CN109489023A - 光热电高效蒸汽发生系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光热电高效蒸汽发生系统，包括蒸发器、汽水分离器和过热器，所述的蒸发器和过热器分别包括竖直设置且上部形成有熔盐熔盐进口下部形成有熔盐出口的罐体，多个沿轴向延伸地设置在所述的罐体内且互相保持间隔的S曲线式换热管，分配腔和收集腔，热罐的熔盐出口依次经熔盐管路与过热器、蒸发器和冷罐连通，所述的蒸发器的分配腔与水源连通，蒸发器的收集腔经蒸汽管路依次与汽水分离器和过热器的分配腔连通，所述的过热器的收集腔连通至汽轮机。本发明的蒸发器和过热器，采用壳程热熔岩而管程水汽的方式，提高了运行的稳定性，能够快速切断水汽而减少熔盐发生凝固的可能，同时，壳程的大容积有效提高了蒸汽的产生量。

Description

光热电高效蒸汽发生系统及控制方法

技术领域

本发明涉及光热电技术领域，特别是涉及一种光热电高效蒸汽发生系统及控制方法。

背景技术

由于能源危机及大气污染，世界各国加大了对太阳能研究开发的投入，太阳能热水、太阳能建筑、太阳能光伏发电、太阳能热发电等项目发展迅速，规模逐渐扩大。太阳能热发电系统主要有4种类型:槽式、塔式、碟式以及线性菲涅耳形式。目前，常规太阳能热发电系统是利用反射镜将太阳光反射聚焦至集热器上，由集热器将聚集的太阳辐射能转变为热能并传至集热器内工质，被加热的工质可以直接蒸发(如水)产生动力来推动发电设备发电或通过相应的换热设备将热能传至蓄热系统和蒸汽动力系统。

由于直接用水作为传热做功工质存在系统水力动力设计上的复杂性，以及蓄热方面的困难，所以当前太阳能热发电系统一般用合成油或熔盐作为传热蓄热工质，再通过与蒸汽发生器换热产生适合相应汽轮发电机组的动力蒸汽。由此可以看出，太阳能热发电系统的中间传热蓄热系统的设计至关重要。

熔融盐作为传热蓄热工质是一种很好的选择，可以将镜场输出温度提高到450-500℃，使动力循环效率大于40％，蓄热温差大于2.5倍。但是目前的蒸汽发生系统换热效率差，不能很好地吸收熔盐热量，导致整体效率不高。

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，而提供一种光热电高效蒸汽发生系统及控制方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种光热电高效蒸汽发生系统，包括蒸发器、汽水分离器和过热器，所述的蒸发器和过热器分别包括竖直设置且上部形成有熔盐熔盐进口下部形成有熔盐出口的罐体，多个沿轴向延伸地设置在所述的罐体内且互相保持间隔的S曲线式换热管，对应设置在罐体底部和顶部并分别与所述的换热管连通的分配腔和收集腔，热罐的熔盐出口依次经熔盐管路与过热器、蒸发器和冷罐连通，所述的蒸发器的分配腔与水源连通，蒸发器的收集腔经蒸汽管路依次与汽水分离器和过热器的分配腔连通，所述的过热器的收集腔连通至汽轮机。

所述的分离腔和排水腔的外部分别形成有相连通的保温腔，所述的保温腔外部设置有保温层，所述的保温腔与蒸发器的收集腔经保温管路相连通，所述的保温管路上设置有单向阀以只允许所述的蒸汽进入保温腔，所述的保温腔的底部与所述的排水腔底部连通。

所述的热罐的熔盐出口设置有热熔盐泵，所述的热熔盐泵与过热器的熔盐熔盐进口的熔盐管路上串设有流量计和温度变送器，在所述的热熔盐泵的熔盐出口还旁接有直接与所述的蒸发器的熔盐熔盐进口连通的热熔盐旁管，所述的热熔盐旁管上串设有流量计和旁路控制阀。

在所述的蒸发器的熔盐熔盐进口侧还可设置直接连通至冷罐入口的旁通管，在所述的旁通管上设置有旁通调节阀。

所述的蒸发器和过热器的罐体为圆筒形，在圆筒形罐体的内壁上固定有内螺旋板。

所述的内螺旋板的高度在20-40cm。

在所述的蒸发器和过热器的外侧设置有加热腔套，在所述的加热腔套外部设置有保温层，在所述的加热腔套内设置有电加热盘管。

在所述的加热腔套的顶部设置有排放阀，在所述的排放阀的熔盐出口侧设置有温度传感器。

一种所述的光热电高效蒸汽发生系统的控制方法，包括以下步骤，

1)利用电加热盘管加热所述的蒸发器和过热器至预定温度；

2)热熔盐泵启动，熔盐依次经过过热器罐体和蒸发器罐体后进入冷罐，水自蒸发器底部进入并在蒸发器内产生蒸汽，蒸汽经蒸发器收集腔后经汽水分离器分离后蒸汽再次经过热器加热后进入汽轮机；

3)监控蒸发器的蒸汽温度，其中当蒸发器的蒸汽温度过高时，减少过热器熔盐出口侧流量或增大蒸发器水位，当蒸发器的蒸汽温度多低时，增大热熔盐旁管上旁路控制阀的开度或减少蒸发器内水位。

所述的蒸发器的蒸汽温度在105℃-140℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的蒸发器和过热器，采用壳程热熔岩而管程水汽的方式，提高了运行的稳定性，能够快速切断水汽而减少熔盐发生凝固的可能，同时，壳程的大容积有效提高了蒸汽的产生量，而且，利用S曲线式换热管仅在一个平面内在波浪形曲线式，类似正选曲线式换热管。取代传统的螺旋形盘管，设置安装更为便利，在其两端的分配腔和收集腔，可以同时设置在罐体内部，不同形式不同路径的换热最后均混在一起，再次进行换热后排出，排出质量稳定且有效增大产量，能有效利用高温熔盐中蕴含的大量热量。

附图说明

图1所示为本发明的光热发电蒸汽发生系统的结构示意图。

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，本发明的光热电高效蒸汽发生系统包括蒸发器2、汽水分离器3和过热器4，所述的蒸发器2和过热器4分别包括竖直设置且上部形成有熔盐熔盐进口下部形成有熔盐出口的罐体10，多个沿轴向延伸地设置在所述的罐体内且互相保持间隔的S曲线式换热管5，对应设置在罐体底部和顶部并分别与所述的换热管连通的分配腔6和收集腔7，热罐8的熔盐出口依次经熔盐管路与过热器、蒸发器和冷罐1连通，所述的蒸发器的分配腔与水源9连通，蒸发器的收集腔经蒸汽管路依次与汽水分离器和过热器的分配腔连通，所述的过热器的收集腔连通至汽轮机。

本发明的蒸发器和过热器，采用壳程热熔岩而管程水汽的方式，提高了运行的稳定性，能够快速切断水汽而减少熔盐发生凝固的可能，同时，壳程的大容积有效提高了蒸汽的产生量，而且，利用S曲线式换热管仅在一个平面内在波浪形曲线式，类似正选曲线式换热管。取代传统的螺旋形盘管，设置安装更为便利，在其两端的分配腔和收集腔，可以同时设置在罐体内部，不同形式不同路径的换热最后均混在一起，再次进行换热后排出，排出质量稳定且有效增大产量，能有效利用高温熔盐中蕴含的大量热量。

其中，所述的分离腔和排水腔的外部分别形成有相连通的夹套式保温腔，所述的保温腔外部设置有保温层，所述的保温腔与蒸发器的收集腔经保温管路相连通，所述的保温管路上设置有单向阀以只允许所述的蒸汽进入保温腔，所述的保温腔的底部与所述的排水腔底部连通。

利用保温腔的设置，在所述的分离腔与外部保温层之间增加一层温度缓冲，通过“牺牲”特少部分的微过热蒸汽，减少在分离器中因为温度变化而凝结出的水量，提高后过热器供气的数量。

作为优选方案，所述的热罐的熔盐出口设置有热熔盐泵，所述的热熔盐泵与过热器的熔盐熔盐进口的熔盐管路上串设有流量计和温度变送器，在所述的热熔盐泵的熔盐出口还旁接有直接与所述的蒸发器的熔盐熔盐进口连通的热熔盐旁管11，所述的热熔盐旁管上串设有流量计和旁路控制阀。同时，为提高运行安全，在所述的蒸发器的熔盐熔盐进口侧还可设置直接连通至冷罐入口的旁通管，在所述的旁通管上设置有旁通调节阀。

通过多个旁通管的设置，利用对蒸发器熔盐出口侧及过热器熔盐出口侧的流量的控制，与所述的旁路控制阀和旁通调节阀结合，可实现流速的控制，能实现对过热蒸汽温度及蒸发器内微过热蒸汽温度的有效控制。

具体地，所述的蒸发器和过热器的罐体为圆筒形，在圆筒形罐体的内壁上固定有内螺旋板，所述的内螺旋板的高度在20-40cm。

通过在罐体内壁上设置内螺旋板，至少式环周侧的熔盐增加螺旋运动趋势，能有效防止温度死区，避免出现局部低温，而且能有效防止气泡产生和附着，保证有效换热空间。

为便于在初始时进行管路尤其是罐体的加热，在所述的蒸发器和过热器的外侧设置有加热腔套，在所述的加热腔套外部设置有保温层，在所述的加热腔套内设置有电加热盘管，同时，在所述的加热腔套的顶部设置有排放阀，在所述的排放阀的出口侧设置有温度传感器。所述的熔盐管路上还可缠绕伴热带以进行加热辅助。

利用电加热盘管的形式对蒸发器和过热器进行预热，尤其时管壁温度得到有效升高，避免熔盐进入时发生凝固形成板结，在顶部设置排放阀，在加热时温度升高，排放阀打开部分气体溢出，当通过排放口侧温度传感器感测温度和罐体内稳固检测合格后，即可停止加热，关闭排放阀避免空气进入，实现了加热腔套的微真空，减少散热。

本发明还同时公开了一种所述的光热电高效蒸汽发生系统的控制方法，，包括以下步骤，

1)利用电加热盘管加热所述的蒸发器和过热器至预定温度，如300摄氏度以上，这样能避免高温熔盐进入时产生罐体壁处的板结，保证换热面积；

2)热熔盐泵启动，熔盐依次经过过热器罐体和蒸发器罐体后进入冷罐，水自蒸发器底部进入并在蒸发器内产生蒸汽，蒸汽经蒸发器收集腔后经汽水分离器分离后蒸汽再次经过热器加热后进入汽轮机；

3)监控蒸发器的蒸汽温度，所述的蒸发器的蒸汽温度在105℃-140℃。其中当蒸发器的蒸汽温度过高时，减少过热器熔盐出口侧流量或增大蒸发器水位，当蒸发器的蒸汽温度多低时，增大热熔盐旁管上旁路控制阀的开度或减少蒸发器内水位。

通过对热熔盐的分配，有效调节蒸发器和过热器内蒸汽的温度变化，保证系统的稳定有效运行，通过两个旁路设置，在满足运行条件调控的同时，听过内部软件监控，可以实现罐体内保证合适的压力以调整蒸汽温度，同时，利用旁路还可实现压力释放，保证整体安全有效运行。

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)

1.一种光热电高效蒸汽发生系统，其特征在于，包括蒸发器、汽水分离器和过热器，所述的蒸发器和过热器分别包括竖直设置且上部形成有熔盐熔盐进口下部形成有熔盐出口的罐体，多个沿轴向延伸地设置在所述的罐体内且互相保持间隔的S曲线式换热管，对应设置在罐体底部和顶部并分别与所述的换热管连通的分配腔和收集腔，热罐的熔盐出口依次经熔盐管路与过热器、蒸发器和冷罐连通，所述的蒸发器的分配腔与水源连通，蒸发器的收集腔经蒸汽管路依次与汽水分离器和过热器的分配腔连通，所述的过热器的收集腔连通至汽轮机。

2.如权利要1所述的光热电高效蒸汽发生系统，其特征在于，所述的分离腔和排水腔的外部分别形成有相连通的保温腔，所述的保温腔外部设置有保温层，所述的保温腔与蒸发器的收集腔经保温管路相连通，所述的保温管路上设置有单向阀以只允许所述的蒸汽进入保温腔，所述的保温腔的底部与所述的排水腔底部连通。

3.如权利要1所述的光热电高效蒸汽发生系统，其特征在于，所述的热罐的熔盐出口设置有热熔盐泵，所述的热熔盐泵与过热器的熔盐熔盐进口的熔盐管路上串设有流量计和温度变送器，在所述的热熔盐泵的熔盐出口还旁接有直接与所述的蒸发器的熔盐熔盐进口连通的热熔盐旁管，所述的热熔盐旁管上串设有流量计和旁路控制阀。

4.如权利要3所述的光热电高效蒸汽发生系统，其特征在于，在所述的蒸发器的熔盐熔盐进口侧还可设置直接连通至冷罐入口的旁通管，在所述的旁通管上设置有旁通调节阀。

5.如权利要1所述的光热电高效蒸汽发生系统，其特征在于，所述的蒸发器和过热器的罐体为圆筒形，在圆筒形罐体的内壁上固定有内螺旋板。

6.如权利要5所述的光热电高效蒸汽发生系统，其特征在于，所述的内螺旋板的高度在20-40cm。

7.如权利要1所述的光热电高效蒸汽发生系统，其特征在于，在所述的蒸发器和过热器的外侧设置有加热腔套，在所述的加热腔套外部设置有保温层，在所述的加热腔套内设置有电加热盘管。

8.如权利要7所述的光热电高效蒸汽发生系统，其特征在于，在所述的加热腔套的顶部设置有排放阀，在所述的排放阀的出口侧设置有温度传感器。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的光热电高效蒸汽发生系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)利用电加热盘管加热所述的蒸发器和过热器至预定温度；

2)热熔盐泵启动，熔盐依次经过过热器的罐体和蒸发器的罐体后进入冷罐，水自蒸发器底部进入并在蒸发器内产生蒸汽，蒸汽经蒸发器收集腔后经汽水分离器分离后蒸汽再次经过热器加热后进入汽轮机；

3)监控蒸发器的蒸汽温度，其中当蒸发器的蒸汽温度过高时，减少过热器熔盐出口侧流量或增大蒸发器水位，当蒸发器的蒸汽温度多低时，增大热熔盐旁管上旁路控制阀的开度或减少蒸发器内水位。

10.如权利要求书9所述的控制方法，其特征在于，所述的蒸发器的蒸汽温度在105℃-140℃。