[发明专利]用于产生供在工业过程中使用的蒸汽的方法和装置

说明书

本发明涉及应用太阳能产生供在工业过程中使用的蒸汽的方法和装置。本发明特别涉及但不限于产生供在发电和/或脱盐应用中使用的蒸汽。

背景技术

以实用规模(>10MW)进行的发电通常需要温度和压力受控的大量蒸汽以驱动涡轮并产生电力。该工作流体蒸汽通常为过热的蒸汽。需要热量输入以产生必要的蒸汽，然后使所述蒸汽过热达到所需温度以驱动涡轮运转。所述热量输入可来自多种来源，但是本发明涉及将太阳能用作主要热能来源的应用。

在代表性的集中式太阳能发电设备中，采用传热流体回路来收集来自太阳的能量并产生过热蒸汽，所述过热蒸汽随后被馈送至涡轮以用于发电。此类已知系统的例子在WO2009/034577和WO2007/093474中公开。此类已知系统中的传热流体回路占了发电设备资本成本的大部分，因此已探索出了另外可供选择的配置，其中过热的蒸汽在一个或多个太阳能吸收器件中直接产生。EP1890035公开了一种太阳能发电设备，其中抛物线型槽式收集器用于产生饱和的或稍过热的蒸汽，并且三维太阳能收集器用于使在所述抛物线型槽式收集器中产生的蒸汽过热。该类型的发电设备免去了传热流体回路的资本成本和更常规的配置的锅炉。然而，在其中水被沸腾的抛物线型槽式收集器中的两相流动方案可能导致与收集器管弯曲和系统可控性相关的问题。

另一种可能需要大量工作流体蒸汽的工业过程是脱盐，在脱盐过程中从盐水形成适于人类饮用或灌溉的淡水。在脱盐过程中，淡水从盐水进料蒸发以用于后续的冷凝和使用。蒸发淡水的优选方法为真空蒸馏，因为低压蒸发能降低能源成本。然而，通过与传热流体进行热交换而沸腾也是已知的，其中所述传热流体可以是液体或蒸汽。这些方法消耗极大的能量。

US-A-4670705公开了一种采用多种碳氢化合物作为工作流体的郎肯(Rankine)循环发电设备，所述碳氢化合物为高度易燃的。

发明内容

本发明提供了一种优于上述已知系统的改进形式，并涉及通过闪蒸而从含有水的加压工作流体液体直接产生蒸汽。在太阳辐射吸收器件中采用直接加热，在增加的压力下将加压工作流体液体加热到接近其饱和温度的温度。然后将该加压和加热的工作流体液体闪蒸，以产生工作流体蒸汽。这样，就避免了太阳能吸收器件的收集器管中的两相流动的问题，且无需依赖常规的传热流体回路和锅炉。然后，可使产生的工作流体蒸汽过热并将其输送至涡轮以用于发电，或可将其用作用于其他应用（例如，脱盐）的传热流体。在一个实施例中，可将工作流体液体预热并且可使工作流体蒸汽过热，所述过程中的一者或两者可通过在另外的一个或多个太阳辐射吸收器件中使用直接的太阳能加热来进行。

因此，本发明的第一方面提供一种用于产生供在工业过程中使用的蒸汽的方法，其包括：

(a)将含有水的工作流体液体加压至至少50巴（绝对压力）的第一压力；

(b)将工作流体液体加热至大致等于该工作流体液体在第一压力下的饱和温度的温度；并且

(c)将该工作流体液体闪蒸以产生蒸汽；

其中，通过在太阳辐射吸收器件中直接加热而在步骤(b)中加热所述加压的工作流体液体。

出于本说明书的目的，“大致等于”涵盖了功能性误差幅度，该误差幅度包括最多至并包括可发生闪蒸的饱和温度在内的温度范围。该功能性的误差幅度还考虑了加热阶段中不可避免的压力损耗，该压力损耗可能在1%范围内。因此，根据本发明的实施例，“大致等于”涵盖了低于第一压力下的饱和温度最多至5℃的温度。

该含有水的工作流体液体可以是锅炉给水。“锅炉给水”为用于提供给锅炉以产生蒸汽的水，其已被处理过以移除可能导致腐蚀问题或锅炉中的沉淀的杂质，并且可包含诸如碱剂的添加剂以改善性能。

该工作流体可在基线压力下提供给步骤(a)，步骤(a)的加压将工作流体的压力增加至高于基线压力的第一压力。

该工业过程可以是发电过程，其中蒸汽可应用于驱动涡轮。在此类应用中，可使用来自涡轮的辅助蒸汽，在太阳能预热阶段之前进行工作流体液体的额外预热。

在发电的实施例中，该方法的规模可为至少10MW、或至少50MW、或至少100MW、或至少150MW。

闪蒸可在闪蒸罐中进行，该闪蒸罐经由节流阀从太阳辐射吸收器件接收饱和的加压水。

该太阳辐射吸收器件可包括线性菲涅耳(Fresnel)吸收器件或可包括抛物线型槽式器件。该抛物线型槽式器件可具有固定的收集器管，并且可例如包括根据GB1008032.3的抛物线型槽式器件。

该方法还可以包括在步骤(a)的加压之前对工作流体液体进行预热。