CN209195606U - 基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统，属于光热发电技术领域，包括导热油循环系统和超导液循环系统，其特征在于；所述导热油循环系统包括太阳能集热装置、导热油循环管路、管壳式热交换器和导热油循环泵；所述超导液循环系统包括储液罐、超导液循环管路以及设置在所述超导液循环管路上设有超导液循环泵、第一汽轮机和冷却装置。本实用新型的有益效果是：通过使用太阳能集热装置、储液罐、两套循环管路和配套的循环泵、汽轮机以及换热器、即可实现发电、超导液的预热和加热、换热后导热油的加热，实现热能的多次利用，所述使用的种类少，结构简单，适用性广。

Description

基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统

技术领域

本实用新型属于光热发电技术领域，尤其涉及一种基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统。

背景技术

目前，太阳能发电大致为光伏发电与光热发电两种形式，光伏发电已经成熟，但其发电效率低，初期投资高，发电成本昂贵，使用中存在太阳电池板方位问题，维护问题，蓄电池寿命问题，控制面板问题，衰减问题等。特别是光伏太阳能从制造源头上存在严重的环境污染和巨大的能耗投入，按物化能源构成理论，9美元1峰瓦的硅电池产生的电仅值1美元。光伏与市电结合，逆变器存在着谐波与电网严重不同步，或“孤岛”效应或逆变器的故障常常造成电网的短路，加之逆变器的损失严重，造成光伏发电价格十分昂贵，“国家补贴”的结果只会引发电表的假转，事实上光伏发电总体是没有使用价值的高耗能污染产品。而光热发电克服了光伏发电的缺点。

授权公告号为CN202937416U的中国实用新型专利公开了一种超导槽式太阳能郎肯循环多级发电系统，通过不同沸点TR工质在各循环系统中，产生不同工质蒸汽，推动多级汽轮机旋转，带动发电机高效率发电和热差发电。

现有技术中至少存在以下技术问题：需要的设备种类多，结构复杂，不适用于小型场合使用。

发明内容

本实用新型要解决的问题是提供一种基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统，设置了导热油循环系统和超导液循环系统两个系统，通过发电机发电、对水罐加热等实现对太阳能收集热量的多次利用，使用设备少，成本低，适用性强。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统，包括导热油循环系统和超导液循环系统，其特征在于；所述导热油循环系统包括

太阳能集热装置，用于收集太阳能并加热导热油；

导热油循环管路，两端分别连通所述太阳能集热装置的入口端和出口端；

管壳式热交换器，设置在所述导热油循环管路上，用于导热油与所述管壳式热交换器内的超导液进行热交换使超导液成为高温高压蒸汽；

导热油循环泵，设置在所述导热油循环管路上，用于导热油的循环；

所述超导液循环系统包括

储液罐，用于存储超导液；

超导液循环管路，两端分别与所述储液罐和所述管壳式热交换器相通，在所述超导液循环管路上设有超导液循环泵、第一汽轮机和冷却装置；

超导液循环泵，用于超导液的循环；

第一汽轮机，设置在所述管壳式热交换器喷汽口处，用于带动发电机发电；

冷却装置，用于对超导液进行冷却。

进一步的，在所述超导液循环管路上设有对水罐中的水进行热交换的热交换器，所述热交换器位于所述第一汽轮机与所述冷却装置之间。

进一步的，在所述超导液循环管路上设有对流向所述管壳式热交换器的超导液进行加热的第一蜂窝状盘式换热装置，所述第一蜂窝状盘式换热装置设在所述第一汽轮机和所述热交换器间。

进一步的，在所述超导液循环管路上设有对流向所述太阳能集热装置的导热油进行加热的第二蜂窝状盘式换热装置，所述第二蜂窝状盘式换热装置设在所述第一汽轮机和所述第一蜂窝状盘式换热装置间。

进一步的，所述冷却装置包括蒸发式冷凝室。

进一步的，所述冷却装置还包括冷水罐，在所述冷水罐内设有软水罐，所述软水罐内的水借助软水泵向所述蒸发式冷凝室内补充软水。

进一步的，在所述冷水罐和所述蒸发式冷凝室间设有将经过冷水罐形成的冷风吹入所述蒸发式冷凝室内的风机。

进一步的，所述风机设有两个，分别将冷风吹入蒸发式冷凝室的金属槽内以及冷凝室下部。

进一步的，在所述超导液循环管路上设有对蒸汽发生器内的超导液进行加热并使超导液呈蒸汽状的第三蜂窝状盘式换热装置，所述第三蜂窝状盘式换热装置设在所述第一蜂窝状盘式换热装置和第二蜂窝状盘式换热装置之间，在所述蒸汽发生器的喷气口设有第二汽轮机，所述第二汽轮机与所述风机相连，所述蒸汽发生器的入口端与所述储液罐的出口端相通，所述第二汽轮机的出口端与所述第一蜂窝状盘式换热装置的入口端相通。

进一步的，在所述管壳式热交换器的导热油进油口处的导热油循环管路上设有用于加热超导液循环管路内超导液的套管式换热器。

本实用新型的原理如下：由太阳能集热装置聚集热能，将热能导入管壳式换热器内，与60度级介质（以超导液为例）进行循环热交换，对超导液喷雾进行加热至高温高压超导液蒸汽，蒸汽由蒸汽喷口喷出对第一汽轮机中密闭气道内涡轮叶扇做功，带动相应功率发电机发电，所产电能经调压后一部分对蓄电池组充电，大部分对外进行输出。

做功后的蒸汽进入扩容后的密闭腔道内与第二蜂窝状盘式换热器进行热交换（高温高压气体转为高温低压气体），加热流入换热器内流动的导热油，加热后的导热油流向太阳能集热装置入口，形成热能循环（对热能进行第一次回收）。

经第一次热交换后的蒸汽再次与第三级蜂窝状盘式换热器进行热交换，使蒸汽发生器中的超导液加热至蒸汽状（对热能进行第二次回收），超导液蒸汽对第二汽轮机进行做功，第二汽轮机带动两个风机转动。其中的一个风机吸入由冷水罐冷却的气体进入蒸发式冷凝室对室内金属槽内软水进行吹拂蒸发降温，之后进入冷水罐内的导管内（导管与冷水罐内软水罐相连，蒸发来的软水冷凝后流入软水罐内，软水由水泵抽回冷凝室内各个软水槽，形成软水循环），气体经冷却后再次进入该风机的入口，形成一级冷却风循环。另一个风机吸入冷水罐冷却的气体进入冷凝室内上部软水槽板下方，再次降温，尔后进入冷凝室下部与超导液蒸汽混融，对超导液蒸汽进行降温后，流回冷水罐内的导管内冷却，形成二级冷却风循环。（导管与冷水罐内超导液暂存罐相连，蒸发来的超导液冷凝后流入超导液暂存罐内，由液泵抽回储液罐内。）

经第二次热交换后的超导液蒸汽再次与第一级蜂窝状盘式换热器进行热交换（对热能进行第三次回收），加热流经第一级蜂窝状盘式换热器的超导液，加热后的超导液经套管式热交换器进入管壳式热交换器内，进行加热转换为超导液蒸汽进行做功（形成做功循环）。

经三次热交换的超导液蒸汽最后经热交换器对水罐中的水加热后进入冷凝室下部，与风机吹入的冷却空气进行融合降温，在冷凝室下部的斜形冷却槽板上冷凝，冷凝后的超导液流入超导液暂存罐内，由液泵抽回储液罐内（形成超导液循环）。

本实用新型的有益效果是：通过使用太阳能集热装置、储液罐、两套循环管路和配套的循环泵、汽轮机以及换热器、即可实现发电、超导液的预热和加热、换热后导热油的加热，实现热能的多次利用，使用的种类少，结构简单，成本低，适用性广。

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1是本实用新型基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统实施例一的结构示意图；

图2是本实用新型基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统实施例二的结构示意图。

在附图中：1是太阳能集热装置，2是导热油循环管路，3是管壳式热交换器，4是导热油循环泵，5是储液罐，6是超导液循环管路，7是超导液循环泵，8是第一汽轮机，9是发电机，10是水罐，11是热交换器，12是第一蜂窝状盘式换热装置，13是第二蜂窝状盘式换热装置，14是蒸发式冷凝室，15是冷水罐，16是软水罐，17是软水泵，18是风机，19是蒸汽发生器，20是第三蜂窝状盘式换热装置，21是第二汽轮机，22是套管式换热器，23是液泵，大箭头代表导热油循环回路，小箭头代表超导液循环回路，虚线代表冷凝风移动路径。

具体实施方式

实施一：

参见附图1，本实用新型提供了一种基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统，包括导热油循环系统和超导液循环系统。

上述的导热油循环系统包括太阳能集热装置1、导热油循环管路2、管壳式热交换器3和导热油循环泵4。其中，太阳能集热装置1用于收集太阳能并加热导热油；导热油循环管路2的进出口两端分别连通太阳能集热装置1的入口端和出口端；管壳式热交换器3，设置在导热油循环管路2上，用于导热油与管壳式热交换器3内的超导液进行热交换使超导液成为高温高压蒸汽；导热油循环泵4，设置在导热油循环管路2上，用于导热油的循环。

上述的超导液循环系统包括储液罐5、超导液循环管路6以及设置在超导液循环管路6上的超导液循环泵7、第一汽轮机8和冷却装置。其中，储液罐5用于存储超导液；超导液循环管路6的进出口两端分别与储液罐5和管壳式热交换器3相通；超导液循环泵7用于超导液的循环；第一汽轮机8设置在管壳式热交换器3喷汽口处，用于带动发电机9发电；冷却装置用于对超导液进行冷却。冷却装置包括蒸发式冷凝室14。

在超导液循环管路6上设有对水罐10中的水进行热交换的热交换器11，热交换器11位于第一汽轮机8与冷却装置之间。通过设置热交换器11与超导液循环管路6中的热量进行热交换以加热水罐10中的水，加热后的水可以为热水器、沼气罐等提供热水。

在超导液循环管路6上设有对流向管壳式热交换器3的超导液进行加热的第一蜂窝状盘式换热装置12，第一蜂窝状盘式换热装置12设在第一汽轮机8和热交换器11间。通过第一蜂窝状盘式换热装置12可以使得进入管壳式热交换器3的超导液已经有一定的温度，节约管壳式热交换器3直接对超导液换热所需要的热量。

在超导液循环管路6上设有对流向太阳能集热装置1的导热油进行加热的第二蜂窝状盘式换热装置13，第二蜂窝状盘式换热装置13设在第一汽轮机8和第一蜂窝状盘式换热装置12间。通过设置第二蜂窝状盘式换热装置13可使换热后的导热油加热后进入太阳能集热装置1，使加热油在进入太阳能集热装置1后很快升温然后再进入管壳式热交换器3。

实施例二：

参见附图2，与实施例一不同的是，冷却装置还包括冷水罐15，在冷水罐15内设有软水罐16，软水罐16内的水借助软水泵17向蒸发式冷凝室14内补充软水。软水罐16处于冷水罐15内，可使水在较低的温度，以保证通过软水泵17进入蒸发式冷凝室14内的水温较低，保证冷凝效果。

超导液循环管路6的末端还设有液泵23。经蒸发式冷凝室14降温后的超导液仍有可能会有部分是蒸汽，流经冷水罐15后会完全变成液体，需要在配套的液泵23作用下抽回储液罐5内。

在冷水罐15和蒸发式冷凝室14间设有将经过冷水罐15形成的冷风吹入蒸发式冷凝室14内的风机18。风机18设有两个，分别将冷风吹入蒸发式冷凝室14的金属槽内以及冷凝室下部。

在超导液循环管路6上设有对蒸汽发生器19内的超导液进行加热并使超导液呈蒸汽状的第三蜂窝状盘式换热装置20，第三蜂窝状盘式换热装置20设在第一蜂窝状盘式换热装置12和第二蜂窝状盘式换热装置13之间，在蒸汽发生器19的喷气口设有第二汽轮机21，第二汽轮机21的驱动端与两个风机的输入端相连，蒸汽发生器19的入口端与储液罐5的出口端相通，第二汽轮机21的出口端与第一蜂窝状盘式换热装置12的入口端相通。通过设置第二汽轮机21带动两个风机18，风机不再用电，节约能源。

本实用新型在经第一汽轮机8至储液罐5间的超导液循环管路6上依次设置了第二蜂窝状盘式换热器13、第三蜂窝状盘式换热器20、第一蜂窝状盘式换热器12以及热交换器，实现了对热能的多次利用，达到高效利用能源的效果。

在上述实施中，在管壳式热交换器3的导热油进油口处的导热油循环管路2上设有用于加热超导液循环管路6内超导液的套管式换热器22，在第一蜂窝状盘式换热装置12对超导液加热的基础上进一步加热，保证超导液在管壳式热交换器3内快速汽化。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统，包括导热油循环系统和超导液循环系统，其特征在于；

所述导热油循环系统包括

太阳能集热装置（1），用于收集太阳能并加热导热油；

导热油循环管路（2），两端分别连通所述太阳能集热装置（1）的入口端和出口端；

管壳式热交换器（3），设置在所述导热油循环管路（2）上，用于导热油与所述管壳式热交换器（3）内的超导液进行热交换使超导液成为高温高压蒸汽；

导热油循环泵（4），设置在所述导热油循环管路（2）上，用于导热油的循环；

所述超导液循环系统包括

储液罐（5），用于存储超导液；

超导液循环管路（6），两端分别与所述储液罐（5）和所述管壳式热交换器（3）相通，在所述超导液循环管路（6）上设有超导液循环泵（7）、第一汽轮机（8）和冷却装置；

超导液循环泵（7），用于超导液的循环；

第一汽轮机（8），设置在所述管壳式热交换器（3）喷汽口处，用于带动发电机（9）发电；

冷却装置，用于对超导液进行冷却。

2.根据权利要求1所述的基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统，其特征在于：在所述超导液循环管路（6）上设有对水罐（10）中的水进行热交换的热交换器（11），所述热交换器（11）位于所述第一汽轮机（8）与所述冷却装置之间。

3.根据权利要求2所述的基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统，其特征在于：在所述超导液循环管路（6）上设有对流向所述管壳式热交换器（3）的超导液进行加热的第一蜂窝状盘式换热装置（12），所述第一蜂窝状盘式换热装置（12）设在所述第一汽轮机（8）和所述热交换器（11）间。

4.根据权利要求3所述的基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统，其特征在于：在所述超导液循环管路（6）上设有对流向所述太阳能集热装置（1）的导热油进行加热的第二蜂窝状盘式换热装置（13），所述第二蜂窝状盘式换热装置（13）设在所述第一汽轮机（8）和所述第一蜂窝状盘式换热装置（12）间。

5.根据权利要求4所述的基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统，其特征在于：所述冷却装置包括蒸发式冷凝室（14）。

6.根据权利要求5所述的基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统，其特征在于：所述冷却装置还包括冷水罐（15），在所述冷水罐（15）内设有软水罐（16），所述软水罐（16）内的水借助软水泵（17）向所述蒸发式冷凝室（14）内补充软水。

7.根据权利要求6所述的基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统，其特征在于：在所述冷水罐（15）和所述蒸发式冷凝室（14）间设有将经过冷水罐（15）形成的冷风吹入所述蒸发式冷凝室（14）内的风机（18）。

8.根据权利要求7所述的基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统，其特征在于：所述风机（18）设有两个，分别将冷风吹入蒸发式冷凝室（14）的金属槽内以及冷凝室下部。

9.根据权利要求8所述的基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统，其特征在于：在所述超导液循环管路（6）上设有对蒸汽发生器（19）内的超导液进行加热并使超导液呈蒸汽状的第三蜂窝状盘式换热装置（20），所述第三蜂窝状盘式换热装置（20）设在所述第一蜂窝状盘式换热装置（12）和第二蜂窝状盘式换热装置（13）之间，在所述蒸汽发生器（19）的喷气口设有第二汽轮机（21），所述第二汽轮机（21）与所述风机相连，所述蒸汽发生器（19）的入口端与所述储液罐（5）的出口端相通，所述第二汽轮机（21）的出口端与所述第一蜂窝状盘式换热装置（12）的入口端相通。

10.根据权利要求1-9任一项所述的基于有机郎肯循环的太阳能光热发电系统，其特征在于：在所述管壳式热交换器（3）的导热油进油口处的导热油循环管路（2）上设有用于加热超导液循环管路（6）内超导液的套管式换热器（22）。