專利名稱：槽式太陽(yáng)能中低溫有機(jī)朗肯(orc)熱發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種采用槽式太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)中低溫有機(jī)朗肯(ORC)發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱發(fā)電(CSP)的裝置，該技術(shù)屬太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電(CSP)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行，相比塔式、碟式和反射菲涅爾聚熱發(fā)電具有規(guī)模大、集中度高、效率高等突出特點(diǎn)，特別是已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的熔鹽儲(chǔ)能功能，使太陽(yáng)能熱發(fā)電具有了和化石能源競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)基礎(chǔ)。但是，現(xiàn)有的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電必須同煤發(fā)電一樣采用蒸汽朗肯熱力循環(huán)，需要大量的水進(jìn)行冷卻，這就使槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電在使用環(huán)境和地域上受到了限制。目前，曾在地?zé)岚l(fā)電中發(fā)揮重要作用的有機(jī)朗肯(ORC)熱發(fā)電技術(shù)逐步同太陽(yáng)能相結(jié)合，其原因在于兩者工況條件逐步接近，特別是新型中低溫有機(jī)工質(zhì)的開(kāi)發(fā)和使用，致使熱電轉(zhuǎn)換效率大幅度提高，已經(jīng)滿足槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)要求。 NREL在2006年3月SR-550-39433報(bào)告中對(duì)2000年-2005年有關(guān)槽式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯 (ORC)電力系統(tǒng)優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)學(xué)研究作了總結(jié)，然而發(fā)展至今，槽式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯熱發(fā)電技術(shù)并沒(méi)有突破性進(jìn)展，其關(guān)鍵在于近幾年出現(xiàn)的各種槽式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯(ORC)熱發(fā)電裝置所采用的技術(shù)路線幾乎和地?zé)岚l(fā)電完全相同，其儲(chǔ)熱也只是簡(jiǎn)單的接入，沒(méi)有將有機(jī)朗肯(ORC)熱發(fā)電技術(shù)適應(yīng)中低溫工況和槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電具有儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)給予有機(jī)結(jié)合， 因此槽式太陽(yáng)能有機(jī)朗肯(ORC)熱發(fā)電還不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模裝機(jī)。目前國(guó)際太陽(yáng)能聚熱發(fā)電 (CSP)領(lǐng)域正在研究采用工質(zhì)替代技術(shù)來(lái)提高工質(zhì)溫度，借以提高效率，然而隨著溫度的提高，相應(yīng)地對(duì)集熱管和系統(tǒng)零部件也提出了更高的要求，致使成本提高。如果充分發(fā)揮槽式太陽(yáng)能可以儲(chǔ)能而有機(jī)朗肯(ORC)技術(shù)不消耗水的各自優(yōu)勢(shì)，在中低溫工況條件下實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，就可以大幅度降低制造和發(fā)電成本，提高槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電適應(yīng)性，創(chuàng)造同化石能源競(jìng)爭(zhēng)的有利條件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源替代。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型就是為實(shí)現(xiàn)槽式太陽(yáng)能與中低溫有機(jī)朗肯(ORC)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)而建立的槽式太陽(yáng)能中低溫有機(jī)朗肯(ORC)熱發(fā)電裝置。本發(fā)明由拋物槽聚光陣列、線聚焦強(qiáng)化集熱管、導(dǎo)熱工質(zhì)、換熱器、霧化器、霧化閃蒸罐、壓力泵、壓力控制閥、儲(chǔ)熱器、儲(chǔ)熱工質(zhì)、中低溫有機(jī)朗肯(ORC)動(dòng)力機(jī)組、有機(jī)蒸發(fā)劑罐、蒸發(fā)器、冷凝器、空冷機(jī)組、調(diào)節(jié)閥、傳輸管線、互補(bǔ)鍋爐、聚光陣列集群PLC控制器， 液壓或渦輪蝸桿驅(qū)動(dòng)器組成，其特征在于直接將水霧化后作傳熱工質(zhì)；拋物槽聚光陣列前端設(shè)置霧化器，霧化器進(jìn)口連接壓力泵，霧化器出口連接線聚焦強(qiáng)化集熱管進(jìn)口，線聚焦強(qiáng)化集熱管出口連接霧化閃蒸罐進(jìn)口，霧化閃蒸罐出口連接過(guò)熱段拋物槽聚光陣列以產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽；過(guò)熱蒸汽直接進(jìn)入儲(chǔ)熱器；或者拋物槽聚光陣列產(chǎn)生的飽和蒸汽直接進(jìn)入儲(chǔ)熱器。儲(chǔ)熱器出口端連接冷凝器進(jìn)口 ；霧化閃蒸罐另一出口連接壓力控制閥，壓力控制閥一端連接冷凝器；冷凝器出口連接壓力泵，壓力泵出口分別連接兩個(gè)霧化器；將一個(gè)或若干個(gè)有機(jī)朗肯動(dòng)力機(jī)的蒸發(fā)器設(shè)置在儲(chǔ)熱器內(nèi)；或?qū)⑷舾蓚€(gè)有機(jī)朗肯動(dòng)力機(jī)組的蒸發(fā)器分層或分區(qū)設(shè)置在儲(chǔ)熱器相應(yīng)的分層或分區(qū)內(nèi)；或者設(shè)立若干個(gè)儲(chǔ)熱器，并聯(lián)在拋物槽聚光陣列中，有機(jī)朗肯動(dòng)力機(jī)組的蒸發(fā)器分別設(shè)置在若干個(gè)儲(chǔ)熱器內(nèi)；蒸發(fā)器進(jìn)出口分別連接壓力泵出口和有機(jī)朗肯動(dòng)力機(jī)進(jìn)口 ；互補(bǔ)鍋爐并聯(lián)在壓力泵出口和儲(chǔ)熱器進(jìn)口之間；儲(chǔ)熱工質(zhì)為液態(tài)相變或固態(tài)顯熱儲(chǔ)熱工質(zhì)，如熔鹽、導(dǎo)熱油、混凝土、陶瓷或含石墨以及鋁金屬材料的固體物；導(dǎo)熱工質(zhì)為乙二醇、或?qū)嵊汀⒒蛉埯}、或霧化水汽；將有機(jī)朗肯熱發(fā)電系統(tǒng)的蒸發(fā)器直接設(shè)置在槽式太陽(yáng)能蒸汽朗肯循環(huán)的冷凝器內(nèi)；或?qū)⑦m應(yīng)不同溫度工況的有機(jī)朗肯動(dòng)力機(jī)順序排列，將下一級(jí)低溫有機(jī)朗肯蒸發(fā)器設(shè)置在上一級(jí)中溫有機(jī)朗肯冷凝器中，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)熱利用。所述蒸發(fā)器為盤(pán)管式蒸發(fā)器或列管式蒸發(fā)器。所述互補(bǔ)鍋爐與拋物槽聚光陣列串聯(lián)或并聯(lián)；導(dǎo)熱油或熔鹽即作傳熱工質(zhì)也可作儲(chǔ)熱工質(zhì)；拋物槽聚光陣列出口連接儲(chǔ)熱器進(jìn)口，儲(chǔ)熱器出口連接壓力泵進(jìn)口端，壓力泵出口端連接拋物槽聚光陣列進(jìn)口 ；采用導(dǎo)熱油的互補(bǔ)鍋爐與聚光陣列并聯(lián)；采用熔鹽的互補(bǔ)鍋爐與聚光陣列串聯(lián)。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、或螺旋形、或金屬管表面有規(guī)則凸起成苞的波節(jié)金屬內(nèi)管，促使熱交換介質(zhì)變層流傳熱為湍流傳熱，同時(shí)可以承載不小于IOMpa的內(nèi)壓力；采用乙二醇、導(dǎo)熱油或熔鹽作傳熱工質(zhì)時(shí)也可使用金屬直管。所述儲(chǔ)熱器為盛裝液態(tài)相變儲(chǔ)熱工質(zhì)的容器或帶有傳熱管道的固體儲(chǔ)熱容器；儲(chǔ)熱器內(nèi)設(shè)置太陽(yáng)能熱輸入端換熱器和管狀蒸發(fā)器；設(shè)置物料進(jìn)口、壓力調(diào)節(jié)閥以及壓力傳感器；采用導(dǎo)熱油或熔鹽作傳熱工質(zhì)的儲(chǔ)熱器內(nèi)可不設(shè)置管狀換熱器，但要設(shè)置溫度平衡攪拌裝置。所述壓力泵為高溫熔鹽泵、導(dǎo)熱油泵或水泵。所述霧化器是設(shè)有霧化噴頭的裝置。所述霧化閃蒸罐由汽包、霧化噴頭、高溫汽流進(jìn)出口、壓力控制閥出口端構(gòu)成。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。所述互補(bǔ)鍋爐可使用生物質(zhì)燃料、礦物質(zhì)燃料或天然氣、沼氣、煤制氣、煤層氣、煤氣。該實(shí)用新型主要有以下創(chuàng)新點(diǎn)1、直接將軟化純凈水霧化后作傳熱工質(zhì)，成本較低。2、線聚焦強(qiáng)化集熱管具有強(qiáng)化傳熱并對(duì)工質(zhì)進(jìn)行擾動(dòng)和破壞穩(wěn)流層實(shí)現(xiàn)湍流的作用，大幅度提高光熱轉(zhuǎn)換效率，降低發(fā)射率。3、乙二醇、導(dǎo)熱油或熔鹽既是傳熱工質(zhì)也可以是儲(chǔ)熱介質(zhì)。4、有機(jī)朗肯動(dòng)力機(jī)組適應(yīng)中低溫工況，發(fā)電效率較高，可大幅度降低發(fā)電成本。特別適合在溫差較大的地區(qū)使用。5、充分利用儲(chǔ)熱功能，延長(zhǎng)發(fā)電時(shí)數(shù)確保連續(xù)不間斷發(fā)電。6、整個(gè)裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，規(guī)?？纱罂尚?，特別適合做分布能源。
圖1是本實(shí)用新型霧化水汽熱發(fā)電示意圖圖2是本實(shí)用新型導(dǎo)熱油分層設(shè)置熱發(fā)電示意圖圖3是本實(shí)用新型熔鹽分區(qū)設(shè)置熱發(fā)電示意圖[0027]圖4是本實(shí)用新型并聯(lián)設(shè)置儲(chǔ)熱器示意圖圖5、圖6是本實(shí)用新型有機(jī)朗肯動(dòng)力發(fā)電機(jī)組示意圖其中1、拋物槽聚光陣列，2、線聚焦強(qiáng)化集熱管，3、霧化器，4、霧化閃蒸罐，5、壓力泵，6、壓力控制閥，7、儲(chǔ)熱器，8、儲(chǔ)熱工質(zhì)，9、中低溫有機(jī)朗肯(ORC)動(dòng)力機(jī)組，10、冷凝器， 11、調(diào)節(jié)閥，12、互補(bǔ)鍋爐，13、空冷機(jī)組，14、有機(jī)蒸發(fā)劑罐，15、有機(jī)朗肯動(dòng)力機(jī)，16、發(fā)電機(jī)，17、蒸發(fā)器，18、換熱器具體實(shí)施方式
直接將水霧化后作傳熱工質(zhì)；拋物槽聚光陣列前端設(shè)置霧化器，霧化器進(jìn)口連接壓力泵，霧化器出口連接線聚焦強(qiáng)化集熱管進(jìn)口，線聚焦強(qiáng)化集熱管出口連接霧化閃蒸罐進(jìn)口，霧化閃蒸罐出口連接下一個(gè)拋物槽聚光陣列以產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽；過(guò)熱蒸汽直接進(jìn)入儲(chǔ)熱器；或者拋物槽聚光陣列產(chǎn)生的飽和蒸汽直接進(jìn)入儲(chǔ)熱器。霧化閃蒸罐另一出口連接壓力控制閥，壓力控制閥一端連接冷凝儲(chǔ)水器；冷凝儲(chǔ)水器連接壓力泵，壓力泵出口分別連接兩個(gè)霧化器；將若干個(gè)中低溫有機(jī)朗肯(ORC)動(dòng)力機(jī)組蒸發(fā)器設(shè)置在儲(chǔ)熱器對(duì)應(yīng)的接口上；互補(bǔ)鍋爐連接壓力泵和儲(chǔ)熱器進(jìn)口。采用導(dǎo)熱油作傳熱工質(zhì)，熔鹽作儲(chǔ)熱介質(zhì)，壓力泵為高溫導(dǎo)熱油泵，換熱器為油鹽換熱；或直接使用導(dǎo)熱油作儲(chǔ)熱介質(zhì)，但需加大儲(chǔ)熱器容量。采用熔鹽作傳熱工質(zhì)，可不設(shè)置換熱器，但必須保證互補(bǔ)鍋爐接續(xù)及時(shí)，確保無(wú)光照的情況下為裝置提供儲(chǔ)備熱能，防止熔鹽凝固破壞整個(gè)裝置和設(shè)備。中低溫有機(jī)朗肯(ORC)動(dòng)力機(jī)組設(shè)置數(shù)量根據(jù)發(fā)電規(guī)模和需求選擇，充分發(fā)揮槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電優(yōu)勢(shì)。將有機(jī)朗肯熱發(fā)電系統(tǒng)的蒸發(fā)器直接設(shè)置在槽式太陽(yáng)能蒸汽朗肯循環(huán)的冷凝器內(nèi)；或?qū)⑦m應(yīng)不同溫度工況的有機(jī)朗肯動(dòng)力機(jī)組順序排列，將下一級(jí)低溫有機(jī)朗肯蒸發(fā)器設(shè)置在上一級(jí)中溫有機(jī)朗肯冷凝器中，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)熱利用。如圖6所示。
權(quán)利要求1.槽式太陽(yáng)能中低溫有機(jī)朗肯(ORC)熱發(fā)電裝置由拋物槽聚光陣列、線聚焦強(qiáng)化集熱管、導(dǎo)熱工質(zhì)、換熱器、霧化器、霧化閃蒸罐、壓力泵、壓力控制閥、儲(chǔ)熱器、儲(chǔ)熱工質(zhì)、中低溫有機(jī)朗肯(ORC)動(dòng)力機(jī)組、有機(jī)蒸發(fā)劑罐、蒸發(fā)器、冷凝器、空冷機(jī)組、調(diào)節(jié)閥、傳輸管線、互補(bǔ)鍋爐、聚光陣列集群PLC控制器，液壓或渦輪蝸桿驅(qū)動(dòng)器組成，其特征在于1)直接將水霧化后作傳熱工質(zhì)；拋物槽聚光陣列前端設(shè)置霧化器，霧化器進(jìn)口連接壓力泵，霧化器出口連接線聚焦強(qiáng)化集熱管進(jìn)口，線聚焦強(qiáng)化集熱管出口連接霧化閃蒸罐進(jìn)口，霧化閃蒸罐出口連接過(guò)熱段拋物槽聚光陣列以產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽；過(guò)熱蒸汽直接進(jìn)入儲(chǔ)熱器；或者拋物槽聚光陣列產(chǎn)生的飽和蒸汽直接進(jìn)入儲(chǔ)熱器；儲(chǔ)熱器出口端連接冷凝器進(jìn)口 ；霧化閃蒸罐設(shè)置霧化器，霧化閃蒸罐另一出口連接壓力控制閥，壓力控制閥一端連接冷凝器；冷凝器出口連接壓力泵，壓力泵出口分別連接兩個(gè)霧化器；2)將一個(gè)或若干個(gè)有機(jī)朗肯動(dòng)力機(jī)的蒸發(fā)器設(shè)置在儲(chǔ)熱器內(nèi)；或?qū)⑷舾蓚€(gè)有機(jī)朗肯動(dòng)力機(jī)組的蒸發(fā)器分層或分區(qū)設(shè)置在儲(chǔ)熱器相應(yīng)的分層或分區(qū)內(nèi)；或者設(shè)立若干個(gè)儲(chǔ)熱器，與槽式聚光陣列并聯(lián)，有機(jī)朗肯動(dòng)力機(jī)組的蒸發(fā)器分別設(shè)置在若干個(gè)儲(chǔ)熱器內(nèi)；蒸發(fā)器進(jìn)出口分別連接壓力泵出口和有機(jī)朗肯動(dòng)力機(jī)進(jìn)口；3)儲(chǔ)熱工質(zhì)為液態(tài)相變或固態(tài)顯熱儲(chǔ)熱工質(zhì)，如熔鹽、導(dǎo)熱油、混凝土、陶瓷或含石墨以及鋁金屬材料的固體物；4)導(dǎo)熱工質(zhì)為乙二醇、導(dǎo)熱油、熔鹽、霧化水汽；5)將有機(jī)朗肯熱發(fā)電系統(tǒng)的蒸發(fā)器直接設(shè)置在蒸汽朗肯循環(huán)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的冷凝器內(nèi)；或按適應(yīng)不同溫度工況的有機(jī)朗肯動(dòng)力機(jī)順序排列，將下一級(jí)低溫有機(jī)朗肯蒸發(fā)器設(shè)置在上一級(jí)中溫有機(jī)朗肯冷凝器中，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)熱利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能中低溫有機(jī)朗肯(ORC)熱發(fā)電裝置，其特征在于 所述互補(bǔ)鍋爐與拋物槽聚光陣列串聯(lián)或并聯(lián)；導(dǎo)熱油或熔鹽即作傳熱工質(zhì)也作儲(chǔ)熱工質(zhì)； 拋物槽聚光陣列出口連接儲(chǔ)熱器進(jìn)口，儲(chǔ)熱器出口連接壓力泵進(jìn)口端，壓力泵出口端連接拋物槽聚光陣列進(jìn)口 ；采用導(dǎo)熱油的互補(bǔ)鍋爐與拋物槽聚光陣列并聯(lián)；采用熔鹽的互補(bǔ)鍋爐與拋物槽聚光陣列串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能中低溫有機(jī)朗肯(ORC)熱發(fā)電裝置，其特征在于 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、或螺旋形、或金屬管表面有規(guī)則凸起成苞的波節(jié)金屬內(nèi)管，促使熱交換介質(zhì)變層流傳熱為湍流傳熱，同時(shí)可以承載不小于IOMpa的內(nèi)壓力；采用導(dǎo)熱油或熔鹽作傳熱工質(zhì)時(shí)也可使用金屬直管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能中低溫有機(jī)朗肯(ORC)熱發(fā)電裝置，其特征在于所述儲(chǔ)熱器為盛裝液態(tài)相變儲(chǔ)熱工質(zhì)的容器或帶有傳熱管道的固體儲(chǔ)熱容器；儲(chǔ)熱器內(nèi)設(shè)置太陽(yáng)能熱輸入端換熱器和管狀蒸發(fā)器；設(shè)置物料進(jìn)口、壓力調(diào)節(jié)閥以及壓力傳感器； 采用導(dǎo)熱油或熔鹽作傳熱工質(zhì)的儲(chǔ)熱器內(nèi)可不設(shè)置管狀換熱器，但要設(shè)置溫度平衡攪拌裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能中低溫有機(jī)朗肯(ORC)熱發(fā)電裝置，其特征在于 所述蒸發(fā)器為盤(pán)管式蒸發(fā)器或列管式蒸發(fā)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能中低溫有機(jī)朗肯(ORC)熱發(fā)電裝置，其特征在于 所述壓力泵為高溫熔鹽泵、導(dǎo)熱油泵或水泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能中低溫有機(jī)朗肯(ORC)熱發(fā)電裝置，其特征在于所述霧化器是設(shè)有霧化噴頭的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能中低溫有機(jī)朗肯(ORC)熱發(fā)電裝置，其特征在于 所述霧化閃蒸罐由汽包、霧化噴頭、高溫汽流進(jìn)出口、壓力控制閥出口端構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽(yáng)能中低溫有機(jī)朗肯(ORC)熱發(fā)電裝置，其特征在于 所述互補(bǔ)鍋爐可使用生物質(zhì)燃料、礦物質(zhì)燃料或天然氣、沼氣、煤制氣、煤層氣、煤氣。
專利摘要本實(shí)用新型由拋物槽聚光陣列、線聚焦強(qiáng)化集熱管、導(dǎo)熱工質(zhì)、換熱器、霧化器、霧化閃蒸罐、壓力泵、壓力控制閥、儲(chǔ)熱器、儲(chǔ)熱工質(zhì)、中低溫有機(jī)朗肯(ORC)動(dòng)力機(jī)組、有機(jī)蒸發(fā)劑罐、蒸發(fā)器、冷凝器、空冷機(jī)組、調(diào)節(jié)閥、傳輸管線、互補(bǔ)鍋爐、聚光陣列集群PLC控制器，液壓或渦輪蝸桿驅(qū)動(dòng)器組成，本裝置使用霧化水汽、乙二醇、導(dǎo)熱油或熔鹽做傳熱工質(zhì)，通過(guò)儲(chǔ)熱器為中低溫有機(jī)朗肯(ORC)動(dòng)力機(jī)提供熱能，直接驅(qū)動(dòng)中低溫有機(jī)朗肯(ORC)動(dòng)力機(jī)組實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能聚熱發(fā)電。該技術(shù)屬太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)F03G6/06GK202001231SQ20112009920
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者張建城 申請(qǐng)人:張建城