[发明专利]槽式太阳能雾化闪蒸热发电系统装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用雾化水汽作为传热工质和采用雾化闪蒸方法实现槽式太阳能聚热发电(CSP)的系统装置，该系统借助线聚焦强化集热管、雾化器以及汽化罐等设备，有控制的向系统内输入雾化水汽，在聚光阵列中产生饱和蒸汽和过热蒸汽，最终驱动蒸汽轮机并带动发电机完成槽式太阳能聚热发电的系统装置。该技术属太阳能热利用领域。 

背景技术

太阳能聚热发电(CSP)相比光伏发电(PV)具有规模大、集中度高、效率高等突出特点，但是面临的共同课题是如何降低投资成本以及如何提高发电效率进而降低发电成本，尤其是降低制造成本和提高发电效率就成为两种太阳能发电技术竞争的焦点。太阳能聚热发电(CSP)主要有槽式、塔式、碟式以及反射菲涅尔等四种热发电模式，其中槽式太阳能聚热发电已经实现商业化。该技术主要采用导热油为传热工质，经导热油换热产生蒸汽后驱动常规汽轮发电机发电。由于目前的导热油工作温度不允许高于400度，超出这一温度将会导致裂解、粘度提高以及传热效率降低，因此限制了槽式太阳能聚热发电效率的进一步提高，同时，导热油使用成本高、寿命短，因此迫切需要有新的传热工质取代导热油，以提高工作温度，降低装置造价和运行成本。目前国际太阳能聚热发电(CSP)领域正在研究的工质替代技术有熔盐以及用水直接做传热工质的DSG(direct steam generation)两种技术。前者一般采用硝酸类熔盐，结晶点较高，大多在230至260℃左右，意大利阿基米德公司使用熔盐作为传热流体的太阳能热电厂首次在西西里岛启动，这也是世界上第一个太阳能聚热发电采用熔盐循环并与燃汽发电互补的发电厂。阿基米德采用自己生产的耐高温和耐腐蚀的线聚焦集热管，工质温度在400-550度。同时可以储存多达数小时的太阳热量。美国桑迪亚实验室正在研究结晶点在100度以下的熔盐，如果成功将有希望取代高凝固点熔盐和导热油。采用熔盐为传热工质的主要缺陷是高温腐蚀和高结晶点，以及由此提高的设备制造成本，其次为运行风险很大，一旦出现故障，熔盐将不可避免地凝固在设备内并损坏整个系统，所以该系统必须配备燃气或与煤电进行互补。用水直接做传热工质的DSG技术已经试验多年，主要由西班牙的PSA负责实施，德国航天航空中心也参与了这项实验。实验表明，由于该技术存在瞬时压力难以控制，以及水在集热管内两相流传输和汽化压力在集热管内不均匀等问题，这一普遍被看好的技术至今仍停留在试验阶段。但是，只要这几个问题被解决，那么DSG技术就是成本最低、效率最高的太阳能热发电技术。 

发明内容

本发明就是为进一步解决DSG关键技术难题而提出的一种以雾化水汽为传热工质，并利用闪蒸技术实现槽式太阳能聚热发电的系统装置。 

本发明由抛物槽聚光阵列、线聚焦强化集热管、雾化水汽工质、雾化器、汽化罐、雾化闪蒸罐、汽包、压力泵、射流泵、水泵、压力控制阀、热动力机、发电机、储热罐、换热器、冷凝器、调节阀、传输管线等组成，其特征在于：抛物槽聚光阵列前端设置雾化器，雾化器连接线聚焦强化集热管进口，线聚焦强化集热管出口连接汽包进口，汽包其中一个出口连接热动力机低压端，同时连接下一个抛物槽聚光阵列以产生过热蒸汽；产生过热蒸汽的抛物槽聚光阵列出口连接热动力机高压端，同时连接热动力机乏汽换热和用于储热的换热器进口端；换热器连接储热罐和冷凝器出口端的调节阀；调节阀连接水泵或压力泵；水泵或压力泵连接雾化器入口，雾化器出口连接抛物槽聚光阵列前端线聚焦强化集热管进口，最终形成完整的郎肯循环系统；汽包另一个出口连接压力控制阀至冷凝器一端和雾化器冷凝水进口；射流泵、雾化闪蒸罐分别设置在产生饱和蒸汽和过热蒸汽的抛物槽聚光阵列中；压力泵、冷凝器和水泵等通用设备合理配置在热力循环系统中。 

另一个技术方案是在抛物槽聚光阵列出口端设置雾化闪蒸罐，雾化闪蒸罐分为饱和罐和过热罐，两罐进出口相连，同时两罐另一进口分别连接抛物槽聚光阵列高温气体出口端；过热罐出口连接热动力机；雾化器一端连接与冷凝器相连的水泵或压力泵，另一端安装在抛物槽聚光阵列中的线聚焦强化集热管入口处；汽化罐或射流泵设置在抛物槽聚光阵列中；汽包增设雾化器喷口和凝结水出口。 

所述线聚焦强化集热管的金属内管是具有强化换热功能的环形波节或螺旋波节、苞体波节等金属内管，可促使热交换介质在管内变层流传热为湍流传热，同时可以承载大于10Mpa的内压力。 

所述雾化水汽工质是将水在一定压力下经雾化器或射流泵喷射产生的细小的雾化液滴，经抛物槽聚光和线聚焦集热管加热后可形成高温饱和蒸汽或过热蒸汽，温度可从100℃升至600℃。