专利名称：集热管组合式太阳能高温直接蒸汽集热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能利用设备，具体涉及一种集热管组合式太阳能高温直接蒸汽集热装置。
背景技术：
我国的能源资源储量不容乐观，人均资源并不丰富。化石能源的大量开发和利用使得我国排放CO2总量最多。许多地方，缺乏常规能源资源，但太阳能资源丰富。太阳能热发电具有技术相对成熟、对电网冲击小等优点，是可再生能源发电中最有前途的发电方式之一。其热功转换部分与常规火力发电机组相同，有成熟的技术可资利用，因此特别适宜于大规模化使用。为提高太阳能热发电效率，一般均采用提高太阳能集热系统出口介质温度，从而提高整个系统的热电转化效率。为获得这个高温效果，目前大多数太阳能热发电工作介质使用导热油、熔盐等作为第一回路导热介质，将其吸收的太阳能辐射热传递给第二回路以产生高温给蒸汽。这些方式存在二次回路传热效率损失、泵功耗功大，受导热油高温分解限制产汽温度不高，而导热熔盐具有熔点高、易凝固等缺点。目前，世界许多科研机构致力于开发单回路槽式太阳能热发电系统，即直接用水作吸热介质的DSG (Direct steam Generation)系统。DSG技术有很多优势①导热油被水代替，环境压力将更小；②可产生更高的蒸汽温度，泵耗小，电站效率更高；③电站整体配置更加简单；④制造和运营成本更低。在此系统中，分为一次通过式、逐次注入式和再循环式。其中再次循环式下的集热管周向温差最小，该系统包括预热、蒸发部分和过热部分。工质水在预热段使给水温度升高、在蒸发部分产生有一定气化分率的饱和状态，经汽-水分离器分离后，饱和水循环至蒸发器入口 ；而饱和蒸汽进入过热部分被继续加热，从而产生过热蒸汽。但DSG技术中存在几方面不足，一是蒸发段的水平管两相流问题易造成金属-玻璃管真空管破裂。二是集热管过热高温段热损失大，造成产汽不能达到更高温度。三是热管式集热管的加热流量和速率不能满足大规模热发电的需求。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种集热管组合式太阳能高温直接蒸汽集热装置，解决不同状态下的水或水蒸气对集热管产生的影响，消除了气液两相流对集热管造成的不良影响，并解决了过热段集热管热损大，温度不能增高的问题。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案一种集热管组合式太阳能高温直接蒸汽集热装置，包括依次相连通的由多个低温真空玻璃-金属集热管1通过预热段管道8-1串联组成的预热段、由多个非真空镀膜直通集热管2通过饱和段管道8-2串联组成的饱和段、汽水分离器6以及由多个高温真空玻璃-金属集热管3通过过热段管道8-3串联组成的过热段，汽水分离器6的下端通过再循环管道7和饱和段入口相连通，在再循环管道7上设有再循环泵5。所述低温真空玻璃-金属集热管1、非真空镀膜直通集热管2以及高温真空玻璃-金属集热管3的外部均设有聚光器4，上部设有跟踪驱动系统9。所述低温真空玻璃-金属集热管1包括低温金属管1-1，涂覆在低温金属管1-1外表面的低温涂层1-4，设置在低温金属管1-1外的玻璃外管1-2，玻璃外管1-2的内径大于涂覆有低温涂层1-4的低温金属管1-1的外径，玻璃外管1-2和低温涂层1-4间形成真空腔1-3，在玻璃外管1-2上下端面的外沿有金属压封1-5。所述非真空镀膜直通集热管2包括高温金属管2-1以及涂覆在高温金属管2-1外表面的非真空涂层2-2。所述高温真空玻璃-金属集热管3包括高温金属管3-1，涂覆在高温金属管3-1外表面的高温涂层3-4，设置在高温金属管3-1外的玻璃外管3-2，玻璃外管3-2的内径大于涂覆有高温涂层3-4的高温金属管3-1的外径，玻璃外管3-2和高温涂层3-4间形成真空腔3-3，在玻璃外管3-2上下端面的外沿有金属熔封3-5。整个集热装置为不同管型式的集热管组合，分别采用低温真空集热管、镀膜非真空集热管、高温真空集热管以及其他型式的集热管，包括它们的其他各种组合型式。本发明和现有技术相比，具有如下优点预热段使用低温真空玻璃-金属集热管1，减少预热段热损失，提高了技术经济性；饱和段使用非真空镀膜直通集热管2解决了蒸汽系统水平管两相流周向温差大产生的影响，使各段介质流动、吸热的可靠性增加，不致产生玻璃管破裂影响系统稳定运行问题； 过热段采用高温真空玻璃-金属集热管3减少过热段的热损失，提高集热效率，并解决了过热段集热管热损大，温度不能增高的问题。综合使用不仅提高了整个系统效率，降低造价， 同时系统能够高效、可靠运行。
图1是本发明的结构示意图。图2是本发明各段使用的集热管结构示意图，其中图2(a)为低温真空玻璃-金属集热管的结构示意图，图2(b)为非真空镀膜直通集热管的结构示意图，图2(c)为高温真空玻璃-金属集热管的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作更详细说明。如图1所示，本发明一种集热管组合式太阳能高温直接蒸汽集热装置，包括依次相连通的由多个低温真空玻璃-金属集热管1通过预热段管道8-1串联组成的预热段、由多个非真空镀膜直通集热管2通过饱和段管道8-2串联组成的饱和段、汽水分离器6以及由多个高温真空玻璃-金属集热管3通过过热段管道8-3串联组成的过热段，汽水分离器 6的下端通过再循环管道7和饱和段入口相连通，在再循环管道7上设有再循环泵5。所述低温真空玻璃-金属集热管1、非真空镀膜直通集热管2以及高温真空玻璃-金属集热管3 的外部均设有聚光器4，上部设有跟踪驱动系统9，聚光器4由跟踪驱动系统9跟踪太阳，以充分吸收太阳能辐射热量。如图2(a)所示，为低温真空玻璃-金属集热管的结构示意图，低温真空玻璃-金属集热管1包括低温金属管1-1，涂覆在低温金属管1-1外表面的低温涂层1-4，设置在低温金属管1-1外的玻璃外管1-2，玻璃外管1-2的内径大于涂覆有低温涂层1-4的低温金属管1-1的外径，玻璃外管1-2和低温涂层1-4间形成真空腔1-3，在玻璃外管1-2上下端面的外沿有金属压封1-5。如图2(b)所示，为非真空镀膜直通集热管的结构示意图，非真空镀膜直通集热管 2包括高温金属管2-1以及涂覆在高温金属管2-1外表面的非真空涂层2-2。如图2(c)所示，为高温真空玻璃-金属集热管的结构示意图，高温真空玻璃-金属集热管3包括高温金属管3-1，涂覆在高温金属管3-1外表面的高温涂层3-4，设置在高温金属管3-1外的玻璃外管3-2，玻璃外管3-2的内径大于涂覆有高温涂层3-4的高温金属管3-1的外径，玻璃外管3-2和高温涂层3-4间形成真空腔3-3，在玻璃外管3_2上下端面的外沿有金属熔封3-5。本发明的工作原理为如图1所示，给水首先经过预热段的低温真空玻璃-金属集热管1和预热段管道8-1加热，然后进入非真空镀膜直通集热管2和饱和段管道8-2组成的饱和段进行加热饱和，产生有一定气化分率的饱和介质，再在汽水分离器6中进行分离， 分离出的饱和蒸汽进入过热区中的高温真空玻璃-金属集热管3和过热管道8-3中提高温度，分离出的饱和水经再循环泵5和再循环管道7到饱和段入口。如图2(a)所示，给水通过低温真空玻璃-金属集热器1，流经金属内管1_1，太阳辐射经过玻璃外管1-2进入真空腔1-3然后被低温涂层1-4吸收，热量经金属内管1-1导热和对流传热给管内介质使给水温度升高。如图2(b)所示，在饱和段的给水经过非真空集热管2，流经金属内管2-1，太阳能辐射被金属管外的非真空涂层2-2吸收，热量再传递给管内介质，从而使水变为水蒸气。如图2(c)所示，在过热段，饱和蒸汽通过高温真空玻璃-金属集热器3，流经金属内管3-1，太阳辐射经过玻璃外管3-2进入真空腔3-3然后被高温涂层3-4吸收，热量经金属内管3-1导热和对流传热给管内介质，使饱和蒸汽温度升高。
权利要求
1.一种集热管组合式太阳能高温直接蒸汽集热装置，其特征在于包括依次相连通的由多个低温真空玻璃-金属集热管(1)通过预热段管道(8-1)串联组成的预热段、由多个非真空镀膜直通集热管( 通过饱和段管道(8-2)串联组成的饱和段、汽水分离器(6)以及由多个高温真空玻璃-金属集热管C3)通过过热段管道(8-3)串联组成的过热段，汽水分离器(6)的下端通过再循环管道(7)和饱和段入口相连通，在再循环管道(7)上设有再循环泵(5)。
2.根据权利要求1所述的集热装置，其特征在于所述低温真空玻璃-金属集热管 (1)、非真空镀膜直通集热管O)以及高温真空玻璃-金属集热管C3)的外部均设有聚光器 G)，并设有跟踪驱动系统(9)。
3.根据权利要求2所述的集热装置，其特征在于所述低温真空玻璃-金属集热管(1) 包括低温金属管(1-1)，涂覆在低温金属管(1-1)外表面的低温涂层(1-4)，设置在低温金属管(1-1)外的玻璃外管(1-2)，玻璃外管(1-2)的内径大于涂覆有低温涂层(1-4)的低温金属管(1-1)的外径，玻璃外管(1-2)和低温涂层(1-4)间形成真空腔(1-3)，在玻璃外管 (1-2)上下端面的外沿有金属压封(1-5)。
4.根据权利要求2所述的集热装置，其特征在于所述非真空镀膜直通集热管(2)包括高温金属管以及涂覆在高温金属管外表面的非真空涂层0-2)。
5.根据权利要求2所述的集热装置，其特征在于所述高温真空玻璃-金属集热管(3) 包括高温金属管(3-1)，涂覆在高温金属管(3-1)外表面的高温涂层(3-4)，设置在高温金属管(3-1)外的玻璃外管(3-2)，玻璃外管(3- 的内径大于涂覆有高温涂层(3-4)的高温金属管(3-1)的外径，玻璃外管(3-2)和高温涂层(3-4)间形成真空腔(3-3)，在玻璃外管 (3-2)上下端面的外沿有金属熔封(3-5)。
6.根据权利要求1所述集热装置，其特征在于整个集热装置为不同管型式的集热管组合，分别采用低温真空集热管、镀膜非真空集热管、高温真空集热管以及其他型式的集热管，包括它们的其他各种组合型式。
全文摘要
一种集热管组合太阳能高温直接蒸汽集热装置，包括依次相连通的由多个低温真空玻璃-金属集热管通过预热段管道串联组成的预热段、由多个非真空镀膜直通集热管通过饱和段管道串联组成的饱和段、汽水分离器以及由多个高温真空玻璃-金属集热管通过过热段管道串联组成的过热段，汽水分离器的下端通过再循环管道和饱和段入口相连通，在再循环管道上设有再循环泵；本发明解决不同状态下的水或水蒸气对集热管产生的影响，消除了气液两相流对集热管造成的不良影响，并解决了过热段集热管热损大，温度不能增高的问题。
文档编号F22B1/00GK102494413SQ20111044980
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者刘冠杰, 刘明义, 徐海卫, 徐越, 裴杰, 许世森, 郑建涛 申请人:中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司