CN201851293U - 槽式太阳能雾化闪蒸热发电系统装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型槽式太阳能雾化闪蒸热发电系统装置由抛物槽聚光阵列、线聚焦强化集热管、雾化水汽工质、雾化器、雾化闪蒸罐、汽化罐、射流泵、汽包、水泵、压力泵、压力控制阀、热动力机、换热器、储热罐、冷凝器组成，本系统装置在抛物槽聚光阵列中采用雾化水汽作为初始传热工质，在系统中配置雾化器和雾化闪蒸罐等设备，通过有控制的向系统输入雾化水汽保持压力恒定，经太阳能聚光加热产生饱和蒸汽和过热蒸汽，直接驱动蒸汽轮机并带动发电机实现太阳能聚热发电的DSG装置。该技术属太阳能热利用领域。

Description

槽式太阳能雾化闪蒸热发电系统装置 

技术领域

本实用新型涉及一种采用雾化水汽作为传热工质和采用雾化闪蒸方法实现槽式太阳能聚热发电(CSP)的系统装置，该系统借助线聚焦强化集热管、雾化器以及汽化罐等设备，有控制的向系统内输入雾化水汽，在聚光阵列中产生饱和蒸汽和过热蒸汽，最终驱动蒸汽轮机并带动发电机完成槽式太阳能聚热发电的系统装置。该技术属太阳能热利用领域。 

背景技术

太阳能聚热发电(CSP)相比光伏发电(PV)具有规模大、集中度高、效率高等突出特点，但是面临的共同课题是如何降低制造成本以及如何提高发电效率进而降低发电成本，尤其是降低制造成本和提高发电效率就成为两种太阳能发电技术竞争的焦点。太阳能聚热发电(CSP)主要有槽式、塔式、碟式以及反射菲涅尔等四种热发电模式，其中槽式太阳能聚热发电已经实现商业化。该技术主要采用导热油为传热工质，经导热油换热产生蒸汽后驱动常规汽轮发电机发电。由于目前的导热油工作温度不允许高于400度，超出这一温度将会导致裂解、粘度提高以及传热效率降低，因此限制了槽式太阳能聚热发电效率的进一步提高，同时，导热油使用成本高、寿命短，因此迫切需要有新的传热工质取代导热油，以提高工作温度，降低装置造价和运行成本。目前国际太阳能聚热发电(CSP)领域正在研究的工质替代技术有熔盐以及用水直接做传热工质的DSG(direct steam generation)两种技术。前者一般采用硝酸类熔盐，结晶点较高，大多在230至260℃左右，意大利阿基米德公司使用熔盐作为传热流体的太阳能热电厂首次在西西里岛启动，这也是世界上第一个太阳能聚热发电采用熔盐循环并与燃汽发电互补的发电厂。阿基米德采用自己生产的耐腐蚀耐高温的线聚焦集热管，工质温度在400-550度。同时可以储存多达数小时的太阳热量。美国桑迪亚实验室正在研究结晶点在100度以下的熔盐，如果成功将有希望取代高凝固点熔盐和导热油。采用熔盐为传热工质的主要缺陷是高温腐蚀和结晶点高，以及由此提高的设备制造成本，其次为运行风险很大，一旦出现故障，熔盐将不可避免地凝固在设备内并损坏整个系统，所以该系统必须配备燃汽或与煤电进行互补。用水直接做传热工质的DSG技术已经试验多年，主要由西班牙PSA负责实施，德国航天航空中心也参与了这项实验。实验表明，由于该技术存在瞬时压力难以控制，以及水在集热管内两相流传输和汽化压力在集热管内不均匀等问题，这一普遍被看好的技术至今仍停留在试验阶段。但是，只要这几个问题被解决，那么DSG技术就是成本最低、效率最高的太阳能热发电技术。 

发明内容

本实用新型就是为进一步解决DSG关键技术难题而提出的一种以雾化水汽为传热工质，并利用闪蒸技术实现槽式太阳能聚热发电的系统装置。 

本实用新型由抛物槽聚光阵列、线聚焦强化集热管、雾化水汽工质、雾化器、汽化罐、雾化闪蒸罐、汽包、压力泵、射流泵、水泵、压力控制阀、热动力机、发电机、储热罐、换热器、冷凝器、调节阀、传输管线组成，其特征在于：抛物槽聚光阵列前端设置雾化器，雾化器连接线聚焦强化集热管进口，线聚焦强化集热管出口连接汽包进口，汽包其中一个出口连接热动力机低压端，同时连接下一个抛物槽聚光阵列以产生过热蒸汽；产生过热蒸汽的抛物槽聚光阵列出口连接热动力机高压端，同时连接热动力机乏汽换热和用于储热的换热器进口端；换热器连接储热罐和冷凝器出口端的调节阀；调节阀连接水泵或压力泵；水泵或压力泵连接雾化器入口，雾化器出口连接抛物槽聚光阵列前端线聚焦强化集热管进口，最终形成完整的郎肯循环系统；汽包另一个出口连接压力控制阀至冷凝器一端和雾化器输水进口；射流泵、雾化闪蒸罐分别设置在产生饱和蒸汽和过热蒸汽的抛物槽聚光阵列中；压力泵、冷凝器和水泵等通用设备合理配置在热力循环系统中。 

另一个技术方案是在抛物槽聚光阵列出口端设置雾化闪蒸罐，雾化闪蒸罐分为饱和雾化闪蒸罐和过热雾化闪蒸罐，两罐进出口相连，同时两罐另一进口分别连接抛物槽聚光阵列出口端；过热雾化闪蒸罐出口连接热动力机；雾化器一端连接与冷凝器相连的水泵或压力泵，另一端安装在抛物槽聚光阵列中的线聚焦强化集热管入口处；汽化罐或射流泵设置在抛物槽聚光阵列中；汽包增设雾化器喷口和冷凝水出口。 

所述线聚焦强化集热管的金属内管是具有强化换热功能的环形、或螺旋、或金属管表面凸起成苞的波节金属内管，促使热交换介质变层流传热为湍流传热，同时可以承载大于10Mpa的内压力。 

所述雾化水汽工质是将水在一定压力下经雾化器或射流泵喷射产生的可悬浮的雾化液滴，经抛物槽聚光和线聚焦集热管加热后可形成高温饱和蒸汽或过热蒸汽，温度可从100℃升至600℃。 

在抛物槽聚光装置阵列中配置汽化罐、雾化闪蒸罐或射流泵。 

所述雾化器是设有雾化喷头的装置。 

所述汽化罐设置水雾喷头和高温汽流进出口。 

所述汽包设有饱和汽进出口、压力调节出口、凝结水出口； 

所述射流泵设有进汽口、高温汽流喷口、引流端口和加速腔，安装在抛物槽聚光装置阵列中。 

所述压力泵为汽体压力泵或水压泵，主要提供初始汽体传输压力，保证雾化水汽产生和在抛物槽聚光阵列中加速流动。 

所述水泵是系统冷却水的循环泵或水压泵。 

所述压力控制阀是能够自动保持和控制压力的减压阀或控制阀。 

所述热动力机为蒸汽轮机或螺杆膨胀动力机。 

所述换热器为盐汽或汽汽换热器。 

所述储热罐是用于熔盐类物质储热的装置，包括冷罐和热罐。 

所述雾化闪蒸罐由蒸发室、水雾喷头、高温汽流进喷口、压力控制阀、饱和蒸汽或过热蒸汽输出端口构成，主要实现在高温汽流作用下将喷淋雾化的水雾通过闪蒸产生饱和蒸汽和过热蒸汽的功能。分为饱和雾化闪蒸罐和过热雾化闪蒸罐。 

该实用新型主要有以下创新点： 

1、为克服水工质在集热管中形成水汽两相流，在向抛物槽聚光阵列中的线聚焦强化集热管注入水工质之前增加雾化设备，首先将液态水改造成雾化水汽，雾化水汽是没有完成相变的细小水滴，在温度适宜条件下容易悬浮在管道内，随着集热管内温度升高，在传输过程中逐步实现雾化水汽的相变，形成低压饱和蒸汽，经抛物槽聚光阵列过热段形成过热蒸汽。 

2、雾化水汽是通过一定压力由雾化器实现的，雾化器主要由液体切线入口、液体旋转室、喷嘴孔等组成，利用高压泵使液体获得很高的压力(2-20MPa)，液体在旋转室获得旋转运动，在雾化器中央形成大于大气压的空气旋流，而液体则绕空气心旋转形成环形薄膜，在压力下液膜伸长变薄，最后分裂为小雾滴。 

3、根据压力变化适时自动向抛物槽聚光阵列中的汽化罐输入雾化水汽，通过增加蒸汽湿度调节线聚焦强化集热管的内压力，同时在系统中也可专门设置压力调节阀和卸载管道，共同保证压力均衡。 

4、将传统槽式太阳能聚热发电装置使用的以金属直管为主要特征的高温集热管，替换成具有强化换热功能的线聚焦强化集热管，该金属内管具有对传热工质进行扰动和破坏稳流层的作用。 

5、利用雾化水汽替代传统导热油、熔盐和水工质作为传热工质，同时利用雾化汽调节系统压力，通过雾化闪蒸产生饱和蒸汽和过热蒸汽。 

6、本装置设置熔盐热储能罐，将峰值多余过热蒸汽用于加热熔盐，保证在无光照的情况下为装置提供储备热能进行发电。 

7、为保证在瞬时压力升高的情况下稳定输出饱和蒸汽或过热蒸汽，雾化闪蒸罐与冷凝器间增加一个压力控制阀，其关键作用是旁路和调节瞬时压力，克服DSG技术中汽体压力难于调节和控制的弊端。 

8、在抛物槽聚光阵列之间和热动力机前设置一个汽包，将汽包产生的低压饱和蒸汽直接输入热动力机低压端做功，并将另一部分饱和蒸汽经聚光阵列加热成过热蒸汽输入热动力机高压端，此举不仅可以替代常规换热器组，同时可大幅减少换热损失，提高发电效率。 

9、在热动力机前设置两个雾化闪蒸罐，一个承担饱和雾化闪蒸任务，另一个承担过热雾化闪蒸任务；经抛物槽聚光阵列加热形成的高温气流首先进入饱和雾化闪蒸罐，产生的饱和气进入过热雾化闪蒸罐，形成的过热蒸汽驱动热动力机带动发电机发电。用雾化闪蒸罐替代常规换热器。 

附图说明

图1是本实用新型DSG雾化水汽热发电示意图 

图2是本实用新型DSG雾化水汽热发电示意图 

图3是本实用新型DSG雾化闪蒸热发电示意图 

其中1、抛物槽聚光装置，2、线聚焦强化集热管，3、雾化器，4、汽包、5、汽化罐、6、射流泵，7、压力泵，8、压力控制阀，9、雾化闪蒸罐，10、热动力机，11、冷凝器，12、储热罐，13、换热器，14、水泵、15、调节阀 

具体实施方式

1、将槽式太阳能聚热发电系统使用的集热管更换为具有强化换热功能的环形波节或螺旋波节金属内管的线聚焦强化集热管2，充分发挥线聚焦强化集热管2对传热工质的扰动作用，变层流加热为涡流加热。 

2、是采用雾化汽体替换导热油或水做传热工质。为继承DSG技术优势，克服直接加热水工质存在的缺点，在抛物槽聚热装置工质进口和聚光阵列中有选择的增加雾化器3、汽包4、汽化罐5或射流泵7等雾化装置，利用这些装置产生雾化水汽，利用含“汽”汽体完成热传导。 

3、设置雾化闪蒸罐9，通过饱和水汽闪蒸产生热发电需要的低压饱和蒸汽，此举不仅可以替代常规换热器，同时可减少换热损失。 

4、抛物槽聚光阵列分为饱和蒸汽发生阵列和过热蒸汽发生阵列，雾化闪蒸罐9安放在两个阵列中间。传输管线分别将饱和蒸汽和过热蒸汽接入热动力机10带动发电机组发电。 

5、采用熔盐储热技术，通过储热罐12及换热器13完成储热和放热，同时兼顾预热装置进口汽液，以利于第二天聚热装置稳定启动。 

6、为保证在瞬时压力升高的情况下稳定输出饱和蒸汽或过热蒸汽，雾化闪蒸罐9与冷凝器11间增加一个压力控制阀8，起到旁路和调节瞬时压力的作用，克服DSG技术中汽体压力难于调节和控制的弊端。 

7、为适应高温过热蒸汽发电机组工作，饱和蒸汽发生阵列产生的饱和水汽经雾化闪蒸罐9闪蒸，产生的饱和蒸汽直接进入过热蒸汽发生阵列，由过热蒸汽驱动热动力机10并带动发电机组发电。 

8、在抛物槽聚光阵列后设置两个雾化闪蒸罐9，一个承担饱和雾化闪蒸任务，另一个承担过热雾化闪蒸任务；经抛物槽聚光阵列加热形成的高温气流首先进入饱和雾化闪蒸罐，产生的饱和气进入过热雾化闪蒸罐，形成的过热蒸汽驱动热动力机10带动发电机发电。 

Claims (2)

1.槽式太阳能雾化闪蒸热发电系统装置由抛物槽聚光阵列、线聚焦强化集热管、雾化水汽工质、雾化器、汽化罐、雾化闪蒸罐、汽包、压力泵、射流泵、水泵、压力控制阀、热动力机、储热罐、换热器、冷凝器、调节阀、传输管线组成，其特征在于：

1)抛物槽聚光阵列前端设置雾化器，雾化器连接线聚焦强化集热管进口，线聚焦强化集热管出口连接汽包进口，汽包其中一个出口连接热动力机低压端，同时连接下一个抛物槽聚光阵列以产生过热蒸汽；产生过热蒸汽的抛物槽聚光阵列出口连接热动力机高压端，同时连接热动力机乏汽换热和用于储热的换热器进口端；换热器连接储热罐和冷凝器出口端的调节阀；调节阀连接水泵或压力泵；水泵或压力泵连接雾化器入口，雾化器出口连接抛物槽聚光阵列前端线聚焦强化集热管进口，最终形成完整的郎肯循环系统；汽包另一个出口连接压力控制阀至冷凝器一端和雾化器输水进口；射流泵、雾化闪蒸罐分别设置在产生饱和蒸汽和过热蒸汽的抛物槽聚光阵列中；压力泵、冷凝器和水泵通用设备配置在热力循环系统中；

2)所述线聚焦强化集热管的金属内管是具有强化换热功能的环形、螺旋或金属管表面凸起成苞的波节金属内管，可以承载大于10Mpa的压力；

3)所述雾化器是设有水雾喷头的装置；

4)所述汽化罐设置水雾喷头和高温汽流进出口；

5)所述汽包设有饱和汽进出口、压力调节出口、凝结水出口；

6)所述射流泵设有进汽口、高温汽流喷口、引流端口和加速腔，安装在抛物槽聚光装置阵列中；

7)所述压力泵为汽压泵或水压泵；

8)所述水泵是系统冷却水的循环泵或水压泵；

9)所述压力控制阀是能够自动保持和控制压力的减压阀或控制阀；

10)所述热动力机为蒸汽轮机或螺杆膨胀动力机；

11)所述换热器为盐汽或汽汽换热器；

12)所述储热罐是储热物质存放的装置，包括冷罐和热罐；

13)所述抛物槽聚光装置阵列中配置汽化罐、雾化闪蒸罐或射流泵。

2.根据权利要求1所述的槽式太阳能雾化闪蒸热发电系统装置，其特征在于：所述雾化闪蒸罐设置在抛物槽聚光阵列出口端，雾化闪蒸罐分为饱和雾化闪蒸罐和过热雾化闪蒸罐，两罐进出口相连，同时两罐另一进口分别连接抛物槽聚光阵列高温出口端；过热雾化闪蒸罐出口连接热动力机；雾化器一端连接与冷凝器相连的水泵或压力泵，另一端安装在抛物槽聚光阵列中的线聚焦强化集热管入口处；汽化罐或射流泵设置在抛物槽聚光阵列中；汽包增设雾化器喷口和冷凝水出口。 

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