本发明专利技术多模式槽式太阳能布雷顿热发电装置充分运用决定下一代发展的布雷顿热发电技术，兼顾使用太阳能和可再生能源，以及选择不同的气体或混合的气体作为传热和动力介质，采用创新的储热技术和热发电互补技术，减少冷却用水或不用水，力争在简化结构、降低成本、延长发电时数、扩大使用范围上有较大的技术突破。该装置属太阳能热发电技术领域。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术多模式槽式太阳能布雷顿热发电装置充分运用决定下一代发展的布雷顿热发电技术，兼顾使用太阳能和可再生能源，以及选择不同的气体或混合的气体作为传热和动力介质，采用创新的储热技术和热发电互补技术，减少冷却用水或不用水，力争在简化结构、降低成本、延长发电时数、扩大使用范围上有较大的技术突破。该装置属太阳能热发电
。【专利说明】多模式槽式太阳能布雷顿热发电装置
本专利技术多模式槽式太阳能布雷顿热发电装置充分运用决定下一代发展的布雷顿热发电技术，兼顾使用太阳能和可再生能源以及不同的超临界、或混合的气体传热介质，采用创新的储热技术和热发电互补技术，减少冷却用水或不用水，力争在简化结构、降低成本、延长发电时数、扩大使用范围上有较大的技术突破。该装置属太阳能热发电
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技术介绍
超临界布雷顿循环热发电技术极有可能被太阳能热发电技术所采用。其原因在于超临界布雷顿循环热发电具有系统热电转换效率高的优势；其次是动力工质如空气、氦气、二氧化碳气等无毒，对环境友好；再次是冷却采用空冷技术；四是系统体积小，消耗金属材料少；五是有利于降低系统建造成本。很明显，该技术不仅在燃气发电、核电领域而且在太阳能热发电领域也将会有很好的应用前景。在太阳能热发电领域采用超临界布雷顿循环热发电技术已经是公开技术，美国专利US7685820 “超临界二氧化碳聚光太阳能发电系统装置”详述了通过熔盐换热并采用超临界二氧化碳气体作为动力工质的装置构造，该专利是在传统熔盐储热换热基础上将郎肯蒸汽热发电装置简单的替换为超临界布雷顿循环动力发电装置，该专利的中国同族专利为200710306179.3。与此几乎相同的美国专利US2012216536A1则直接将传热介质改为二氧化碳气体，同时改双罐储热为单罐储热。但总的看，目前在太阳能领域使用超临界布雷顿循环热发电技术还仅仅处于起步阶段，创新的空间很大。中国专利200910175484.2 “槽式太阳能聚热发电装置”采用包括二氧化碳气体在内的多种气体做传热工质，这一技术方案相比超临界布雷顿循环动力模式有明显缺陷，关键是没有发挥二氧化碳临界点低的优势，为进一步提高热电效率，应该将其改造成超临界布雷顿循环动力发电模式。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对中国专利200910175484.2“槽式太阳能聚热发电装置”进行改进，目的是在保留原有技术的基础上，采用超临界布雷顿循环热发电技术，主要技术措施有四项，首先是在原基础上采用超临界布雷顿热发电技术；二是简化太阳能雾化闪蒸和布雷顿动力循环构造，发挥各自其优势；三是配置有机郎肯热发电装置或溴化锂空调装置，实现热能梯级利用；四是将太阳能与生物质能互补，延长发电时数，实现太阳能和生物质能利用效率最大化。 本专利技术是通过以下技术方案实现的: 1、所述多模式槽式太阳能布雷顿热发电装置包括抛物槽聚光阵列、线聚焦强化集热管，动力工质，熔盐储热传热工质，传输管线，汽化罐，燃烧室，补气窗口或空气进口，布雷顿热发电装置，压气泵，水泵，换热器，补热器，聚光阵列和发电控制装置；储热装置，冷凝换热器，空气冷却装置，储气罐，生物质气发生装置，汽水分离装置，有机郎肯发电装置，溴化锂空调机组，其主要特征在于:抛物槽聚光阵列中的线聚焦强化集热管通过传输管线连接布雷顿热发电装置的涡轮机进气口 ；涡轮机出气口连接换热器进口，换热器出口连接补热器进口，补热器出口连接冷凝换热器进口，冷凝换热器出口直接连接压气泵，或经汽水分离装置连接压气泵；汽水分离装置气体出口连接压气泵进口 ；压气泵输出端连接补热器补热端进口，补热端出口连接抛物槽聚光阵列线聚焦强化集热管进口 ；在抛物槽聚光阵列中配置线聚焦强化集热管、汽化罐；汽化罐冷凝水输入端连接水泵输出端，水泵输入端连接汽水分离装置输出端，汽水分离装置输入端连接冷凝换热器；冷凝水输入汽化罐后经雾化器雾化，与抛物槽聚光阵列经压气泵输出的高温动力工质气体在汽化罐内混合，混合气输入下一级抛物槽聚光阵列；高温混合气体在抛物槽聚光阵列中不断加热升温后在燃烧室与生物质燃气共同进入涡轮机内膨胀做功发电，同时带动压气泵将冷凝的动力工质加压，经补热器升温后再次进入抛物槽聚光阵列，完成布雷顿循环动力发电；燃烧室连接储气罐，储气罐连接生物质气发生装置；生物质气在燃烧室与高温混合气体混合燃烧；经冷凝换热器冷凝排出的乏气组分主要是二氧化碳气和水的混合体，通过汽水分离装置分离出的气体也即动力工质气体重新进入压气泵再循环；分离的冷凝水则经水泵送入换热器升温，之后连接气化罐雾化器喷口再行雾化；储热装置设置在抛物槽聚光阵列传输管线进出口两端，在光照充足时分流动力工质进入储热装置换热储能；光照不足时动力工质流经储热装置以延长发电时间；在无光照或光照不足时启动生物质气互补程序，生物质气在燃烧室与高温混合气体混合燃烧；高温燃气经涡轮机膨胀做功并完成化学重整后排出，排出的高温混合乏气进入储热装置换热储能，从储热装置排出的气体经换热器进入冷凝器冷凝分离；经涡轮机膨胀做功和化学重整的气体组分主要是二氧化碳气和纯水；纯水继续循环使用，二氧化碳气重回循环系统，多余的二氧化碳气收集再利用；储热装置为熔盐储热装置、或陶瓷蜂窝储热装置；为降低成本本专利技术均为单罐设置；冷凝换热器冷凝端进出口分别连接有机郎肯热发电装置或溴化锂空调机组的热交换器进出口，或由溴化锂空调机组完全替代冷凝换热器作为冷凝换热终端，以实现太阳能热能梯级利用；本装置最大特点是不需要为装置补水，也不需要水进行冷凝散热，由此可以克服现有槽式太阳能热发电技术耗水大的弊端。 I)所述布雷顿热发电装置包括涡轮机、换热器、补热器、压气泵、发电机、冷凝换热器、补气窗口或空气进口 ；动力工质； 2)所述冷凝换热器可由空气冷却装置替代，不采用水冷设备； 3)所述动力工质为空气、或二氧化碳气、或氮气、或一氧化氮气、或氦气、或烷烃类气体；烷烃类气体主要指易于获得、来源充足的生物质气化气、沼气、天然气、可燃冰气、液化石油气；或醇类燃料如甲醇、乙醇、二甲醚；或燃油如柴汽油、煤油、重油； 4)所述汽化罐包括承压罐体、雾化器及其喷嘴、连接抛物槽式聚光阵列线聚焦强化集热管的动力工质进出端口；雾化器将液态水雾化以便在汽化罐内迅速生成饱和蒸汽；饱和蒸汽在汽化罐和线聚焦强化集热管内与高温动力工质气体充分混合不断加温成过热蒸汽。 5)所述补气窗口是为确保生物质气充分燃烧而设置的，补气窗口以补空气、或氧气、或助燃剂为主要功能； 6)所述储热装置是指熔盐储热装置、或陶瓷蜂窝储热装置，均采用单罐储热技术；其中熔盐储热装置包括罐体、储热换热器、换热管、熔盐、固体储热介质及容器、传输管道；其中储热换热器置于罐体内，采用耐腐蚀、耐高温合金金属，或特种陶瓷制作；储热换热器的换热管为高温合金金属或特种陶瓷管；换热管为波节管、或管外侧带翅片的强化换热管；固体储热介质及容器是为减少熔盐使用量，提高储热效率设置；固体储热介质选择石英、或玻璃、或陶瓷、或石墨，和熔盐共同组成储热介质；固体储热容器采用特种陶瓷制作，为圆柱箱体，长方箱体，环形箱体，固体储热容器外壁设熔盐液体流通孔洞，孔洞直径以小于固体储热介质为限；固体储热容器与换热管交本文档来自技高网...
【技术保护点】
所述多模式槽式太阳能布雷顿热发电装置包括抛物槽聚光阵列、线聚焦强化集热管，动力工质，熔盐储热传热工质，传输管线，汽化罐，燃烧室，补气窗口或空气进口，布雷顿热发电装置，压气泵，水泵，换热器，补热器，聚光阵列和发电控制装置；储热装置，冷凝换热器，空气冷却装置，储气罐，生物质气发生装置，汽水分离装置，有机郎肯发电装置，溴化锂空调机组，其主要特征在于：抛物槽聚光阵列中的线聚焦强化集热管通过传输管线连接布雷顿热发电装置的涡轮机进气口；涡轮机出气口连接换热器进口，换热器出口连接补热器进口，补热器出口连接冷凝换热器进口，冷凝换热器出口直接连接压气泵，或经汽水分离装置连接压气泵；汽水分离装置气体出口连接压气泵进口；压气泵输出端连接补热器补热端进口，补热端出口连接抛物槽聚光阵列线聚焦强化集热管进口；在抛物槽聚光阵列中配置线聚焦强化集热管、汽化罐；汽化罐冷凝水输入端连接水泵输出端，水泵输入端连接汽水分离装置输出端，汽水分离装置输入端连接冷凝换热器；冷凝水输入汽化罐后经雾化器雾化，与抛物槽聚光阵列经压气泵输出的高温动力工质气体在汽化罐内混合，混合气输入下一级抛物槽聚光阵列；高温混合气体在抛物槽聚光阵列中不断加热升温后在燃烧室与生物质燃气共同进入涡轮机内膨胀做功发电，同时带动压气泵将冷凝的动力工质加压，经补热器升温后再次进入抛物槽聚光阵列，完成布雷顿循环动力发电；燃烧室连接储气罐，储气罐连接生物质气发生装置；生物质气在燃烧室与高温混合气体混合燃烧；经冷凝换热器冷凝排出的乏气组分主要是二氧化碳气和水的混合体，通过汽水分离装置分离出的气体也即动力工质气体重新进入压气泵再循环；分离的冷凝水则经水泵送入换热器升温，之后连接气化罐雾化器喷口再行雾化；储热装置设置在抛物槽聚光阵列传输管线进出口两端，在光照充足时分流动力工质进入储热装置换热储能；光照不足时动力工质流经储热装置以延长发电时间；在无光照或光照不足时启动生物质气互补程序，生物质气在燃烧室与高温混合气体混合燃烧；高温燃气经涡轮机膨胀做功并完成化学重整后排出，排出的高温混合乏气进入储热装置换热储能，从储热装置排出的气体经换热器进入冷凝器冷凝分离；经涡轮机膨胀做功和化学重整的气体组分主要是二氧化碳气和纯水；纯水继续循环使用，二氧化碳气重回循环系统，多余的二氧化碳气收集再利用；储热装置为熔盐储热装置、或陶瓷蜂窝储热装置；为降低成本本专利技术均为单罐设置；冷凝换热器冷凝端进出口分别连接有机郎肯热发电装置或溴化锂空调机组的热交换器进出口，或由溴化锂空调机组完全替代冷凝换热器作为冷凝换热终端；1)所述布雷顿动力发电装置包括涡轮机、换热器、补热器、压气泵、发电机、冷凝换热器、补气窗口或空气进口；动力工质；2)所述冷凝换热器可由空气冷却装置替代，不采用水冷设备；3)所述动力工质为空气、或二氧化碳气、或氮气、或一氧化氮气、或氦气、或烷烃类气体；或生物质气化气、沼气；或天然气、可燃冰气或液化石油气；或醇类燃料如甲醇、乙醇、二甲醚；或燃油如柴汽油、煤油、重油；4)所述汽化罐包括承压罐体、雾化器及其喷嘴连接抛物槽式聚光阵列线聚焦强化集热管的动力工质进出端口；雾化器将液态水雾气以便在汽化罐内迅速生成饱和蒸汽；饱和蒸汽在汽化罐和线聚焦强化集热管内与高温动力工质气体充分混合不断加温成过热蒸汽；5)所述补气窗口是为确保生物质气充分燃烧而设置的，补气窗口以补空气、或氧气、或助燃剂为主要功能；6)所述储热装置是指熔盐储热装置、或陶瓷蜂窝储热装置，均采用单罐储热技术；其中熔盐储热装置包括罐体、储热换热器、换热管、熔盐、固体储热介质及容器、传输管道；其中储热换热器置于罐体内，采用耐腐蚀、耐高温合金金属，或特种陶瓷制作；储热换热器的换热管为高温合金金属或特种陶瓷管；换热管为波节管、或管外侧带翅片的强化换热管；固体储热介质及容器是为减少熔盐使用量，提高储热效率设置；固体储热介质选择石英、或玻璃、或陶瓷、或石墨，和熔盐共同组成储热介质；固体储热容器采用特种陶瓷制作，为圆柱箱体，长方箱体，环形箱体，固体储热容器外壁设熔盐液体流通孔洞，孔洞直径以小于固体储热介质为限；固体储热容器与换热管交错布置；陶瓷蜂窝储热装置包括罐体、陶瓷蜂窝蓄热体，换热管；换热管一端为进口另一端为出口；陶瓷蜂窝蓄热体主要由特种陶瓷、普瓷、堇青石、莫莱石、刚玉莫来石、氧化铝、钛酸铝、锂辉石、磷酸锆钠、锆英石、锆铬刚玉材质制作；陶瓷蜂窝蓄热体与换热管交错排列；陶瓷蜂窝储热装置内可填充熔盐；储热装置连接抛物槽聚光阵列和燃气排出管道的进出口即可共用，也可在储热装置内分别设立进出口和换热管道。储热装置连接抛物槽聚光阵列和燃气排出管道的进出口即可共用，也可在储热装置内分别设立进出口和换热排气管道。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张建城，
申请(专利权)人：张建城，
类型：发明
国别省市：河北;13
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