專(zhuān)利名稱(chēng)：槽式太陽(yáng)能霧化閃蒸熱發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用霧化水汽傳熱工質(zhì)和霧化閃蒸實(shí)現(xiàn)槽式太陽(yáng)能聚熱發(fā)電 (CSP)的裝置，該裝置借助線聚焦強(qiáng)化集熱管對(duì)管內(nèi)氣體進(jìn)行擾動(dòng)的機(jī)理，在強(qiáng)化換熱的同 時(shí)有控制的輸入霧化水汽，在聚光陣列中產(chǎn)生飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽，最終驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)并 帶動(dòng)發(fā)電機(jī)完成槽式太陽(yáng)能聚熱發(fā)電的裝置。該技術(shù)屬太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著太陽(yáng)能等可再生能源利用在全世界蓬勃發(fā)展，太陽(yáng)能聚熱發(fā)電(CSP)逐步為 人們所認(rèn)識(shí)。太陽(yáng)能聚熱發(fā)電(CSP)相比光伏太陽(yáng)能發(fā)電(PV)有規(guī)模大、集中度高、效率 高等突出特點(diǎn)，但是面臨的共同問(wèn)題是如何降低投資成本以及如何提高發(fā)電效率進(jìn)而降 低發(fā)電成本，尤其是降低投資成本和提高發(fā)電效率就成為兩種太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的焦 點(diǎn)。太陽(yáng)能聚熱發(fā)電(CSP)主要有槽式、塔式以及碟式等三種熱發(fā)電模式，其中槽式太陽(yáng) 能聚熱發(fā)電已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。該技術(shù)主要采用導(dǎo)熱油為傳熱工質(zhì)，經(jīng)導(dǎo)熱油換熱后驅(qū)動(dòng)常 規(guī)蒸汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。由于目前的導(dǎo)熱油工作溫度必須控制在400度左右，超出 這一溫度將會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)熱油裂解、粘度提高以及傳熱效率降低等問(wèn)題，因此限制了槽式太陽(yáng) 能聚熱發(fā)電的工作溫度。同時(shí)，導(dǎo)熱油使用成本很高，因此迫切需要有新的傳熱工質(zhì)取代 導(dǎo)熱油，以提高工作溫度，并降低裝置造價(jià)和運(yùn)行成本。目前國(guó)際太陽(yáng)能聚熱發(fā)電(CSP) 領(lǐng)域正在研究的替代方法主要有熔鹽工質(zhì)以及直接用水做傳熱工質(zhì)的DSG(direCt steam generation)兩種技術(shù)。前者一般采用硝酸類(lèi)熔鹽，結(jié)晶點(diǎn)較高，大多在230至左右， 因此直接拿來(lái)替換還有諸多困難，當(dāng)前熔鹽主要用于熱儲(chǔ)能。美國(guó)桑迪亞實(shí)驗(yàn)室正在研究 結(jié)晶點(diǎn)在100度以下的熔鹽，如果成功將有希望取代導(dǎo)熱油。用水直接做傳熱工質(zhì)的DSG技 術(shù)已經(jīng)試驗(yàn)多年，由于該技術(shù)存在瞬時(shí)壓力難以控制，以及水在集熱管內(nèi)兩相流傳輸和汽 化壓力在集熱管內(nèi)不均勻等主要問(wèn)題，因此這一普遍被看好的技術(shù)仍停留在試驗(yàn)階段。但 是，只要這一問(wèn)題被解決，那么DSG技術(shù)就是成本最低、效率最高的太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為進(jìn)一步解決DSG關(guān)鍵技術(shù)難題而提出的一種以霧化水汽為傳熱工 質(zhì)，并利用閃蒸技術(shù)實(shí)現(xiàn)槽式太陽(yáng)能聚熱發(fā)電的裝置。本發(fā)明由拋物槽聚光裝置、線聚焦強(qiáng)化集熱管、霧化水汽工質(zhì)、霧化器、霧化閃蒸 罐、氣壓泵、射流泵、水泵、壓力控制閥、熱動(dòng)力機(jī)、儲(chǔ)熱罐、冷凝器、傳輸管線等組成。所述線聚焦強(qiáng)化集熱管的金屬內(nèi)管是具有強(qiáng)化換熱功能的環(huán)形波節(jié)或螺旋波節(jié) 金屬內(nèi)管。由于線聚焦強(qiáng)化集熱管充分利用了金屬管體在軸向橫截面周期性變化的結(jié)構(gòu)優(yōu) 勢(shì)，促使進(jìn)入金屬管內(nèi)的熱交換介質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈擾動(dòng)，變層流換熱為渦流換熱，因此十分有利 于霧化水汽工質(zhì)的傳輸。所述霧化水汽工質(zhì)是將水在一定氣體壓力下經(jīng)霧化器或射流泵噴射產(chǎn)生的空氣 與水分子混合形成的霧化水汽，經(jīng)拋物槽聚光和線聚焦集熱管加熱后可形成高溫飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽，溫度可從100°c升至600V。為實(shí)現(xiàn)傳熱工質(zhì)替代和避免水工質(zhì)曾出現(xiàn)的氣液兩相流以及氣壓不均勻等問(wèn)題， 在拋物槽聚光裝置陣列中配置霧化器、霧化閃蒸罐或射流泵。氣液兩相流如圖3所示。所述霧化器是在一定水壓或氣壓條件下將液態(tài)水霧化的裝置。所述霧化閃蒸罐設(shè)置水霧噴頭和高溫氣流進(jìn)出口。所述射流泵安裝在拋物槽聚光裝置初始進(jìn)液口和聚光陣列中，射流泵設(shè)有進(jìn)氣 口、高溫氣流噴口、引流端口和加速腔。所述氣壓泵為氣體壓力泵或風(fēng)扇空氣壓力泵。主要提供初始?xì)怏w傳輸壓力，保證 霧化水汽產(chǎn)生和在線聚焦強(qiáng)化集熱管內(nèi)加速流動(dòng)。所述水泵是系統(tǒng)冷卻水的循環(huán)泵。所述壓力控制閥是能夠自動(dòng)保持和控制壓力的減壓閥或控制閥。所述熱動(dòng)力機(jī)為蒸汽輪機(jī)或螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)。所述換熱器為鹽汽或氣汽換熱器。所述儲(chǔ)熱罐是用于熔鹽類(lèi)物質(zhì)儲(chǔ)熱的裝置，包括冷罐和熱罐。該發(fā)明主要有以下創(chuàng)新點(diǎn)1、將傳統(tǒng)槽式太陽(yáng)能聚熱發(fā)電裝置使用的以金屬直管為主要特征的高溫集熱管， 替換成具有強(qiáng)化換熱功能的線聚焦強(qiáng)化集熱管，重要區(qū)別在于線聚焦強(qiáng)化集熱管的金屬內(nèi) 管為環(huán)形波節(jié)或螺旋波節(jié)金屬管，該金屬內(nèi)管具有對(duì)傳熱工質(zhì)進(jìn)行擾動(dòng)和破壞穩(wěn)流層的作 用，變層流加熱為渦流加熱。2、利用上述裝置將傳統(tǒng)導(dǎo)熱油和水工質(zhì)直接替換成霧化水汽作為傳熱工質(zhì)，利用 含“汽”氣體完成熱傳導(dǎo)。傳統(tǒng)聚熱發(fā)電裝置如圖4所示。3、在熱動(dòng)力機(jī)組前設(shè)置霧化閃蒸罐，將低壓飽和蒸汽直接輸入蒸汽輪機(jī)低壓端做 功，并將另一部分飽和蒸汽經(jīng)聚光陣列加熱成為過(guò)熱蒸汽輸入蒸汽輪機(jī)高壓端，此舉不僅 可以替代常規(guī)換熱器組，同時(shí)可大幅減少換熱損失，提高發(fā)電效率。4、本裝置設(shè)置熔鹽熱儲(chǔ)能罐，將峰值多余過(guò)熱蒸汽用于加熱熔鹽，保證在無(wú)光照 的情況下為裝置提供儲(chǔ)備熱能進(jìn)行發(fā)電。5、為保證在瞬時(shí)壓力升高的情況下穩(wěn)定輸出飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽，霧化閃蒸罐與 冷凝器間增加一個(gè)壓力控制閥，其關(guān)鍵作用是旁路和調(diào)節(jié)瞬時(shí)壓力，克服DSG技術(shù)中氣體 壓力難于調(diào)節(jié)和控制的弊端。


圖1是本發(fā)明霧化閃蒸熱發(fā)電示意2是本發(fā)明過(guò)熱蒸汽熱發(fā)電示意3是DSG技術(shù)中水汽兩相流示意4是傳統(tǒng)槽式太陽(yáng)能聚熱發(fā)電(CSP)裝置和DSG裝置示意圖其中1、拋物槽聚光裝置，2、線聚焦強(qiáng)化集熱管，3、霧化器，4、射流泵，5、氣壓泵，6、壓力 控制閥，7、霧化閃蒸罐，8、蒸汽輪機(jī)，9、冷凝器，10、儲(chǔ)熱罐，11、換熱器，12、螺桿膨脹動(dòng)力 機(jī)。13、水泵
具體實(shí)施例方式1、將槽式太陽(yáng)能聚熱發(fā)電裝置使用的集熱管更換為具有強(qiáng)化換熱功能的環(huán)形波 節(jié)或螺旋波節(jié)金屬內(nèi)管的線聚焦強(qiáng)化集熱管(2)，充分發(fā)揮線聚焦強(qiáng)化集熱管( 對(duì)傳熱 工質(zhì)的擾動(dòng)作用，變層流加熱為渦流加熱。2、是采用霧化汽體替換導(dǎo)熱油或水做傳熱工質(zhì)。為繼承DSG技術(shù)優(yōu)勢(shì)，克服直接 加熱水工質(zhì)存在的缺點(diǎn)，在拋物槽聚熱裝置工質(zhì)進(jìn)口和聚光陣列中有選擇的增加汽化罐 (3)或射流泵(4)等霧化裝置，利用這些裝置產(chǎn)生霧化水汽，利用含“汽”氣體完成熱傳導(dǎo)。3、設(shè)置霧化閃蒸罐(7)，通過(guò)飽和水汽閃蒸產(chǎn)生熱發(fā)電需要的低壓飽和蒸汽，此舉 不僅可以替代常規(guī)換熱器，同時(shí)可減少換熱損失。4、聚光陣列分為飽和蒸汽發(fā)生陣列和過(guò)熱蒸汽發(fā)生陣列，霧化閃蒸罐(7)安放在 兩個(gè)陣列中間。傳輸管線分別將飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽接入蒸汽輪機(jī)(8)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā) H1^ ο5、螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)(12)可單獨(dú)設(shè)置，也可設(shè)置在蒸汽輪機(jī)之后，利用其適應(yīng)范圍 寬的特點(diǎn)，充分利用剩余熱工發(fā)電和冷卻。6、采用熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)，通過(guò)儲(chǔ)熱罐(10)及換熱器(11)完成儲(chǔ)熱和放熱，同時(shí)兼顧
預(yù)熱裝置進(jìn)口汽液，以利于第二天聚熱裝置穩(wěn)定啟動(dòng)。7、為保證在瞬時(shí)壓力升高的情況下穩(wěn)定輸出飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽，霧化閃蒸罐
(7)與冷凝器(9)間增加一個(gè)壓力控制閥(6)，起到旁路和調(diào)節(jié)瞬時(shí)壓力的作用，克服DSG 技術(shù)中氣體壓力難于調(diào)節(jié)和控制的弊端。8、為適應(yīng)高溫過(guò)熱蒸汽發(fā)電機(jī)組工作，飽和蒸汽發(fā)生陣列產(chǎn)生的飽和水汽經(jīng)霧化 閃蒸罐(7)閃蒸，產(chǎn)生的飽和蒸汽直接進(jìn)入過(guò)熱蒸汽發(fā)生陣列，由過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)
(8)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。如圖1、2所示。
權(quán)利要求
1.槽式太陽(yáng)能霧化閃蒸熱發(fā)電裝置由拋物槽聚光裝置、線聚焦強(qiáng)化集熱管、霧化水汽 工質(zhì)、霧化器、霧化閃蒸罐、氣壓泵、射流泵、水泵、壓力控制閥、熱動(dòng)力機(jī)、儲(chǔ)熱罐、冷凝器、 傳輸管線等組成，其特征在于1)所述線聚焦強(qiáng)化集熱管的金屬內(nèi)管是具有強(qiáng)化換熱功能的環(huán)形波節(jié)或螺旋波節(jié)金 屬內(nèi)管；2)所述霧化水汽工質(zhì)是將水在一定壓力下經(jīng)霧化器或射流泵噴射產(chǎn)生的霧化水汽，經(jīng) 拋物槽聚光和線聚焦集熱管加熱后可形成高溫飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽，溫度可從10(TC升至 600 0C ；3)為實(shí)現(xiàn)傳熱工質(zhì)替代和避免水工質(zhì)曾出現(xiàn)的氣液兩相流以及氣壓不均勻等問(wèn)題，在 拋物槽聚光裝置陣列中配置霧化閃蒸罐或射流泵；4)所述氣壓泵為氣體壓力泵或風(fēng)扇空氣壓力泵，主要提供初始?xì)怏w傳輸壓力，保證霧 化水汽產(chǎn)生和在線聚焦強(qiáng)化集熱管內(nèi)加速流動(dòng)；5)所述水泵是系統(tǒng)冷卻水的循環(huán)泵；6)所述壓力控制閥是能夠自動(dòng)保持和控制氣體壓力的減壓閥或控制閥；7)所述熱動(dòng)力機(jī)為蒸汽輪機(jī)或螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)；8)所述換熱器為鹽汽或氣汽換熱器；9)所述儲(chǔ)熱罐是用于熔鹽類(lèi)物質(zhì)儲(chǔ)熱的裝置，包括冷罐和熱罐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能霧化閃蒸熱發(fā)電裝置，其特征在于上述霧化器 是在一定水壓或氣壓條件下將液態(tài)水霧化的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能霧化閃蒸熱發(fā)電裝置，其特征在于上述霧化閃 蒸罐安裝在拋物槽聚光裝置陣列中，霧化閃蒸罐內(nèi)設(shè)置水霧噴頭和飽和蒸汽進(jìn)出口，以及 飽和蒸汽壓力調(diào)節(jié)端口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能霧化閃蒸熱發(fā)電裝置，其特征在于上述射流泵 安裝在拋物槽聚光裝置進(jìn)口和聚光陣列中，射流泵設(shè)有進(jìn)氣口、高溫氣流噴口、引流端口和 加速腔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用霧化水汽工質(zhì)傳熱和霧化閃蒸實(shí)現(xiàn)槽式太陽(yáng)能聚熱發(fā)電(CSP)的裝置，該裝置借助線聚焦強(qiáng)化集熱管對(duì)管內(nèi)氣體進(jìn)行擾動(dòng)的機(jī)理，在強(qiáng)化換熱的同時(shí)有控制的輸入霧化水汽，在聚光陣列中產(chǎn)生飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽，最終驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)完成槽式太陽(yáng)能聚熱發(fā)電的裝置。該技術(shù)屬太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F03G6/06GK102086851SQ200910249949
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者張建城 申請(qǐng)人:張建城