CN209877401U - 一种槽塔耦合太阳能光热发电站储换热系统 - Google Patents

一种槽塔耦合太阳能光热发电站储换热系统 Download PDF

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王志勇
蒲日君
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Abstract

本实用新型公开了一种槽塔耦合太阳能光热发电站储换热系统，包括储热装置和换热装置；储热装置包括低温储罐、中温储罐以及高温储罐；低温储罐的出口通过管线与聚光集热装置的槽式集热器的低温工质进口连通，槽式集热器的中温工质出口通过管线与中温储罐的进口连通。本实用新型通过配置高、中、低温双温差三级储热设备，可根据塔式和槽式的运行温度范围，合理分配工质温升区间，利用各部分加热能力进行阶梯式加热，使来自塔式与槽式部分储存的热量即可串联使用又可单独使用；克服了单独采用塔式和槽式存在的占地面积大、定日镜数量多、投资大、光学效率不稳定等问题；可产生槽式及塔式两种参数的蒸汽，可供蒸汽发生器与汽轮机长期稳定运行。

Description

一种槽塔耦合太阳能光热发电站储换热系统
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能光热发电站储换热系统，尤其涉及一种槽塔耦合太阳能光热发电站储换热系统。
背景技术：
基于朗肯循环的太阳能光热发电技术，是指利用反射镜汇聚太阳法向直接辐射，并反射至吸热器。由吸热器将太阳辐射能吸收并转化为热能，加热其中的工质。然后由工质将热量传递给高压给水产生过热蒸汽驱动汽轮发电机组做功发电。其主要有槽式太阳能光热发电技术(简称槽式)、塔式太阳能光热发电技术(简称塔式)以及线性菲涅尔太阳能光热发电技术(简称线性菲涅尔)，其优势在于可配置储热装置，实现稳定连续的电力输出，是具有广阔发展前景的绿色新能源发电技术。其中塔式光学效率最高，槽式次之，线性菲涅尔最低。
虽然目前塔式太阳能光热发电技术的光学效率及循环热效率最高，但是，塔式定日镜场单位电站容量的占地面积远大于槽式以及线性菲涅尔；而且，塔式太阳能光热发电站容量越大，其所需定日镜场规模越大、定日镜数量越多，投资较大；同时，定日镜场中定日镜距离吸热器越远，其光学效率越低，随着定日镜场规模的增加，距离吸热塔较远的定日镜、光学效率较低的定日镜占全部定日镜数量比例越来越高，导致整个镜场的平均光学效率线性下降，甚至会低于槽式集热器的光学效率。而槽式集热器采用线性聚焦技术，镜场规模的增加不影响其光学效率。
又由于太阳辐射的分布与纬度有密切关系，对于太阳能光热发电技术来说，其镜场光学效率随着纬度的降低而上升，槽式集热器受纬度的影响最明显，具有不稳定性。
此外，单独采用槽式、塔式或线性菲涅尔发电系统，均只能产生一种特定品质参数的过热蒸汽和高温再热蒸汽，例如槽式电站过热蒸汽参数一般为383℃、11MPa，高温再热蒸汽参数为383℃、1.9MPa；塔式电站过热蒸汽参数一般为550℃、14.5MPa，高温再热蒸汽参数为550℃、2.8MPa；线性菲涅尔电站过热蒸汽参数一般为535℃、13.5MPa，高温再热蒸汽参数为535℃、3.3MPa；不能满足不同品质参数蒸汽的需求，无法维持不同负荷的电站运行，提高了停机率。
实用新型内容：
本实用新型的目的在于提供一种灵活稳定、可降低电站非计划停运率的槽塔耦合太阳能光热发电站储换热系统。
本实用新型由如下技术方案实施：
一种槽塔耦合太阳能光热发电站储换热系统，包括储热装置和换热装置；
所述储热装置包括低温储罐、中温储罐以及高温储罐；
所述低温储罐的出口通过管线与聚光集热装置的槽式集热器的低温工质进口连通，所述槽式集热器的中温工质出口通过管线与所述中温储罐的进口连通，所述中温储罐的出口通过管线与所述聚光集热装置的塔式吸热器的中温工质进口连通，所述塔式吸热器的中温工质出口通过管线与所述高温储罐的进口连通；
所述高温储罐的出口通过管线与所述换热装置的过热器的热介质进口连通，所述换热装置的预热器的热介质出口通过管线与所述低温储罐的进口连通。
进一步的，所述槽式集热器的低温工质进口通过第一旁路管线与所述槽式集热器的中温工质出口连通，在所述第一旁路管线上设有第一旁路阀。
进一步的，所述中温储罐的进口通过第二旁路管线与所述过热器的热介质进口连通，在所述第二旁路管线上设有第二旁路阀。
进一步的，所述换热装置包括过热器、蒸发器、预热器、高压给水源、汽包、再热器和低温再热蒸汽源；
所述过热器的热介质出口通过管线与所述蒸发器的热介质进口连通，所述蒸发器的热介质出口通过管线与所述预热器的热介质进口连通；
所述高压给水源的出水口通过管线与所述预热器的冷介质进口连通，所述预热器的冷介质出口通过管线与所述汽包的第一进水口连通，所述汽包的第一出水口通过管线与所述蒸发器的冷介质进口连通，所述蒸发器的冷介质出口通过管线与所述汽包的第二进水口连通，所述汽包的第二出水口通过管线与所述过热器的冷介质进口连通；
所述再热器的热介质进口通过管线与所述高温储罐的出口连通，所述再热器的热介质出口通过管线与所述蒸发器的热介质进口连通，所述低温再热蒸汽源的出口通过管线与所述再热器的冷介质进口连通。
进一步的，所述再热器的热介质出口通过第三旁路管线与所述低温储罐的进口连通，在所述第三旁路管线上设有第三旁路阀，在连通所述再热器与所述蒸发器的管线上设有第四阀门。
进一步的，在连通所述低温储罐与所述槽式集热器的管线上设有低温泵，在连通所述中温储罐与所述塔式吸热器的管线上设有中温泵，在连通所述高温储罐与所述过热器的管线上设有高温泵。
本实用新型的优点：
本实用新型通过配置高、中、低温双温差三级储热设备，可根据塔式和槽式的运行温度范围，合理分配工质温升区间，利用各部分加热能力进行阶梯式加热，使来自塔式与槽式部分储存的热量即可串联使用又可单独使用；克服了单独采用塔式和槽式存在的占地面积大、定日镜数量多、投资大、光学效率不稳定等问题；可产生槽式及塔式两种参数的蒸汽，可供蒸汽发生器与汽轮机长期稳定运行，增加了耦合系统运行的稳定性和灵活性，降低电站非计划停运率。
附图说明：
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例的系统结构示意图；
图中：聚光集热装置1、槽式集热器1.1、塔式吸热器1.2、换热装置2、过热器2.1、蒸发器2.2、预热器2.3、高压给水源2.4、汽包2.5、再热器2.6、低温再热蒸汽源2.7、第三旁路管线2.8、第三旁路阀2.9、第四阀门2.10、储热装置3、低温储罐3.1、中温储罐3.2、高温储罐3.3、第一旁路管线3.4、第一旁路阀3.5、第二旁路管线3.6、第二旁路阀3.7、低温泵3.8、中温泵3.9、高温泵3.10。
具体实施方式：
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1：
如图1所示的一种槽塔耦合太阳能光热发电站储换热系统，包括储热装置3和换热装置2；
储热装置3包括低温储罐3.1、中温储罐3.2以及高温储罐3.3；
低温储罐3.1的出口通过管线与聚光集热装置1的槽式集热器1.1的低温工质进口连通，槽式集热器1.1的中温工质出口通过管线与中温储罐3.2的进口连通，中温储罐3.2的出口通过管线与聚光集热装置1的塔式吸热器1.2的中温工质进口连通，塔式吸热器1.2的中温工质出口通过管线与高温储罐3.3的进口连通；储热装置3的高温储罐3.3的出口通过管线与换热装置2的过热器2.1的热介质进口连通，换热装置2的预热器2.3的热介质出口通过管线与储热装置3的低温储罐3.1的进口连通。
在连通低温储罐3.1与槽式集热器1.1的管线上设有低温泵3.8，在连通中温储罐3.2与塔式吸热器1.2的管线上中温泵3.9，在连通高温储罐3.3与过热器2.1的管线上高温泵3.10。
槽式集热器1.1的低温工质进口通过第一旁路管线3.4与槽式集热器1.1的中温工质出口连通，在第一旁路管线3.4上设有第一旁路阀3.5。
中温储罐3.2的进口通过第二旁路管线3.6与过热器2.1的热介质进口连通，在第二旁路管线3.6上设有第二旁路阀3.7。
换热装置2包括过热器2.1、蒸发器2.2、预热器2.3、高压给水源2.4、汽包2.5、再热器2.6和低温再热蒸汽源2.7；
过热器2.1的热介质出口通过管线与蒸发器2.2的热介质进口连通，蒸发器2.2的热介质出口通过管线与预热器2.3的热介质进口连通；
高压给水源2.4的出水口通过管线与预热器2.3的冷介质进口连通，预热器2.3的冷介质出口通过管线与汽包2.5的第一进水口连通，汽包2.5的第一出水口通过管线与蒸发器2.2的冷介质进口连通，蒸发器2.2的冷介质出口通过管线与汽包2.5的第二进水口连通，汽包2.5的第二出水口通过管线与过热器2.1的冷介质进口连通；
再热器2.6的热介质进口通过管线与高温储罐3.3的出口连通，再热器2.6的热介质出口通过管线与蒸发器2.2的热介质进口连通，低温再热蒸汽源2.7的出口通过管线与再热器2.6的冷介质进口连通。再热器2.6的热介质出口通过第三旁路管线2.8与低温储罐3.1的进口连通，在第三旁路管线2.8上设有第三旁路阀2.9，在连通再热器2.6与蒸发器2.2的管线上设有第四阀门2.10。
工作原理：
当槽式集热器1.1与塔式吸热器1.2均能正常运行时，第一旁路阀3.5、第二旁路阀3.7以及第三旁路阀2.9均为关闭状态，第四阀门2.10为打开状态；
低温储罐3.1内的低温工质首先进入槽式集热器1.1进行加热，升温后的中温工质进入中温储罐3.2；中温储罐3.2中的中温工质而后进入塔式吸热器1.2进行进一步加热，升温后的高温工质进入高温储罐3.3中。
高温储罐3.3中的高温工质作为热介质，一部分进入过热器2.1，一部分进入再热器2.6；经过热器2.1和再热器2.6降温后的工质汇合后再作为热介质依次进入蒸发器2.2和预热器2.3，最终降温后的工质变为低温工质返回至低温储罐3.1中；
高压给水源2.4中的水作为冷介质，首先经过预热器2.3加热后产生蒸汽，蒸汽经汽包2.5后作为冷介质进入蒸发器2.2，经蒸发器2.2继续升温后产生的蒸汽经汽包2.5后再次作为冷介质进入过热器2.1进行换热升温，最终产生过热蒸汽(550℃、14.5MPa)；
同时，低温再热蒸汽源2.7内的低温再热蒸汽作为冷介质进入再热器2.6换热后，可产生高温再热蒸汽(550℃、2.8MPa)。
当槽式集热器1.1发生故障不能正常运行时，第一旁路阀3.5为打开状态，第二旁路阀3.7和第三旁路阀2.9均为关闭状态，第四阀门2.10为打开状态；
低温储罐3.1内的低温工质经第一旁路管线3.4直接进入中温储罐3.2，中温储罐3.2中的低温工质而后进入塔式吸热器1.2进行加热，升温后的高温工质进入高温储罐3.3中。
高温储罐3.3中的高温工质作为热介质，一部分进入过热器2.1，一部分进入再热器2.6；经过热器2.1和再热器2.6降温后的工质汇合后再作为热介质依次进入蒸发器2.2和预热器2.3，最终降温后的工质变为低温工质返回至低温储罐3.1中；
高压给水源2.4中的水作为冷介质，首先经过预热器2.3加热后产生蒸汽，蒸汽经汽包2.5后作为冷介质进入蒸发器2.2，经蒸发器2.2继续升温后产生的蒸汽经汽包2.5后再次作为冷介质进入过热器2.1进行换热升温，最终产生过热蒸汽(550℃、14.5MPa)；
同时，低温再热蒸汽源2.7内的低温再热蒸汽作为冷介质进入再热器2.6换热后，可产生高温再热蒸汽(550℃、2.8MPa)。
当塔式吸热器1.2发生故障不能正常运行时，第一旁路阀3.5为关闭状态，第二旁路阀3.7和第三旁路阀2.9均为打开状态，第四阀门2.10为关闭状态；
低温储罐3.1内的低温工质首先进入槽式集热器1.1进行加热，升温后的中温工质进入中温储罐3.2；中温储罐3.2中的中温工质而后作为热介质，一部分依次进入过热器2.1、蒸发器2.2和预热器2.3对高压给水进行换热升温，产生过热蒸汽(383℃、11MPa)，降温后的工质变为低温工质返回至低温储罐3.1中；另一部分进入再热器2.6与低温再热蒸汽进行换热升温，最终产生高温再热蒸汽(383℃、1.9MPa)，降温后的工质变为低温工质返回至低温储罐3.1中。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种槽塔耦合太阳能光热发电站储换热系统，其特征在于，包括储热装置和换热装置；
所述储热装置包括低温储罐、中温储罐以及高温储罐；
所述低温储罐的出口通过管线与聚光集热装置的槽式集热器的低温工质进口连通，所述槽式集热器的中温工质出口通过管线与所述中温储罐的进口连通，所述中温储罐的出口通过管线与所述聚光集热装置的塔式吸热器的中温工质进口连通，所述塔式吸热器的中温工质出口通过管线与所述高温储罐的进口连通；
所述高温储罐的出口通过管线与所述换热装置的过热器的热介质进口连通，所述换热装置的预热器的热介质出口通过管线与所述低温储罐的进口连通。
2.根据权利要求1所述的一种槽塔耦合太阳能光热发电站储换热系统，其特征在于，所述槽式集热器的低温工质进口通过第一旁路管线与所述槽式集热器的中温工质出口连通，在所述第一旁路管线上设有第一旁路阀。
3.根据权利要求1所述的一种槽塔耦合太阳能光热发电站储换热系统，其特征在于，所述中温储罐的进口通过第二旁路管线与所述过热器的热介质进口连通，在所述第二旁路管线上设有第二旁路阀。
4.根据权利要求1所述的一种槽塔耦合太阳能光热发电站储换热系统，其特征在于，所述换热装置包括过热器、蒸发器、预热器、高压给水源、汽包、再热器和低温再热蒸汽源；
所述过热器的热介质出口通过管线与所述蒸发器的热介质进口连通，所述蒸发器的热介质出口通过管线与所述预热器的热介质进口连通；
所述高压给水源的出水口通过管线与所述预热器的冷介质进口连通，所述预热器的冷介质出口通过管线与所述汽包的第一进水口连通，所述汽包的第一出水口通过管线与所述蒸发器的冷介质进口连通，所述蒸发器的冷介质出口通过管线与所述汽包的第二进水口连通，所述汽包的第二出水口通过管线与所述过热器的冷介质进口连通；
所述再热器的热介质进口通过管线与所述高温储罐的出口连通，所述再热器的热介质出口通过管线与所述蒸发器的热介质进口连通，所述低温再热蒸汽源的出口通过管线与所述再热器的冷介质进口连通。
5.根据权利要求4所述的一种槽塔耦合太阳能光热发电站储换热系统，其特征在于，所述再热器的热介质出口通过第三旁路管线与所述低温储罐的进口连通，在所述第三旁路管线上设有第三旁路阀，在连通所述再热器与所述蒸发器的管线上设有第四阀门。
6.根据权利要求1所述的一种槽塔耦合太阳能光热发电站储换热系统，其特征在于，在连通所述低温储罐与所述槽式集热器的管线上设有低温泵，在连通所述中温储罐与所述塔式吸热器的管线上设有中温泵，在连通所述高温储罐与所述过热器的管线上设有高温泵。
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