直接接触换热塔式太阳能热发电站系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种直接接触换热塔式太阳能热发电站系统，属于太阳能热利用领域。该系统包括定日镜场、吸热器、熔盐蓄热放热子系统、透平、发电机、预热器、冷却器、压缩机。由定日镜场将太阳光反射到吸热器内，气体经压缩后，通过吸热器产生高温高压的气体推动透平做功发电，根据太阳能强度的不同，结合熔盐蓄热放热子系统调整工作方法。本实用新型专利技术利用熔融盐蒸气压低、使用温度范围宽等特点，采用气体与熔融盐直接接触换热方式，替代传统的间壁式换热，可提高换热效率，减小换热温差，同时气体为工作介质，避免了熔融盐大范围在管道内流动腐蚀和冻堵现象；同时能够实现在不同的太阳能强度情况下连续稳定的运行，提供稳定的高品质电能。

Direct contact heat exchange tower type solar thermal power plant system

The utility model discloses a direct contact heat exchange tower type solar thermal power plant system, which belongs to the field of solar thermal utilization. The system comprises a heliostat field, heat absorber, molten salt heat storage and heat release subsystem, turbine, generator, compressor, cooler, heater. The heliostat field reflects sunlight to heat, gas, compressed gas to produce high temperature high pressure absorber through promoting turbine electricity generation, according to the different intensity of solar energy, combined with molten salt heat storage and heat release system adjustment method. The utility model utilizes molten salt vapor pressure is low, the use of a wide range of temperature, gas and molten salt by direct contact heat transfer mode, instead of the traditional recuperative heat exchanger, can improve the heat transfer efficiency, reduce the heat transfer temperature, while the gas as the working medium, avoiding the large range of molten salt in the pipe flow. And the freezing phenomenon; at the same time to realize continuous stability in solar intensity under different situations, to provide high-quality electricity stably.

【技术实现步骤摘要】
直接接触换热塔式太阳能热发电站系统
本技术设计了一种直接接触换热塔式太阳能热发电站系统，属于太阳能热利用领域。
技术介绍
在能源危机和环境问题日益严重的今天，开发利用无污染的可再生能源迫在眉睫。太阳能是一种安全的、清洁的、可再生的绿色能源，太阳能的利用主要有光热转化和光电转换。其中，太阳能光热发电是指，利用大规模定日镜场收集太阳热能，通过换热装置产生蒸汽，结合传统的发电工艺发电。由于太阳能的间歇性，现有的太阳能热发电站系统还配有低成本大规模的蓄热系统，以提供稳定高品质的电能。熔融盐由于使用温度范围宽、热容量大、蒸汽压低、使用寿命和价格均优于导热油等其他蓄热介质，被广泛应用于蓄热系统中。直接接触式换热是指参与换热的两种介质采用直接接触的方式进行换热，可以是同种介质，也可以是不同的，但是要求两种介质必须容易分离。直接接触换热与传统的换热方式相比，具有换热效率高，传热温差小，且不易腐蚀结垢，因而广泛应用于海水淡化、地热发电、中低温热源回收和废水处理等领域。现有的太阳能热发电站中，多采用熔融盐作为集热蓄热介质，结合蒸汽动力循环发电，换热装置采用间壁式换热器，但换热热阻大、换热效率不高，且熔盐大范围在管道内流动会发生腐蚀和冻堵现象。如何解决换热效率不高，避免熔盐使用过程中的安全隐患，是太阳能热发电技术目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本技术利用熔融盐蒸气压低、使用温度范围宽等特点，采用气体与熔融盐直接接触换热方式，替代传统的间壁式换热，可以提高换热效率，减小换热温差，同时气体为工作介质，避免了熔融盐大范围在管道内流动腐蚀和冻堵现象。气体可以为空气、氮气和二氧化碳等，易获得，无腐蚀性。一种直接接触换热塔式太阳能热发电站系统，其特征在于：该系统包括定日镜场、吸热器、熔盐蓄热放热子系统、透平、发电机、预热器、冷却器和压缩机，其中熔盐蓄热放热子系统包括高温直接接触换热器、蓄热高温盐泵、放热高温盐泵、蓄热低温盐泵Ⅰ、放热低温盐泵、高温盐罐、低温盐罐，中温盐罐、蓄热中温盐泵、蓄热低温盐泵Ⅱ和中温直接接触换热器；预热器包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口，高温直接接触换热器包括下部气体入口、下部熔盐开口、上部气体出口和上部熔盐开口，中温直接接触换热器包括下部气体入口、下部熔盐入口、上部气体出口和上部熔盐出口，冷却器包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口；定日镜场布置于吸热器四周的地面上；压缩机出口与预热器冷侧入口相连，预热器冷侧出口分两路，一路与高温直接接触换热器下部气体入口相连，高温直接接触换热器上部气体出口分成两路，一路与透平入口相连，另一路与吸热器入口相连，吸热器出口分两路，一路与透平入口相连，另一路与高温直接接触换热器下部气体入口相连，透平与发电机同轴相连，同时透平出口分两路，一路与中温直接接触换热器下部气体入口相连，另一路与预热器热侧入口相连，中温直接接触换热器上部气体出口与冷却器热侧入口相连，预热器热侧出口与冷却器热侧入口相连，冷却器热侧出口与压缩机进口相连；高温盐罐和中温盐罐分别通过并联的蓄热高温盐泵和放热高温盐泵与高温直接接触换热器上部熔盐开口相连，高温直接接触换热器下部熔盐开口通过并联的蓄热低温盐泵Ⅰ和放热低温盐泵与低温盐罐相连，低温盐罐还通过蓄热低温盐泵Ⅱ与中温直接接触换热器下部熔盐入口相连，中温直接接触换热器上部熔盐出口通过蓄热中温盐泵与中温盐罐相连；高温盐罐与高温熔盐三通阀第一端相连，高温熔盐三通阀第二端通过蓄热高温盐泵，高温熔盐三通阀第三端通过放热高温盐泵，蓄热高温盐泵与放热高温盐泵并联后与高温直接接触换热器上部熔盐开口相连，低温盐罐开口与低温熔盐三通阀第一端相连，低温熔盐三通阀第二端通过蓄热低温盐泵Ⅰ，低温熔盐三通阀第三端通过放热低温盐泵，蓄热低温盐泵Ⅰ（6）与放热低温盐泵并联后与高温直接接触换热器下部熔盐开口相连；上述预热器冷侧出口与吸热器入口之间设有主回路气体调节阀Ⅰ，吸热器出口与透平之间设有主回路气体调节阀Ⅱ，高温直接接触换热器下部气体入口有两路，一路与预热器冷侧出口之间设有蓄热气体入口阀，另一路与吸热器出口之间设有放热气体入口阀，高温直接接触换热器上部气体出口有两路，一路与吸热器入口之间设有放热气体出口阀，另一路与透平入口之间设有蓄热气体出口阀，透平出口与中温直接接触换热器下部气体入口之间设有回热气体调节阀，高温盐罐开口与高温熔盐三通阀之间设有高温熔盐调节阀，高温熔盐三通阀还与中温盐罐之间设有中温熔盐调节阀；所述的直接接触换热塔式太阳能热发电站系统的工作方法，其特征在于，包括以下过程：当太阳能充足时，打开主回路气体调节阀Ⅰ、放热气体入口阀、主回路气体调节阀Ⅱ、放热气体出口阀、高温熔盐调节阀、回热气体调节阀，关闭蓄热气体入口阀、蓄热气体出口阀和中温熔盐调节阀，通过低温熔盐三通阀接通低温盐罐、蓄热低温盐泵Ⅰ和高温直接接触换热器下部熔盐开口通路，通过高温熔盐三通阀和高温熔盐调节阀接通高温直接接触换热器上部熔盐开口、蓄热高温盐泵和高温盐罐通路，压缩机出口的空气经预热器预热后，进入吸热器吸热，出口的高温高压气体分两路，一路通过高温直接接触换热器与低温熔盐直接接触，将热量传给低温熔盐，放热后的气体重新回到吸热器吸热，加热后的高温熔盐通过蓄热高温盐泵进入高温盐罐，另一路进入透平做功发电，放热做功后的气体分两路，一路进入中温直接接触换热器，与低温盐罐通过蓄热低温盐泵Ⅱ泵入的低温熔盐直接接触蓄热，放热后的气体进入冷却器冷却，另一路进预热器热侧入口预热压缩机出口的气体，后进入冷却器冷却，冷却后的气体进入压缩机重新压缩，蓄热后的中温熔盐通过蓄热中温盐泵进入中温盐罐；当太阳能稍弱，但吸热器出口的高温高压气体仍能推动透平做功发电时，打开主回路气体调节阀Ⅰ、主回路气体调节阀Ⅱ和回热气体调节阀，关闭放热气体入口阀、放热气体出口阀、蓄热气体入口阀、蓄热气体出口阀、高温熔盐调节阀和低温熔盐调节阀，关闭高温熔盐三通阀和低温熔盐三通阀，压缩机出口的空气经预热器预热后，进入吸热器吸热，出口的高温高压气体进入透平做功发电，放热做功后的气体分两路，一路进入中温直接接触换热器，与低温盐罐通过蓄热低温盐泵Ⅱ泵入的低温熔盐直接接触蓄热，放热后的气体进入冷却器冷却，另一路进预热器热侧入口预热压缩机出口的气体，后进入冷却器冷却，冷却后的气体进入压缩机重新压缩，蓄热后的中温熔盐通过蓄热中温盐泵进入中温盐罐；当太阳能较差，吸热器出口的高温高压气体不足以推动透平做功发电时，打开主回路气体调节阀Ⅰ、主回路气体调节阀Ⅱ、蓄热气体进口阀、蓄热气体出口阀和中温熔盐调节阀，关闭放热气体入口阀、放热气体出口阀、高温熔盐调节阀和回热气体调节阀，通过高温熔盐三通阀和中温熔盐调节阀接通中温盐罐、放热高温盐泵和高温直接接触换热器上部熔盐开口通路，通过低温熔盐三通阀接通高温直接接触换热器下部熔盐开口、放热低温盐泵和低温盐罐通路，压缩机出口的空气经预热器预热后分两路，一路进入吸热器吸热，另一路通过高温直接接触换热器与中温熔盐直接接触吸热，吸热后的气体进入透平做功发电，放热做功后进预热器热侧入口预热压缩机出口的气体，后进入冷却器冷却，冷却后的气体进入压缩机重新压缩，放热后的低温熔盐通过放热低温盐泵进入低温盐罐；当没有太阳能时，关闭主回路气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接接触换热塔式太阳能热发电站系统，其特征在于：该系统包括定日镜场（1）、吸热器（2）、熔盐蓄热放热子系统、透平（14）、发电机（15）、预热器（16）、冷却器（17）和压缩机（18），其中熔盐蓄热放热子系统包括高温直接接触换热器（3）、蓄热高温盐泵（4）、放热高温盐泵（5）、蓄热低温盐泵Ⅰ（6）、放热低温盐泵（7）、高温盐罐（8）、低温盐罐（9），中温盐罐（10）、蓄热中温盐泵（11）、蓄热低温盐泵Ⅱ（12）和中温直接接触换热器（13）；预热器（16）包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口，高温直接接触换热器（3）包括下部气体入口、下部熔盐开口、上部气体出口和上部熔盐开口，中温直接接触换热器（13）包括下部气体入口、下部熔盐入口、上部气体出口和上部熔盐出口，冷却器（17）包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口；定日镜场（1）布置于吸热器（2）四周的地面上；压缩机（18）出口与预热器（16）冷侧入口相连，预热器（16）冷侧出口分两路，一路与高温直接接触换热器（3）下部气体入口相连，高温直接接触换热器（3）上部气体出口分成两路，一路与透平（14）入口相连，另一路与吸热器（2）入口相连，吸热器（2）出口分两路，一路与透平（14）入口相连，另一路与高温直接接触换热器（3）下部气体入口相连，透平（14）与发电机（15）同轴相连，同时透平（14）出口分两路，一路与中温直接接触换热器（13）下部气体入口相连，另一路与预热器（16）热侧入口相连，中温直接接触换热器（13）上部气体出口与冷却器（17）热侧入口相连，预热器（16）热侧出口与冷却器（17）热侧入口相连，冷却器（17）热侧出口与压缩机（18）进口相连；高温盐罐（8）和低温盐罐（10）分别通过并联的蓄热高温盐泵（4）和放热高温盐泵（5）与高温直接接触换热器（3）上部熔盐开口相连，高温直接接触换热器（3）下部熔盐开口通过并联的蓄热低温盐泵Ⅰ（6）和放热低温盐泵（7）与低温盐罐（9）相连，低温盐罐（9）还通过蓄热低温盐泵Ⅱ（12）与中温直接接触换热器（13）下部熔盐入口相连，中温直接接触换热器（13）上部熔盐出口通过蓄热中温盐泵（11）与中温盐罐（10）相连；高温盐罐（8）与高温熔盐三通阀（201）第一端相连，高温熔盐三通阀（201）第二端通过蓄热高温盐泵（4），高温熔盐三通阀（201）第三端通过放热高温盐泵（5），蓄热高温盐泵（4）与放热高温盐泵（5）并联后与高温直接接触换热器（3）上部熔盐开口相连，低温盐罐（9）开口与低温熔盐三通阀（202）第一端相连，低温熔盐三通阀（202）第二端通过蓄热低温盐泵Ⅰ（6），低温熔盐三通阀（202）第三端通过放热低温盐泵（7），蓄热低温盐泵Ⅰ（6）与放热低温盐泵（7）并联后与高温直接接触换热器（3）下部熔盐开口相连；上述预热器（16）冷侧出口与吸热器（2）入口之间设有主回路气体调节阀Ⅰ（191），吸热器（2）出口与透平（14）之间设有主回路气体调节阀Ⅱ（193），高温直接接触换热器（3）下部气体入口有两路，一路与预热器（16）冷侧出口之间设有蓄热气体入口阀（196），另一路与吸热器（2）出口之间设有放热气体入口阀（192），高温直接接触换热器（3）上部气体出口有两路，一路与吸热器（2）入口之间设有放热气体出口阀（194），另一路与透平（14）入口之间设有蓄热气体出口阀（195），透平（14）出口与中温直接接触换热器（13）下部气体入口之间设有回热气体调节阀（199），高温盐罐（8）开口与高温熔盐三通阀（201）之间设有高温熔盐调节阀（197），高温熔盐三通阀（201）还与中温盐罐（10）之间设有中温熔盐调节阀（198）。...

【技术特征摘要】
1.一种直接接触换热塔式太阳能热发电站系统，其特征在于：该系统包括定日镜场（1）、吸热器（2）、熔盐蓄热放热子系统、透平（14）、发电机（15）、预热器（16）、冷却器（17）和压缩机（18），其中熔盐蓄热放热子系统包括高温直接接触换热器（3）、蓄热高温盐泵（4）、放热高温盐泵（5）、蓄热低温盐泵Ⅰ（6）、放热低温盐泵（7）、高温盐罐（8）、低温盐罐（9），中温盐罐（10）、蓄热中温盐泵（11）、蓄热低温盐泵Ⅱ（12）和中温直接接触换热器（13）；预热器（16）包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口，高温直接接触换热器（3）包括下部气体入口、下部熔盐开口、上部气体出口和上部熔盐开口，中温直接接触换热器（13）包括下部气体入口、下部熔盐入口、上部气体出口和上部熔盐出口，冷却器（17）包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口；定日镜场（1）布置于吸热器（2）四周的地面上；压缩机（18）出口与预热器（16）冷侧入口相连，预热器（16）冷侧出口分两路，一路与高温直接接触换热器（3）下部气体入口相连，高温直接接触换热器（3）上部气体出口分成两路，一路与透平（14）入口相连，另一路与吸热器（2）入口相连，吸热器（2）出口分两路，一路与透平（14）入口相连，另一路与高温直接接触换热器（3）下部气体入口相连，透平（14）与发电机（15）同轴相连，同时透平（14）出口分两路，一路与中温直接接触换热器（13）下部气体入口相连，另一路与预热器（16）热侧入口相连，中温直接接触换热器（13）上部气体出口与冷却器（17）热侧入口相连，预热器（16）热侧出口与冷却器（17）热侧入口相连，冷却器（17）热侧出口与压缩机（18）进口相连；高温盐罐（8）和低温盐罐（10）分别通过并联的蓄热高温盐泵（4）和放热高温盐泵（5）与高温直接接触...

【专利技术属性】
技术研发人员：白爽，蒲文灏，李晗，杨宁，岳晨，何纬峰，韩东，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32