CN111911893A - 带旁路的塔式熔盐光热电站蒸汽发生器系统 - Google Patents

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杜小泽
张强
孔艳强
王志明
江凯军
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Abstract

本发明公开了一种采用熔盐为吸热工质的塔式光热电站的蒸汽发生器系统。当前，采用熔盐为吸热工质的塔式光热电站中的蒸汽发生器系统包括一个预热器、一个蒸发器，一个过热器和一个再热器，本设计中另外包括熔盐旁路系统。熔盐旁路系统中包含了三个三通阀，由吸热器或者热盐罐来的565°C的熔融盐分别通向再热器、蒸发器熔盐混合联箱、预热器熔盐混合联箱三个部件的支路。本发明——带有熔盐旁路的塔式光热电站蒸汽发生器系统很好地解决了原有系统存在的问题，在变负荷运行过程中，可有效地控制热负荷的重新分配，降低了换热器中水和蒸汽工质温度和压力的波动幅度，增加了系统安全性，延长了蒸汽发生器系统的使用寿命。

Description

带旁路的塔式熔盐光热电站蒸汽发生器系统
技术领域
本发明涉及塔式太阳能热发电领域，特别是以熔融盐为换热工质的塔式光热电站、以导热油或熔盐为传热工质的槽式电站和线性菲涅尔电站中。
背景技术
对于目前采用熔融盐为换热工质的塔式光热电站蒸汽发生器系统，由于天气原因发生辐照变化，或者在变工况运行时，会出现四个换热器的热负荷重新分配，造成过热器和蒸发器温度波动太大，产生较大的热应力，减少换热器的使用寿命，影响系统的安全性；同时，当系统重新达到稳定后，对三个换热器的热负荷已进行了重新分配。在蒸发器系统中增加熔盐旁路，可对四个换热器中的热负荷、温度进行有效地调控，降低过热器中的温度和压力波动，减少热应力。
发明内容
本发明的目的是为了解决塔式太阳能热发电中，由于变工况造成换热器中热负荷重新分配从而引起较大热应力和局部温度过高的问题。本发明的特征在于：在额定工况运行时，旁路系统关闭，三通阀1的旁路侧流通面积为零。而在启机、变工况和停机的过程中，开启旁路系统，565°C的高温熔盐通过1、2、3三个三通阀控制进入主管道、回热器、蒸发器和预热器；并根据反馈到DCS控制系统的换热器中的监测温度，使用PID控制方法来调整1、2、3三个三通阀的开度，使得蒸汽发生器系统在达到热平衡的过程中，尽可能的减小温度和压力波动。在设计工况运行时，旁路系统处于关闭状态，为了使旁路管道中的熔盐流进联箱，在安装时将旁路管道设置一定的倾斜度，通过止回阀流进下流联箱中。带旁路系统的塔式光热蒸发器系统，在变工况条件下可很好地对出口蒸汽质量进行控制，可主动调整热负荷在三个换热器中的分配；同时保护换热器，减小温度和压力的波动，避免较大的热应力，提高系统安全性。
附图说明
图1为当前大多数塔式熔盐光热电站中所使用的蒸汽发生器系统的示意图。
图2为本发明，带旁路的熔盐塔式光热电站系统图，1、2、3为三通阀，4、5为熔盐混合联箱。
具体实施方式
旁路系统中的每个阀门与DCS控制系统相连，控制目标为当前工况下换热器的热负荷，需要达到该工况下稳态时过热器、再热器、蒸发器和预热器的热负荷。控制方法为协调控制1、2、3三个三通阀，改变入口565°C熔盐和过热器出口熔盐或入口565°C熔盐和蒸发器出口熔盐的混合比例，逐渐贴近控制目标。
在额定工况运行时，从储热罐或者吸热器来的565°C高温熔盐全部进入主管道，依次流入过热器、再热器、蒸发器、预热器。而在启机、变工况和停机的过程中，三个换热器中的热负荷会重新分配，很可能造成换热器中出现较大的温度和压力波动。此时旁路系统发挥作用，565°C的高温熔盐通过1、2、3三个三通阀控制进入主管道、再热器、蒸发器和预热器的高温熔盐流量；并根据反馈到控制系统的换热器中的监测温度，使用PID控制来调整1、2、3三个三通阀的开度，使得蒸汽发生器系统在达到热平衡的过程中，尽可能的减小温度和压力波动。当蒸汽发生器系统达到稳定时，旁路系统需要继续发挥作用，以维持稳定时系统的热负荷分配。理论上，当系统由部分负荷运行变化到设计负荷运行，系统达到稳定时，旁系统的熔盐流量会逐渐减小到零。即在设计工况运行时，旁路系统处于关闭状态，为了使旁路管道中的熔盐流进联箱，在安装时将旁路管道设置一定的倾斜度，通过止回阀流进下流联箱中。

Claims (5)

1.带熔盐旁路的塔式光热电站蒸汽发生器系统包括：预热器、蒸发器、过热器、再热器，另外包括熔盐旁路系统；其特征在于：565°C的高温熔盐管道在进入蒸汽发生系统入口处带有一个旁路系统，分别通向再热器、蒸发器联箱、预热器联箱；在变工况时，通过协调控制1、2、3三个三通阀的开度调节三个支路以及流向过热器的熔盐流量，以控制换热器内的流体平均温度，合理调节分配给四个换热器的热负荷，从而控制各个换热器水侧的出口水温和汽温，同时降低汽温和压力波动减小热应力；2个混合联箱的作用是混合来自不同区域的熔融盐，使出口温度更加均匀。
2.如权利要求1所述的带旁路的熔盐塔式电站蒸汽发生器系统，其工作过程为：在变工况条件下，通过对预热器的给水，蒸发器、过热器、再热器的出口蒸汽温度进行监测，计算得到某时刻该换热器的热负荷，与该工况稳态下换热器的热负荷进行对比，在降低温升率保证安全性的条件下以此工况下各个换热器的热负荷为调节目标，通过旁路的PID方法控制调节进入各个换热器的熔盐流量，即调节565°C熔盐和过热器出口熔盐或565°C熔盐和蒸发器出口熔盐的混合比例，逐渐贴近控制目标。
3.如权利要求1所述的带旁路的熔盐塔式光热电站蒸汽发生器系统，较当前的熔盐塔式光热电站蒸发器系统，在过热器和蒸发器出口增加了熔盐混合器，将旁路的565°C高温熔盐与经过换热后的熔盐进行充分混合，有助于在接下来的换热过程中换热充分。
4.如权利要求1所述，在熔盐旁路系统中使用三通阀，充分利用了三通阀的特性，一侧流通面积增加的同时可以减少另外一侧流通面积；在熔盐侧，三通阀的作用是调节进入不同支路的熔盐的比例，而总的熔盐流量并没有变化；这样可以减少阀门的数量，也可以减少控制点，简化系统，减少成本。
5.当机组升负荷时，在某些工况下，如额定工况，不需要旁路；而旁路关闭时旁路管道中还存有温度较高的熔盐；为了防止熔盐凝结，设置旁路上游略高，旁路管道在安装时保持一定的倾斜度，这样可借着重力的作用使熔盐通过止回阀流到联箱里；旁路管道也要做好保温。
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