一种光热电站集热循环系统的制作方法

本发明涉及太阳能集热领域，尤其涉及一种光热电站集热循环系统。

背景技术：

太阳能光热发电系统中，以水直接作为换热介质的直接蒸汽发生(DSG)技术已经试验多年，基本原理为换热介质(水)流经集热器的过程中吸收太阳光转化的热量，升温形成过热水蒸气，部分过热水蒸气进入储热体中储热，部分过热水蒸气驱动汽轮机带动发电机组发电。过热水蒸气进入储热体中经换热后形成冷凝水，为提高水资源的利用率，将该部分冷凝水重新循环到集热器再次被加热，形成集热循环系统。

为保证该集热循环系统的正常运作，需保证该集热循环系统的压力稳定，以保证集热循环系统的汽水平衡。为提高太阳能光热发电的效率、降低成本，将DSG技术运用到太阳能光热发电中，如何保证DSG技术中闭式循环系统的压力稳定是最为关键的问题之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种易于控制、结构简单、可稳定集热循环系统压力的光热电站集热循环系统。

为实现上述目的，本发明提供的一种光热电站集热循环系统，包括通过管路依次连接并形成循环回路的集热装置、储热体及循环泵，所述集热装置包括至少一个集热单元；

所述集热单元包括依次连接的蒸发段、汽包、过热段，所述蒸发段的进口与所述循环泵的出水端相连，所述过热段的出口与所述储热体的进口相连，所述汽包通过第一管路与所述储热体的出口至所述循环泵的进水端之间的管路连通；

所述第一管路上设置有第一电动调节阀；或

所述第一管路上设置有用于控制所述汽包内液位稳定的液位控制构件，所述储热体的出口端与所述第一管路之间的管路上设置有第二电动调节阀。

进一步地，还包括用于监测所述汽包内液位的液位监测构件，所述液位监测构件与所述第一电动调节阀相连。

进一步地，所述液位控制构件为疏水阀。

进一步地，所述液位控制构件为第三电动调节阀。

进一步地，还包括用于监测所述汽包内液位的液位监测构件，所述液位监测构件与所述第三电动调节阀相连。

进一步地，所述过热段出口至所述储热体进口的管路上设置入口阀。

进一步地，还包括与所述储热体相连的液位计。

与现有技术相比，本发明的光热电站集热循环系统通过在第一管路上设置第一电动调节阀，或在第一管路上设置有用于控制汽包内液位稳定的液位控制构件，且通过在储热体的出口端与第一管路之间的管路上设置第二电动调节阀，保持光热电站集热循环系统的压力稳定，实现该光热电站集热循环系统的汽水平衡。

进一步地，当第一管路上设置有第一电动调节阀时，通过设置与第一电动调节阀相连的用于监测汽包内液位的液位监测构件，可实时监控汽包内的液位，避免汽包内液位过高，导致水进入过热段，或避免汽包内液位过低，导致水蒸气进入循环泵，造成对循环泵的破坏。

进一步地，液位控制构件可为疏水阀，通过设置疏水阀可自动调整汽包内的液位，起到排水阻汽的作用。

进一步地，液位控制构件还可为第三电动调节阀，当液位控制构件为第三电动调节阀时，通过设置与第三电动调节阀相连的用于监测汽包内液位的液位监测构件，同样可维持光热电站集热系统的压力，并实时监测汽包内的液位。

进一步地，可在过热段出口至储热体进口的管路上设置入口阀，根据光热电站集热循环系统的实际需要，控制进入储热体的过热蒸汽量。

进一步地，通过设置与储热体相连的气液分离器，当储热体中的冷凝水混入蒸汽时，可通过该气液分离器将蒸汽与冷凝水分离，避免蒸汽进入循环泵对循环泵造成破坏。

附图说明

在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明实施例二提供的光热电站集热循环系统的结构示意图。

图2为本发明实施例三提供的光热电站集热循环系统的结构示意图。

图3为本发明实施例四提供的光热电站集热循环系统的结构示意图。

图4为本发明实施例五提供的光热电站集热循环系统的结构示意图。

附图说明：

1-蒸发段，2-过热段，3-汽包，4-储热体，5-循环泵，6-第一管路，7-第一电动调节阀，8-入口阀，9-疏水阀，10-第二电动调节阀，101-集热单元

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例中提供的一种光热电站集热循环系统，包括通过管路依次连接并形成循环回路的集热装置、储热体及循环泵，该集热装置包括至少一个集热单元；该集热单元包括依次连接的蒸发段、汽包、过热段，该蒸发段的进口与该循环泵的出水端相连，该过热段的出口与储热体的进口相连，该汽包通过第一管路与储热体的出口至循环泵的进水端之间的管路连通；该第一管路上设置有第一电动调节阀；或该第一管路上设置用用于控制汽包内液位稳定的液位控制构件，同时，该储热体的出口端与第一管路之间的管路上设置有第二电动调节阀。

为便于理解本发明光热电站集热循环系统的结构及其工作过程，下述描述了本发明光热电站集热循环系统的工作过程。蒸发段产生的湿蒸汽经过汽包，实施汽水分离，分离后的饱和蒸汽进入过热段实施蒸汽过热，分离后的水保留在汽包中，经第一管路及循环泵循环至蒸发段循环利用。蒸汽进入过热段产生过热蒸汽，全部或部分过热蒸汽进入储热体进行热交换将热量储存于储热体中，经热交换产生的冷凝水经循环管路、循环泵重新输送至蒸发段实施水资源的循环利用。为维持集热循环系统的汽水平衡，保证该集热循环系统的正常运作，需稳定该集热循环系统的压力，为此，通过在第一管路上设置第一电动调节阀；或在第一管路上设置有用于控制汽包内液位稳定的液位控制构件，同时，该储热体的出口端与第一管路之间的管路上设置第二电动调节阀，以此调整该集热循环系统的压力，维持该集热循环系统压力的动态平衡。

为便于理解本发明的集热循环系统的压力调节过程，首先将该集热循环系统的压力变化原理作如下阐述：经蒸发段加热产生的湿蒸汽，经过汽包实施汽水分离后产生饱和蒸汽，该饱和蒸汽进入到过热段进一步被加热为具有一定压力、温度的过热蒸汽，该过热蒸汽以一定的流速进入储热体中， 过热蒸汽在储热体换热过程中放热凝结为水，发生了状态变化，储热体中的压力由储热体管道中的蒸汽热量和质量的动态平衡决定。该集热循环系统实际运行过程中，储热体内管道的蒸汽压力同时受到管道内蒸汽质量和蒸汽体积的作用，最终达到一个动态的平衡。在入口蒸汽参数不变的前提下，蒸汽质量的增加和蒸汽体积的减小(即储热体内的凝结水增加)都会使压力上升；蒸汽质量降低或蒸汽体积增大(即储热体内的凝结水减少)都会使压力下降。储热体中管道的体积固定，蒸汽体积与凝结水体积之和就是储热体内管道的体积，因此，可通过改变储热体中的凝结水量，从而改变储热体内蒸汽体积，进而调节储热体的压力。

具体地，当第一管路上设置第一电动调节阀时，该集热循环系统的压力调节过程为：通过调节第一电动调节阀的开度，改变储热体中的凝结水水量，调节储热体中的压差。例如，当该集热循环系统的压力升高时，关小第一电动调节阀，则第一电动调节阀阀后的压力降低，即储热体的出口压力降低(因储热体与电动调节阀为并联连接的管路，忽略管路的压降，并联管路的入口压力和出口压力近似相等)，此时，在短时间内储热体的入口压力仍未变化，则储热体的进出口压差增大，储热体中的凝结水由于压差的增大而流速增大，导致储热体中的凝结水量减少，从而增大蒸汽体积，同时也增大了蒸汽与储热体中换热管道的换热面积，蒸汽凝结为水的速度增加，降低了蒸汽质量，从而使得该集热循环系统的压力降低，达到一个新的汽水平衡，进而维持该集热循环系统的压力稳定。同理，当该集热循环系统的压力降低时，开大第一电动调节阀，则第一电动调节阀阀后的压力升高，即储热体的出口压力升高，此时，在短时间内储热体的入口压力仍未变化，则储热体的进出口压差降低，储热体中的凝结水由于压差的降低而流速减少，导致储热体中的凝结水量增加，从而降低了储热体管道中的蒸汽体积，同时也减少了蒸汽与管道的换热面积，蒸汽凝结为水的速度降低，增加了蒸汽质量，从而使得该集热循环系统的压力升高，达到新的压力下的汽水平衡，进而维持该集热循环系统的压力稳定。综上所述，该集热循环系统的压力调节为：开大第一电动调节阀，集热循环系统的压力升高；关小第一电动调节阀，集热循环系统的压力降低。通过调节第一电动调节阀的开闭，调节储热体管道中的压差，从而保证该集热循环系统的压力稳定，进而维持该集热循环系统的汽水平衡。

具体地，当在第一管路上设置有用于控制汽包内液位稳定的液位控制构件，同时，在该储热体的出口端与第一管路之间的管路上设置有第二电动调节阀时。通过液位控制构件和第二电动调节阀 共同调节该集热循环系统的压力，其具体调节过程为：当集热循环系统压力升高时，必定是蒸汽质量增加且蒸汽体积减小，这时需开大第二电动调节阀，增大储热体管道内的冷凝水的流速，降低储热体内的冷凝水水量，从而增加储热体内的蒸汽体积，增大蒸汽与管道的换热面积，进而增大了储热能力，提高了蒸汽凝结为水的速度，降低了蒸汽质量，此时蒸汽压力就会逐渐下降达到一个新的汽水平衡。同理，当集热循环系统压力下降时，必定是蒸汽质量减少且蒸汽体积增大，这时需关小第二电动调节阀，降低储热体内的冷凝水的流速，达到减小储热体内蒸汽体积和提高蒸汽质量的目的，蒸汽压力逐渐增加达到新的汽水平衡。同时，在集热循环系统的压力调节过程中，液位控制构件可自动调整汽包内的液位，保持汽包内的液位稳定，避免汽包内液位过低，导致水蒸汽进入循环泵，造成对循环泵的破坏；也可避免汽包内液位过高，导致水进入过热段，降低蒸汽输出温度，总体上起到排水阻汽的作用。

实施例二

如图1所示，本实施例中提供的一种光热电站集热循环系统，包括通过管路依次连接并形成循环回路的集热装置、储热体4及循环泵5，该集热装置包括至少一个集热单元；该集热单元包括依次连接的蒸发段1、汽包3、过热段2，该蒸发段1的进口与该循环泵5的出水端相连，该过热段2的出口与储热体4的进口相连，该汽包3通过第一管路6与储热体4的出口至循环泵5的进水端之间的管路连通；该第一管路6上设置有第一电动调节阀7。

其中，集热装置可以为一个集热单元，本实施例以由一个集热单元构成的集热装置为例说明该集热循环系统的压力调节过程。经蒸发段1加热后产生的湿蒸汽，进入到过热段2进一步被加热为具有一定压力、温度的过热蒸汽，该过热蒸汽以一定的流速进入储热体4中，过热蒸汽在储热体4换热过程中放热凝结为水，发生了状态变化，使得储热体4内的蒸汽压力一直处于不断变化中，通过调节第一电动调节阀7的开度，改变储热体4中的凝结水水量，调节储热体4中的压差。例如，当该集热循环系统的压力升高时，关小第一电动调节阀7，则第一电动调节阀7阀后的压力降低，即储热体4的出口压力降低(因储热体4与电动调节阀为并联连接的管路，并联管路的入口压力和出口压力相等)，此时，在短时间内储热体4的入口压力仍未变化，则储热体4的进出口压差增大，储热体4中的凝结水由于压差的增大而流速增大，导致储热体4中的凝结水量减少，从而增大蒸汽体积，同时也增大了蒸汽与储热体4中换热管道的换热面积，蒸汽凝结为水的速度增加，降低了蒸汽质量， 从而使得该集热循环系统的压力降低，达到一个新的汽水平衡，进而维持该集热循环系统的压力稳定。同理，当该集热循环系统的压力降低时，开大第一电动调节阀7，则第一电动调节阀7阀后的压力升高，即储热体4的出口压力升高，此时，在短时间内储热体4的入口压力仍未变化，则储热体4的进出口压差降低，储热体4中的凝结水由于压差的降低而流速减少，导致储热体4中的凝结水量增加，从而降低了储热体4中管道中的蒸汽体积，同时也减少了蒸汽与管道的换热面积，蒸汽凝结为水的速度降低，增加了蒸汽质量，从而使得该集热循环系统的压力升高，达到新的压力下的汽水平衡，进而维持该集热循环系统的压力稳定。综上所述，该集热循环系统的压力调节为：开大第一电动调节阀7，集热循环系统的压力升高；关小第一电动调节阀7，集热循环系统的压力降低。通过调节第一电动调节阀7的开闭，调节储热体4中管道中的压差，进而维持该集热循环系统的汽水平衡，从而保证该集热循环系统的压力稳定，进而维持该集热循环系统的汽水平衡。

此外，该集热循环系统还包括用于监测汽包3内液位的液位监测构件，该液位监测构件与第一电动调节阀7相连。通过设置液位监测构件可实时监控汽包3内的液位，避免汽包3内液位过高，导致水进入过热段2，造成输出蒸汽温度降低或避免汽包3内液位过低，导致水蒸气进入循环泵5，造成对循环泵5的破坏。

还可在过热段2出口至储热体4进口的管路上设置入口阀8，根据光热电站集热循环系统的实际需要，控制进入储热体4的过热蒸汽量。还可设置与储热体4相连的气液分离器，当储热体4出口的冷凝水中混入蒸汽时，可通过该气液分离器将蒸汽与冷凝水分离，避免蒸汽进入循环泵5造成循环泵5的损坏。

实施例三

实施例二提供了当集热装置包括一个集热单元101时的集热循环系统的压力调节过程，本实施例提供了当集热装置为二个或二个以上集热单元101时的集热循环系统的压力调节过程。

如图2所示，本实施例中提供的一种光热电站集热循环系统，包括通过管路依次连接并形成循环回路的集热装置、储热体4及循环泵5，该集热装置包括至少一个集热单元101；该集热单元101包括依次连接的蒸发段、汽包、过热段，该蒸发段的进口与该循环泵5的出水端相连，该过热段的出口与储热体4的进口相连，该汽包通过第一管路与储热体4的出口至循环泵5的进水端之间的管路连通；该第一管路上设置有第一电动调节阀7。

其中，本实施例中提供的集热循环系统与实施例二中提供的集热循环系统的结构大体相同或类似；本实施例中提供的集热循环系统的压力调节过程与实施例二中提供集热循环系统的压力调节过程也大致相同或类似，在此不再赘述。下面仅以不同之处加以描述，本实施例中的集热循环系统的压力调节与实施例二不同之处在于本实施例中的集热装置包括二个或二个以上集热单元101，当集热循环系统的压力发生变化时，需同时调节各集热单元101中第一管路上设置的第一电动调节阀7，调节储热体4中管道中的压差，以保持整个集热循环系统压力的稳定，保证该集热循环系统的汽水平衡，实现该集热循环系统的正常运行。

此外，该集热循环系统还包括用于监测汽包内液位的液位监测构件，该液位监测构件与第一电动调节阀7相连。通过设置液位监测构件可实时监控汽包内的液位，避免汽包内液位过高，导致水进入过热段，造成输出蒸汽温度降低或避免汽包内液位过低，导致水蒸气进入循环泵5，造成对循环泵5的破坏。

还可在过热段出口至储热体4进口的管路上设置入口阀8，根据光热电站集热循环系统的实际需要，控制进入储热体4的过热蒸汽量。还可设置与储热体4相连的气液分离器，当储热体4出口的冷凝水中混入蒸汽时，可通过该气液分离器将蒸汽与冷凝水分离，避免蒸汽进入循环泵5对循环泵5造成破坏。

实施例四

如图3所示，本实施例中提供的一种光热电站集热循环系统，包括通过管路依次连接并形成循环回路的集热装置、储热体4及循环泵5，该集热装置包括至少一个集热单元；该集热单元包括依次连接的蒸发段1、汽包3、过热段2，该蒸发段1的进口与该循环泵5的出水端相连，该过热段2的出口与储热体4的进口相连，该汽包3通过第一管路与储热体4的出口至循环泵5的进水端之间的管路连通；该第一管路上设置用于控制汽包3内液位稳定的液位控制构件，同时，该储热体4的出口端与第一管路之间的管路上设置有第二电动调节阀10。

其中，集热装置可以为一个集热单元，本实施例以由一个集热单元构成的集热装置为例说明该集热循环系统的压力调节过程。经蒸发段1加热后产生的湿蒸汽，进入到过热段2进一步被加热为具有一定压力、温度的过热蒸汽，该过热蒸汽以一定的流速进入储热体4中，过热蒸汽在储热体4换热过程中放热凝结为水，发生了状态变化，使得储热体4内的蒸汽压力一直处于不断变化中，通过液位控制构件和第二电动调节阀10共同调节该集热循环系统的压力，其具体调节过程为：当集热循环系统 压力升高时，开大第二电动调节阀10，增大储热体4中冷凝水的流速，降低储热体4内的冷凝水水量，从而增加储热体4内的蒸汽体积，增大蒸汽与管道的换热面积，蒸汽凝结为水的速度增加，降低了蒸汽质量，此时蒸汽压力就会逐渐下降达到一个新的平衡。同理，当集热循环系统压力下降时，关小第二电动调节阀10，降低储热体4内的冷凝水的流速，达到减小储热体4中的蒸汽体积和提高蒸汽质量的目的，储热体4中的蒸汽压力逐渐增加达到平衡。同时，在集热循环系统的压力调节过程中，液位控制构件可自动调整汽包3内的液位，保持汽包3内的液位稳定，避免汽包3内液位过低，导致水蒸气进入循环泵5，造成对循环泵5的破坏；也可避免汽包3内液位过高，导致水进入过热段2，降低蒸汽输出温度，总体上起到排水阻汽的作用。

其中，液位控制构件可为疏水阀9，通过设置疏水阀9可自动调整汽包3内的液位，起到排水阻汽的作用。液位控制构件也可为第三电动调节阀，当液位控制构件为第三电动调节阀时，还可设置与第三电动调节阀相连的用于监测汽包3内液位的液位监测构件，同样可维持光热电站集热系统的压力，并实时监测汽包3内的液位。

还可在过热段2出口至储热体4进口的管路上设置入口阀8，根据光热电站集热循环系统的实际需要，控制进入储热体4的过热蒸汽量。还可设置与储热体4相连的气液分离器，当储热体4出口的冷凝水中混入蒸汽时，可通过该气液分离器将蒸汽与冷凝水分离，避免蒸汽进入循环泵5对循环泵5造成破坏。

实施例五

实施例四提供了当集热装置包括一个集热单元101时的集热循环系统的压力调节过程，本实施例提供了当集热装置为二个或二个以上集热单元101时的集热循环系统的压力调节过程。

如图4所示，本实施例中提供的一种光热电站集热循环系统，包括通过管路依次连接并形成循环回路的集热装置、储热体4及循环泵5，该集热装置包括至少一个集热单元101；该集热单元101包括依次连接的蒸发段、汽包、过热段，该蒸发段的进口与该循环泵5的出水端相连，该过热段的出口与储热体4的进口相连，该汽包通过第一管路与储热体4的出口至循环泵5的进水端之间的管路连通；该第一管路上设置有用于控制汽包内液位稳定的液位控制构件，同时，该储热体4的出口端与第一管路之间的管路上设置有第二电动调节阀10。

其中，集热装置包括二个或二个以上集热单元101，该集热循环系统的压力调节过程与实施例四 中的压力调节过程类似，在此不再赘述，其中，本实施例中的集热循环系统的压力调节与实施例四不同的是由于本实施例中的集热装置包括二个或二个以上集热单元101，当集热循环系统的压力发生变化时，需同时调节各集热单元101中的第二电动调节阀10和液位控制构件，以保持整个集热循环系统压力的稳定，保证该集热循环系统的汽水平衡，实现该集热循环系统的正常运行。

其中，液位控制构件可为疏水阀9，通过设置疏水阀9可自动调整汽包内的液位，起到排水阻汽的作用。液位控制构件也可为第三电动调节阀，当液位控制构件为第三电动调节阀时，还可设置与第三电动调节阀相连的用于监测汽包内液位的液位监测构件，同样可维持光热电站集热系统的压力，并实时监测汽包内的液位。

还可在过热段出口至储热体4进口的管路上设置入口阀8，根据光热电站集热循环系统的实际需要，控制进入储热体4的过热蒸汽量。还可设置与储热体4相连的气液分离器，当储热体4出口的冷凝水中混入蒸汽时，可通过该气液分离器将蒸汽与冷凝水分离，避免蒸汽进入循环泵5对循环泵5造成破坏。

最后需要说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式技术方案的精神和范围。