CN202001231U - 槽式太阳能中低温有机朗肯(orc)热发电装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型由抛物槽聚光阵列、线聚焦强化集热管、导热工质、换热器、雾化器、雾化闪蒸罐、压力泵、压力控制阀、储热器、储热工质、中低温有机朗肯(ORC)动力机组、有机蒸发剂罐、蒸发器、冷凝器、空冷机组、调节阀、传输管线、互补锅炉、聚光阵列集群PLC控制器，液压或涡轮蜗杆驱动器组成，本装置使用雾化水汽、乙二醇、导热油或熔盐做传热工质，通过储热器为中低温有机朗肯(ORC)动力机提供热能，直接驱动中低温有机朗肯(ORC)动力机组实现太阳能聚热发电。该技术属太阳能热利用领域。

Description

槽式太阳能中低温有机朗肯(ORC)热发电装置
技术领域
本实用新型涉及一种采用槽式太阳能驱动中低温有机朗肯(ORC)发电机组实现太阳能热发电(CSP)的装置，该技术属太阳能热利用领域。
背景技术
槽式太阳能热发电(CSP)已经实现商业化运行，相比塔式、碟式和反射菲涅尔聚热发电具有规模大、集中度高、效率高等突出特点，特别是已经实现的熔盐储能功能，使太阳能热发电具有了和化石能源竞争的技术基础。但是，现有的槽式太阳能热发电必须同煤发电一样采用蒸汽朗肯热力循环，需要大量的水进行冷却，这就使槽式太阳能热发电在使用环境和地域上受到了限制。目前，曾在地热发电中发挥重要作用的有机朗肯(ORC)热发电技术逐步同太阳能相结合，其原因在于两者工况条件逐步接近，特别是新型中低温有机工质的开发和使用，致使热电转换效率大幅度提高，已经满足槽式太阳能热发电技术要求。NREL在2006年3月SR-550-39433报告中对2000年-2005年有关槽式太阳能有机朗肯(ORC)电力***优化和经济学研究作了总结，然而发展至今，槽式太阳能有机朗肯热发电技术并没有突破性进展，其关键在于近几年出现的各种槽式太阳能有机朗肯(ORC)热发电装置所采用的技术路线几乎和地热发电完全相同，其储热也只是简单的接入，没有将有机朗肯(ORC)热发电技术适应中低温工况和槽式太阳能热发电具有储能的优势给予有机结合，因此槽式太阳能有机朗肯(ORC)热发电还不能实现大规模装机。目前国际太阳能聚热发电(CSP)领域正在研究采用工质替代技术来提高工质温度，借以提高效率，然而随着温度的提高，相应地对集热管和***零部件也提出了更高的要求，致使成本提高。如果充分发挥槽式太阳能可以储能而有机朗肯(ORC)技术不消耗水的各自优势，在中低温工况条件下实现优势互补，就可以大幅度降低制造和发电成本，提高槽式太阳能热发电适应性，创造同化石能源竞争的有利条件，进而实现能源替代。
发明内容
本实用新型就是为实现槽式太阳能与中低温有机朗肯(ORC)技术的优势互补而建立的槽式太阳能中低温有机朗肯(ORC)热发电装置。
本发明由抛物槽聚光阵列、线聚焦强化集热管、导热工质、换热器、雾化器、雾化闪蒸罐、压力泵、压力控制阀、储热器、储热工质、中低温有机朗肯(ORC)动力机组、有机蒸发剂罐、蒸发器、冷凝器、空冷机组、调节阀、传输管线、互补锅炉、聚光阵列集群PLC控制器，液压或涡轮蜗杆驱动器组成，其特征在于：直接将水雾化后作传热工质；抛物槽聚光阵列前端设置雾化器，雾化器进口连接压力泵，雾化器出口连接线聚焦强化集热管进口， 线聚焦强化集热管出口连接雾化闪蒸罐进口，雾化闪蒸罐出口连接过热段抛物槽聚光阵列以产生过热蒸汽；过热蒸汽直接进入储热器；或者抛物槽聚光阵列产生的饱和蒸汽直接进入储热器。储热器出口端连接冷凝器进口；雾化闪蒸罐另一出口连接压力控制阀，压力控制阀一端连接冷凝器；冷凝器出口连接压力泵，压力泵出口分别连接两个雾化器；将一个或若干个有机朗肯动力机的蒸发器设置在储热器内；或将若干个有机朗肯动力机组的蒸发器分层或分区设置在储热器相应的分层或分区内；或者设立若干个储热器，并联在抛物槽聚光阵列中，有机朗肯动力机组的蒸发器分别设置在若干个储热器内；蒸发器进出口分别连接压力泵出口和有机朗肯动力机进口；互补锅炉并联在压力泵出口和储热器进口之间；储热工质为液态相变或固态显热储热工质，如熔盐、导热油、混凝土、陶瓷或含石墨以及铝金属材料的固体物；导热工质为乙二醇、或导热油、或熔盐、或雾化水汽；将有机朗肯热发电***的蒸发器直接设置在槽式太阳能蒸汽朗肯循环的冷凝器内；或将适应不同温度工况的有机朗肯动力机顺序排列，将下一级低温有机朗肯蒸发器设置在上一级中温有机朗肯冷凝器中，实现梯级热利用。
所述蒸发器为盘管式蒸发器或列管式蒸发器。
所述互补锅炉与抛物槽聚光阵列串联或并联；导热油或熔盐即作传热工质也可作储热工质；抛物槽聚光阵列出口连接储热器进口，储热器出口连接压力泵进口端，压力泵出口端连接抛物槽聚光阵列进口；采用导热油的互补锅炉与聚光阵列并联；采用熔盐的互补锅炉与聚光阵列串联。
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、或螺旋形、或金属管表面有规则凸起成苞的波节金属内管，促使热交换介质变层流传热为湍流传热，同时可以承载不小于10Mpa的内压力；采用乙二醇、导热油或熔盐作传热工质时也可使用金属直管。
所述储热器为盛装液态相变储热工质的容器或带有传热管道的固体储热容器；储热器内设置太阳能热输入端换热器和管状蒸发器；设置物料进口、压力调节阀以及压力传感器；采用导热油或熔盐作传热工质的储热器内可不设置管状换热器，但要设置温度平衡搅拌装置。
所述压力泵为高温熔盐泵、导热油泵或水泵。
所述雾化器是设有雾化喷头的装置。
所述雾化闪蒸罐由汽包、雾化喷头、高温汽流进出口、压力控制阀出口端构成。
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。
所述互补锅炉可使用生物质燃料、矿物质燃料或天然气、沼气、煤制气、煤层气、煤气。
该实用新型主要有以下创新点：
1、直接将软化纯净水雾化后作传热工质，成本较低。
2、线聚焦强化集热管具有强化传热并对工质进行扰动和破坏稳流层实现湍流的作用，大幅度提高光热转换效率，降低发射率。
3、乙二醇、导热油或熔盐既是传热工质也可以是储热介质。
4、有机朗肯动力机组适应中低温工况，发电效率较高，可大幅度降低发电成本。特别适合在温差较大的地区使用。
5、充分利用储热功能，延长发电时数确保连续不间断发电。
6、整个装置构造简单，规模可大可小，特别适合做分布能源。
附图说明
图1是本实用新型雾化水汽热发电示意图
图2是本实用新型导热油分层设置热发电示意图
图3是本实用新型熔盐分区设置热发电示意图
图4是本实用新型并联设置储热器示意图
图5、图6是本实用新型有机朗肯动力发电机组示意图
其中1、抛物槽聚光阵列，2、线聚焦强化集热管，3、雾化器，4、雾化闪蒸罐，5、压力泵，6、压力控制阀，7、储热器，8、储热工质，9、中低温有机朗肯(ORC)动力机组，10、冷凝器，11、调节阀，12、互补锅炉，13、空冷机组，14、有机蒸发剂罐，15、有机朗肯动力机，16、发电机，17、蒸发器，18、换热器
具体实施方式
直接将水雾化后作传热工质；抛物槽聚光阵列前端设置雾化器，雾化器进口连接压力泵，雾化器出口连接线聚焦强化集热管进口，线聚焦强化集热管出口连接雾化闪蒸罐进口，雾化闪蒸罐出口连接下一个抛物槽聚光阵列以产生过热蒸汽；过热蒸汽直接进入储热器；或者抛物槽聚光阵列产生的饱和蒸汽直接进入储热器。雾化闪蒸罐另一出口连接压力控制阀，压力控制阀一端连接冷凝储水器；冷凝储水器连接压力泵，压力泵出口分别连接两个雾化器；将若干个中低温有机朗肯(ORC)动力机组蒸发器设置在储热器对应的接口上；互补锅炉连接压力泵和储热器进口。
采用导热油作传热工质，熔盐作储热介质，压力泵为高温导热油泵，换热器为油盐换热；或直接使用导热油作储热介质，但需加大储热器容量。
采用熔盐作传热工质，可不设置换热器，但必须保证互补锅炉接续及时，确保无光照的情况下为装置提供储备热能，防止熔盐凝固破坏整个装置和设备。
中低温有机朗肯(ORC)动力机组设置数量根据发电规模和需求选择，充分发挥槽式太阳能热发电优势。
将有机朗肯热发电***的蒸发器直接设置在槽式太阳能蒸汽朗肯循环的冷凝器内；或将适应不同温度工况的有机朗肯动力机组顺序排列，将下一级低温有机朗肯蒸发器设置在上一级中温有机朗肯冷凝器中，实现梯级热利用。如图6所示。

Claims (9)

1.槽式太阳能中低温有机朗肯(ORC)热发电装置由抛物槽聚光阵列、线聚焦强化集热管、导热工质、换热器、雾化器、雾化闪蒸罐、压力泵、压力控制阀、储热器、储热工质、中低温有机朗肯(ORC)动力机组、有机蒸发剂罐、蒸发器、冷凝器、空冷机组、调节阀、传输管线、互补锅炉、聚光阵列集群PLC控制器，液压或涡轮蜗杆驱动器组成，其特征在于：
1)直接将水雾化后作传热工质；抛物槽聚光阵列前端设置雾化器，雾化器进口连接压力泵，雾化器出口连接线聚焦强化集热管进口，线聚焦强化集热管出口连接雾化闪蒸罐进口，雾化闪蒸罐出口连接过热段抛物槽聚光阵列以产生过热蒸汽；过热蒸汽直接进入储热器；或者抛物槽聚光阵列产生的饱和蒸汽直接进入储热器；储热器出口端连接冷凝器进口；雾化闪蒸罐设置雾化器，雾化闪蒸罐另一出口连接压力控制阀，压力控制阀一端连接冷凝器；冷凝器出口连接压力泵，压力泵出口分别连接两个雾化器；
2)将一个或若干个有机朗肯动力机的蒸发器设置在储热器内；或将若干个有机朗肯动力机组的蒸发器分层或分区设置在储热器相应的分层或分区内；或者设立若干个储热器，与槽式聚光阵列并联，有机朗肯动力机组的蒸发器分别设置在若干个储热器内；蒸发器进出口分别连接压力泵出口和有机朗肯动力机进口；
3)储热工质为液态相变或固态显热储热工质，如熔盐、导热油、混凝土、陶瓷或含石墨以及铝金属材料的固体物；
4)导热工质为乙二醇、导热油、熔盐、雾化水汽；
5)将有机朗肯热发电***的蒸发器直接设置在蒸汽朗肯循环槽式太阳能热发电***的冷凝器内；或按适应不同温度工况的有机朗肯动力机顺序排列，将下一级低温有机朗肯蒸发器设置在上一级中温有机朗肯冷凝器中，实现梯级热利用。
2.根据权利要求1所述的槽式太阳能中低温有机朗肯(ORC)热发电装置，其特征在于：所述互补锅炉与抛物槽聚光阵列串联或并联；导热油或熔盐即作传热工质也作储热工质；抛物槽聚光阵列出口连接储热器进口，储热器出口连接压力泵进口端，压力泵出口端连接抛物槽聚光阵列进口；采用导热油的互补锅炉与抛物槽聚光阵列并联；采用熔盐的互补锅炉与抛物槽聚光阵列串联。
3.根据权利要求1所述的槽式太阳能中低温有机朗肯(ORC)热发电装置，其特征在于：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、或螺旋形、或金属管表面有规则凸起成苞的波节金属内管，促使热交换介质变层流传热为湍流传热，同时可以承载不小于10Mpa的内压力；采用导热油或熔盐作传热工质时也可使用金属直管。
4.根据权利要求1所述的槽式太阳能中低温有机朗肯(ORC)热发电装置，其特征在于：所述储热器为盛装液态相变储热工质的容器或带有传热管道的固体储热容器；储热器内设置太阳能热输入端换热器和管状蒸发器；设置物料进口、压力调节阀以及压力传感器；采用导热油或熔盐作传热工质的储热器内可不设置管状换热器，但要设置温度平衡搅拌装置。
5.根据权利要求1所述的槽式太阳能中低温有机朗肯(ORC)热发电装置，其特征在于：所述蒸发器为盘管式蒸发器或列管式蒸发器。
6.根据权利要求1所述的槽式太阳能中低温有机朗肯(ORC)热发电装置，其特征在于：所述压力泵为高温熔盐泵、导热油泵或水泵。
7.根据权利要求1所述的槽式太阳能中低温有机朗肯(ORC)热发电装置，其特征在于：所述雾化器是设有雾化喷头的装置。
8.根据权利要求1所述的槽式太阳能中低温有机朗肯(ORC)热发电装置，其特征在于：所述雾化闪蒸罐由汽包、雾化喷头、高温汽流进出口、压力控制阀出口端构成。
9.根据权利要求1所述的槽式太阳能中低温有机朗肯(ORC)热发电装置，其特征在于：所述互补锅炉可使用生物质燃料、矿物质燃料或天然气、沼气、煤制气、煤层气、煤气。
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