塔式太阳能锅炉制造技术

本发明专利技术属于太阳能领域，涉及一种塔式太阳能锅炉，由太阳能镜场及三段式分级分区的集热塔组成，太阳能反射镜场从内到外由三个扇面状的定日镜场组成，三个定日镜场分别将太阳辐射反射到三级吸热器，产生饱和水、干饱和蒸汽以及过热蒸汽。本发明专利技术采用小型定日镜，一方面，提高了光斑能流密度的均匀性和可控性，使效率大大提高。另一方面降低了定日镜跟踪控制系统的精度要求，降低了成本。本发明专利技术根据水和水蒸气在不同吸热过程中的热力特性将吸热器分为三段，同时按照各吸热器的能流分布要求设计镜场，解决单级或双级吸热器内两相流引起的换热不稳定及吸热器表面热应力分布不均的问题；适用于太阳能电站。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能领域，特别涉及一种塔式太阳能锅炉。
技术介绍
常见的燃煤锅炉中，采用朗肯循环，利用水/水蒸气作为工质，经历三个阶段(水加热，汽化，过热)、五种状态(未饱和水，饱和水，湿饱和蒸汽，干饱和蒸汽，过热蒸汽)的热力过程，产生高温高压的过热蒸汽，进入汽轮机做功用于发电。塔式太阳能锅炉，利用太阳能替代燃煤锅炉中煤燃烧所放出的热量来加热工质，是一种具有极高商业前景的技术。当前，塔式太阳能电站大多采用大面积的定日镜反射太阳辐射到吸热器加热传热工质，如熔融盐，导热油等，再通过二次换热加热水产生干饱和蒸汽或者过热蒸汽，用于送入汽轮机中做功发电。这种发电方式，需要解决吸热器受热面能流分布不均匀、不稳定，换 热过程复杂以及定日镜装置控制精度要求高，因而投资成本高的问题。在太阳能电站运行过程中，为保证定日镜能够实时跟踪太阳位置并可将太阳辐射精确反射到吸热器上的指定位置，因此控制系统成本较高。由于现有技术普遍使用的大型定日镜，其长宽都接近10m，虽然对相同的功率所需的定日镜数较少，但每面定日镜反射的太阳辐射在吸热器上产生的光斑面积较大。多面大型定日镜将太阳辐射反射到同一个吸热器中，多个光斑叠加后容易在吸热器局部区域出现能流密度分布严重不均衡的现象，从而影响吸热器的安全运行。采用非水/水蒸气工质的太阳能锅炉，要想产生干饱和蒸汽或者过热蒸汽来发电，需要将工质通入换热器中进行二次换热，但是二次换热损失的存在大大地降低了锅炉效率。采用水/水蒸气工质的太阳能锅炉，大多采用单级或者双级吸热器，用以产生干饱和蒸汽或者过热蒸汽。如果要在单级吸热器中产生过热蒸汽，吸热器中就必须要经历三个阶段(水加热，汽化，过热)、五种状态(未饱和水，饱和水，湿饱和蒸汽，干饱和蒸汽，过热蒸汽)的热力过程，不仅有温度的剧烈变化，还有水和水蒸汽两相流所引起的传热性能的改变，对于单级吸热器的制造加工以及运行都是一个极大地挑战。即便是仅仅产生干饱和蒸汽，也必须经历剧烈地温升和工质相变带来的传热性能改变。而双级吸热器，也仅仅考虑了换热温差对效率的影响，没有根据工质热力过程的性质去解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于解决
技术介绍
中所述的、在以水/水蒸气为工质的太阳能锅炉中，吸热器受热面能流分布不均匀、不稳定，吸热器中热力过程复杂导致的传热性能改变以及定日镜装置控制精度要求高的问题。提供一种塔式太阳能锅炉，如将多个这样的太阳能锅炉并联，可用于组合成大规模大容量塔式太阳能电站。塔式太阳能锅炉的技术方案为塔式太阳能锅炉由集热塔I、太阳能反射镜场和循环水泵2组成，在所述集热塔I的内部，下部为预热吸热段，中部为蒸汽发生吸热段，顶部为蒸汽过热吸热段，所述太阳能反射镜场的设置区域为集热塔I的背阳方向的圆心角为100° 120°扇形区域的地面，太阳能反射镜场由定日镜场I 9、定日镜场II 10和定日镜场III 11组成，在太阳能反射镜场的扇形区域内，从内到外依次为定日镜场I 9、定日镜场II 10和定日镜场IIIll ;在太阳能反射镜场的扇形区域内，定日镜场I 9、定日镜场II 10和定日镜场IIIll的分布区域都是以集热塔I的地基中心为圆心的扇面状区域，定日镜场I 9、定日镜场II 10和定日镜场III 11都由小型定日镜12组成，小型定日镜12设置在定日镜场I 9、定日镜场II 10和定日镜场IIIll的扇面状区域中；所述的塔式太阳能锅炉中，所述预热吸热段的吸热部件为预热吸热器3，蒸汽发生吸热段由吸热部件蒸汽发生吸热器4和汽水分离器5组成，蒸汽过热吸热段的吸热部件为过热吸热器6，预热吸热器3的预热吸热器热水出口和蒸汽发生吸热器4的蒸汽发生吸热器进口连接，蒸汽发生吸热器4的蒸汽发生吸热器出口和汽水分离器5的汽水分离器进口连接，汽水分离器5的汽水分离器溢出水出口和蒸汽发生吸热器进口连接，汽水分离器5的汽水分离器蒸汽出口和过热吸热器6的过热吸热器蒸汽进口连接，过热吸热器6的过热吸热器过热蒸汽出口和汽轮机入口 7连接，循环水泵2的水泵进水口和循环水源出口 8连接，循 环水泵2的水泵出水口和预热吸热器3的预热吸热器冷水进口连接；所述的塔式太阳能锅炉中，定日镜场I 9、定日镜场II 10、定日镜场III11的扇面状区域中心的圆弧曲率半径分别为^、^、^，其中，！·^ 2<r3 ；所述的塔式太阳能锅炉在工作状态下，入射到定日镜场I 9中的小型定日镜12上的入射阳光13经小型定日镜镜面反射的定日镜场I反射光14的靶面为预热吸热器3的受热面，入射到定日镜场II 10中的小型定日镜12上的入射阳光13经小型定日镜镜面反射的定日镜场II反射光15的靶面为蒸汽发生吸热器4的受热面，入射到定日镜场III 11中的小型定日镜12上的阳光光线13经小型定日镜镜面反射的定日镜场III反射光16的靶面为预热吸热器3的受热面；所述预热吸热器3为塔式太阳能电站用腔体式吸收器；所述蒸汽发生吸热器4为塔式太阳能电站用腔体式吸收器；所述过热吸热器6为塔式太阳能电站用腔体式吸收器；所述预热吸热器3中的吸热器工质为水；所述蒸汽发生吸热器4中的吸热器工质为水；所述过热吸热器6中的吸热器工质为蒸汽；所述小型定日镜12的反射面尺寸，长为I. 5 2.0m，宽为I. 5 2. Om ;所述定日镜场I 9中，小型定日镜12按圆弧分排设置；所述定日镜场II 10中，小型定日镜12按圆弧分排设置；所述定日镜场III 11中，小型定日镜12按圆弧分排设置；所述的塔式太阳能锅炉，预热吸热器3与蒸汽发生吸热器4所需热功率之比为1:1. 17，预热吸热器3与过热吸热器6所需热功率之比为1:0. 67。本专利技术的太阳能反射镜场分成定日镜场I 9、定日镜场II 10和定日镜场III11三部分，定日镜场I 9、定日镜场II 10和定日镜场III 11都采用小型定日镜12反射阳光，分别加热安装在集热塔I上的三段式分级分区的吸热器。定日镜场I 9的反射光入射到预热吸热器3的受热面，加热预热吸热器3中的吸热工质，定日镜场II 10的反射光入射到蒸汽发生吸热器4的受热面，加热蒸汽发生吸热器4中的吸热工质，定日镜场III 11的反射光入射到过热吸热器6的受热面，加热过热吸热器6中的吸热工质。预热吸热器3中的吸热工质为水，蒸汽发生吸热器4中的吸热工质为水，过热吸热器6中的吸热工质为蒸汽。系统运行时，由循环水泵2将循环水(未饱和水)输送到预热吸热器3，根据太阳在天空中的位置，位于定日镜场I 9中的小型定日镜12将光线反射到预热吸热器3的受热面，加热预热吸热器3中未饱和水；预热吸热器3中的循环水被加热后，温度升高至临界蒸发温度以下，成为饱和水；接近临界蒸发温度的饱和水被送入到蒸汽发生吸热器4继续吸热，这一部分的能量由位于太阳能反射镜场中部定日镜场II 10的小型定日镜12反射的太阳辐射提供。蒸汽发生吸热器4中的饱和水吸热后，部分汽化产生湿饱和蒸汽；湿饱和蒸汽向上流动，进入汽水分离器5，一部分蒸汽冷凝分离后成为饱和水，经过汽水分离器5的汽水分离器溢出水出口流出汽水分离器5，经侧路回送到蒸发吸热器4继续吸热；经过汽水分离后的干饱和蒸汽被送入过热吸热器6，吸收定日镜场III 11反射的太阳辐射，达到蒸汽进行汽轮机所需的工作温度和压力，成为过热蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种塔式太阳能锅炉，其特征在于，塔式太阳能锅炉由集热塔（1）、太阳能反射镜场和循环水泵（2）组成，在所述集热塔（1）的内部，下部为预热吸热段，中部为蒸汽发生吸热段，顶部为蒸汽过热吸热段，所述太阳能反射镜场的设置区域为集热塔（1）的背阳方向的圆心角为100°～120°扇形区域的地面，太阳能反射镜场由定日镜场Ⅰ（9）、定日镜场Ⅱ（10）和定日镜场Ⅲ（11）组成，在太阳能反射镜场的扇形区域内，从内到外依次为定日镜场Ⅰ（9）、定日镜场Ⅱ（10）和定日镜场Ⅲ（11）；在太阳能反射镜场的扇形区域内，定日镜场Ⅰ（9）、定日镜场Ⅱ（10）和定日镜场Ⅲ（11）的分布区域都是以集热塔（1）的地基中心为圆心的扇面状区域，定日镜场Ⅰ（9）、定日镜场Ⅱ（10）和定日镜场Ⅲ（11）都由小型定日镜（12）组成，小型定日镜（12）设置在定日镜场Ⅰ（9）、定日镜场Ⅱ（10）和定日镜场Ⅲ（11）的扇面状区域中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨勇平，汉京晓，侯宏娟，毛剑，吴俊杰，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：