槽式太阳能雾化闪蒸热发电装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术由抛物槽聚光装置、线聚焦强化集热管、雾化水汽工质、雾化器、雾化闪蒸罐、气压泵、射流泵、水泵、压力控制阀、热动力机、换热器、储热罐、冷凝器、传输管线组成，该装置在抛物槽聚光阵列中配置雾化闪蒸罐，通过雾化器有控制的输入雾化水汽，经太阳能聚光加热产生饱和蒸汽和过热蒸汽，直接驱动蒸汽轮机并带动发电机实现太阳能聚热发电的ＤＳＧ装置。该技术属太阳能热利用领域。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种采用雾化水汽传热工质和雾化闪蒸实现槽式太阳能聚热发电(CSP)的装置，该装置借助线聚焦强化集热管对管内气体进行扰动的机理，在强化换热的同时有控制的输入雾化水汽，在聚光阵列中产生饱和蒸汽和过热蒸汽，最终驱动蒸汽轮机并带动发电机完成槽式太阳能聚热发电的装置。该技术属太阳能热利用领域。
技术介绍
随着太阳能等可再生能源利用在全世界蓬勃发展，太阳能聚热发电(CSP)逐步为人们所认识。太阳能聚热发电(CSP)相比光伏太阳能发电(PV)有规模大、集中度高、效率高等突出特点，但是面临的共同问题是如何降低投资成本以及如何提高发电效率进而降低发电成本，尤其是降低投资成本和提高发电效率就成为两种太阳能发电技术竞争的焦点。太阳能聚热发电(CSP)主要有槽式、塔式以及碟式等三种热发电模式，其中槽式太阳能聚热发电已经实现商业化。该技术主要采用导热油为传热工质，经导热油换热后驱动常规蒸汽轮机带动发电机组发电。由于目前的导热油工作温度必须控制在400度左右，超出这一温度将会导致导热油裂解、粘度提高以及传热效率降低等问题，因此限制了槽式太阳能聚热发电的工作温度。同时，导热油使用成本很高，因此迫切需要有新的传热工质取代导热油，以提高工作温度，并降低装置造价和运行成本。目前国际太阳能聚热发电(CSP)领域正在研究的替代方法主要有熔盐工质以及直接用水做传热工质的DSG(direct steam generation)两种技术。前者一般采用硝酸类熔盐，结晶点较高，大多在230至260℃左右，因此直接拿来替换还有诸多困难，当前熔盐主要用于热储能。美国桑迪亚实验室正在研究结晶点在100度以下的熔盐，如果成功将有希望取代导热油。用水直接做传热工质的DSG技术已经试验多年，由于该技术存在瞬时压力难以控制，以及水在集热管内两相流传输和汽化压力在集热管内不均匀等主要问题，因此这一普遍被看好的技术仍停留在试验阶段。但是，只要这一问题被解决，那么DSG技术就是成本最低、效率最高的太阳能热发电技术。
技术实现思路
本技术就是为进一步解决DSG关键技术难题而提出的一种以雾化水汽为传热工质，并利用闪蒸技术实现槽式太阳能聚热发电的装置。本技术由抛物槽聚光装置、线聚焦强化集热管、雾化水汽工质、雾化器、雾化闪蒸罐、气压泵、射流泵、水泵、压力控制阀、热动力机、换热器、储热罐、冷凝器、传输管线等组成，其特征在于：雾化闪蒸罐安装在抛物槽聚光装置阵列中；雾化闪蒸罐内饱和蒸汽进出口分别连接抛物槽聚光装置的线聚焦强化集热管；抛物槽聚光装置通过传输管线连接换热器和热动力机；热动力机连接冷凝器；冷凝器连接水泵、气压泵；水泵、气压泵、换热器连接雾化器或射流泵；雾化器或射流泵连接抛物槽聚光装置进口；换热器连接储热罐；压力控制阀分别连接雾化闪蒸罐的饱和蒸汽压力调节端口和冷凝器。所述线聚焦强化集热管的金属内管是具有强化换热功能的环形波节或螺旋波节-->金属内管。由于线聚焦强化集热管充分利用了金属管体在轴向横截面周期性变化的结构优势，促使进入金属管内的热交换介质产生强烈扰动，变层流换热为涡流换热，因此十分有利于雾化水汽工质的传输。所述雾化水汽工质是将水在一定气体压力下经雾化器或射流泵喷射产生的空气与水分子混合形成的雾化水汽，经抛物槽聚光和线聚焦集热管加热后可形成高温饱和蒸汽或过热蒸汽，温度可从100℃升至600℃。为实现传热工质替代和避免水工质曾出现的气液两相流以及气压不均匀等问题，在抛物槽聚光装置阵列中配置雾化器、雾化闪蒸罐或射流泵。气液两相流如图3所示。所述雾化器是在一定水压或气压条件下将液态水雾化的装置。所述雾化闪蒸罐设置水雾喷头和高温气流进出口。所述射流泵安装在抛物槽聚光装置初始进液口和聚光阵列中，射流泵设有进气口、高温气流喷口、引流端口和加速腔。所述气压泵为气体压力泵或风扇空气压力泵。主要提供初始气体传输压力，保证雾化水汽产生和在线聚焦强化集热管内加速流动。所述水泵是系统冷却水的循环泵。所述压力控制阀是能够自动保持和控制压力的减压阀或控制阀。所述热动力机为蒸汽轮机或螺杆膨胀动力机。所述换热器为盐汽或气汽换热器。所述储热罐是用于熔盐类物质储热的装置，包括冷罐和热罐。该技术主要有以下创新点：1、将传统槽式太阳能聚热发电装置使用的以金属直管为主要特征的高温集热管，替换成具有强化换热功能的线聚焦强化集热管，重要区别在于线聚焦强化集热管的金属内管为环形波节或螺旋波节金属管，该金属内管具有对传热工质进行扰动和破坏稳流层的作用，变层流加热为涡流加热。2、利用上述装置将传统导热油和水工质直接替换成雾化水汽作为传热工质，利用含“汽”气体完成热传导。传统聚热发电装置如图4所示。3、在热动力机组前设置雾化闪蒸罐，将低压饱和蒸汽直接输入蒸汽轮机低压端做功，并将另一部分饱和蒸汽经聚光阵列加热成为过热蒸汽输入蒸汽轮机高压端，此举不仅可以替代常规换热器组，同时可大幅减少换热损失，提高发电效率。4、本装置设置熔盐热储能罐，将峰值多余过热蒸汽用于加热熔盐，保证在无光照的情况下为装置提供储备热能进行发电。5、为保证在瞬时压力升高的情况下稳定输出饱和蒸汽或过热蒸汽，雾化闪蒸罐与冷凝器间增加一个压力控制阀，其关键作用是旁路和调节瞬时压力，克服DSG技术中气体压力难于调节和控制的弊端。附图说明图1是本技术雾化闪蒸热发电示意图图2是本技术过热蒸汽热发电示意图图3是DSG技术中水汽两相流示意图-->图4是传统槽式太阳能聚热发电(CSP)装置和DSG装置示意图其中1、抛物槽聚光装置，2、线聚焦强化集热管，3、雾化器，4、射流泵，5、气压泵，6、压力控制阀，7、雾化闪蒸罐，8、蒸汽轮机，9、冷凝器，10、储热罐，11、换热器，12、螺杆膨胀动力机。13、水泵具体实施方式1、将槽式太阳能聚热发电装置使用的集热管更换为具有强化换热功能的环形波节或螺旋波节金属内管的线聚焦强化集热管(2)，充分发挥线聚焦强化集热管(2)对传热工质的扰动作用，变层流加热为涡流加热。2、是采用雾化汽体替换导热油或水做传热工质。为继承DSG技术优势，克服直接加热水工质存在的缺点，在抛物槽聚热装置工质进口和聚光阵列中有选择的增加汽化罐(3)或射流泵(4)等雾化装置，利用这些装置产生雾化水汽，利用含“汽”气体完成热传导。3、设置雾化闪蒸罐(7)，通过饱和水汽闪蒸产生热发电需要的低压饱和蒸汽，此举不仅可以替代常规换热器，同时可减少换热损失。4、聚光阵列分为饱和蒸汽发生阵列和过热蒸汽发生阵列，雾化闪蒸罐(7)安放在两个阵列中间。传输管线分别将饱和蒸汽和过热蒸汽接入蒸汽轮机(8)带动发电机组发电。5、螺杆膨胀动力机(12)可单独设置，也可设置在蒸汽轮机之后，利用其适应范围宽的特点，充分利用剩余热工发电和冷却。6、采用熔盐储热技术，通过储热罐(10)及换热器(11)完成储热和放热，同时兼顾预热装置进口汽液，以利于第二天聚热装置稳定启动。7、为保证在瞬时压力升高的情况下稳定输出饱和蒸汽或过热蒸汽，雾化闪蒸罐(7)与冷凝器(9)间增加一个压力控制阀(6)，起到旁路和调节瞬时压力的作用，克服DSG技术中气体压力难于调节和控制的弊端。8、为适应高温过热蒸汽发电机组工作，饱和蒸汽发生阵列产生的饱和水汽经雾化闪蒸罐(7)闪蒸，产生的饱和本文档来自技高网...

【技术保护点】
槽式太阳能雾化闪蒸热发电装置由抛物槽聚光装置、线聚焦强化集热管、雾化器、雾化闪蒸罐、气压泵、射流泵、水泵、压力控制阀、热动力机、换热器、储热罐、冷凝器、传输管线组成，其特征在于：１）上述雾化闪蒸罐安装在抛物槽聚光装置阵列中；雾化闪蒸罐内饱和蒸汽进出口连接抛物槽聚光装置的线聚焦强化集热管；抛物槽聚光装置通过传输管线连接换热器和热动力机；热动力机连接冷凝器；冷凝器连接水泵、气压泵；水泵、气压泵、换热器连接雾化器或射流泵；雾化器或射流泵连接抛物槽聚光装置进口；换热器连接储热罐；压力控制阀分别连接雾化闪蒸罐的饱和蒸汽压力调节端口和冷凝器；２）所述线聚焦强化集热管的金属内管是具有强化换热功能的环形波节或螺旋波节金属内管；３）所述气压泵为气体压力泵或风扇空气压力泵；４）所述水泵是系统冷却水的循环泵；５）所述压力控制阀是能够自动保持和控制气体压力的减压阀或控制阀；６）所述热动力机为蒸汽轮机或螺杆膨胀动力机；７）所述换热器为盐汽或气汽换热器；８）所述储热罐是用于熔盐类物质储热的装置，包括冷罐和热罐；９）所述雾化闪蒸罐内设置水雾喷头和饱和蒸汽进出口，以及饱和蒸汽压力调节端口；１０）所述射流泵设有进气口、高温气流喷口、引流端口和加速腔。...

【技术特征摘要】
1.槽式太阳能雾化闪蒸热发电装置由抛物槽聚光装置、线聚焦强化集热管、雾化器、雾化闪蒸罐、气压泵、射流泵、水泵、压力控制阀、热动力机、换热器、储热罐、冷凝器、传输管线组成，其特征在于：1)上述雾化闪蒸罐安装在抛物槽聚光装置阵列中；雾化闪蒸罐内饱和蒸汽进出口连接抛物槽聚光装置的线聚焦强化集热管；抛物槽聚光装置通过传输管线连接换热器和热动力机；热动力机连接冷凝器；冷凝器连接水泵、气压泵；水泵、气压泵、换热器连接雾化器或射流泵；雾化器或射流泵连接抛物槽聚光装置进口；换热器连接储热罐；压力控制阀分别连接雾化闪蒸罐的饱和蒸汽压...

【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：实用新型
国别省市：13[中国|河北]