低温传热介质混合后分别进入过热器和再热器中，依次经过过热器、蒸发器和预热器并与水工质换热后输出的传热介质与经过再热器并与低温再热蒸汽换热后输出的传热介质汇合后回到传热介质单元中。
10.如权利要求1至9中任一项所述用于太阳能光热发电的直流式蒸汽发生系统的布置结构，其特征在于，所述直流式蒸汽发生系统布置在蒸汽发生系统平台上并采取低位平面布置方式，其中，所述预热器、釜式蒸发器、过热器和再热器交错地布置。
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