制造过热水蒸汽的装置和方法
【专利摘要】本发明涉及一种借助太阳能制造过热水蒸汽的装置，所述装置具有下列特征：至少一个利用热载体介质以热量的形式容纳太阳能的热载体循环以及至少一个利用水和/或水蒸汽形成所述过热水蒸汽的水/水蒸汽循环。在此在所述水/水蒸汽循环中，所述水和/或水蒸汽能够沿流动方向流动。所述热载体循环和所述水/水蒸气循环相互热耦合，用于通过至少一个中间过热器的至少一个热交换器制造过热水蒸汽。在所述水/水蒸汽循环中，沿所述流动方向在所述热交换器之前布置至少一个用于使水和水蒸汽相互分离的脱水器，从而使得基本上只有水蒸汽能够进入到所述热交换器中。所述热交换器和所述脱水器布置在公用的中间过热器压力容器中。
【专利说明】制造过热水蒸汽的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种借助太阳能制造过热水蒸汽的装置以及一种在使用所述装置的情况下制造过热水蒸汽的方法。此外还说明了一种所述过热水蒸汽的用途。
【背景技术】
[0002]替代传统发电技术使用太阳热能发电装置，成为缓和已存在的二氧化碳问题的一条出路。在此太阳能(太阳能量)、即太阳的电磁射线，被转化成电能。
[0003]目前大部分太阳热能发电装置设计为利用间接蒸发的太阳热能发电装置。在此将具有抛物线槽收集器的太阳能场用作太阳能的接收器。除抛物线形槽收集器外还可将菲涅尔收集器用作太阳能的接收器。太阳能场亦可被太阳能塔替代使用。
[0004]所述利用间接蒸发的太阳热能发电装置具有蒸汽制造器。所述蒸汽制造器包括利用热载体介质的热载体循环(一级循环)和利用水的水/水蒸汽循环(二级循环)。水和水蒸气作为工作流体发挥作用。
[0005]热载体循环的热载体介质，如热油或熔盐，以热量(热能)的形式容纳太阳能。所述热载体介质被加热。通过所述热载体介质容纳的热量借助于给水预热器、蒸发器和过热器传导至水/水蒸汽循环的水或者水蒸汽。过热水蒸汽由此被制造出来。存储在过热水蒸汽中的热能用于生产电能。出现了从热能到电能的转化。
[0006]所述过热水蒸汽的热能到电能的转化在太阳热能发电装置的“常规”部件中得以实现，例如借助蒸汽涡轮机，通过所述蒸汽涡轮机驱动发电机。
[0007]为了最优地利用涡轮机潜能，水蒸汽在高压涡轮机中减压后被再次过热。这将借助中间过热器完成。在过热后水蒸汽在低压涡轮机中再次被减压。在此不能被排除的是，在所述第一次减压后水蒸汽含有少量液态水的成分。这种水/水蒸汽混合物会导致加热表面的不期望的覆层(盐斑)并且由于在蒸汽涡轮机的入口叶片处的水滴击打造成涡轮机中的腐蚀。
【发明内容】
[0008]本发明的任务是，指出如何能够借助太阳能有效率地获得具有少量水分的过热水蒸汽，所述过热水蒸气能够应用于生产电能。
[0009]为解决该任务，提出一种借助太阳能制造过热水蒸汽的装置，所述装置具有至少一个利用热载体介质以热量的形式容纳太阳能的热载体循环以及至少一个利用水和/或水蒸汽形成所述过热水蒸汽的水/水蒸汽循环，其中在所述水/水蒸汽循环中，所述水和/或水蒸汽能够沿流动方向流动，所述热载体循环和所述水/水蒸气循环相互热耦合，用于通过至少一个中间过热器的至少一个热交换器制造过热水蒸汽，在所述水/水蒸汽循环中，沿所述流动方向在所述热交换器之前布置至少一个用于使水和水蒸汽相互分离的脱水器，从而使得基本上只有水蒸汽能够进入到所述热交换器中，并且所述热交换器和所述脱水器布置在公用的中间过热器压力容器中。[0010]为解决此任务，还提出了一种在使用所述装置的情况下制造过热水蒸汽的方法，所述方法具有下列方法步骤:a)提供所述热载体介质，b)将太阳能转化为所述热载体介质的热量，c)提供所述水/水蒸汽循环的水/水蒸汽混合物，d)借助脱水器从所述水/水蒸汽混合物中分离水，并且d)将所述热载体介质中的热量传导至所述水/水蒸汽混合物的余下的水蒸汽，由此制造所述过热水蒸汽。
[0011]根据本发明的另一方面，提出一种将利用所述方法制造出的过热水蒸汽用于生产电能的用途，其中借助所述过热水蒸汽驱动蒸汽涡轮机。
[0012]在脱水器和热交换器之间通常会设置连接管，通过所述连接管将饱和水蒸汽从脱水器导入到热交换器中。在此即使在非常轻微的冷却的情况下也会发生饱和水蒸汽的凝结(形成液态水)。相反，根据本发明在脱水器和中间过热器的热交换器之间不使用连接管。脱水器和热交换器布置在唯一的容器中，从而使得通过脱水得到的饱和水蒸汽直接进入到中间过热器的热交换器中。为此脱水器和热交换器优选直接紧邻地布置。
[0013]分离出的水优选再输送给水/水蒸汽循环。为此设置例如一个或多个泵。
[0014]利用中间过热器会提高连接在后面的蒸汽涡轮机的效率。利用中间过热器将热能引入到水/水蒸汽循环中的水蒸汽中。为了引入热能，由太阳热能驱动中间过热器:中间过热器具有用于容纳水蒸汽的中间过热器水管。为了中间过热，热的、借助太阳能(由太阳发出并到达地球表面的电磁射线)加热的热载体介质被导流经过中间过热器水管。中间过热器水管和热载体介质相互热耦合。通过热载体介质的导流经过，使得在中间过热器水管中的水蒸汽过热。
[0015]为了引起热载体介质流动经过中间过热器水管，设置例如一个热载体泵或多个热载体泵。热载体介质被泵送经过水管。中间过热器优选具有垂直的结构，从而使得热的热载体介质能够“由上向下”地穿过热交换器流动。利用所述中间过热器的垂直结构此外还可利用在中间过热器水管中的水蒸汽的自然的“由下向上”的运动。
[0016]在一种特殊的设计方案中，热交换器垂直地布置在脱水器上方。在此也利用了水蒸汽的自然的运动。此外能够以简单的方式导出分离出的水并且为了进一步使用再次输送给水/水蒸汽循环。
[0017]根据一种特殊的设计方案，热交换器具有至少一个用于导引所述水/水蒸汽循环的水蒸汽的中间过热器水管。在此所述中间过热器水管具有至少一种从直线形、U形和螺旋形的组中选出的管形。尤其利用U形和利用螺旋形会形成有效率的热交换。
[0018]此外还可以考虑将加热介质转换到管道内侧。所述热载体介质在中间过热器热载体管中流动。水蒸汽循环中的水蒸汽流动经过中间过热器热载体管的外壁。在此会发生热传导。在一个特殊的设计方案中，热交换器具有至少一个用于导引热载体循环的热载体介质的中间过热器热载体管。在此所述中间过热器热载体管具有至少一种从直线形、U形和螺旋形的组中选出的管形。在此也是尤其利用U形和利用螺旋形会形成有效率的热交换。
[0019]特别有效率的是，存在多个彼此平行布置的中间过热器水管。形成中间过热器水管集束。在给定的管道体积下，针对热载体介质和水蒸汽热耦合的(总)管道表面积而言，中间过热器水管集束比唯一的中间过热器水管更大。
[0020]对于中间过热器水管集束而言，例如水蒸汽通过分流器分流到中间过热器水管中。在中间过热器水管中的每个中单独进行过热水蒸汽的制造。通过收集器将在单个中间过热器水管中获得的过热水蒸汽再聚集起来。所述聚集的过热水蒸汽随后进一步导入到蒸汽涡轮机中。
[0021]为了进一步提高热载体介质的热量传递到中间过热器水管的水蒸汽的效率，有利的是，影响热载体介质的流动方向(和流动速度)。所述热载体介质能够受导引地导流经过这个中间过热器水管或这些中间过热器水管。为此根据一个特殊的设计方案存在多个用于改变热载体介质的流动方向的转向板。
[0022]根据一个特殊的设计方案，存在多个中间过热器。优选多个蒸汽制造器与更大的中间过热器单元并联。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]下面根据多个实施例和配属于所述实施例的附图对本发明进行详细说明。所述附图是示意性的并且不是按比例绘制的示图:
图1示出了用于制造过热水蒸汽的装置的第一实施例的侧视图。
[0024]图2示出了用于制造过热水蒸汽的装置的第二实施例的侧视图。
【具体实施方式】
[0025]出发点是借助太阳能制造过热水蒸汽30的装置I。所述装置具有下述部件:利用热载体介质20以热量的形式容纳太阳能的热载体循环2以及利用水和/或水蒸汽形成过热水蒸汽的水/水蒸汽循环3。在此，在所述水/水蒸汽循环中，所述水和/或水蒸汽能够沿流动方向33流动。
[0026]所述热载体循环和所述水/水蒸气循环相互热耦合，用于通过至少一个中间过热器4的至少一个热交换器制造过热水蒸汽。热的热载体介质22被引入到所述中间过热器中。冷的热载体介质23离开所述中间过热器的热交换器并且重新用于容纳太阳能。
[0027]在所述水/水蒸汽循环中，沿所述流动方向在所述热交换器之前布置用于使水和水蒸汽相互分离的脱水器5，从而使得基本上只有水蒸汽能够进入到所述热交换器中。所述热交换器和所述脱水器布置在公用的中间过热器压力容器中。
[0028]在所述脱水器中分离出的水50会被重新导入所述水/水蒸汽循环。
[0029]实施例1:
在此水蒸汽(在由第一蒸汽涡轮机减压后)被导入到脱水器中。饱和水蒸汽从所述脱水器直接流入到集束的U形的中间过热器水管(U形管)中。所述U形管环形地布置并且定位，从而通过接头构成两个分管道板。所述分管道板偏移地(彼此独立地)布置。由此避免由于较大的温差而引起的热应力。通过使用转向板提高热载体介质在管内空间中的流动速度并且由此改善热量传导。
[0030]实施例2:
该设备的结构与实施例1类似。替代U形管，中间过热器水管以螺旋形集束地安装。为缩小流动横截面，将所述中间过热器水管集束分成两部分。其功能原理与U形管结构类似。
[0031]根据另外一个未示出的实施例，设置U形的中间过热器水管和螺旋形的中间过热器水管。
[0032]其他同样未示出的实施例包含在管道内部中导引流体的热载体介质。设置U形的中间过热器热载体管和/或螺旋形的中间过热器热载体管。水/水蒸汽循环的水蒸汽能够流动经过中间过热器热载体管的外表面，由此发生能量交换。
[0033]所述装置借助太阳能制造过热水蒸汽。在此实施下列方法步骤:a)提供所述热载体介质，b)将太阳能转化为所述热载体介质的热量，c)提供所述水/水蒸汽循环的水/水蒸汽混合物，d)借助脱水器从所述水/水蒸汽混合物中分离水，并且d)将所述热载体介质中的热量传导至所述水/水蒸汽混合物的余下的水蒸汽，由此制造所述过热水蒸汽。
[0034]制造出的过热水蒸汽为了产生电流会被进一步导入到蒸汽涡轮机。
【权利要求】
1.一种借助太阳能制造过热水蒸汽(30)的装置(1)，所述装置具有: -至少一个热载体循环(2)，所述热载体循环利用热载体介质(20)以热量的形式容纳太阳能以及 -至少一个水/水蒸汽循环(3)，所述水/水蒸汽循环利用水和/或水蒸汽形成所述过热水蒸汽，其中 -在所述水/水蒸汽循环中，所述水和/或水蒸汽能够沿流动方向(33)流动， -所述热载体循环和所述水/水蒸气循环相互热耦合，用于通过至少一个中间过热器(4)的至少一个热交换器(40)制造过热水蒸汽， -在所述水/水蒸汽循环中，沿所述流动方向在所述热交换器之前布置至少一个用于使水和水蒸汽相互分离的脱水器(5)，从而使得基本上只有水蒸汽能够进入到所述热交换器中，并且 所述热交换器和所述脱水器布置在公用的中间过热器压力容器(6 )中。
2.按照权利要求1所述的装置，其中所述脱水器和所述热交换器直接紧邻地布置。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其中所述热交换器垂直地布置在所述脱水器上方。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的装置，其中所述热交换器具有至少一个用于导引所述水/水蒸汽循环的水蒸汽的中间过热器水管(31)，并且所述中间过热器水管具有至少一种从直线形、U形和螺旋形的组中选出的管形。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的装置，其中所述热交换器具有至少一个用于导弓I所述热载体循环中的热载体介质的中间过热器热载体管，并且所述中间过热器热载体管具有至少一种从直线形、U形和螺旋形的组中选出的管形。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的装置，其中存在多个(32)彼此平行布置的中间过热器水管和/或多个彼此平行布置的中间过热器热载体管。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的装置，其中存在多个用于改变所述热载体介质的流动方向的转向板。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的装置，其中存在多个中间过热器。
9.一种在使用按照权利要求1至8中任一项所述的装置的情况下制造过热水蒸汽的方法，所述方法具有如下方法步骤: a)提供所述热载体介质， b)将太阳能转化为所述热载体介质的热量， c)提供所述水/水蒸汽循环的水/水蒸汽混合物， d)借助脱水器从所述水/水蒸汽混合物中分离水，并且 d)将所述热载体介质中的热量传导至所述水/水蒸汽混合物的余下的水蒸汽，由此制造所述过热水蒸汽。
10.一种根据权利要求9所述的方法将过热水蒸汽用于生产电能的用途，其中借助过热水蒸汽驱动蒸汽涡轮机(12)。
【文档编号】F03G6/06GK103429853SQ201180047425
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2011年9月29日 优先权日:2010年9月30日
【发明者】A.钦奇克, G.贝克施, W.霍夫曼 申请人:西门子公司