CN101839224A - 一种太阳能热力发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能热力发电装置，该装置包括集热***、蒸汽发生***、发电***和控制***；集热***包括集热器和高位储油器，高位储油器设有与输油泵连接的出油口；蒸汽发生***由两个独立的蒸汽发生器构成，每个蒸汽发生器内设有盘管，盘管的进油端口与输油泵连接，出油端口与高位储油器连接，蒸汽发生器的蒸汽输出口与发电***的涡轮蒸汽机连接；控制***通过设置于蒸汽发生器内的传感器来使两个蒸汽发生器处于轮换输送蒸汽的工作状态。本发明的发电装置采用两个蒸汽发生器轮换输送蒸汽的工作方式，大大减少供水泵动力的输出，可保证蒸汽输出的连续和压力的恒定，结构合理，制造成本低，热电转换效率高，适合于住宅小区或小型企业的发电。

Description

一种太阳能热力发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种利用太阳能发电的装置，更具体是涉及一种通过导热介质吸收太阳能的热来产生蒸汽，从而驱动涡轮蒸汽机发电的太阳能热力发电装置。
背景技术
随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。太阳能由于无污染、安全、且可持续使用，已被作为一种最理想的新能源逐步得到应用。现有的太阳能发电装置，主要有两种类型，一种是太阳能光伏发电，即是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电装置，该装置造价高，光电转换效率低，导致电价昂贵，因而限制其推广应用；另一种是太阳能热力发电，即是通过集热器代替常规锅炉，用太阳能热力***带动发电机发电。太阳能热力发电相比于太阳能光伏发电具有发电成本低，发电规模大的特点。太阳能热力发电又可分为两种形式，一种是直接用水做传热工质，水吸收太阳能的热后升温变为蒸汽，蒸汽送往汽轮发电机发电；另一种形式是通过导热介质吸收太阳能的热，导热介质通过蒸汽发生器与水发生热交换，水受热变为蒸汽，蒸汽再送往汽轮发电机发电。从已公开的文献中可以看出，现有的太阳能热力发电装置，不管是直接用水做传热工质或以导热介质做传热工质，其结构都是在蒸汽输出的同时进行水分的补充，由于蒸汽的产生必然增加管道和腔体内的压力，因而为管道和腔体提供水源的供水泵，功率必需非常大，这样利用太阳能热力获得的电，需要大部分用来为水循环提供动力，这势必导致光电转换效率非常低；另外，水分的补充会导致蒸汽温度的变化，从而影响涡轮发电机运行的连续性。
发明内容
为克服以上存在的问题，本发明的目的是提供一种结构简单、制造成本低，且热电转换效率高的太阳能热力发电装置。
为实现以上目的，本发明的太阳能热力发电装置，包括集热***、蒸汽发生***、发电***和控制***；其特征在于：所述集热***包括填充有导热油的太阳能集热器和位于太阳能集热器之上的导热油高位储油器，太阳能集热器通过输油管与导热油高位储油器连接，导热油高位储油器设有与输油泵连接的出油口；所述蒸汽发生***由两个相互独立的蒸汽发生器构成，每个蒸汽发生器内设有用于进行热交换的盘管，盘管的进油端口通过控制阀与输油泵连接，出油端口通过输油管与导热油高位储油器连接，每个蒸汽发生器的蒸汽输出口通过控制阀与所述发电***的涡轮蒸汽机连接，每个蒸汽发生器还设有与供水泵连接的进水口；所述控制***通过设置于蒸汽发生器内的传感器来使两个蒸汽发生器处于轮换输送蒸汽的工作状态。
为了充分利用涡轮蒸汽机发电后产生热水所含的余热，本发明的太阳能热力发电装置还设有余热回收***，该***包括循环水预热器和设置于预热器内的盘管，盘管的进水口与发电***的涡轮蒸汽机的蒸汽排出管连接、出水口设于预热器内，预热器通过供水泵与蒸汽发生器的进水口连接，预热器还设有补给水进水口和通向外界的透气孔。
为了消除导热油热膨胀产生的压力对罐壁造成的影响，上述导热油高位储油器顶部设有用于调节储油器体积的膨胀器。
上述太阳能集热器为多个，每个集热器均由多根真空镀膜玻璃管并联构成，每根管底部设有弧形镜面的真空镀膜玻璃管一端封闭，另一端与通向导热油高位储油器的输油管连接。
上述设置于蒸汽发生器内的传感器为压力传感器和液位传感器，控制***通过压力传感器发出的信息对蒸汽输出口的控制阀进行控制、通过液位传感器发出的信息分别对供水泵的开关、进水口的阀门进行控制。
上述导热油高位储油器设有温度传感器，该温度传感器与所述控制***连接，控制***通过温度传感器发出的信息对输油泵的开关、蒸汽发生器内盘管进油端口的控制阀进行控制。
为了使蒸汽发生器内的进水更加顺畅，上述蒸汽发生器还设有空气排气口，该排气口通过排气管与余热回收***的循环水预热器连接，排气管上设有控制阀，控制***通过蒸汽发生器的液位传感器发出的信息对控制阀进行控制。
为了减少热量的散失，更好提高太阳能的热电转换效率，上述集热器中真空镀膜玻璃管与输油管的连接处、输油泵、输油管、供水泵、输水管、导热油高位储油器、蒸汽发生器和循环水预热器的***均设有保温材料层。
为了保证从蒸汽发生器出来的导热油进入导热油高位储油器后能迅速得到加热，上述导热油高位储油器与太阳能集热器输油管连接的进出油口位于储油器的底部、与蒸汽发生器盘管出油端口连接的进液口位于储油器的下部、与输油泵连接的进油口位于储油器的上部。
上述蒸汽发生器的蒸汽输出口和空气排气口位于蒸汽发生器的上部，进水口位于空气排气口之上。
本发明的太阳能热力发电装置，采用导热油作为热传递的介质，在集热***中利用温度高的导热油向外向上扩散，温度低的导热油向下向内渗透，两者形成自然对流，从而减少集热***导热油循环所需的动力；而采用两个独立的蒸汽发生器进行轮换工作，即在一个蒸汽发生器输出高压蒸汽使涡轮蒸汽机发电的时候，另一个蒸汽发生器在较低压力下进行补水和加热，当水蒸汽压力达到一定时才开始输出蒸汽，这样不仅能减少供水泵动力的输出，而且可保证蒸汽输出的连续和压力的恒定；在蒸汽发生器内采用盘管作为热交换器，并采用输油泵向盘管输送导热油，既可以增加导热油在蒸汽发生器内的行程，又可以加速导热油循环的速度，保证盘管外的水或蒸汽得到均匀快速的加热，从而产生足够大的蒸汽压力供涡轮蒸汽机发电。另外，通过设置余热回收***，充分利用发电***排出的蒸汽，大大缩短蒸汽发生器内水与导热油热交换的时间。本发明的太阳能热力发电装置，结构合理，制造成本低，热电转换效率高，特别适合于住宅小区或小型企业的发电。
附图说明
图1是本发明太阳能热力发电装置各个***连接的平面图。
图2是图1除去太阳能集热器部分的结构平面图。
图3是集热器剖面的结构示意图。
图4导热油高位储油器的结构示意图。
图5是蒸汽发生器的结构示意图。
图6是预热器的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的太阳能热力发电装置由集热***1、蒸汽发生***2、发电***3、余热回收***4和控制***(图中没有标出)五个部分构成；
集热***1由多个太阳能集热器并联构成集热器总成和位于太阳能集热器总成之上的导热油高位储油器13构成，(为了节省篇幅，此处只画出两个左右设置的太阳能集热器11、12)，该集热器由多根真空镀膜玻璃管111、121横向并联构成，每根真空镀膜玻璃管底部均设有弧形镜面101，弧形镜面可手动或自动跟踪太阳光，玻璃管一端封闭，另一端与输油管112、122连接，真空镀膜玻璃管和输油管内充满导热油，高位储油器顶部设有膨胀器131，膨胀器用于调节储油器的体积，以减少导热油热膨胀时对储油器壁产生的压力，高位储油器底部两侧设有进出油口132、133，分别与两个太阳能集热器的输油管112、122连接，高位储油器的下部两侧设有进油口134、135，上部设有出油口136，该出油口通过输油管与一输油泵14连接，如图2、3、4所示；
蒸汽发生***2由两个相互独立的蒸汽发生器21、22构成，每个蒸汽发生器内设有用于进行热交换的盘管211、221，盘管从上至下设有五层，每层从里到外环绕三圈，盘管的进油端口通过三通管141与输油泵连接，在进油端口和三通管之间设置有控制阀212、222，盘管出油端口通过输油管213、223与导热油高位储油器的进油口134、135连接，每个蒸汽发生器的上部设有蒸汽出口214、224，空气排气口215、225，位于空气排气口之下设有进水口216、226，如图2、4所示；
发电***3由涡轮蒸汽机31和发电机组构成，涡轮蒸汽机的进汽口311通过三通管312与蒸汽发生器的蒸汽出口214、224连接，在蒸汽出口与三通管之间设有控制阀217、227，如图2所示；
余热回收***4包括循环水预热器41和设置于预热器内的盘管42，盘管的进水口421与涡轮蒸汽机的蒸汽排出口连接，出水口422设于预热器内，并位于盘管的中心，预热器通过供水泵43及输水管431、432分别与蒸汽发生器的进水口216、226连接，在输水管靠近蒸汽发生器进水口的位置设有控制阀218、228，预热器还设有两个进气口411、412，两个进气口通过输气管413、414分别与蒸汽发生器的空气排气口215、225连接，在输气管靠近蒸汽发生器排气口的位置设有控制阀219、229，预热器底部设有补给水进水口415，顶部设有与外界相通的透气孔416，如图2、5所示；
在真空镀膜玻璃管与输油管的连接处、导热油高位储油器、输油泵、输油管、蒸汽发生器、供水泵、输水管、输气管和预热器的***均设有保温材料层5，如图1、2、4、5、6所示；
控制***包括设置于上述各个***中的传感器和中央处理器(图中没有标出)，为了保证导热油在160℃才进入蒸汽发生器进行热交换，高位储油器设有温度传感器，中央处理器通过温度传感器监测到的油温对输油泵14及控制阀212、222进行控制；为了保证输出的蒸汽压力达到3个大气压，足以使蒸汽发电***发电，蒸汽发生器内设有压力传感器，中央处理器通过压力传感器监测到的蒸汽压力对蒸汽输出口的控制阀217、227进行控制，而为了及时补水，蒸汽发生器内还设有液位传感器及液位探针，中央处理器通过液位传感器对供水泵43的开关、进水口的控制阀218、228及排气口的控制阀219、229进行控制；循环水预热器设有液位传感器，中央处理器通过液位传感器对补给水进水口的阀门进行控制；另外，本发明太阳能热力发电装置的电路设计是，两个蒸汽发生器蒸汽输出口的控制阀是一开一闭轮换工作的，即当左侧蒸汽发生器的蒸汽出口控制阀处于打开状态，右侧蒸汽发生器的蒸汽出口控制阀就处于关闭状态，反之也然。
本发明太阳能热力发电装置的工作原理是：当太阳升起的时候，真空镀膜玻璃管受光照射吸收热量使管内的导热油迅速升温，由于热的导热油向外向上运动，未受热的导热油向下向内运动，两者互相渗透，形成自然对流，温度高的导热油不断进入高位储油器，温度低的导热油流向真空镀膜玻璃管，与此同时，两个蒸汽发生器的进水口控制阀和排气口控制阀同时打开，供水泵同时向两个蒸汽发生器加水，当蒸汽发生器中的液位传感器监测到预定的水位值时，进水口控制阀和排气口控制阀同时关闭，供水泵停止工作；当高位储油器内导热油的温度达到160℃时，输油泵开始工作，两个蒸汽发生器盘管进油端口的控制阀同时打开，温度达到160℃的导热油不断流入盘管后对蒸汽发生器内的水进行加热，当蒸汽发生器内的压力传感器监测到蒸汽的压力达到3个大气压时，左侧蒸汽发生器的蒸汽输出口、盘管进油端口的控制阀同时关闭，右侧蒸汽发生器蒸汽输出口的控制阀打开，此时高压蒸汽喷射到涡轮蒸汽机的叶轮，涡轮机转动，发电机组开始发电，经过涡轮蒸汽机叶轮出来的压力较低的蒸汽，排向余热回收***的盘管，对循环水预热器内的水进行预加热；当右侧蒸汽发生器的压力传感器监测到蒸汽的压力小于3个大气压时，蒸汽发生器的蒸汽输出口的控制阀、盘管进油端口的控制阀同时关闭，左侧蒸汽发生器蒸汽输出口的控制阀、盘管进油端口的控制阀同时打开，由左侧蒸汽发生器向涡轮蒸汽机输送蒸汽，与此同时，右侧蒸汽发生器的进水口控制阀和排气口控制阀同时打开，供水泵启动，向右侧蒸汽发生器加入经预热后约100℃的热水，当液位传感器监测到预定的液位值时，进水口控制阀和排气口控制阀同时关闭，盘管进油端口的控制阀打开，高温导热油进入盘管对蒸汽发生器的水加热，当压力传感器监测到蒸汽的压力达到3个大气压时，盘管进油端口的控制阀关闭；这样左右蒸汽发生器一个输送蒸汽，一个进行补水加热，两个轮换工作，反复循环完成整个发电的过程。由于从循环水预热器出来的是温度达100℃左右的热水，而具有3个大气压的蒸汽温度是130℃，因此，从预热器出来的水到变为可以使涡轮蒸汽机发电的蒸汽，温差只有30℃，这样可以大大节约加热的时间，提高发电的效率。

Claims (10)

1.一种太阳能热力发电装置，包括集热***、蒸汽发生***、发电***和控制***；其特征在于：所述集热***包括填充有导热油的太阳能集热器和位于太阳能集热器之上的导热油高位储油器，太阳能集热器通过输油管与导热油高位储油器连接，导热油高位储油器设有与输油泵连接的出油口；所述蒸汽发生***由两个相互独立的蒸汽发生器构成，每个蒸汽发生器内设有用于进行热交换的盘管，盘管的进油端口通过控制阀与输油泵连接、出油端口通过输油管与导热油高位储油器连接，每个蒸汽发生器通过蒸汽输出口所设的控制阀与所述发电***的涡轮蒸汽机连接，每个蒸汽发生器还设有与供水泵连接的进水口；所述控制***通过设置于蒸汽发生器内的传感器来使两个蒸汽发生器处于轮换输送蒸汽的工作状态。
2.根据权利要求1所述的太阳能热力发电装置，其特征在于：所述太阳能热力发电装置还包括有余热回收***，该***包括循环水预热器和设置于预热器内的盘管，盘管的进水口与所述发电***的涡轮蒸汽机的蒸汽排出管连接、出水口设于预热器内，预热器通过供水泵与蒸汽发生器的进水口连接，预热器还设有补给水进水口和通向外界的透气孔。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能热力发电装置，其特征在于：所述导热油高位储油器顶部设有用于调节储油器体积的膨胀器。
4.根据权利要求3所述的太阳能热力发电装置，其特征在于：所述太阳能集热器为多个，每个集热器均由多根真空镀膜玻璃管并联构成，每根真空镀膜玻璃管的底部均设有弧形镜面，玻璃管的一端封闭，另一端与通向导热油高位储油器的输油管连接。
5.根据权利要求4所述的太阳能热力发电装置，其特征在于：所述设置于蒸汽发生器内的传感器为压力传感器和液位传感器，控制***通过压力传感器发出的信息对蒸汽输出口的控制阀进行控制、通过液位传感器发出的信息分别对供水泵的开关、进水口的阀门进行控制。
6.根据权利要求5所述的太阳能热力发电装置，其特征在于：所述导热油高位储油器设有温度传感器，该温度传感器与所述控制***连接，控制***通过温度传感器发出的信息对输油泵的开关、蒸汽发生器内盘管进油端口的控制阀进行控制。
7.根据权利要求5所述的太阳能热力发电装置，其特征在于：所述蒸汽发生器还设有空气排气口，该排气口通过排气管与所述余热回收***的循环水预热器连接；排气管上设有控制阀，所述控制***通过蒸汽发生器的液位传感器发出的信息对控制阀进行控制。
8.根据权利要求5所述的太阳能热力发电装置，其特征在于：所述集热器中真空镀膜玻璃管与输油管的连接处、输油泵、输油管、供水泵、供水管、导热油高位储油器、蒸汽发生器和循环水预热器的***均设有保温材料层。
9.根据权利要求5所述的太阳能热力发电装置，其特征在于：所述导热油高位储油器与太阳能集热器输油管连接的进出油口位于储油器的底部、与蒸汽发生器盘管出油端口连接的进液口位于储油器的下部、与输油泵连接的进油口位于储油器上部。
10.根据权利要求5所述的太阳能热力发电装置，其特征在于：所述蒸汽发生器的蒸汽输出口和空气排气口位于蒸汽发生器的上部，进水口位于空气排气口之下。
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