[发明专利]多塔式二元工质太阳能高温热发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种多塔式二元工质太阳能高温热发电系统，属于太阳能利用技术领域。

背景技术

太阳能高温热发电技术是太阳能规模利用的一个重要方向，对人类解决化石能源危机、空气污染等问题具有深远的意义。太阳能高温热发电有多种技术方向：根据聚焦方式的不同，可分为碟式、槽式、塔式三种方式；采用的工质有水(水蒸汽)、熔盐、空气、导热油、液态金属、其他有机物等。塔式聚焦方式，由于具有大容量、高参数等优点而受到世界许多国家的关注，以水(水蒸汽)为吸热介质的研究在美国、欧洲等地得以广泛开展。以水(水蒸汽)为载热工质的太阳能热发电系统，虽然具有介质常见、成本低廉、控制简单等诸多优点，但该系统也存在一些难以克服的问题：由于过热蒸汽的换热系数低、换热效果差，因此在有限的吸热面积上很难达到较高的蒸汽参数；如果通过增加吸热器上过热蒸汽的面积来提高过热度，这不但会增加吸热器的制造成本，还会增加吸热器的辐射及对流散热损失，这些因素都会限制系统的能量转换效率；同时蒸汽的热容小、传热性能差的特性也会影响到系统的安全性，塔式聚焦的太阳能热发电系统，聚焦倍数通常能达到500～1000倍，局部热负荷达到1000kW/m²，这么高的热流密度对吸热器上的过热区域是个严重的考验；尤其是在局部有云的气象条件下，当蒸发量受云量的影响快速变化时，更容易导致过热区域的超温、爆管，从而威胁到系统的安全运行。另一方面，由于熔盐具有热容高、液相温度范围宽、流动性好等特点，对其作为载热介质的研究越来越受到各国学者的重视。熔盐在吸热器中吸热升温，然后通过蒸汽发生装置(包括预热器、蒸发器、过热器等)产生需要的蒸汽参数，这种太阳能热发电技术具有较强的蓄热能力，并且产生的蒸汽参数高，这有利于提升太阳能热发电系统的效率。但熔盐系统管路复杂，再加上熔盐的凝固点很高，系统对管道预热、设备保温、运行维护等要求严格，因此降低了系统的安全性，同时也增加了系统的投资和运行成本。这些因素制约了太阳能热发电技术的发展。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种多塔式二元工质太阳能高温热发电系统，该系统充分发挥二元工质的特点和优势，采用与工质特性相适应的不同吸热器，把水的预热蒸发过程与水蒸汽的过热过程进行巧妙分析，并通过直接加热或间接加热的方式予以实现，这种解决方案在提高整个系统能量转换效率的同时，还具有安全性高、投资省、运行维护简单等特点。

本发明的技术解决方案：多塔式二元工质太阳能高温热发电系统，包括：除氧器(1)、给水泵(2)、多个相互并联的汽包(3)、多个相互并联连接的水工质吸热器(4)、饱和蓄热器(5)、蒸汽三通阀(6)、蒸汽过热器(7)、辅助加热器(8)、汽轮机(9)、发电机(10)、凝汽器(11)、凝结水泵(12)、熔盐罐(13)、熔盐泵(14)、熔盐旁通阀(15)和熔盐吸热器(16)；除氧器(1)通过蒸汽加热除去凝结水系统中的溶氧，这有助于防止管路及受热面的氧腐蚀；除氧后的水经过给水泵(2)后分别进入汽包(3)，汽包(3)是水和水蒸汽的储存容器，汽包内的水通过下降管后进入水工质吸热器(4)；在水工质吸热器(4)内吸热，并逐渐经历液相至气相的转换，变成饱和蒸汽；经汽水分离后的饱和蒸汽被引入饱和蓄热器(5)，饱和蓄热器(5)内维持有一定液面高度的饱和水，上部的空间内为对应压力下的饱和蒸汽；蒸汽从饱和蓄热器(5)出来后通过三通阀(6)进入到蒸汽过热器(7)，在蒸汽过热器(7)中被熔盐加热变成过热蒸汽，然后被引入汽轮机(9)做功，汽轮机(9)带动发电机(10)产生电能；从饱和蓄热器(5)出来的蒸汽还设置了备用的一条回路，通过蒸汽三通阀(6)的另一路至辅助加热器(8)，由辅助加热器(8)产生过热蒸汽进入汽轮机(9)，这个回路的设置可以在熔盐系统故障时提供辅助热源，使系统维持正常运行；还可以在汽轮机(9)冷态启动时，加快系统的启动速度；除氧器(1)的热源来自水工质吸热器(4)顶部的汽包(3)；

还包括熔盐回路，熔盐罐(13)中储存的熔盐，经熔盐泵(14)升压后进入到熔盐吸热器(16)，在吸热器(16)内升温，再流经蒸汽过热器(7)把热量传递给管内的蒸汽，冷却后的熔盐从蒸汽过热器(7)流出后回到熔盐罐(13)内，完成熔盐的循环过程。熔盐旁通阀(15)在熔盐吸热器(16)投入前开启，以建立熔盐的流通回路，当熔盐吸热器(16)正常工作后，熔盐旁通阀(15)关闭；