太陽能直接蒸發(fā)復疊式有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種太陽能直接蒸發(fā)復疊式有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，是一種太陽能低溫熱能高效利用新方法與技術，屬于能源與環(huán)境技術領域。
【背景技術】
[0002]電力生產(chǎn)在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中扮演著越來越重要的角色，可以說電力供應是整個社會發(fā)展的瓶頸。一個世紀以來，電力工業(yè)嚴重依賴于化石燃料都，雖然近年來隨著超臨界朗肯循環(huán)等技術的應用，煤電效率逐步提高(現(xiàn)在世界上最新技術已經(jīng)能達到近50%的熱效率)，但電力工業(yè)依然是二氧化碳及二氧化硫嚴重環(huán)境污染物主要的排放源，同時隨著石化燃料的枯竭，開采的成本和難度會越來越大，因此加大對新能源開發(fā)的力度，減少對化石燃料的依賴，使用更清潔的能源是現(xiàn)在人類的必然選擇。
[0003]太陽的輻射功率達3.8 X 1023 kW，其中，地球截取的太陽能輻射能通量為1.7x1014 kW，比核能，地熱和引力能儲量總和還要大5000多倍。據(jù)估算，太陽在一月之內(nèi)輻射到地球上的能量，可抵地球上包括石化燃料、原子能等在內(nèi)的所有不可再生能源總儲量的10倍之多，太陽能是真正取之不盡、用之不竭的能源。我國屬太陽能資源相當豐富的國家，國土面積的2/3地區(qū)年日照時數(shù)大于2200h，單位面積太陽能輻射總量高于5016MJ/m2。因此，研宄太陽能發(fā)電技術對我國乃至全人類的持續(xù)發(fā)展有重要意義。太陽能發(fā)電可在不對環(huán)境帶來任何污染和公害情況下，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，太陽能發(fā)電被譽為未來最理想的發(fā)電方式。
[0004]同時，有機朗肯循環(huán)由于使用有機工質(zhì)，可以在較低的溫度下產(chǎn)生較高壓力的蒸氣，非常適合太陽能等中低溫熱能的應用，將太陽能與有機朗肯循環(huán)有機結(jié)合起來，建立高效的太陽能有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，有望成為構(gòu)建分布式能源供應系統(tǒng)的重要技術措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是提供一種太陽能直接蒸發(fā)復疊式有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，采用有機工質(zhì)直接在太陽能集熱器里加熱的運行方式，簡化了系統(tǒng)，同時按溫度高低分成高溫級有機工質(zhì)回路和低溫級有機工質(zhì)回路，不僅實現(xiàn)了能量的梯級利用，還提高了熱效率，降低了系統(tǒng)的成本。
[0006]本太陽能直接蒸發(fā)復疊式有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括高溫級有機工質(zhì)回路、低溫級有機工質(zhì)回路、冷卻水回路；高溫級有機工質(zhì)回路通過低溫級有機工質(zhì)回路與冷卻水回路連接；其中高溫級有機工質(zhì)回路包括太陽能蒸發(fā)陣列1、透平I 2、勵磁發(fā)電機I 3、冷凝/蒸發(fā)器4、儲液罐I 5，太陽能蒸發(fā)陣列I出口分別與透平I 2、冷凝/蒸發(fā)器4的熱流體側(cè)進口連接，冷凝/蒸發(fā)器4的熱流體側(cè)出口與儲液罐I 5連接，儲液罐I 5通過工質(zhì)加壓泵
I6與太陽能蒸發(fā)陣列I進口連接，透平I 2與勵磁發(fā)電機I 3連接；低溫級有機工質(zhì)回路包括太陽能過熱陣列7、透平II 8、勵磁發(fā)電機II 9、冷凝器10、儲液罐II 11，冷凝/蒸發(fā)器4的冷流體側(cè)出口與太陽能過熱陣列7進口連接，太陽能過熱陣列7出口分別與透平II 8、冷凝器10的熱流體側(cè)進口連接，冷凝器10的熱流體側(cè)出口與儲液罐II 11連接，儲液罐II 11通過工質(zhì)加壓泵II 12與冷凝/蒸發(fā)器4的冷流體側(cè)進口連接，透平II 8與勵磁發(fā)電機II 9連接；冷卻水回路包括冷卻塔13、冷卻水泵14，冷凝器10的冷流體出口與冷卻塔13的布水管連接，冷卻塔13通過冷卻水泵14與冷凝器10冷流體進口連接。
[0007]該系統(tǒng)采取太陽能集熱器直接加熱有機工質(zhì)氣化的方式來產(chǎn)生蒸氣發(fā)電，相比于傳統(tǒng)的太陽能有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)省去了傳熱流體回路，并且減少了傳熱環(huán)節(jié)，提高了傳熱效率，降低了成本。
[0008]低溫級有機工質(zhì)回路的蒸發(fā)熱量來自于高溫級有機工質(zhì)回路的冷凝熱量，對能量進行了有效地梯級利用；
[0009]在冷凝/蒸發(fā)器4后面加裝太陽能過熱陣列7，防止因高溫級有機工質(zhì)回路的冷凝熱不足而導致從冷凝/蒸發(fā)器4出來的有機工質(zhì)蒸氣帶液，從而對透平造成損壞，同時也一定程度提高發(fā)電效率。
[0010]所述高溫級有機工質(zhì)回路采用R123、R245fa、甲苯、丁烷、異丁烷、戊烷、異戊烷、環(huán)戊烷、庚烷、R113、R11、環(huán)己烷、苯、鄰二甲苯、乙基苯、6甲基2硅氧烷、8甲基3硅氧烷、10甲基4硅氧烷、12甲基5硅氧烷及由這些純工質(zhì)組成的混合工質(zhì)作循環(huán)工質(zhì)，根據(jù)實際需要具體選擇。
[0011]所述低溫級有機工質(zhì)回路采用R143a、R290、氨、C02、R22、R125、R236fa、R236ea、R134a與R227ea及由這些純工質(zhì)組成的混合工質(zhì)作循環(huán)工質(zhì)，根據(jù)實際需要具體選擇。
[0012]所述太陽能蒸發(fā)陣列1、太陽能過熱陣列7均采用拋物面槽式聚光太陽能集熱器。
[0013]所述透平1、透平II可以為膨脹機。
[0014]本發(fā)明依據(jù)高溫級有機工質(zhì)回路選定工質(zhì)種類、低溫級有機工質(zhì)回路選定工質(zhì)種類，按需要的發(fā)電容量安裝太陽能蒸發(fā)陣列、蒸發(fā)器/冷凝器、透平、勵磁發(fā)電機、回熱器、工質(zhì)加壓泵、太陽能過熱陣列、冷凝器、冷卻塔、冷卻水泵及其管路與配件；根據(jù)各管路容積計算循環(huán)工質(zhì)的充注量，將循環(huán)工質(zhì)計量充入循環(huán)管路中。
[0015]本發(fā)明的工作原理是:
[0016]從太陽能蒸發(fā)陣列I出來的被加熱氣化的有機工質(zhì)一路進入透平I 2膨脹后輸出軸功，帶動勵磁發(fā)電機I 3轉(zhuǎn)動，輸出電能；當有機工質(zhì)蒸氣達不到發(fā)電所需壓力時，則從旁通通過。從透平I 2出口出來的乏氣和達不到壓力的蒸氣均進入冷凝/蒸發(fā)器4熱流體側(cè)進口，在冷凝/蒸發(fā)器4中釋放熱量冷凝成液體后從冷凝/蒸發(fā)器4熱流體側(cè)出口出來接著進入儲液罐I 5，從儲液罐I 5出口出來后經(jīng)過工質(zhì)加壓泵I 6加壓后重新進入太陽能蒸發(fā)陣列1，完成一個循環(huán)。有機工質(zhì)在冷凝/蒸發(fā)器4中吸熱變成蒸氣后，從冷凝/蒸發(fā)器4冷流體側(cè)出口出來后進入太陽能過熱陣列7，在里面加熱變成過熱蒸氣后一路進入透平II 8膨脹后輸出軸功，帶動勵磁發(fā)電機II 9轉(zhuǎn)動，輸出電能；當有機工質(zhì)蒸氣達不到發(fā)電所需壓力時，則從旁通通過。從透平II 8出口出來的乏氣和達不到壓力的蒸氣均進入冷凝器10熱流體側(cè)進口，在冷凝器10中釋放熱量冷凝成液體后從冷凝器熱流體側(cè)出口出來接著進入儲液罐II 11，從儲液罐II 11出口出來后經(jīng)過工質(zhì)加壓泵II 12加壓后重新進入冷凝/蒸發(fā)器4冷流體側(cè)進口，完成一個循環(huán)。從冷卻塔13出來的冷卻水經(jīng)冷卻水泵14輸送至冷凝器10對有機工質(zhì)回路里的工質(zhì)進行冷凝，之后返回冷卻塔13的布水管，經(jīng)過冷卻后進入塔底集水盤，完成一個循環(huán)。
[0017]本系統(tǒng)按溫度高低對熱量進行了梯級利用，具有以下有益效果:
[0018](I)實現(xiàn)了能量的梯級利用，提高了熱效率。
[0019](2)采用直接蒸發(fā)的方式來利用太陽能，簡化了系統(tǒng)，降低了成本。
[0020](3)與普通水蒸汽朗肯發(fā)電循環(huán)相比提高了發(fā)電效率。
[0021](4)極大地降低了發(fā)電過程有害物質(zhì)CO50SO5^產(chǎn)生與排放。
[0022](5)能將