本實用新型涉及一種適應太陽能有機朗肯循環(huán)的閃蒸主動控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

太陽能作為一種中低溫熱源，具有分布廣、資源潛力大、強度不穩(wěn)定等特性。

結(jié)合太陽能中低溫品位的特點，有機朗肯循環(huán)表現(xiàn)出優(yōu)良的熱力性能，將有機朗肯循環(huán)與太陽能集熱器相結(jié)合，采用太陽能低溫有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)應用潛力巨大。但太陽能的瞬變特性帶來了有機朗肯循環(huán)運行的不穩(wěn)定，引起循環(huán)膨脹機的液擊損傷和系統(tǒng)性能的惡化。目前尚沒有很好的解決方法，大多只停留在仿真模擬階段，限制了太陽能有機朗肯循環(huán)的發(fā)展應用。

太陽能受云層和氣象影響的瞬變特性使得有機朗肯循環(huán)的熱源輸入波動大，階躍頻繁，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當吸熱功率不足時，有機工質(zhì)未達到飽和氣態(tài)，形成兩相態(tài)工質(zhì)，有機工質(zhì)中的液滴會對膨脹機造成液擊破壞，使膨脹設(shè)備受損，降低膨脹效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實用新型提出一種適應太陽能有機朗肯循環(huán)的閃蒸主動控制系統(tǒng)，通過閃蒸式儲液罐和控制裝置進行閃蒸和有機工質(zhì)流量調(diào)節(jié)，以適應太陽輻射的變化，避免膨脹機的液擊損傷，并提高系統(tǒng)的運行效率，優(yōu)化系統(tǒng)性能。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出的一種適應太陽能有機朗肯循環(huán)的閃蒸主動控制系統(tǒng)，包括太陽能槽式集熱器、閃蒸式儲液罐和控制裝置，所述太陽能槽式集熱器與所述閃蒸式儲液罐之間連接有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，所述有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括蒸發(fā)器、膨脹機、發(fā)電機、冷卻塔、冷凝器和變頻式工質(zhì)泵；所述蒸發(fā)器與所述太陽能槽式集熱器連接，所述膨脹機與所述發(fā)電機連接，自所述膨脹機的出口至所述蒸發(fā)器的進口依次連接所述冷凝器、閃蒸式儲液罐和變頻式工質(zhì)泵，所述冷凝器與所述冷卻塔連接；在太陽輻射穩(wěn)定狀況時，有機工質(zhì)經(jīng)過所述有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)提供穩(wěn)定電力；所述控制裝置包括溫壓傳感器、電磁閥和膨脹閥；所述溫壓傳感器和電磁閥連接在所述蒸發(fā)器的出口至所述膨脹機的高壓級入口之間；所述閃蒸式儲液罐的未完全蒸發(fā)的兩相態(tài)工質(zhì)進口連接在所述溫度傳感器與電磁閥之間的連接管路，所述膨脹閥連接在所述管路上，從而使所述蒸發(fā)器通過所述膨脹閥與所述閃蒸式儲液罐的兩相態(tài)工質(zhì)進口相連；所述閃蒸式儲液罐的低壓飽和蒸汽出口連接至所述膨脹機的低壓級入口；所述溫壓傳感器分別與膨脹閥、電磁閥和變頻式工質(zhì)泵聯(lián)接。

進一步講，本實用新型中，所述閃蒸式儲液罐對兩相態(tài)工質(zhì)兩相態(tài)工質(zhì)進行閃蒸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對太陽能瞬變特性的即時反應，通過閃蒸產(chǎn)生低壓飽和蒸汽進入膨脹機低壓級，調(diào)節(jié)有機工質(zhì)流量從而實現(xiàn)變工況運行，主動能力強，適用于不同太陽強度區(qū)，避免繁雜的重復設(shè)計；通過對蒸發(fā)器出口有機工質(zhì)干度檢測與調(diào)節(jié)，避免對膨脹機的液擊損傷；優(yōu)化循環(huán)性能，提高循環(huán)效率；可實現(xiàn)有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)安全快速啟停；本實用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于調(diào)控。

附圖說明

圖1為一種太陽能有機朗肯循環(huán)恒溫主動膨脹保護及自動控制系統(tǒng)示意圖；

圖中：1-槽式太陽能集熱器；2-蒸發(fā)器；3-溫壓傳感器；4-電磁閥；5-膨脹機；6-發(fā)電機；7-冷卻塔；8-冷凝器；9-閃蒸式儲液罐；10-膨脹閥；11-變頻式工質(zhì)泵。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型技術(shù)方案作進一步詳細描述，所描述的具體實施例僅對本實用新型進行解釋說明，并不用以限制本實用新型。

如圖1所示，本實用新型一種適應太陽能有機朗肯循環(huán)的閃蒸主動控制系統(tǒng)，包括太陽能槽式集熱器1、閃蒸式儲液罐9、有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)和控制裝置。

所述有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括蒸發(fā)器2、膨脹機5、發(fā)電機6、冷卻塔7、冷凝器8和變頻式工質(zhì)泵11。在太陽輻射穩(wěn)定狀況時，有機工質(zhì)經(jīng)過所述有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)提供穩(wěn)定電力。所述蒸發(fā)器2與所述太陽能槽式集熱器1連接，所述太陽能槽式集熱器1用于收集太陽能為所述蒸發(fā)器2供熱。所述膨脹機5與所述發(fā)電機6連接，自所述膨脹機5的出口至所述蒸發(fā)器2的進口依次連接所述冷凝器8、閃蒸式儲液罐9和變頻式工質(zhì)泵11，所述冷凝器8與所述冷卻塔7連接。

所述控制裝置包括溫壓傳感器3、電磁閥4和膨脹閥10。所述溫壓傳感器3和電磁閥4連接在所述蒸發(fā)器2的出口至所述膨脹機5的高壓級入口之間；自所述閃蒸式儲液罐9的未完全蒸發(fā)的兩相態(tài)工質(zhì)進口連接至所述溫壓傳感器3與電磁閥4之間的連接管路連接有一旁路，所述膨脹閥10連接在所述旁路上，從而使所述蒸發(fā)器2通過所述膨脹閥10與所述閃蒸式儲液罐9的兩相態(tài)工質(zhì)進口相連；所述閃蒸式儲液罐9的低壓飽和蒸汽出口連接至所述膨脹機5的低壓級入口，所述閃蒸式儲液罐9一方面對兩相態(tài)工質(zhì)進行閃蒸，閃蒸后再用于所述膨脹機5低壓級做功；另一方面可以對剩余的液態(tài)有機工質(zhì)進行儲存，用于有機工質(zhì)的流量調(diào)節(jié)。

所述溫壓傳感器3分別與膨脹閥10、電磁閥4和變頻式工質(zhì)泵11聯(lián)接，從而完成對系統(tǒng)的即時控制。當蒸發(fā)器出口有機工質(zhì)為兩相態(tài)工質(zhì)時，控制裝置已方面可以通過調(diào)節(jié)所述電磁閥4和膨脹閥10的開度，使有機工質(zhì)達到飽和氣態(tài)，再進入所述膨脹機5的高壓級； 另一方面根據(jù)當前工況通過控制所述變頻式工質(zhì)泵11的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)有機工質(zhì)的流量以適應當前工況。

下面從太陽輻射強烈穩(wěn)定時的正常運行、太陽輻射強度降低、太陽輻射極端強烈以及系統(tǒng)開啟關(guān)閉時四個方面來描述本實用新型適應太陽能有機朗肯循環(huán)的閃蒸主動控制裝置的控制過程：

正常運行時，有機工質(zhì)經(jīng)過太陽能槽式集熱器1將吸收到的熱量用于加熱蒸發(fā)器2中的有機工質(zhì)，使有機工質(zhì)完全變?yōu)闅鈶B(tài)，然后，依次經(jīng)過溫壓傳感器3和電磁閥4進入所述膨脹機5高壓級做功，帶動電動機6發(fā)電，所述膨脹機5出口的工質(zhì)進入冷凝器8冷凝為液相有機工質(zhì)，流經(jīng)閃蒸式儲液罐9進入變頻式工質(zhì)泵11，經(jīng)變頻式工質(zhì)泵11升壓后再次進入所述蒸發(fā)器2，從而完成一個熱力循環(huán)。

當太陽輻射階躍降低，使得太陽能槽式集熱器1吸熱量不足以提供有機工質(zhì)完全蒸發(fā)所需熱量時，蒸發(fā)器2出口處干度下降，溫壓傳感器3檢測到變化后，關(guān)閉電磁閥4，打開膨脹閥10，低干度的有機工質(zhì)經(jīng)過膨脹閥10進入閃蒸式儲液罐9進行閃蒸，閃蒸過后的低溫低壓飽和氣態(tài)有機工質(zhì)進入膨脹機5低壓級做功，液態(tài)有機工質(zhì)儲存于儲液罐，用于系統(tǒng)有機工質(zhì)回路的緩沖。與此同時，通過調(diào)節(jié)變頻式工質(zhì)泵11，降低所述變頻式工質(zhì)泵11的轉(zhuǎn)速，從而有機工質(zhì)流量降低以適應當前工況。相同的吸熱量下，小流量的有機工質(zhì)溫度提高，干度升高，達到飽和，蒸發(fā)器2出口的有機工質(zhì)經(jīng)溫壓傳感器3檢測后，重新開啟電磁閥4，關(guān)閉膨脹閥10，系統(tǒng)運行恢復正常。

當太陽輻射極端強烈，使得蒸發(fā)器2出口蒸汽進入過熱區(qū)，所述溫壓傳感器3檢測到變化后，通過增大變頻式工質(zhì)泵11的轉(zhuǎn)速，加大有機工質(zhì)流量，提高運行效率。

系統(tǒng)開啟時，控制電磁閥4的開關(guān)，逐漸增大變頻式工質(zhì)泵11的轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)平穩(wěn)進入正常運行狀態(tài)；系統(tǒng)關(guān)閉時，控制電磁閥4的開關(guān)，逐漸減小變頻式工質(zhì)泵11的轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)平穩(wěn)進入停止狀態(tài)。

盡管上面結(jié)合附圖對本實用新型進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本實用新型的保護之內(nèi)。