[发明专利]一种可在全参数范围内变负荷运行的熔盐蒸汽发生系统

说明书

技术领域

本发明属于太阳能热发电技术领域，为一种可在全参数范围内变负荷运行的熔盐蒸汽发生系统。

背景技术

太阳能热发电技术从最初的Solar One项目至今已有三十多年的历史，形式也多种多样，有塔式、槽式和碟式，太阳光能直接产生蒸汽推动汽轮机发电，或先用其它储热工质把热能储存起来，然后再利用储热工质与水工质的换热产生蒸汽推动汽轮机发电。按照质量比6:4的硝酸钠和硝酸钾二元混合熔盐是目前使用最为广泛的储热工质，正常工作温度290℃～565℃之间。白天利用太阳光热将290℃的低温熔盐加热到565℃的高温熔盐，部分再与水工质进行换热产生过热蒸汽推动汽轮机发电，另外部分熔盐用储热罐存储起来，白天太阳能辐射（DNI）不好的时候或晚上，将储热罐中的熔盐与水工质进行换热产生过热蒸汽推动汽轮机发电，实现发电功率稳定输出。

如果将熔盐储热发电作为一种辅助形式，如用于电网负荷调节，或者作为采用水工质直接产生蒸汽发电的太阳能光热发电系统的一个补充，则要求熔盐蒸汽发生系统有较强的负荷调节能力，在整个塔式太阳能热发电系统需要输出较大电功率的时候，熔盐蒸汽发生系统可以输出较大负荷；在整个塔式太阳能热发电系统要求输出电功率较小的时候，熔盐蒸汽发生系统又可以较低负荷运行，这就需要熔盐蒸汽发生系统有极强的负荷调节能力。因此，设计一套可在全参数范围内进行负荷调节的熔盐蒸汽发生系统是关键。

塔式太阳能热发电系统能够实现变负荷运行主要依靠对蒸汽发生器的换热能力的调节，在汽轮机运行不同负荷时需要蒸汽发生系统产生不同量、不同参数的过热蒸汽。常见的熔盐储热发电的蒸汽发生系统在很大程度上是借鉴了火力发电系统的锅炉，主要有两种结构形式：一种是在蒸发段利用釜式换热器，熔盐走管程，水工质在壳程汽化，并利用釜式换热器顶部空间进行汽水分离产生饱和蒸汽，然后进入过热器中进行过热，优点在于：在釜式蒸发器顶部有汽室，系统抗干扰能力相对较强，同时蒸发器中水走壳程，可实现排污，防止换热器中水结垢影响换热效果，缺点在于：釜式蒸发器水侧流速缓慢，导致变负荷能力差。另一种结构形式类似于直流式锅炉，采用管壳式换热器，全程水工质走管程，熔盐走壳程，从液态水进入换热器经过几级换热成过热蒸汽出来，该结构的优势是：变负荷能力极强，能够胜任负荷变化大的系统的要求，缺点是：系统由于没有汽包，抗干扰能力差，控制要求高，没有排污设计，易结垢，对水质要求高。因此，设计一个同时具备釜式蒸发器和直流锅炉各自优点，又能克服各自缺点的蒸汽发生系统是设计可在全参数范围内进行变负荷运行的塔式太阳能热发电系统的关键。

发明内容

本发明提供了一种可在全参数范围内变负荷运行的熔盐蒸汽发生系统，其特征在于，包括：

 除氧器、给水泵、预热器、蒸发器、汽包、过热器、热盐罐、热盐泵与冷盐罐；其中，水工质按顺序通过除氧器、给水泵、预热器、蒸发器、汽包与过热器；熔盐工质按顺序通过热盐罐、热盐泵、过热器、蒸发器、预热器与冷盐罐；

 水工质与熔盐工质依次在预热器、蒸发器和过热器中逐步换热产生过热蒸汽，所述过热蒸汽进入喷水减温器进行喷水减温后流入汽轮机并推动汽轮机做功，所述汽轮机带动发电机发电；

其中，所述汽包通过一循环泵将所述汽包中的饱和水与给水泵的给水混合后进入所述预热器；所述蒸发器进出口之间设有一蒸发器旁路调节阀，用于调节流经所述蒸发器的饱和水量；所述过热器进出口之间设有一热盐分配调节阀连接，用于调节流经所述过热器的熔盐量。

较佳地，所述预热器、蒸发器和过热器均采用U型管式管壳换热器，其中，熔盐工质走壳程，水工质走管程，熔盐工质和水工质形成总体逆流换热。

较佳地，做功之后的过热蒸汽依次经凝汽器、凝汽水泵后与所述除氧器连接。

较佳地，其通过减小所述蒸发器旁路调节阀的开度与所述热盐分配调节阀的开度，增加汽轮机的负荷；

通过增大所述蒸发器旁路调节阀的开度与所述热盐分配调节阀的开度实现减小汽轮机的负荷。  

较佳地，当汽轮机需要运行最低负荷时，所述蒸发器旁路调节阀全开，进入蒸发器的饱和水量减少，部分饱和水进入汽包；同时，所述热盐分配调节阀全开，进入过热器的熔盐量减少；

当汽轮机需要运行最高负荷时，所述蒸发器旁路调节阀全关，全部饱和水进入蒸发器进行换热；同时，所述热盐分配调节阀全关，所有热熔盐流入过热器；