CN204532724U - 槽式太阳能中高温一体化热发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型槽式太阳能中高温一体化热发电装置由抛物槽聚光阵列、传热工质、过热蒸发器、压力泵、压力控制阀、一体化换热储热蒸发罐、储热介质、动力工质、动力发电机组、蒸发器、冷凝器、空冷机组、调节阀、传输管线、互补供热***、聚光阵列集群控制和热发电控制***组成，该装置充分利用一体化换热储热蒸发罐连接聚光太阳能热循环和动力发电循环两个循环***，最大限度简化太阳能热发电装置构造，配合新型固体燃料电池或开式布雷顿热发电机并使用生物质能源等可再生能源排出的高温气体发电和补热，最大限度延长发电时数，创立替代化石能源的技术基础。该实用新型属太阳能热发电技术领域。

Description

槽式太阳能中高温一体化热发电装置

技术领域

本实用新型是对201120333523.X专利进行的修改、补充和完善。该技术属太阳能热发电领域。

背景技术

目前，摆在太阳能聚光太阳能发电(CSP)技术领域的关键课题就是通过创新不断降低太阳能热发电设备制造成本，继续提高发电效率，积极创造替代化石能源的经济技术基础。发明人在发明专利201110060078.9；201110086362.3和201110161536.8、201110343277.0申请中提出设立适合聚光太阳能热发电(CSP)的新型的一体化换热储热蒸发装置，以及同风电等可再生能源互补的热发电装置，其目的是为了减少太阳能热发电设备数量、降低热损失，延长发电时数，提高储热和发电效率。但是，面对动力循环工质完全不同的蒸汽朗肯循环、有机朗肯循环和布雷顿循环热发电机组，必须根据动力机组的特殊要求和特点设计不同模式的一体化热发电装置。

发明内容

本实用新型通过一体化换热储热蒸发罐连接聚光太阳能传热和热发电两个热循环***，扩大了传热工质、动力工质、动力发电机组以及互补供热***的多项选择性，同时对传统槽式太阳能热发电循环***进行简化，为建立低成本高效率的槽式太阳能热发电装置(CSP)做了新的尝试。

本实用新型由抛物槽聚光阵列、传热工质、过热蒸发器、压力泵、压力控制阀、一体化换热储热蒸发罐、储热介质、动力工质、动力发电机组、蒸发器、冷凝器、空冷机组、调节阀、传输管线、互补供热***、聚光阵列集群控制和热发电控制***组成，其特征在于：选择配置线聚焦太阳能强化集热管的抛物槽聚光阵列，该聚光阵列出口连接一体化换热储热蒸发罐换热器进口；一体化换热储热蒸发罐换热器出口连接压力泵进口，压力泵出口连接槽式聚光阵列进口，构成闭合的太阳能集热储热循环；一体化换热储热蒸发罐蒸发器出口连接蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环动力机进口；蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环动力机出口连接冷凝器，冷凝器连接压力泵进口，压力泵出口连接一体化换热储热蒸发罐蒸发器进口；或一体化换热储热蒸发罐蒸发器出口连接布雷顿循环动力机进口，布雷顿循环动力机出口连接一体化换热储热蒸发罐蒸发器进口，构成闭合完整的热动力循环；互补供热***与抛物槽聚光阵列或串联、或并联；在日照充足时进行发电和储能，在无日照时利用一体化换热储热蒸发罐储热进行发电；或启动互补供热***通过其他可再生能源补热发电；

或者抛物槽聚光阵列出口连接过热蒸发器传热端进口，过热蒸发器 传热端出口连接一体化换热储热蒸发罐换热器进口；在选择水蒸气作传热工质时一体化换热储热蒸发罐换热器出口连接冷凝器，冷凝器出口连接压力泵进口；在选择其它类型的传热工质时可不设置冷凝器，则一体化换热储热蒸发罐换热管出口连接压力泵进口；压力泵出口连接槽式聚光阵列进口，构成闭合的太阳能集热储热循环；过热蒸发器可以设置在一体化换热储热蒸发罐内、或罐外；过热蒸发器蒸发端进口连接一体化换热储热蒸发罐蒸发器出口，过热蒸发器出口连接蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环动力机进口；蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环动力机出口连接冷凝器，冷凝器连接压力泵进口，压力泵出口连接一体化换热储热蒸发罐蒸发器进口；或过热蒸发器出口连接布雷顿循环动力机进口，布雷顿循环动力机出口连接一体化换热储热蒸发罐蒸发器进口，构成闭合完整的热动力循环；互补供热***与抛物槽聚光阵列或串联、或并联；采用固体燃料电池如固体氧化物燃料电池(SOFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、或开式燃气布雷顿热发电机发电补热，其效率远高于直接燃气或燃油锅炉，因此作为互补供热***首选。

所述一体化换热储热蒸发罐是盛装液态相变储热介质的大型容器；或安装有传热换热蒸发管道的大型固体储热容器，或同时存放液态相变和固体显热储热介质的大型容器；所述一体化换热储热蒸发罐呈圆形罐体，或长方形罐体；所述一体化换热储热蒸发罐设置换热器进出口和蒸发器进出口；

所述互补供热***的传热管道及进出口设置在一体化换热储热蒸发罐的罐体内，换热管道采用金属或陶瓷材料制作；同时设置储热物料进口、压力调节阀、压力和温度传感器，或温度平衡搅拌装置，或互补供热***的传热管道与一体化换热储热蒸发罐换热进出口串联或并联，或引入发明人专利201110343277.0将电力加热锅炉布置在一体化换热储热蒸发罐内，使一体化换热储热蒸发罐成为集太阳能换热、储热、补热、蒸发于一体的多功能储热装置。

所述一体化换热储热蒸发罐内的换热器和蒸发器为盘管式或列管式换热器或蒸发器，列管或盘管换热器、蒸发器采用纵向成列或平行成行的混合交叉组合排列模式安装在罐体内；列管式换热器或蒸发器使用的金属管为耐高温不锈钢波节管、或波纹管、或内螺旋管、或外螺旋管的强化传热管；所述线聚焦太阳能强化集热管的金属内管是具有强化换热功能的环形波节管；或外螺旋、或内螺旋形管；或金属管表面有规则凸起成苞的苞体波节金属内管；或在金属内管进口端内表面处焊接流体扰动片，其功能为促进流体成湍流态，其原理不同于为增大导热面积而加装的金属翅片。

所述互补供热***为燃气或燃油锅炉、或电力加热锅炉，串联或并联在聚光太阳能热循环***中；或为固体燃料电池如固体氧化物燃料电池(SOFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、或开式燃气布雷顿热发电机组，其排出的高温尾气通过设置在一体化换热储热蒸发罐内的换热管道为一体化换热储热蒸发罐加热补热，以保证动力发电机组持续发电。

该实用新型主要有以下创新点：

1、槽式聚光阵列可根据环境采用多元可选择的传热工质为一体化换热储热蒸发罐提供工况热源。

2、线聚焦强化集热管具有强化传热作用，适用各种传热工质，可大幅度提高聚光阵列光热转换效率。

3、充分利用一体化换热储热蒸发罐实现换热、储热、蒸发、补热一体化运行。

4、熔盐工质在储热蒸发罐的内部循环，有效防止凝固危险，或采用固体储热介质以提高储热工况温度，彻底消除熔盐凝固和气化隐患。

5、充分利用优化的一体化换热储热蒸发罐和互补供热***延长发电时数，确保连续不间断发电。优选固体燃料电池和燃气布雷顿发电机组，同时优选生物质燃气，在满足高效发电的同时充分利用两种发电设备排出的高温余热，进一步提高对燃气资源的利用效率。

6、有效简化设备数量，大幅度降低太阳能热发电装置制造成本。

7、列管或盘管换热器或蒸发器使用的金属管为波节管又称波纹管、或内螺旋金属管、或外螺旋金属管，或外翅片金属管等强化传热管，可有效提高热转化效率。

8、内设互补供热***可保证在无日照情况下热发电机组稳定运行，同时为使用其他可再生能源创造有利条件；本发明首次选择固体燃料电池如固体氧化物燃料电池(SOFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，或开式燃气布雷顿热发电机组作为互补供热手段是为了提高燃气利用效率和发电效率，同时更有效满足太阳能热发电装置储热需要。

9、本发明同样适用于塔式、菲涅尔式、碟式太阳能热发电装置。

附图说明

图1是本实用新型槽式朗肯循环或有机朗肯循环热发电示意图

图2是本实用新型槽式布雷顿循环热发电示意图

其中1、抛物槽聚光阵列，2、线聚焦强化集热管，3、过热蒸发器，4、一体化换热储热蒸发罐，5、压力泵，6、调节阀，7、动力发电机，8、冷凝器，9、换热器，10、蒸发器，11、温度平衡搅拌器，12、工质罐，13、互补供热***，14、闭式超临界布雷顿发电机组，15、补热器

具体实施方式

方案1

选择配置线聚焦太阳能强化集热管的抛物槽聚光阵列1，该聚光阵列1出口连接一体化换热储热蒸发罐4换热器进口；一体化换热储热蒸发罐4换热管出口连接压力泵5进口，压力泵5出口连接抛物槽聚光阵列1进口，构成闭合的太阳能集热储热循环；一体化换热储热蒸发罐4蒸发器出口连接蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环动力机7进口；蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环动力机7出口连接冷凝器8或空冷机组进口，冷凝器8或空冷机组出口连接 压力泵5进口，压力泵5出口连接一体化换热储热蒸发罐4蒸发器进口，构成闭合完整的热动力循环；互补供热***13与抛物槽聚光阵列1或串联、或并联。在日照充足时同时进行发电和储能，在无日照时利用一体化换热储热蒸发罐4储热进行发电；或启动互补供热***13通过其他可再生能源补热发电。

方案2

选择配置线聚焦太阳能强化集热管的抛物槽聚光阵列1，该聚光阵列1出口连接过热蒸发器3传热端进口，过热蒸发器3传热端出口连接一体化换热储热蒸发罐4换热器进口；一体化换热储热蒸发罐4换热器出口连接压力泵5进口，压力泵5出口连接抛物槽聚光阵列1进口，构成闭合的太阳能集热储热循环；过热蒸发器3设置在一体化换热储热蒸发罐4内、或罐外；过热蒸发器3蒸发端进口连接一体化换热储热蒸发罐4蒸发器出口，过热蒸发器3出口连接蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环动力机7进口；蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环动力机7出口连接冷凝器8或空冷机组进口，冷凝器8或空冷机组出口连接压力泵5进口，压力泵5出口连接一体化换热储热蒸发罐4蒸发器进口；或过热蒸发器3出口连接布雷顿循环动力机14进口，布雷顿循环动力机14出口连接一体化换热储热蒸发罐4蒸发器进口；构成闭合完整的热动力循环；互补供热***13与抛物槽聚光阵列1或串联、或并联。在日照充足时同时进行发电和储能，在无日照时利用一体化换热储热蒸发罐4储热进行发电；或启动互补供热***13通过其他可再生能源补热发电。

Claims (2)

1.槽式太阳能中高温一体化热发电装置由抛物槽聚光阵列、传热工质、过热蒸发器、压力泵、控制阀、一体化换热储热蒸发罐、储热介质、动力工质、动力发电机组、蒸发器、冷凝器、空冷机组、调节阀、传输管线、互补供热***、聚光阵列集群控制和热发电控制***组成，其特征在于：选择配置线聚焦太阳能强化集热管的抛物槽聚光阵列，该聚光阵列出口连接一体化换热储热蒸发罐换热器进口；一体化换热储热蒸发罐换热器出口连接压力泵进口，压力泵出口连接槽式聚光阵列进口，构成闭合的太阳能集热储热循环；一体化换热储热蒸发罐蒸发器出口连接蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环动力机进口；蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环动力机出口连接冷凝器，冷凝器连接压力泵进口，压力泵出口连接一体化换热储热蒸发罐蒸发器进口；或一体化换热储热蒸发罐蒸发器出口连接布雷顿循环动力机进口，布雷顿循环动力机出口连接一体化换热储热蒸发罐蒸发器进口，构成闭合完整的热动力循环；互补供热***与抛物槽聚光阵列或串联、或并联；在日照充足时进行发电和储能，在无日照时利用一体化换热储热蒸发罐储热进行发电；或启动互补供热***通过其他可再生能源补热发电；或者抛物槽聚光阵列出口连接过热蒸发器传热端进口，过热蒸发器传热端出口连接一体化换热储热蒸发罐换热器进口；在选择水蒸气作传热工质时一体化换热储热蒸发罐换热器出口连接冷凝器，冷凝器出口连接压力泵进口；在选择其它类型的传热工质时可不设置冷凝器，则一体化换热储热蒸发罐换热管出口连接压力泵进口；压力泵出口连接槽式聚光阵列进口，构成闭合的太阳能集热储热循环；过热蒸发器设置在一体化换热储热蒸发罐内、或罐外；过热蒸发器蒸发端进口连接一体化换热储热蒸发罐蒸发器出口，过热蒸发器出口连接蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环动力机进口；蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环动力机出口连接冷凝器，冷凝器连接压力泵进口，压力泵出口连接一体化换热储热蒸发罐蒸发器进口；或过热蒸发器出口连接布雷顿循环动力机进口，布雷顿循环动力机出口连接一体化换热储热蒸发罐蒸发器进口，构成闭合完整的热动力循环；互补供热***与抛物槽聚光阵列或串联、或并联，在日照充足时同时进行发电和储能，在无日照时利用一体化换热储热蒸发罐储热进行发电；或启动固体燃料电池如固体氧化物燃料电池(SOFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、或开式燃气布雷顿热发电机组发电和补热；

1)所述一体化换热储热蒸发罐是盛装液态相变储热介质的大型容器，或安装有传热换热蒸发管道的大型固体储热容器，或同时存放液态相变和固体显热储热介质的大型容器；所述一体化换热储热蒸发罐呈圆形罐体，或长方形罐体；所述一体化换热储热蒸发罐设置换热器进出口和蒸发器进出口；

2)所述互补供热***的传热管道及进出口设置在一体化换热储热蒸发罐的罐体内，换热管道采用金属或陶瓷材料制作；同时设置储热物料进口、压力调节阀、压力和温度传感器，或温度平衡搅拌装置，或互补供热***的传热管道与一体化换热储热蒸发罐换热进出口串联或并联，或将电力加热锅炉布置在一体化换热储热蒸发罐内，使一体化换热储热蒸发罐成为集太阳能换热、 储热、补热、蒸发于一体的多功能储热装置；

3)所述一体化换热储热蒸发罐内的换热器和蒸发器为盘管式或列管式换热器或蒸发器，列管或盘管换热器、蒸发器采用纵向成列或平行成行的混合交叉组合排列模式安装在罐体内；列管式换热器或蒸发器使用的金属管为耐高温不锈钢波节管、或波纹管、或内螺旋管、或外螺旋管的强化传热管；

4)所述线聚焦太阳能强化集热管的金属内管是具有强化换热功能的环形波节管、或外螺旋、或内螺旋形管、或金属管表面有规则凸起成苞的苞体波节金属内管；或在金属内管进口端处内表面焊接流体扰动片；

5)所述互补供热***为燃气或燃油锅炉、或电力加热锅炉，串联或并联在聚光太阳能热循环***中；或选择固体燃料电池如固体氧化物燃料电池(SOFC)和熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、或开式燃气布雷顿热发电机组，其排出的高温尾气通过设置在一体化换热储热蒸发罐内的换热管道为一体化换热储热蒸发罐加热补热。

2.根据权利要求1所述槽式太阳能中高温一体化热发电装置，其特征在于：所述抛物槽聚光阵列可选择塔式、或菲涅尔式、或碟式聚光阵列替代。