一种新型的过热蒸汽存储装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种新型的过热蒸汽存储装置。该装置由填充床蓄热器、蒸汽蓄热器、调压阀组，以及相关的管路和阀门组成。其中，填充床蓄热器的热端管道与太阳能热发电系统的主蒸汽管道相连；填充床蓄热器的冷端管道设两路分管，分别与蒸汽蓄热器的进汽管道和排汽管道相连；蒸汽蓄热器的排汽管道上设有调压阀组。该装置不仅可以将过热蒸汽的过热热和汽化潜热分别储存，实现能量的高质量保存，而且可以实现将热量和蒸汽存储于同一设备之中，从而明显简化系统结构，节约设备投资和运行维护费用。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种蓄热装置，尤其涉及一种过热蒸汽存储装置，特别适用于直接产生蒸汽的太阳能热发电系统。
技术介绍
太阳能热发电是太阳能热利用的重要方向，是实现大功率发电、替代常规能源的最为经济的手段之一。太阳能热发电有三种常用方式:塔式太阳能热发电、槽式太阳能热发电和碟式太阳能热发电，其中槽式太阳能热发电是目前发展最为成熟、商业化水平最高的热发电方式。目前，直接产生蒸汽的太阳能热发电系统代表了一种先进的槽式太阳能热发电系统，相比于传统的双回路的太阳能热发电系统，直接产生蒸汽的太阳能热发电系统具有系统效率高、投资维护费用低等一系列优点。虽然直接产生蒸汽的太阳能热发电系统是一种非常有前途的太阳能热发电方式，但是蓄热依然是制约其发展的关键问题。由于太阳能存在不连续性，且容易受到天气变化的影响，系统输出功率存在不稳定性。因此，太阳能热发电系统需要使用蓄热装置，来保证系统能量持续、稳定的输出。特别是针对直接产生蒸汽的太阳能热发电系统而言，蓄热存储的对象是气态的水蒸气，相比传统液态的导热油或者熔融岩蓄热，需要新型的存储设备来满足系统的要求。在直接产生蒸汽的太阳能热发电的蓄热环节中，现有技术中常用的蓄热方法是使用高温蓄热器蓄积过热蒸汽的过热热，使用低温蓄热换热器蓄积饱和蒸汽的汽化潜热用以加热通入换热器中的冷却水，使饱和蒸汽转化为饱和水进入太阳能吸热装置进行下一次循环，被加热的冷却水则通入高温蓄热器之后进入蒸汽发电回路进行发电。现有技术中的这种蓄热方式，不能大规模地蓄积过热蒸汽，容易受到天气变化的影响，不利于发电系统稳定地输出功率，且存在蓄热设备多、蓄热材料消耗大、投资费用高、维护不方便等问题，因此在技术方案上具有进一步优化的空间。
技术实现思路
为了改进直接产生蒸汽的太阳能热发电系统中过热蒸汽存储技术，本技术提供了一种新型的过热蒸汽存储装置。该装置不仅可以将过热蒸汽的过热热和汽化潜热分别储存，实现热能的高质量保存，而且可以实现将热量和蒸汽存储于同一设备之中，明显简化系统，节约设备投资和运行维护费用，并且可以大大降低系统受天气变化的影响，有利于发电系统稳定地输出功率。为达到上述目的，本技术的技术方案如下:一种新型的过热蒸汽存储装置，包括填充床蓄热器、蒸汽蓄热器，其特征在于:所述填充床蓄热器包括热端管道和冷端管道，其中所述热端管道作为所述装置的进出口，与太阳能热发电系统的主蒸汽管道相连，且所述热端管道上设有主蒸汽阀门；所述冷端管道与所述蒸汽蓄热器的进汽管道和排汽管道同时相连；所述蒸汽蓄热器还包括设置在进汽管道上的进汽止回阀及截止阀、与进汽管道相连的充热蒸汽管及位于其末端的多个蒸汽喷嘴，蒸汽蓄热器的排汽管道上设有排汽截止阀及止回阀及调压阀组；蓄热前，所述蒸汽蓄热器内预先装有水，充水系数为50%-90%，且其内部压力小于蒸汽压力。优选地，所述蒸汽蓄热器还包括汽水分离器、排气阀、进水阀、排水阀、液位计、压力计、温度计及人孔，所述充热蒸汽管包括充热蒸汽总管和若干，所述蒸汽喷嘴设置于各支管的末端，各所述蒸汽喷嘴外套有循环导流筒。优选地，所述装置存储的过热蒸汽的工质为蒸汽水，所述填充床蓄热器存储过热蒸汽的过热热，所述存储过热蒸汽的汽化潜热和冷凝水，所述调压阀组将通过其的蒸汽调低至一恒定的压力。优选地，所述装置包括至少一个填充床蓄热器，每个所述填充床蓄热器连接有至少一个蒸汽蓄热器。优选地，所述的填充床换热器内部的蓄热工质为砾石、混凝土、砖、铝、铸铁、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钠中的一种或者几种，或，所述的填充床换热器为内部装有蓄热液体的瓶子。优选地，所述的填充床蓄热器内部设有用于堆放蓄热工质网状搁板，两端设有导流板，保证过热蒸汽能够沿流动界面均匀流动。优选地，所述的填充床换热器外部设有保温层，保温材料为岩棉或聚氨酯泡沫。优选地，所述的蒸汽蓄热器外部设有保温层，保温材料为岩棉或聚氨酯泡沫。所述的过热蒸汽存储装置中，填充床蓄热器既是换热器，也是蓄热器，具体作用是:在蓄热过程中，填充床蓄热器吸收并存储过热蒸汽的过热热，过热蒸汽通过填充床蓄热器后，为该压力下的饱和蒸汽；在放热过程中，填充床蓄热器释放存储的热量，加热来自蒸汽蓄热器的蒸汽，提高蒸汽的过热度。所述的过热蒸汽存储装置中，蒸汽蓄热器既是换热器，也是蒸汽及其汽化潜热的存储器，具体作用是:在蓄热过程中，蒸汽蓄热器吸收并存储饱和蒸汽的汽化潜热和液化后的饱和水；在放热过程中，蒸汽蓄热器释放饱和蒸汽及其汽化需要的汽化潜热。所述的过热蒸汽存储装置中，蒸汽蓄热器的排汽管道上设有调压阀组。调压阀组的作用是保证其后的蒸汽压力为恒定值，使之与直接产生蒸汽的太阳能热发电系统整体所需压力相匹配。其工作过程为:该过热蒸汽存储装置的工作过程分为存储过程和释放过程两个阶段。在太阳能充足的时候，直接产生蒸汽的太阳能热发电系统的集热器产生过热蒸汽。过热蒸汽在供给发电设备的同时，多余的蒸汽通过主蒸汽管道的支路进入该过热蒸汽存储装置。此时，过热蒸汽存储装置处于存储过程阶段。打开装置的主蒸汽阀门和进汽管道上的止回阀及截止阀，关闭排汽管道上的截止阀及止回阀。过热蒸汽首先通过存储设备的主蒸汽阀门，从填充床蓄热器的热端管道进入蓄热器。在过热蒸汽通过填充床蓄热器的过程中，与填充床蓄热器内部的蓄热工质发生热交换，自身的过热热存储于填充床蓄热器内，自身温度逐渐降低。过热蒸汽从蓄热器冷端口出来后，压力略有下降，温度为该压力下的饱和温度，蒸汽处于饱和蒸汽状态。填充床蓄热器内的蓄热工质因为吸收了过热蒸汽的热量，自身温度上升，且沿蒸汽的流动方向存在温度分层现象。饱和蒸汽从填充床蓄热器冷端管道出来后，通过蒸汽蓄热器的进汽管道进入蒸汽蓄热器。饱和蒸汽从蒸汽喷嘴喷入蒸汽蓄热器内部，与其内部较低压力的饱和水进行掺混。在循环导流筒的作用下，饱和蒸汽在水中进行环流，能够与水进行充分混合，避免了温度分层现象。由于饱和蒸汽的温度高于蒸汽蓄热器内部的饱和水，蒸汽释放出自身的汽化潜热，相变成为该压力下的饱和水。蒸汽蓄热器内部水由于吸收饱和蒸汽的汽化潜热，自身温度、压力不断升高，且始终处于饱和状态。当蒸汽蓄热器内部压力等于进入的饱和蒸汽压力时，其存蓄热力达到极限。关闭装置的主蒸汽阀门和进汽管道的止回阀及截止阀，过热蒸汽存储装置的存储工作阶段结束。当出现光照不足等情况时，直接产生蒸汽的太阳能热发电系统不能产生蒸汽或者产生的蒸汽不足，该过热蒸汽存储装置向发电设备释放过热蒸汽，此时过热蒸汽存储装置处于释放过程阶段。打开装置的主蒸汽阀门和排汽管道上的止回阀及截止阀，关闭进汽管道上的截止阀及止回阀，调节调压阀组到发电设备需要的蒸汽压力。由于蒸汽蓄热器内部压力高于调压阀组后的压力，蒸汽蓄热器会不断地产生饱和蒸汽。在该过程中，由于产生蒸汽的过程需要吸收汽化潜热，蒸汽蓄热器内部的温度和压力不断降低，产生的饱和蒸汽的压力也逐渐降低。饱和蒸汽在通过调压阀组后，压力下降到设定值，并且在释放过程中保持恒定。在调压阀组的节流作用下，蒸汽处于该压力下的过热蒸汽状态。然后，蒸汽通过填充床蓄热器的冷端管道进入填充床蓄热器。在该过程中，蒸汽与填充床蓄热器内部的蓄热工质发生热交换，自身温度不断升高。蓄热工质因为释放了热量，自身温度逐渐下降，且沿蒸汽的流动方向温度分层现象减弱。从填本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型的过热蒸汽存储装置，包括填充床蓄热器（3）、蒸汽蓄热器（9），其特征在于：所述填充床蓄热器（3）包括热端管道（2）和冷端管道（8），其中所述热端管道（2）作为所述装置的进出口，与太阳能热发电系统的主蒸汽管道相连，且所述热端管道（2）上设有主蒸汽阀门（1）；所述冷端管道（8）与所述蒸汽蓄热器（9）的进汽管道（10）和排汽管道（18）同时相连；所述蒸汽蓄热器（9）还包括设置在进汽管道（10）上的进汽止回阀及截止阀（11）、与进汽管道（10）相连的充热蒸汽管（12）及位于其末端的多个蒸汽喷嘴（13），蒸汽蓄热器（9）的排汽管道（18）上设有排汽截止阀及止回阀（17）及调压阀组（26）；蓄热前，所述蒸汽蓄热器（9）内预先装有水，充水系数为50%?90%，且其内部压力小于蒸汽压力。

【技术特征摘要】
1.一种新型的过热蒸汽存储装置，包括填充床蓄热器(3)、蒸汽蓄热器(9)，其特征在于: 所述填充床蓄热器(3 )包括热端管道(2 )和冷端管道(8 )，其中所述热端管道(2 )作为所述装置的进出口，与太阳能热发电系统的主蒸汽管道相连，且所述热端管道(2)上设有主蒸汽阀门(I);所述冷端管道(8)与所述蒸汽蓄热器(9)的进汽管道(10)和排汽管道(18)同时相连； 所述蒸汽蓄热器(9 )还包括设置在进汽管道(10 )上的进汽止回阀及截止阀(11)、与进汽管道(10)相连的充热蒸汽管(12)及位于其末端的多个蒸汽喷嘴(13)，蒸汽蓄热器(9)的排汽管道(18)上设有排汽截止阀及止回阀(17)及调压阀组(26);蓄热前，所述蒸汽蓄热器(9)内预先装有水，充水系数为50%-90%，且其内部压力小于蒸汽压力。2.根据权利要求1所述的新型过热蒸汽存储装置，其特征是:所述蒸汽蓄热器(9)还包括汽水分离器(15)、排气阀(16)、进水阀(19)、排水阀(20)、液位计(21)、压力计(22)、温度计(23)及人孔(24)，所述充热蒸汽管(12)包括充热蒸汽总管和若干支...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨征，陈海生，王亮，王艺斐，谭春青，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：实用新型
国别省市：