太阳能电站直接蒸汽过热生成设备的制作方法

本实用新型属于太阳能光热发电技术领域，特别是涉及一种太阳能电站直接蒸汽过热生成设备。

背景技术：

目前，太阳能电站最常使用的是线性太阳能集热器，如抛物面槽式太阳能集热器或线性菲涅尔太阳能集热器，线性太阳能集热器中的有机传热流体通过系列的三个热交换器，其中有机传热流体在第一个热交换器中被预热到它的沸点，在第二个热交换器中沸腾，并在第三个热交换器中被过热。所生成的过热蒸汽膨胀后穿过汽轮机，进而为产生电能的发电机提供动能。

当线性太阳能集热器的有机传热流体采用水时，即水在受热面经过预热、蒸发、过热后全部变为过热蒸汽。由于线性太阳能集热器的蒸发和过热受热面没有明显的界限，在蒸发受热面有时会出现流动不稳定和脉动状态(水锤振动)，从而影响线性太阳能集热器运行的稳定性和安全性。

太阳能电站较常使用的另外一种发电方式为太阳能塔式发电。塔式发电是在很大面积的场地上装有许多台大型太阳能反射镜，通常称为定日镜，每台定日镜都各自配有跟踪机构准确的将太阳光反射集中到一个高塔顶部的接收器上。接收器把吸收的太阳光能转化成热能，再将热能传给工质，经过蓄热环节，再输入热动力机，膨胀做工，带动发电机，最后以电能的形式输出。

现有塔式发电系统的接收器通常包括集热塔，集热塔的上部开设空腔，空腔内部设置蒸发器和过热器，集热塔的塔顶安装汽包，介质水由蒸发器蒸发进入到汽包中，汽包的出口与过热器连接，过热器通过管路与蒸发器联通形成循环回路。该循环回路由于依靠自循环原理，可以较好的避免水锤振动现象的产生。但同时，由于定日镜与集热塔的距离较远，集热塔上的集热器受太阳光光密度变化、云层遮挡、液体流量和压力等各种因素的影响，造成过热器运行不稳定，导致过热器过温损坏。同时，由于过热器所受光热流密度较高，需耐温要求较高的制作材料，例如镍基合金等，而上述材料成本高昂，使得塔式发电系统的成本较高。

能否寻找出一种既能够避免水锤振动现象产生，又能避免塔式发电系统过热器运行不稳定的过热蒸汽生成设备，成为太阳能发电行业亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种既能够避免水锤振动现象产生，又能避免塔式发电系统过热段运行不稳定的过热蒸汽生成设备。

根据本实用新型的实施例，提供了一种太阳能电站直接蒸汽过热生成设备，包括：

若干定日镜，按设定布局布置；

集热塔，设置在设定布局的中心；所述集热塔上部设置蒸发器，顶部设置汽包；蒸发器的出口与所述汽包中的汽水分离器的入口联通；

若干过热器，均匀布置在所述集热塔底部的设定区域内；所述过热器包括线性聚光反射装置；所述过热器的入口与所述汽包的出口联通，出口与做功设备联通。

优选地，所述设备还包括用于联通所述做功设备与所述蒸发器的管路，在所述做功设备放热后的传热介质冷却后经所述管路进入所述蒸发器中进行循环。

优选地，若干定日镜构成的区域围绕于所述集热塔底部外围的设定区域之外。

其中，若干定日镜构成的区域面积与所述集热塔底部设定区域的面积之比为2:1～3:1。

优选地，若干定日镜构成的区域形状为环形、扇形或矩形；

所述集热塔底部设定区域的形状为环形、扇形或矩形。

优选地，若干定日镜构成的区域形状与所述集热塔底部设定区域的形状相同。

优选地，所述线性聚光反射装置为线性菲涅尔式反射镜或槽式反射镜。

由以上技术方案可知，本申请将蒸发段采用塔式集热塔的结构布置，相较于现有常规塔式发电系统，省去了过热段的设置，因此其对于定日镜的设置及要求及集热器材料的要求均大幅降低；本申请将过热段靠近于地面设置，并采用线性聚光反射装置集热，由于线性聚光反射装置作用的传热介质为单相气态，故集热管不存在水锤振动的问题，且线性聚光反射装置集热器获得过热蒸汽的控制非常稳定。故本申请中的直接蒸汽过热生成方法及设备既不会产生水锤振动现象，又不会出现过热段运行不稳定的情况。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本实用新型，其中：

图1为根据本申请一优选实施例示出的太阳能电站直接蒸汽过热生成方法的流程图；

图2为根据一优选实施例示出的太阳能电站直接蒸汽过热生成设备的中心截面图；

图3为根据图2示出的直接蒸汽过热生成过程中传热介质的流向示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本实用新型的太阳能电站直接蒸汽过热生成设备的实施例。

在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本实用新型实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

本实用新型的实用新型人注意到，塔式发电系统的集热塔相较于线性太阳能集热器，其内布置的蒸发器的水管管路不会发生水锤振动的现象，但其过热段却存在背景技术中所述的运行不稳定的问题。而同时，线性太阳能集热器的结构受太阳光光密度变化、云层遮挡等因素的影响较小，受热均匀，光热流密度稳定。但是线性太阳能集热器的传热采用水时，其蒸发段采用近水平设置，存在水锤振动现象。基于上述情况，本实用新型的实用新型人提出一种构想，突破现有塔式发电系统和线性太阳能集热器的既有集热模式，将塔式发电系统的优势和线性太阳能集热器的优势分别抽离出来并进行集合，从而提出一种全新的太阳能电站直接蒸汽过热生成方法。

下面对本申请中提出的太阳能电站直接蒸汽过热生成方法首先进行详细阐述。

图1为根据本申请一优选实施例示出的太阳能电站直接蒸汽过热生成方法的流程图，如图1所示，包括如下步骤：

S101：按设定布局布置若干定日镜。

在本申请中，若干定日镜构成的区域形状优选为环形、扇形或矩形。需要说明的是，上述形状只是示例性的，并不用于限定若干定日镜构成的区域形状，若干定日镜的布局可根据施工需求做适应性改变。

S102：在设定布局的中心设置集热塔。

S103：在集热塔的上部设置蒸发器，在集热塔的顶部设置汽包。蒸发器的出口与汽包的入口联通。

集热塔上布置用于蒸发器使用的管路。本实施例中，蒸发器包括预热段和蒸发段，在蒸发器预热段，传热介质水被加热到250～320℃，状态为液态；在蒸发器的预热段，传热介质水由320℃的液态转化为320℃的气态。320℃的气态水经蒸发出口进入汽水分离器中。

S104：在集热塔底部外围的设定区域内设置若干过热器，过热器采用线性聚光反射装置集热。过热器的入口与汽水分离器的出口联通，出口与做功设备联通。

本实施例中的做功设备包括但不限于太阳能电站中的蓄热设备和/或汽轮机、用于供热的热力设备、其他发电设备等。

进一步优选地，在太阳能电站中，还可将做功设备放热后的传热介质经冷却后经管路再次进入蒸发器中进行循环。

本实施例中若干过热器的设置位置可设置于集热塔底部外围的任意位置，但基于结构布局优化的考虑，优选地，将若干过热器设置在集热塔底部外围的设定区域，而若干定日镜构成的区域围绕于该设定区域之外。基于定日镜距离集热塔较近时其集热效果较差的考虑，本实施例中若干定日镜构成的区域面积与集热塔底部设定区域的面积之比为2:1～3:1。

集热塔底部设定区域的形状优选为环形、扇形或矩形。作为优选实施方案，集热塔底部设定区域的形状与若干定日镜构成的区域形状相同。例如，当若干定日镜构成的区域形状为圆形时，集热塔底部设定区域的形状亦为圆形，集热塔底部设定区域的半径为R，则若干定日镜构成的区域的半径为2R。

本实施例中，线性聚光反射装置优选线性菲涅尔式反射镜或槽式反射镜。

本实施例中的太阳能电站直接蒸汽过热生成方法将蒸发段采用塔式集热塔的结构布置，相较于现有常规塔式发电系统，省去了过热段的设置，因此其对于定日镜的设置及要求及集热器材料的要求均大幅降低；同时本实施例中的过热段靠近于地面设置，并采用线性聚光反射装置集热，相当于只采用线性聚光反射装置来进行过热，由于本实施例中的线性聚光反射装置只进行过热，其介质只为气态，故不存在由液态沸腾过程中导致的集热管水锤振动问题，且线性聚光反射装置集热器获得直接蒸汽过热的控制非常稳定。

需要说明的是，本申请对预热段和蒸发段采用无水锤现象产生的加热方式；对过热段采用稳定的加热方式，全程使用一种传热介质，在避免产生水锤振动现象，保证过热段运行稳定的情况下，还具有结构简单、降低生产成本的优点。

与上述方法对应地，提供一种太阳能电站直接蒸汽过热生成设备。图2为根据一优选实施例示出的太阳能电站直接蒸汽过热生成设备的结构图。图3为根据图2示出的直接蒸汽过热生成过程中传热介质的流向示意图。

如图2和图3所示，太阳能电站直接蒸汽过热生成设备包括若干定日镜1、集热塔2、蒸发器3和若干过热器4。

若干定日镜1按设定布局布置。在本申请中，若干定日镜1构成的区域形状优选为环形、扇形或矩形。需要说明的是，上述形状只是示例性的，并不用于限定若干定日镜构成的区域形状，若干定日镜的布局可根据施工需求做适应性改变。

集热塔2的上部设置蒸发器，在集热塔的顶部设置汽包5。

蒸发器3设置在集热塔2的上部，其出口与汽包5的入口联通。集热塔2上布置用于蒸发器使用的管路。本实施例中，蒸发器包括预热段和蒸发段，在蒸发器预热段，传热介质水被加热到250～320℃，状态为液态；在蒸发器的预热段，传热介质水由320℃的液态转化为320℃的气态。320℃的气态水经蒸发出口进入汽水分离器中。

若干过热器均匀布置在集热塔2底部外围的设定区域内。过热器4包括线性聚光反射装置40；过热器4的入口与汽水分离器的出口联通，出口与太阳能电站中的蓄热设备6联通。

本实施例中若干过热器的设置位置可设置于集热塔2底部外围的任意位置，但基于结构布局优化的考虑，优选地，将若干过热器设置在集热塔2底部外围的设定区域，而若干定日镜构成的区域围绕于该设定区域之外。基于定日镜距离集热塔较近时其集热效果较差的考虑，本实施例中若干定日镜构成的区域面积与集热塔底部设定区域的面积之比为2:1～3:1。

集热塔底部设定区域的形状优选为环形、扇形或矩形。作为优选实施方案，集热塔底部设定区域的形状与若干定日镜构成的区域形状相同。例如，当若干定日镜构成的区域形状为圆形时，集热塔底部设定区域的形状亦为圆形，集热塔底部设定区域的半径为R，则若干定日镜构成的区域的半径为2R。

本实施例中，线性聚光反射装置优选线性菲涅尔式反射镜或槽式反射镜。

本实施例中的太阳能电站直接蒸汽过热生成设备的工作原理如上所述太阳能电站直接蒸汽过热生成方法，此处不再赘述。

由以上技术方案可知，本申请将蒸发段采用塔式集热塔的结构布置，相较于现有常规塔式发电系统，省去了过热段的设置，因此其对于定日镜的设置及要求及集热器材料的要求均大幅降低；本申请将过热段靠近于地面设置，并采用线性聚光反射装置集热，由于线性聚光反射装置作用的传热介质只为气态，故集热管不存在水锤振动的问题，且线性聚光反射装置集热器获得直接蒸汽过热的控制非常稳定。故本申请中的直接蒸汽过热生成方法及设备既不会产生水锤振动现象，又不会出现过热段运行不稳定的情况。

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据实用新型之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本实用新型之目的为准。