CN206176325U - 一种用于太阳能光热发电的蒸汽发生*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于太阳能光热发电的蒸汽发生***，包括预热器，蒸发器，汽包和过热器，还包括辅助预热***，辅助预热***包括加热器和预热循环泵，蒸汽发生***的给水管路依次连通给水泵、阀门、加热器、预热器、汽包，汽包的水出口再经下降管连通蒸发器，蒸发器的出口再经引出管和阀门连通汽包，汽包的蒸汽出口连通过热器，过热器的蒸汽出口通过阀门连通汽机；蒸汽发生***的换热介质管路依次连通过热器、蒸发器和预热器；汽包的出口还通过预热旁路和阀门依次连通预热循环泵和加热器，过热器的蒸汽出口还通过预热旁路和阀门连通除氧器。本实用新型能够满足光热电站换热要求，且安全可靠经济。

Description

一种用于太阳能光热发电的蒸汽发生***

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能蒸汽发生***。

背景技术

太阳能光热发电现阶段最大的优势是通过低成本储热使其具有良好的电源品质。储热介质通常需要与水/蒸汽换热产出合格蒸汽后才能进入到汽轮机内做功发电。储热介质与水/蒸汽换热由蒸汽发生***来实现，受进出口温度参数限制，蒸汽发生***通常被分为预热器、蒸发器、过热器、再热器等设备，这些设备从结构和布置方式上看。

目前主要有两种形式：

1).直流式：***由管壳式预热器，釜式蒸发器，管壳式过热及再热器，其中水工质流经预热器管侧预热后在釜式蒸发器壳侧蒸发，并利用釜式蒸发器的顶部空间进行汽水分离产生饱和蒸汽，然后进入过热器管内过热。各级换热设备均为卧式结构布置。

2).强制循环式：***由预热器，蒸发器，汽包，强制循环泵，过热器，再热器构成。水工质经预热器预热后送入汽包或下降管，经下降管及管路上的强制循环泵升压后进入蒸发器，蒸发器产生的汽水混合物进入汽包进行汽水分离，分离后的饱和汽进入过热器，分离后的饱和水再一次经下降管进入蒸发器受热蒸发。各级换热设备均为卧式结构布置。

随着太阳能光热技术的发展，太阳能光热电站朝着大容量、高参数、换热器高温度端差、低成本的方向发展。直流式蒸汽发生***的釜式蒸发器由于受到结构和制造工艺等因素的制约，在大容量应用方面受到了显著的限制，加之该结构型式也决定了水这种高压工质只能在壳侧发生蒸发，随着容量增大对蒸发器壳侧壁厚要求更高。强制循环式蒸汽发生***存在的主要问题有：高参数强制循环泵价格高昂，需要消耗厂用电、设备可靠性不高，换热工质流经壳侧的卧式蒸发器，换热工质在壳侧可能出现较大的温度分层进而影响换热效果和出现水动力不稳定性等问题。

所以设计一种能够满足光热电站换热要求，且安全可靠经济的蒸汽发生***是提高光热电站整体可靠性及提升电站效率的有效途径。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提出一种用于太阳能光热发电的蒸汽发生***，能够满足光热电站换热要求，且安全可靠经济。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

一种用于太阳能光热发电的蒸汽发生***，包括预热器，蒸发器，汽包和过热器，还包括辅助预热***，辅助预热***包括加热器和预热循环泵，蒸汽发生***的给水管路依次连通给水泵、阀门、加热器、预热器、汽包，汽包的水出口再经下降管连通蒸发器，蒸发器的出口再经引出管和阀门连通汽包，汽包的蒸汽出口连通过热器，过热器的蒸汽出口通过阀门连通汽机；蒸汽发生***的换热介质管路依次连通过热器、蒸发器和预热器；汽包的出口还通过预热旁路和阀门依次连通预热循环泵和加热器，过热器的蒸汽出口还通过预热旁路和阀门连通除氧器。

作为选择，还包括再热器，来自汽机高压缸的低温再热蒸汽管路通过阀门与再热器的蒸汽入口连通，再热器的蒸汽出口通过阀门与汽机低压缸连通；蒸汽发生***的换热介质管路分别连通过热器和再热器后，再依次连通蒸发器和预热器；汽包的蒸汽出口还通过预热旁路和阀门连通再热器，再热器的蒸汽出口还通过预热旁路和阀门连通除氧器。

作为选择，还包括给水前置加热***，给水前置加热***包括给水加热器和预热循环泵，汽包的饱和水出口通过旁路和阀门连通预热循环泵，汽包的蒸汽出口通过预热旁路和阀门连通给水加热器。

作为选择，蒸发器立式布置。

作为选择，蒸发器采用直管直壳，水工质走管内熔盐走壳侧顺流换热的结构型式。

作为选择，过热器和再热器采用U管U壳型式，水工质走管内的换热器结构型式。

作为选择，蒸汽发生***的换热介质管路及设备壳侧设置有电伴热带。

作为选择，***从高到底依次布置预热器、蒸发器、过热器再热器，同时各设备间的水平连接管路及卧式设备均倾斜布置。

作为选择，蒸汽发生***的换热介质管路最低位还设置有独立的熔盐排放罐。

作为选择，过热器、再热器出口设置熔盐流量调节阀可自由控制主蒸汽和再热蒸汽换热功率。

作为选择，过热器、再热器入口和蒸发器入口处分别设置低温熔盐入口管。

作为选择，加热器为电加热器。

前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案；并且本实用新型，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本实用新型各部件作用：本专利在循环方式上采用自然循环方式，无需强制循环泵即可实现***的可靠运行，降低***投资运行维护成本，在结构和布置型式上蒸发器采用立式直管直壳结构，水工质在管内蒸发，汽水两相流更稳定，水动力安全可靠，传热工质从下往上流动避免出现温度分层，低压换热介质走壳侧能够有效降低设备壳体壁厚且排污便捷。

另外，为了保证纯太阳能光热电站的可靠预热启动，本专利还设计有辅助预热***，能够实现在常温给水条件下***的安全启动。

另外，为避免熔盐等高凝固点换热介质出现凝固现象，本专利还设计有前置给水加热***，能够实现在任何工况下与换热介质进行换热的给水温度均高于其凝固点，保证蒸汽发生***20％左右低负荷运行的可靠性。

同时，为避免过热器、再热器端差过大、蒸汽发生***启停和负荷变化频繁等运行情况对换热器本体安全性造成危害，本专利中的过热器、再热器采用U管U壳，水走管侧传热介质走壳侧的结构布置型式。

同时，为了熔盐的排放便捷及安全性要求，整个蒸汽发生***从高到底依次布置预热器、蒸发器、过热器/再热器，保证***停运时熔盐从低温段往高温段排放，避免设备超温，同时各设备间的水平连接管路及卧式设备均倾斜布置，保证***内熔盐依靠自重排放；

同时为了将蒸汽发生***整体作低位布置，降低构架平台的造价和设备安装、运行和维护成本，在整个***最低点设置独立的熔盐排放罐。

本实用新型的工作流程：正常运行工况，水工质经给水泵送入预热器预热升温后直接进入汽包，汽包内的水工质经下降管进入蒸发器受热产生汽水混合物经引出管进入汽包进行汽水分离，分离后的饱和汽进入过热器产生过热蒸汽送入汽机做功，分离后的饱和水经下降管进入蒸发器继续受热。来自汽机高压缸的低温再热蒸汽进入再热器升温变为高温再热蒸汽后送入汽机低压缸继续做功。高温换热介质在正常运行工况下分别进入过热器与再热器与饱和汽或低温再热蒸汽换热后混合后依次通过蒸发器，预热器后完成整个放热过程变为低温换热介质。

在初始启动及需要预热的工况，通过给水泵为预热器，汽包及蒸发器上水至汽包的指定水位后，启动预热循环泵及电加热器，使得水工质在预热器，汽包，蒸发器之间形成闭式循环通路，通过电加热器提升闭式循环***的温度，通过控制闭式循环***的压力控制产汽温度，在产生饱和蒸汽之后，进入过热器及再热器实现过热器及再热器的预热，预热之后的饱和蒸汽冷凝后通过启动旁路送往机组除氧器，如此实现整个换热***的升温升压预热。同时启动管路及设备电伴热带，将换热介质流经管路及设备壳侧预热至换热介质凝固点之上。

在***预热至换热工质凝固点以上之后，启动给水泵及换热工质输送，调节给水流量及换热工质流量和温度进行匹配换热，在产生汽机冲转参数之前，***所产生的低参数蒸气亦通过过热器及再热器出口的启动旁路去往除氧器。

在***低负荷运行工况，当给水温度低于换热工质凝固点时，可以利用汽包产生的部分饱和蒸汽气进入给水加热器实现给水温度的提升，同时还可以利用预热循环泵抽送部分汽包饱和水与给水混合实现给水温度的提升，避免换热工质与低温给水的换热导致换热工质的凝固。

在***停运之后，整个***的熔盐依靠自身重力作用依次流经预热器，蒸发器，过热器/再热器进入最低位布置的熔盐排放罐。

本实用新型的有益效果：与现有的技术相比，本发明提出的新型的太阳能光热蒸汽发生***具有如下优势：

1).采用自然循环蒸汽发生***，无需强制循环泵即可实现***的可靠运行，降低***投资维护成本；

2).蒸发器采用立式直管直壳结构，水工质在管内蒸发，汽水两相流更稳定，水动力安全可靠，壳侧为低压换热工质能够有效降低设备壁厚且排污便捷；

3).过热器、再热器采用U管U壳结构，将储热介质的高低温端分开，有效降低管板厚度，提高运行安全性。

4).本***还设计有换热***所需的辅助预热***及前置给水加热***，能够实现在任何工况下***的有效预热升温，实现***的安全启动，且能够保证进入预热器的水工质温度均高于换热工质凝固点。

5)本***从设备布置上考虑换热工质的特殊性，整个蒸汽发生***从高到底依次布置预热器、蒸发器、过热器再热器，保证***停运时熔盐从低温段往高温段排放，避免设备超温，同时水平连接管路及卧式设备均倾斜布置，保证***内熔盐依靠自重排放。

6)本***充分考虑蒸汽发生***在光热电站中的功能需求与经济性，设置独立的熔盐排放罐，无需将整个发生***布置在大型储罐上部，可降低构架平台的造价和设备安装、运行和维护成本。

7)本***还设置有换热介质调温管路及流量调节阀门，可以自由调节设备入口温度及控制主蒸汽和再热蒸汽换热功率，提高蒸汽发生***负荷调节能力。

附图说明

图1是本实用新型实施例的装置流程示意图；

图中，1—给水泵；2—给水加热器；5—预热循环泵，6—电加热器；7—预热器；8—汽包；9-熔盐排放罐；10—蒸发器；13—过热器；18—再热器；22—下降管；23—引出管。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

参考图1所示，图中实线为水工质流程，点划线为换热介质流程，短虚线为预热流程，长虚线为给水前置加热流程。一种用于太阳能光热发电的换热***，主要包括预热器7，蒸发器10，汽包8，过热器13，再热器18及辅助预热***和给水前置加热***。其中预热器采用BFU型式，蒸发器采用立式直管直壳，水工质走管内，熔盐工质走壳侧的顺流换热的结构型式。过热器及再热器采用U管U壳型式，水工质作为高压侧工质均走管内。辅助预热***由电加热器6，预热循环泵5及相应的管路组成。给水前置加热***包括给水加热器2和预热循环泵5，汽包8的饱和水出口通过旁路和阀门连通预热循环泵5，汽包8的蒸汽出口还通过预热旁路和阀门连通给水加热器2。换热介质流经管路及设备壳侧设置有电伴热带。***从高到底依次布置预热器7、蒸发器10、过热器13/再热器18，同时各设备之间的水平连接管路及卧式设备均倾斜布置，过热器13、再热器18入口和蒸发器10入口处分别设置低温熔盐入口管，并在整个***最低点设置独立的熔盐排放罐9。过热器13、再热器18出口设置熔盐流量调节阀，可以自由调节设备入口温度及控制主蒸汽和再热蒸汽换热功率，提高蒸汽发生***负荷调节能力。

正常运行工况，水工质经给水管路由给水泵1送入预热器7预热升温后直接进入汽包8，汽包8内的水工质经下降管22进入蒸发器10受热产生汽水混合物经引出管23进入汽包8进行汽水分离，分离后的饱和汽进入过热器13产生过热蒸汽送入汽机做功，分离后的饱和水经下降管22进入蒸发器10继续受热。来自汽机高压缸的低温再热蒸汽进入再热器18升温变为高温再热蒸汽后送入汽机低压缸继续做功。高温换热介质如高温熔盐等经换热介质管路，在正常运行工况下分别进入过热器13与再热器18与饱和汽或低温再热蒸汽换热后混合后依次通过蒸发器10，预热器7后完成整个放热过程变为低温换热介质。

在初始启动及需要预热的工况，通过给水泵1为预热器7，汽包8及蒸发器10上水至汽包8的指定水位后，启动预热循环泵5及电加热器6，使得水工质在预热器7，汽包8，蒸发器10之间形成闭式循环通路，通过电加热器6提升闭式循环***的温度，通过控制闭式循环***的压力控制产汽温度，在产生饱和蒸汽之后，进入过热器13及再热器18实现过热器13及再热器18的预热，预热之后的饱和蒸汽冷凝后通过启动预热旁路送往机组除氧器，如此实现整个换热***的升温升压预热。同时启动管路及设备电伴热带，将换热介质流经管路及设备壳侧预热至换热介质凝固点之上。

在***预热至换热介质凝固点以上之后，启动给水泵1及换热介质输送，调节给水流量及换热工质流量和温度进行匹配换热，在产生汽机冲转参数之前，***所产生的低参数蒸气亦通过过热器13及再热器18出口的启动预热旁路去往除氧器。

在***低负荷运行工况，当给水温度低于换热工质凝固点时，可以利用汽包8产生的部分饱和蒸汽气进入给水加热器2实现给水温度的提升，同时还可以利用预热循环泵5抽送部分汽包饱和水与给水混合实现给水温度的提升，避免换热工质与低温给水的换热导致换热工质的凝固。

在***停运之后，整个***的熔盐依靠自身重力作用依次流经预热器7，蒸发器10，过热器13/再热器18进入最低位布置的熔盐排放罐9。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于太阳能光热发电的蒸汽发生***，包括预热器，蒸发器，汽包和过热器，其特征在于：还包括辅助预热***，辅助预热***包括加热器和预热循环泵，蒸汽发生***的给水管路依次连通给水泵、阀门、加热器、预热器、汽包，汽包的水出口再经下降管连通蒸发器，蒸发器的出口再经引出管和阀门连通汽包，汽包的蒸汽出口连通过热器，过热器的蒸汽出口通过阀门连通汽机；蒸汽发生***的换热介质管路依次连通过热器、蒸发器和预热器；汽包的出口还通过预热旁路和阀门依次连通预热循环泵和加热器，过热器的蒸汽出口还通过预热旁路和阀门连通除氧器。

2.如权利要求1所述的用于太阳能光热发电的蒸汽发生***，其特征在于：还包括再热器，来自汽机高压缸的低温再热蒸汽管路通过阀门与再热器的蒸汽入口连通，再热器的蒸汽出口通过阀门与汽机低压缸连通；蒸汽发生***的换热介质管路分别连通过热器和再热器后，再依次连通蒸发器和预热器；汽包的蒸汽出口还通过预热旁路和阀门连通再热器，再热器的蒸汽出口还通过预热旁路和阀门连通除氧器。

3.如权利要求1所述的用于太阳能光热发电的蒸汽发生***，其特征在于：还包括给水前置加热***，给水前置加热***包括给水加热器和预热循环泵，汽包的饱和水出口通过旁路和阀门连通预热循环泵，汽包的蒸汽出口通过预热旁路和阀门连通给水加热器。

4.如权利要求1所述的用于太阳能光热发电的蒸汽发生***，其特征在于：蒸发器立式布置。

5.如权利要求1所述的用于太阳能光热发电的蒸汽发生***，其特征在于：蒸发器采用直管直壳，水工质走管内，熔盐工质走壳侧的顺流换热的结构型式。

6.如权利要求1所述的用于太阳能光热发电的蒸汽发生***，其特征在于：过热器采用U管U壳型式，水工质走管内的换热器结构型式。

7.如权利要求2所述的用于太阳能光热发电的蒸汽发生***，其特征在于：再热器采用U管U壳型式，水工质走管内的换热器结构型式。

8.如权利要求2所述的用于太阳能光热发电的蒸汽发生***，其特征在于：***从高到底依次布置预热器、蒸发器，以及过热器和再热器，同时各设备之间的水平连接管路及卧式设备均倾斜布置。

9.如权利要求1所述的用于太阳能光热发电的蒸汽发生***，其特征在于：蒸汽发生***的换热介质管路最低位还设置有独立的熔盐排放罐。