[发明专利]一种太阳能腔式吸热器启动与运行的保护系统

说明书

技术领域

本发明属于塔式太阳能热发电技术领域，特别涉及一种太阳能腔式吸热器启动与运行的保护系统，该系统适用于塔式太阳能热发电系统中吸热器的安全启动与运行操作。

背景技术

塔式太阳能热发电是采用大量的定向反射镜(定日镜)将太阳光聚集到一个装在塔顶的中央热交换器(吸热器)上，吸热器将工质加热成为蒸汽，驱动汽轮机组来发电的。根据吸热器的结构不同，分为平面状吸热器和腔式吸热器。平面状吸热器是将吸热器管布置在吸热器的外表面，而腔式吸热器则把吸热管布置在吸热器的内部表面上。由于腔式吸热器能够达到更高的工作温度以及吸热效率，近年来腔式吸热器的研究越来越多。文献【1】Clausing，A.M.，An Analysis of Convective Losses fromCavity Solar Central Receiver[J].Solar Energy 1981，27：295-300.Clausing提出了计算太阳能腔式吸热器的对流热损失的数学模型。文献【2】JamesA，Terry G Thermal Performance of solar Concentrator/Cavity receiversystems[J].Solar Energy，1985，34(2)：135-142.James对各种形状的腔式吸热器的效率和能量分布进行比较研究。随着数值计算的发展，许多学者对腔式吸热器的性能进行了数值模拟。文献【3】Reynolds D.J.，Jance M.J.，Behnia M.，Morrison G.L.，An Experimental and Computational Study ofthe Heat Loss Characteristics of a Trapezoidal Cavity Absorber，Solar Energy.2004，76(1-3)：229-234.Reynolds等人利用商业软件FLUENT对梯形的吸热腔体进行数值模拟，等到了吸热器的对流损失特性，并与自己的实验做了比较。根据文献【4】王志峰，常春，童春晖，国际太阳能热发电技术发展情况.中国科学院工程热物理研究所-皇明太阳能集团联合实验室.2004和文献【5】张耀明，王军，张文进，孙利国，刘晓辉，太阳能热发电系列文章(2)-塔式与槽式太阳能热发电[J].太阳能.2006，2：29-32，目前国际上西班牙、意大利、日本、法国、美国、俄罗斯等少数几个国家已建成了塔式太阳能热发电示范系统。我国太阳能热发电技术的研究起步相对要晚一些，但是发展非常迅速，国家“十一五”期间将太阳能热发电技术列为“863”计划重点项目来进行研究，目前也正在建设一座1MW的塔式太阳能发电电站，吸热器为腔式的水工质吸热器。

塔式太阳能热发电系统中，由于定日镜场将很大一片面积的太阳光聚焦到只有20多平方米左右腔式吸热器的开口处，这比然会使吸热器内部的热流密度相当高。根据文献【6】Baker A.F.，Faas S.E.，Radosevich L.G，Skinrood A.C.，U.S.-Spain Evaluation of the Solar One and CESA-1Receiver and Storage Systems.Sandia National Laboratories，1989，腔式吸热器内部的热流密度可达500kW/m²甚至更高。这给吸热器内部吸热管的运行控制提出一个很高的要求，尤其是过热器，在吸热器的设计过程中，为了保证出口过热器蒸汽能达到预定的目标值，过热器一般会安装在腔式吸热器中热流密度相对比较高的位置。现有技术的太阳能腔式吸热器的连接关系如图1所示：其汽水循环如下：

过冷工质从注液管1进入锅筒2，锅筒2中的工质由强制循环回路下降管8进入强制循环回路，经过高温循环泵7之后流入沸腾管6。工质在沸腾管6中被加热成汽液两相饱和状态，由沸腾管6出口流出并流回锅筒2，在锅筒2中经过分离而形成分层，饱和汽体在上方而液体在下方。液体进入下降管8继续循环，而饱和汽体从锅筒2上方流出并进入到过热器5中，经过加热成为过热蒸汽后由过热器5出口4流出。为使整个汽水循环能够持续进行，从注液管1进入的工质流量应该和从过热器5出口4流出的工质流量进行平衡，以维持锅筒2的液位在一个相对稳定的高度。