專利名稱：自適應(yīng)太陽(yáng)能集熱熔鹽接收器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能集熱熔鹽接收器系統(tǒng)和方法，尤其涉及一種具有自適應(yīng)性的塔式 太陽(yáng)能集熱熔鹽接收器系統(tǒng)和方法，屬于太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
人類渴望逐步降低直至最終擺脫對(duì)化石能源依賴的訴求刺激了全球市場(chǎng)對(duì)清潔和可再生 能源發(fā)電的探索，而太陽(yáng)能基于其發(fā)電的清潔性和潛在供給無(wú)限的特點(diǎn)無(wú)疑成為了一種可行 之選。熔鹽接收器系統(tǒng)已在太陽(yáng)能集熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中得以運(yùn)用，其中最通常的方式之一就是運(yùn)用 于塔式太陽(yáng)能集熱發(fā)電，這在專利號(hào)分別為US 4407269、 US 5417052和US 6701711的美國(guó) 專利中都有詳細(xì)的說(shuō)明。在塔式太陽(yáng)能集熱發(fā)電系統(tǒng)中，定日鏡場(chǎng)中的定日鏡把太陽(yáng)光反射到設(shè)置在鏡場(chǎng)中央的 接收塔頂部的中央接收器上，中央接收器被定日鏡反射的太陽(yáng)光加熱，于是將接收到的太陽(yáng) 光能轉(zhuǎn)化為熱能并傳輸?shù)絺鳠岷蛢?chǔ)熱工質(zhì)中，這種工質(zhì)的典型就是熔鹽(一種液態(tài)硝酸鈉和 硝酸鉀的混合物)。吸熱后的瑢鹽又稱為熱鹽，儲(chǔ)存于熱熔鹽儲(chǔ)存罐中，用于加熱發(fā)電系統(tǒng)中 蒸汽輪機(jī)所需的蒸汽或燃?xì)廨啓C(jī)所需的氣體。在熔鹽接收器系統(tǒng)中，熔鹽既是傳熱工質(zhì)又是儲(chǔ)熱工質(zhì)。當(dāng)熔鹽的流動(dòng)出現(xiàn)非預(yù)設(shè)性減 緩甚至完全停止時(shí)，如果不能及時(shí)改變定日鏡反射太陽(yáng)光的方向使之偏離接收器，接收器就 會(huì)因過(guò)熱而受損。避免接收器過(guò)熱的方法之一就是利用冷熔鹽加壓儲(chǔ)存罐，這樣即便在熔鹽 輸送泵出現(xiàn)故障的情況下，加壓儲(chǔ)存罐中的冷熔鹽仍會(huì)基于壓力的作用而保持向接收器流動(dòng)， 從而保證系統(tǒng)有足夠的時(shí)間調(diào)整日光反射裝置，使其反射光偏離中央接收器。由于中央接收器功率的強(qiáng)大和定日鏡場(chǎng)反應(yīng)的遲緩，冷熔鹽加壓罐系統(tǒng)中必須有足夠多 的冷熔鹽，以保證其能維持充足的流量和時(shí)間讓系統(tǒng)對(duì)日光反射裝置做出調(diào)整，同時(shí)加壓罐 必須保持隔熱狀態(tài)，如果中央接收塔較高，該加壓罐還要合乎高溫高壓的標(biāo)準(zhǔn)，而這些勢(shì)必 都會(huì)大量增加系統(tǒng)的投資運(yùn)行成本。此外，熔鹽和接收器管道的最大工作溫度受其本身物理屬性的限制。在利用熔鹽作為工 質(zhì)，尤其是以一種60%硝酸鈉和40%硝酸鉀的混合熔鹽作為工質(zhì)的情況下，其最大工作溫度約 為61(TC，非常接近太陽(yáng)能集熱發(fā)電系統(tǒng)的工作溫度，當(dāng)各個(gè)接收器模塊輸出的熔鹽溫度不 一致時(shí)，就會(huì)明顯降低接收器的最高輸出溫度，進(jìn)而降低系統(tǒng)熱能溫度的工作范圍，從而導(dǎo) 致整個(gè)發(fā)電廠工作效率的降低。在不同的方位角，從定日鏡場(chǎng)反射到中央接收器的太陽(yáng)光量存在著一定的差異，例如 上午中央接收器西面的接收器模塊會(huì)接收到較多的太陽(yáng)反射光，而下午東面的模塊則接收的 更多；同樣，面向南北方向的接收器模塊也會(huì)在冬季和夏季出現(xiàn)類似的情形。這種接收太陽(yáng) 光量的差異勢(shì)必導(dǎo)致各個(gè)接收器模塊的集熱也會(huì)產(chǎn)生差異，如果采用現(xiàn)有技術(shù)即通過(guò)固定流 量平衡控制連接裝置對(duì)各接收器模塊中熔鹽的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)勢(shì)必導(dǎo)致各個(gè)接收器模塊輸出的 熔鹽溫度各不相同。由此可見(jiàn)，對(duì)輸入各接收器模塊中的工質(zhì)熔鹽采用固定的流量分配控制 是不適當(dāng)?shù)?，固定流量平衡控制連接裝置不能有效地適應(yīng)工況的變化，不能實(shí)現(xiàn)中央接收器 工作效率的最優(yōu)，進(jìn)而也不利于提高發(fā)電廠的工作效率。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)中央接收器工作效率的最 優(yōu)，本發(fā)明揭示了一種能夠自動(dòng)適應(yīng)工況變化并實(shí)現(xiàn)各接收器模塊輸出熔鹽溫度平衡的自適 應(yīng)太陽(yáng)能集熱熔鹽接收器系統(tǒng)和方法。本發(fā)明作為一種自適應(yīng)太陽(yáng)能集熱熔鹽接收器系統(tǒng)，包括 一個(gè)為接收器系統(tǒng)提供冷熔 鹽的冷熔鹽儲(chǔ)存罐； 一套容錯(cuò)熔鹽泵輸送系統(tǒng)，可以確保把冷熔鹽儲(chǔ)存罐中的冷熔鹽穩(wěn)定地 輸送到中央接收器并促使其流動(dòng)，從而可以防止中央接收器因過(guò)熱而受損；由多個(gè)帶有輸入 口和輸出口并分別朝向不同方位的接收器模塊組成的中央接收器，所述中央接收器的各個(gè)接收器模塊都有一個(gè)根據(jù)其輸出口熔鹽溫度的高低對(duì)其輸入口熔鹽流量獨(dú)立進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制系 統(tǒng)； 一個(gè)位于所述的各接收器模塊上方的熱熔鹽緩沖罐，其頂部與各接收器模塊的輸出口相 連，而其出口則與一根下導(dǎo)管相連，以便把熱熔鹽輸往熔鹽發(fā)電系統(tǒng)； 一個(gè)安裝于所述下導(dǎo) 管上的流量調(diào)節(jié)閥，用于控制所述熱熔鹽緩沖罐中的熔鹽量并使之保持在設(shè)定的范圍； 一個(gè) 靠近所述流量調(diào)節(jié)閥的渦輪機(jī)，用于循環(huán)利用熱熔鹽的勢(shì)能；和一個(gè)熱熔鹽儲(chǔ)存罐，用于儲(chǔ) 存自下導(dǎo)管下行并最終輸往熔鹽發(fā)電系統(tǒng)的熱熔鹽。本發(fā)明中的熔鹽輸送系統(tǒng)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，所述系統(tǒng)中至少有兩臺(tái)以上的輸送泵同時(shí)工作 且都處于非滿負(fù)荷狀態(tài)，當(dāng)其中某臺(tái)輸送泵出現(xiàn)故障或停止工作時(shí)，電子控制裝置就會(huì)指令 其他輸送泵加大冷熔鹽的輸送量以滿足各接收器模塊對(duì)冷熔鹽的需求。為了保證所述輸送泵 的電源供應(yīng)，每一臺(tái)輸送泵都有一個(gè)以上的動(dòng)力源，從而保證當(dāng)其中一個(gè)失效時(shí)，電子控制 裝置就使之自動(dòng)切換到另一個(gè)動(dòng)力源。本發(fā)明中的每個(gè)接收器模塊都包含有多根平行吸熱管，所述每根平行吸熱管上至少有一 個(gè)溫度傳感器，用于監(jiān)測(cè)平行吸熱管的溫度；各個(gè)接收器模塊的頂部輸出口和底部輸入口都 分別有一個(gè)溫度傳感器和一個(gè)壓力傳感器，其中，所述溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)輸出熔鹽的溫度， 壓力傳感器用于監(jiān)測(cè)輸入口管道中熔鹽的壓力。每個(gè)接收器模塊還包含有一個(gè)微處理控制器， 該微處理控制器通過(guò)對(duì)所述接收器模塊的輸出口溫度傳感器、平行吸熱管溫度傳感器以及輸入口壓力傳感器所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)整個(gè)接收器系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度值對(duì)所述接收器 模塊底部輸入口的流量調(diào)節(jié)閥下達(dá)指令，從而通過(guò)對(duì)各個(gè)接收器模塊入口熔鹽流量的調(diào)控， 確保各個(gè)接收器模塊輸出熔鹽溫度的平衡并與系統(tǒng)設(shè)定的溫度值保持一致。本發(fā)明中的熱熔鹽緩沖罐，還包含有一個(gè)用于監(jiān)測(cè)所述熱熔鹽緩沖罐中熱熔鹽量的液位 傳感器， 一個(gè)防止其因超壓受損的緊急減壓安全閥和一個(gè)與熱熔鹽儲(chǔ)存罐相連的排氣閥。為 了使熱熔鹽緩沖罐中的熱熔鹽量保持在預(yù)設(shè)的范圍，微處理器會(huì)根據(jù)所述液位傳感器所監(jiān)測(cè) 的熱熔鹽緩沖罐中熔鹽的液位信息對(duì)流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制，從而調(diào)節(jié)緩沖罐中的熔鹽量。本發(fā)明還進(jìn)一步包括一個(gè)應(yīng)急的熔鹽儲(chǔ)存系統(tǒng)，即當(dāng)熔鹽接收器系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn) 故障要求停運(yùn)檢修或因其他原因需要檢修時(shí)，就可以將管道、各接收器模塊中的剩余熔鹽以 及冷熔鹽儲(chǔ)存罐中的熔鹽全部排放到應(yīng)急罐中，待故障排除或檢修完畢，再利用輸送泵把應(yīng) 急罐中的熔鹽回送入冷熔鹽儲(chǔ)存罐，以備系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行使用。本發(fā)明還揭示了一種通過(guò)對(duì)各個(gè)接收器模塊輸出熔鹽溫度的獨(dú)立調(diào)控使其輸出溫度相互 平衡并與系統(tǒng)設(shè)定溫度值相一致的方法，其實(shí)現(xiàn)步驟包括首先，把所述中央接收器的各個(gè) 接收器模塊安裝在中央接收塔的頂部并使其朝向不同的方位；然后打開(kāi)各個(gè)接收器模塊底部 輸入口的流量調(diào)節(jié)閥，把冷熔鹽輸入所述的各個(gè)接收器模塊吸熱；吸熱之后的熱熔鹽從各個(gè) 接收器模塊的輸出口流向熱熔鹽緩沖罐；各個(gè)接收器模塊輸出口的溫度傳感器再把監(jiān)測(cè)到的 輸出熔鹽溫度實(shí)時(shí)地傳輸?shù)礁鱾€(gè)接收器模塊的微處理控制器；同時(shí)各個(gè)接收器模塊輸入口的 壓力傳感器和各根平行吸熱管上的溫度傳感器也會(huì)實(shí)時(shí)地把監(jiān)測(cè)到的信息傳輸?shù)礁鱾€(gè)接收器 模塊的微處理控制器；所述的微處理控制器再根據(jù)接收到的信息和系統(tǒng)設(shè)定的溫度值對(duì)所述 的的流量調(diào)節(jié)閥下達(dá)指令，調(diào)控各個(gè)接收器模塊的冷熔鹽輸入量，從而調(diào)節(jié)各個(gè)接收器模塊 輸出熔鹽的溫度并使之與系統(tǒng)設(shè)定的溫度值一致。其中所述的微處理控制器對(duì)各接收器模塊冷熔鹽輸入量的調(diào)控包括兩種情形當(dāng)所述接 收器模塊輸出熔鹽溫度高于系統(tǒng)設(shè)定溫度值時(shí)，微處理控制器就會(huì)指令所述的流量調(diào)節(jié)閥增 加該接收器模塊入口熔鹽的流量，從而降低其輸出熔鹽的溫度；當(dāng)所述接收器模塊輸出熔鹽 溫度低于系統(tǒng)設(shè)定溫度值時(shí)，微處理控制器就會(huì)指令所述的流量調(diào)節(jié)閥減少該接收器模塊入 口熔鹽的流量，從而提高其輸出熔鹽的溫度。本發(fā)明通過(guò)采用對(duì)中央接收器中各個(gè)接收器模塊獨(dú)立控制的技術(shù)，使各接收器模塊能自 動(dòng)適應(yīng)工況的變化并實(shí)現(xiàn)各接收器模塊輸出熔鹽溫度的平衡，從而能夠保證接收器系統(tǒng)工作 效率的最優(yōu)，并最終提高整個(gè)發(fā)電廠的工作效率。此外，本發(fā)明的熔鹽泵輸送系統(tǒng)采用容錯(cuò) 設(shè)計(jì)，不僅可以確保向接收器系統(tǒng)提供穩(wěn)定的熔鹽供應(yīng)，同時(shí)較之于利用加壓冷熔鹽儲(chǔ)存罐 冷卻接收器這一傳統(tǒng)方法，還可以降低系統(tǒng)投資運(yùn)行的成本。


圖1本發(fā)明之自適應(yīng)太陽(yáng)能集熱熔鹽接收器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2本發(fā)明之單個(gè)接收器模塊示意圖；圖3本發(fā)明之接收器模塊控制示意圖；圖4本發(fā)明之接收器模塊的電子控制系統(tǒng)框圖；圖5本發(fā)明之容錯(cuò)熔鹽泵輸送系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施方式
作為一種優(yōu)選的實(shí)施例，如圖1所示，本發(fā)明包括 一個(gè)冷熔鹽儲(chǔ)存罐113， 一個(gè)應(yīng)急罐116， 一套容錯(cuò)熔鹽泵輸送系統(tǒng)，由多個(gè)具有自適應(yīng)性的接收器模塊161 (1、 2…N)組成 的中央接收器，以及一個(gè)帶有熔鹽液位傳感器108的熱熔鹽緩沖罐109， 一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥110， 一臺(tái)能夠循環(huán)利用熱熔鹽勢(shì)能的渦輪機(jī)111和一個(gè)能為熔鹽發(fā)電系統(tǒng)提供熱熔鹽的熱熔鹽儲(chǔ) 存罐112。如圖1所示，冷熔鹽儲(chǔ)存罐113提供系統(tǒng)所需的冷熔鹽，輸送泵103和104把冷熔鹽從 冷熔鹽儲(chǔ)存罐113輸送到位于接收塔(圖中未顯示)頂部的中央接收器上，中央接收器由多 個(gè)朝向不同方位的接收器模塊161 (1、 2…N)組成。每個(gè)接收器模塊161的輸出口都有一個(gè) 溫度傳感器181，用于監(jiān)測(cè)該模塊輸出熔鹽的溫度。每個(gè)接收器模塊161的輸入口都有一個(gè) 壓力傳感器141和一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥121,其中壓力傳感器141的作用在于通過(guò)對(duì)接收器模塊 161入口壓力的實(shí)時(shí)監(jiān)控以保證熔鹽的供應(yīng)，流量調(diào)節(jié)閥121可以采用電動(dòng)模式或其他能夠 達(dá)到同等功效的模式，其作用在于根據(jù)溫度傳感器181所實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的輸出熔鹽溫度以及系統(tǒng) 設(shè)定的溫度值對(duì)接收器模塊入口的熔鹽流量進(jìn)行調(diào)控，具體的控制方式下文將有詳細(xì)的說(shuō)明。 壓力傳感器105用于監(jiān)測(cè)向所有接收器模塊161 (1、 2…N)輸送熔鹽的總管中熔鹽的壓力。各個(gè)接收器模塊161的輸出口都與熱熔鹽緩沖罐109的頂部相連，熱熔鹽緩沖罐109位 于中央接收塔的頂部位置，并稍高于由多個(gè)接收器模塊161組成的中央接收器。由輸送泵輸 送的冷熔鹽流經(jīng)各接收器模塊161，吸熱之后變成過(guò)熱熔鹽，然后經(jīng)輸出口流入熱熔鹽緩沖 罐109，為了防止熱熔鹽從緩沖罐109回流進(jìn)入各個(gè)接收器模塊161，緩沖罐109不能完全充 滿熔鹽而要在其上面部分填充一些氣體，如氮?dú)獾?。所述熱熔鹽緩沖罐109通過(guò)排氣閥107 與位于中央接收塔底部的熱熔鹽儲(chǔ)存罐112相連，從而確保當(dāng)所述緩沖罐109中的氣壓低于 一個(gè)大氣壓時(shí)，能夠從熱熔鹽儲(chǔ)存罐112獲得足夠的熱氣供應(yīng)。當(dāng)所述緩沖罐109的壓力達(dá) 到其設(shè)計(jì)最大值時(shí)，設(shè)于其頂部的緊急減壓安全閥106就會(huì)向外釋放氣體，從而防止緩沖罐 109和中央接收器因超壓受損。為了防止緩沖罐109中的熱熔鹽向接收器回流，或者避免氣體進(jìn)入緩沖罐109的出口， 上述緩沖罐中熱熔鹽的液位必須控制在一定的范圍之內(nèi)，熔鹽液位傳感器108可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)緩沖罐109中熱熔鹽的液位，并實(shí)時(shí)地向微處理控制器(圖中未顯示)提供緩沖罐109中熱 熔鹽的液位信息，微處理控制器根據(jù)熔鹽液位傳感器108傳遞的信息對(duì)安裝于下導(dǎo)管118上 的熱熔鹽流量調(diào)節(jié)閥110下達(dá)指令，通過(guò)對(duì)熱熔鹽流量的調(diào)節(jié)使緩沖罐109中的熔鹽量保持 在預(yù)設(shè)的范圍，其中所述的熱熔鹽流量調(diào)節(jié)閥IIO采用電動(dòng)模式或能夠取得同等功效的其他 模式。熱熔鹽緩沖罐109的容量或尺寸的大小取決于熱熔鹽調(diào)節(jié)閥110響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短和熔鹽 的最大流量值的高低。但即便緩沖罐109中的熔鹽液位低于預(yù)設(shè)值時(shí)，緩沖罐109中仍應(yīng)確 保有充足的熔鹽，以保證調(diào)節(jié)閥110有時(shí)間通過(guò)降低熱熔鹽流量的方式使緩沖罐109中的熔 鹽量恢復(fù)到預(yù)設(shè)的水平。熱熔鹽緩沖罐109還通過(guò)下導(dǎo)管118與熱熔鹽儲(chǔ)存罐112相連，以便使熱熔鹽從接收塔 頂部的熱熔鹽緩沖罐109流入為發(fā)電系統(tǒng)提供熱熔鹽的熱熔鹽儲(chǔ)存罐112。由于中央接收塔 較高(在本實(shí)施例中，中央接收塔高約110米)，位于接收塔頂部熱熔鹽緩沖罐109中的熱熔 鹽蘊(yùn)含了巨大的勢(shì)能，在下降過(guò)程中熱熔鹽的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。熱熔鹽在流入熱熔鹽儲(chǔ)存罐 112之前，先被送入渦輪機(jī)lll，與渦輪機(jī)lll相連的發(fā)電機(jī)(圖中未顯示)進(jìn)一步把所述的 動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，這樣就可以循環(huán)利用熱熔鹽儲(chǔ)存罐112中熱熔鹽的勢(shì)能。中央接收器中的每個(gè)接收器模塊161都包含有多根平行吸熱管，如圖2所示，輸送泵輸 送的冷熔鹽從接收器模塊底部的入口 202輸入，經(jīng)分配總管201均勻分配后流入各平行吸熱 管203，吸收太陽(yáng)熱能之后的熱熔鹽在接收器模塊頂端經(jīng)匯集總管204匯集后從輸出口 205 輸出。為了實(shí)現(xiàn)輸入的熔鹽在多個(gè)平行吸熱管203之間均勻分配，分配總管201和平行吸熱 管203中的熔鹽應(yīng)當(dāng)維持一定的壓力比，而該壓力比可以通過(guò)在分配總管201和平行吸熱管 203之間噴嘴連接器形成。由于系統(tǒng)中央接收器由多個(gè)接收器模塊161 (1、 2…N)組成，各個(gè)接收器模塊在中央接 收塔頂部的安裝位置各不相同并分別朝向不同的方位，而朝向不同方位的接收器模塊接收到 的從定日鏡場(chǎng)反射的太陽(yáng)光量存在著差異，如果對(duì)所有接收器模塊中的熔鹽都采用固定的流 量控制，那么這種因朝向不同方位而產(chǎn)生的集熱差異將會(huì)導(dǎo)致各個(gè)接收器模塊輸出的熔鹽溫 度各不相同。而在利用熔鹽作為工作介質(zhì)的情況下，系統(tǒng)的工作溫度與熔鹽的最高使用溫度 非常接近，如果各個(gè)接收器模塊輸出的熔鹽溫度不一致，就會(huì)降低接收器的最高輸出溫度， 而且不同接收器模塊輸出的熔鹽溫度差別越大，中央接收器的最高輸出溫度就會(huì)越低，從而 發(fā)電廠的工作效率也會(huì)越低。為了使各個(gè)接收器模塊輸出的熔鹽溫度接近一致，各接收器模塊中熔鹽的流量應(yīng)當(dāng)根據(jù) 各個(gè)接收器模塊接收到的太陽(yáng)光量的不同做出相應(yīng)的調(diào)整。這需要借助于溫度傳感器、熔鹽 流量調(diào)節(jié)閥以及對(duì)各個(gè)接收器模塊的電子控制來(lái)完成，如圖3所示，冷熔鹽306從接收器模 塊的底部輸入，流經(jīng)平行吸熱管吸熱后變成熱熔鹽307從接收器頂部輸出，每個(gè)接收器模塊161的出口都有一個(gè)溫度傳感器181用于監(jiān)測(cè)接收器模塊出口熔鹽的溫度，所述接收器模塊 的每根平行吸熱管上也至少有一個(gè)溫度傳感器302用來(lái)監(jiān)測(cè)各平行吸熱管的溫度，在每個(gè)接 收器模塊161的入口還有一個(gè)壓力傳感器141和一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥121，其中所述的壓力傳感 器141用于監(jiān)測(cè)輸入口管道中熔鹽的壓力，所述的調(diào)節(jié)閥121則根據(jù)微處理控制器301的指 令對(duì)接收器模塊入口熔鹽的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體的電子控制結(jié)構(gòu)如圖4所示，輸出熔鹽溫度 傳感器181、平行吸熱管溫度傳感器302和壓力傳感器141把監(jiān)測(cè)到的有關(guān)溫度和壓力的數(shù) 值傳輸?shù)轿⑻幚砜刂破?01，微處理控制器301經(jīng)過(guò)內(nèi)部程序處理后發(fā)出指令，通過(guò)流量調(diào) 節(jié)閥121對(duì)接收器模塊入口熔鹽的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了確保對(duì)各接收器模塊輸入熔鹽流量的 有效調(diào)控，流量調(diào)節(jié)閥121采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)，以備其本身或系統(tǒng)的失效。在本發(fā)明中，每個(gè)接收器模塊161都會(huì)根據(jù)其輸出熔鹽溫度的高低對(duì)其輸入熔鹽流量獨(dú) 立進(jìn)行調(diào)節(jié)，流量調(diào)節(jié)閥121對(duì)接收器模塊161入口熔鹽流量的調(diào)節(jié)取決于系統(tǒng)預(yù)設(shè)的工作 溫度值以及各接收器模塊輸出口輸出熔鹽溫度的高低。各個(gè)接收器模塊輸出口的溫度傳感器 181都會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)本模塊輸出熔鹽的溫度，并實(shí)時(shí)地將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖窘邮掌髂K的微處 理控制器301，微處理控制器301則實(shí)時(shí)地將該數(shù)據(jù)與系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度值進(jìn)行比較，當(dāng)輸出 的熔鹽溫度值超過(guò)系統(tǒng)預(yù)設(shè)值時(shí)，微處理控制器就會(huì)通過(guò)調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥121增加接收器模 塊入口熔鹽的流量，讓更多的冷熔鹽流入接收器模塊，從而降低該接收器模塊輸出熔鹽的溫 度使其恢復(fù)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)值；而當(dāng)輸出的熔鹽溫度低于系統(tǒng)預(yù)設(shè)值時(shí)，微處理控制器就會(huì)通過(guò) 調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥121降低接收器模塊入口熔鹽的流量，從而提高輸出熔鹽的溫度直至其達(dá)到 系統(tǒng)預(yù)設(shè)的要求。由于各接收器模塊都會(huì)實(shí)時(shí)地根據(jù)系統(tǒng)的預(yù)設(shè)溫度對(duì)自身的熔鹽流量進(jìn)行 調(diào)控，從而使其輸出的熔鹽溫度與系統(tǒng)的預(yù)設(shè)溫度保持一致，各接收器模塊的這種自適應(yīng)性 特征可以有效地實(shí)現(xiàn)其輸出熔鹽溫度的平衡，并促使中央接收器系統(tǒng)達(dá)到其有效工作溫度的 最大值。為了確保能穩(wěn)定地向各接收器模塊輸送足夠的冷熔鹽并防止所述的接收器模塊因過(guò)熱而 受損，本發(fā)明還進(jìn)一步包括一套容錯(cuò)熔鹽泵輸送系統(tǒng)。所述的熔鹽輸送系統(tǒng)采用容錯(cuò)設(shè)計(jì)以 避免單點(diǎn)故障對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響，即當(dāng)某個(gè)輸送泵或動(dòng)力供應(yīng)出現(xiàn)故障時(shí)，容錯(cuò)熔鹽泵輸送 系統(tǒng)仍然可以向接收器輸送冷熔鹽。如圖5所示，在該容錯(cuò)熔鹽泵輸送系統(tǒng)中，始終有兩臺(tái) 以上的輸送泵(圖中只顯示兩臺(tái)泵103和104)同時(shí)工作且都處于非滿負(fù)荷工作狀態(tài)，即該 容錯(cuò)泵系統(tǒng)采用兩路或多路抽取冷熔鹽的方法，把冷熔鹽儲(chǔ)存罐113中的冷熔鹽經(jīng)輸出總管 119輸送到各個(gè)接收器模塊161 (1、 2…N)以滿足系統(tǒng)的需要。每一路的輸送泵輸出口都有 一個(gè)壓力傳感器(507、 508)和一個(gè)單向閥(509、 510)，其中所述的壓力傳感器(507、 508) 用于監(jiān)測(cè)各路輸出熔鹽的壓力，所述的單向閥(509、 510)用于防止輸送泵(103、 104)出 現(xiàn)故障時(shí)熔鹽的回流。所述每臺(tái)輸送泵(103、 104)的工作電源都有兩個(gè)電源供應(yīng)系統(tǒng)， 一個(gè)來(lái)自外部電網(wǎng)503，另一個(gè)來(lái)自內(nèi)部電源501，其中內(nèi)部電源還包括一個(gè)60秒的不間斷電源502。通過(guò)電源選擇 開(kāi)關(guān)(512、 513)，當(dāng)一路電源斷開(kāi)或停止工作時(shí)，所述的電源選擇開(kāi)關(guān)馬上選擇另一個(gè)工作 電源以保證所述輸送泵的正常工作。當(dāng)某路所述的輸送泵出現(xiàn)故障不能工作時(shí)，該路的工作 停止，電子控制裝置(圖中未顯示)就會(huì)指令其他路的輸送泵加大熔鹽的輸送量，使得輸送 系統(tǒng)輸出的熔鹽總量仍然能夠滿足各個(gè)接收器模塊對(duì)熔鹽的需求，壓力傳感器511用于監(jiān)測(cè) 熔鹽輸送系統(tǒng)輸出總管119中熔鹽的壓力。另外，本熔鹽接收器系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)因故障或其他原因停運(yùn)檢修，此時(shí)就需要 排空管道或接收器模塊中的剩余熔鹽。途徑之一就是打開(kāi)連接冷熔鹽儲(chǔ)存罐113與熔鹽輸出 總管119的閥門(mén)114，讓中央接收器及管道中剩余的熔鹽通過(guò)閥門(mén)114回流進(jìn)入冷熔鹽儲(chǔ)存罐 113。但當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或停運(yùn)檢修或者要求對(duì)冷熔鹽儲(chǔ)存罐113檢修時(shí)，就需要打開(kāi)連 接冷熔鹽儲(chǔ)存罐113與應(yīng)急罐116的闊門(mén)120，同時(shí)也打開(kāi)連接熔鹽輸出總管119與應(yīng)急罐 116的應(yīng)急閥115，讓冷熔鹽儲(chǔ)存罐U3、熔鹽輸送泵(103、 104)以及各接收器模塊161 (1、 2…N)和管道中的熔鹽全部流入應(yīng)急罐116，待系統(tǒng)檢修完畢，再利用輸送泵117把應(yīng)急罐 116中的熔鹽回送到冷熔鹽儲(chǔ)存罐113以備系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行使用。
權(quán)利要求
1、一種自適應(yīng)太陽(yáng)能集熱熔鹽接收器系統(tǒng)，包括一個(gè)冷熔鹽儲(chǔ)存罐(113)；一套用于把冷熔鹽從所述的冷熔鹽儲(chǔ)存罐輸送到中央接收器并促使其流動(dòng)的容錯(cuò)熔鹽泵輸送系統(tǒng)；由多個(gè)帶有輸入口和輸出口并分別朝向不同方位的接收器模塊(161)組成的中央接收器，所述中央接收器的各個(gè)接收器模塊(161)都有一個(gè)根據(jù)其輸出口熔鹽溫度的高低對(duì)其輸入口熔鹽流量獨(dú)立進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)；一個(gè)熱熔鹽緩沖罐(109)，該熱熔鹽緩沖罐(109)位于所述的各個(gè)接收器模塊(161)上方且其頂部與所述的各接收器模塊的輸出口相連；一根與所述的熱熔鹽緩沖罐(109)出口相連并能把熱熔鹽輸往熔鹽發(fā)電系統(tǒng)的下導(dǎo)管(118)；一個(gè)安裝于所述下導(dǎo)管(118)上的流量調(diào)節(jié)閥(110)，用于控制所述熱熔鹽緩沖罐(109)中的熔鹽量并使之保持在設(shè)定的范圍；一個(gè)靠近所述流量調(diào)節(jié)閥(110)的渦輪機(jī)(111)；和一個(gè)熱熔鹽儲(chǔ)存罐(112)，用于儲(chǔ)存自下導(dǎo)管(118)下行并最終輸往熔鹽發(fā)電系統(tǒng)的熱熔鹽。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器系統(tǒng)，其中所述的容錯(cuò)熔鹽泵輸送系統(tǒng)至少包括有兩臺(tái) 以上的輸送泵(103， 104)，所述的輸送泵同時(shí)工作且都處于非滿負(fù)荷狀態(tài)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的容錯(cuò)熔鹽泵輸送系統(tǒng)，還包括有一個(gè)電子控制裝置，當(dāng)其 中某臺(tái)輸送泵出現(xiàn)故障或停止工作時(shí)，所述的電子控制裝置就會(huì)指令其他輸送泵加大冷熔鹽 的輸送流量以滿足各接收器模塊(161)對(duì)冷熔鹽的需求。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的容錯(cuò)熔鹽泵輸送系統(tǒng)，每臺(tái)輸送泵(103， 104)的輸出口 都有一個(gè)壓力傳感器(507， 508)和一個(gè)單向閥(509， 510)。所述的壓力傳感器用于監(jiān)測(cè)該 路輸送泵輸出熔鹽的壓力，所述的單向閥用于防止該路輸送泵出現(xiàn)故障時(shí)熔鹽向輸送泵回流。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2、 3、 4之一所述的容錯(cuò)熔鹽泵輸送系統(tǒng)，其中所述每臺(tái)輸送泵的工 作電源都有兩個(gè)電源供應(yīng)系統(tǒng)， 一個(gè)來(lái)自外部電網(wǎng)(503)，另一個(gè)來(lái)自內(nèi)部電源(501)，其 中內(nèi)部電源還包括一個(gè)60秒的不間斷電源(502)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源供應(yīng)系統(tǒng)，其中所述的每臺(tái)輸送泵的工作電源都包括有兩 個(gè)電源選擇開(kāi)關(guān)(512， 513)，當(dāng)一路工作電源斷開(kāi)或停止工作時(shí)，電源選擇開(kāi)關(guān)馬上選擇另 一個(gè)工作電源以保證輸送泵(103， 104)的動(dòng)力供應(yīng)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器系統(tǒng)，其中所述的每個(gè)接收器模塊(161)的頂部輸出 口都有一個(gè)溫度傳感器(181)，用于監(jiān)測(cè)各個(gè)接收器模塊輸出熔鹽的溫度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器系統(tǒng)，其中所述的每個(gè)接收器模塊(161)的底部輸入 口都有一個(gè)壓力傳感器(141)，用于監(jiān)測(cè)輸入口管道中熔鹽的壓力。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器系統(tǒng)，其中所述的每個(gè)接收器模塊(161)都包含有多 根平行吸熱管(203)，所述每根平行吸熱管(203)上至少有一個(gè)溫度傳感器(302)，用于監(jiān) 測(cè)所述平行吸熱管的溫度。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器系統(tǒng)，其中所述的每個(gè)接收器模塊(161)的底部輸入 口都有一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥(121)，其作用在于根據(jù)微處理控制器(301)的指令對(duì)所述各個(gè)接收器模塊底部入口輸入熔鹽的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器系統(tǒng)，其中所述的每個(gè)接收器模塊(161)都包含有一 個(gè)微處理控制器(301),所述的微處理控制器(301)對(duì)所述接收器模塊的輸出口溫度傳感器(181)、平行吸熱管溫度傳感器(302)以及輸入口壓力傳感器(141)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理，并根據(jù)整個(gè)接收器系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度值對(duì)所述接收器模塊底部輸入口的流量調(diào)節(jié)閥(121) 下達(dá)指令當(dāng)所述接收器模塊輸出的熔鹽溫度超過(guò)系統(tǒng)預(yù)設(shè)值時(shí)，微處理控制器(301)就指 令所述流量調(diào)節(jié)閥(121)增加接收器模塊入口熔鹽的流量，從而降低該接收器模塊輸出熔鹽 的溫度使其恢復(fù)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)的水平；而當(dāng)所述接收器模塊輸出的熔鹽溫度低于系統(tǒng)預(yù)設(shè)值時(shí)， 微處理控制器(301)就指令所述流量調(diào)節(jié)閥(121)降低該接收器模塊入口熔鹽的流量，從 而提高輸出熔鹽的溫度直至其達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)的要求。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱熔鹽緩沖罐(109)，還包含有一個(gè)液位傳感器(108)，用 于監(jiān)測(cè)所述熱熔鹽緩沖罐(109)中熱熔鹽的液位。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1或12所述的熱熔鹽緩沖罐(109)，還包含有一個(gè)緊急減壓安全閥 (106)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1、 12、 13之一所述的熱熔鹽緩沖罐(109)，還包含有一個(gè)排氣閥(107)， 所述的熱熔鹽緩沖罐(109)通過(guò)所述的排氣閥(107)與熱熔鹽儲(chǔ)存罐(112)相連。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器系統(tǒng)，還包含有一個(gè)微處理控制器，用于根據(jù)所述液 位傳感器(108)所監(jiān)測(cè)的熱熔鹽緩沖罐(109)中熔鹽的液位信息對(duì)流量調(diào)節(jié)閥(110)進(jìn)行 控制，以使所述緩沖罐(109)中的熱熔鹽量保持在預(yù)設(shè)的范圍。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接收器系統(tǒng)，還包括有一個(gè)應(yīng)急罐(116)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16，所述的應(yīng)急罐(116)通過(guò)應(yīng)急閥(115)與熔鹽輸出總管(119) 相連，同時(shí)所述的應(yīng)急罐(116)還通過(guò)閥門(mén)(120)與冷熔鹽儲(chǔ)存罐(113)相連。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1和16所述的接收器系統(tǒng)，還包括有一個(gè)輸送泵(117)，用于把應(yīng)急 罐(116)中的熔鹽回送進(jìn)入冷熔鹽儲(chǔ)存罐(113)。
19、 一種自動(dòng)控制中央接收器輸出熔鹽溫度并使之與系統(tǒng)設(shè)定溫度值一致的方法，其實(shí) 現(xiàn)步驟如下首先，把所述中央接收器的各個(gè)接收器模塊(161)安裝在中央接收塔的頂部并 使其朝向不同的方位；然后打開(kāi)各個(gè)接收器模塊底部輸入口的流量調(diào)節(jié)閥(121)，把冷熔鹽 輸入所述的各個(gè)接收器模塊(161)吸熱；吸熱之后的熱熔鹽經(jīng)各個(gè)接收器模塊的輸出口流向 熱熔鹽緩沖罐(109);各個(gè)接收器模塊輸出口的溫度傳感器(181)再把監(jiān)測(cè)到的輸出熔鹽溫度實(shí)時(shí)地傳輸?shù)礁鱾€(gè)接收器模塊的微處理控制器(301);同時(shí)各個(gè)接收器模塊輸入口的壓力 傳感器(141)和各根平行吸熱管(203)上的溫度傳感器(302)也會(huì)實(shí)時(shí)地把監(jiān)測(cè)到的信息 傳輸?shù)礁鱾€(gè)接收器模塊(161)的微處理控制器(301);所述的微處理控制器(301)再根據(jù) 接收到的信息和系統(tǒng)設(shè)定的溫度值對(duì)所述的的流量調(diào)節(jié)閥(121)下達(dá)指令，調(diào)控各個(gè)接收器 模塊(161)的冷熔鹽輸入量，從而調(diào)節(jié)各個(gè)接收器模塊輸出熔鹽的溫度并使之與系統(tǒng)設(shè)定的 溫度值一致。
20、根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述的微處理控制器(301)對(duì)各個(gè)接收器模塊 (161)冷熔鹽輸入量的調(diào)控包括兩種情形當(dāng)所述接收器模塊(161)輸出熔鹽溫度高于系 統(tǒng)設(shè)定溫度值時(shí)，微處理控制器(301)就會(huì)指令所述的流量調(diào)節(jié)閥(121)增加該接收器模 塊入口熔鹽的流量，從而降低其輸出熔鹽的溫度；當(dāng)所述接收器模塊(161)輸出熔鹽溫度低 于系統(tǒng)設(shè)定溫度值時(shí)，微處理控制器(301)就會(huì)指令所述的流量調(diào)節(jié)閥(121)減少該接收 器模塊入口熔鹽的流量，從而提高其輸出熔鹽的溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有自適應(yīng)性的太陽(yáng)能集熱熔鹽接收器系統(tǒng)和方法。容錯(cuò)熔鹽泵輸送系統(tǒng)把冷熔鹽輸入中央接收器的各個(gè)接收器模塊吸熱，吸熱之后的熱熔鹽經(jīng)各接收器模塊頂部的輸出口輸入熱熔鹽緩沖罐，然后再經(jīng)下導(dǎo)管送入渦輪機(jī)以循環(huán)利用熱熔鹽的勢(shì)能，安裝于下導(dǎo)管上的流量調(diào)節(jié)閥可以控制熱熔鹽緩沖罐中的熔鹽量并使之保持在設(shè)定的范圍，系統(tǒng)中的各個(gè)接收器模塊都有一個(gè)根據(jù)其輸出熔鹽溫度的高低對(duì)其輸入熔鹽流量獨(dú)立進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)，以保證各個(gè)接收器模塊輸出熔鹽溫度的平衡并與系統(tǒng)設(shè)定的溫度值保持一致。運(yùn)用本發(fā)明不僅能夠保證熔鹽接收器系統(tǒng)工作效率的最優(yōu)從而提高整個(gè)發(fā)電廠的工作效率，同時(shí)還能夠降低系統(tǒng)投資運(yùn)行的成本。
文檔編號(hào)F24J2/07GK101240947SQ200810059840
公開(kāi)日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月19日
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