专利名称：槽式太阳能雾化闪蒸热发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用雾化水汽传热工质和雾化闪蒸实现槽式太阳能聚热发电 (CSP)的装置，该装置借助线聚焦强化集热管对管内气体进行扰动的机理，在强化换热的同 时有控制的输入雾化水汽，在聚光阵列中产生饱和蒸汽和过热蒸汽，最终驱动蒸汽轮机并 带动发电机完成槽式太阳能聚热发电的装置。该技术属太阳能热利用领域。
背景技术：
随着太阳能等可再生能源利用在全世界蓬勃发展，太阳能聚热发电(CSP)逐步为 人们所认识。太阳能聚热发电(CSP)相比光伏太阳能发电(PV)有规模大、集中度高、效率 高等突出特点，但是面临的共同问题是如何降低投资成本以及如何提高发电效率进而降 低发电成本，尤其是降低投资成本和提高发电效率就成为两种太阳能发电技术竞争的焦 点。太阳能聚热发电(CSP)主要有槽式、塔式以及碟式等三种热发电模式，其中槽式太阳 能聚热发电已经实现商业化。该技术主要采用导热油为传热工质，经导热油换热后驱动常 规蒸汽轮机带动发电机组发电。由于目前的导热油工作温度必须控制在400度左右，超出 这一温度将会导致导热油裂解、粘度提高以及传热效率降低等问题，因此限制了槽式太阳 能聚热发电的工作温度。同时，导热油使用成本很高，因此迫切需要有新的传热工质取代 导热油，以提高工作温度，并降低装置造价和运行成本。目前国际太阳能聚热发电(CSP) 领域正在研究的替代方法主要有熔盐工质以及直接用水做传热工质的DSG(direCt steam generation)两种技术。前者一般采用硝酸类熔盐，结晶点较高，大多在230至左右， 因此直接拿来替换还有诸多困难，当前熔盐主要用于热储能。美国桑迪亚实验室正在研究 结晶点在100度以下的熔盐，如果成功将有希望取代导热油。用水直接做传热工质的DSG技 术已经试验多年，由于该技术存在瞬时压力难以控制，以及水在集热管内两相流传输和汽 化压力在集热管内不均勻等主要问题，因此这一普遍被看好的技术仍停留在试验阶段。但 是，只要这一问题被解决，那么DSG技术就是成本最低、效率最高的太阳能热发电技术。
发明内容
本发明就是为进一步解决DSG关键技术难题而提出的一种以雾化水汽为传热工 质，并利用闪蒸技术实现槽式太阳能聚热发电的装置。本发明由抛物槽聚光装置、线聚焦强化集热管、雾化水汽工质、雾化器、雾化闪蒸 罐、气压泵、射流泵、水泵、压力控制阀、热动力机、储热罐、冷凝器、传输管线等组成。所述线聚焦强化集热管的金属内管是具有强化换热功能的环形波节或螺旋波节 金属内管。由于线聚焦强化集热管充分利用了金属管体在轴向横截面周期性变化的结构优 势，促使进入金属管内的热交换介质产生强烈扰动，变层流换热为涡流换热，因此十分有利 于雾化水汽工质的传输。所述雾化水汽工质是将水在一定气体压力下经雾化器或射流泵喷射产生的空气 与水分子混合形成的雾化水汽，经抛物槽聚光和线聚焦集热管加热后可形成高温饱和蒸汽或过热蒸汽，温度可从100°c升至600V。为实现传热工质替代和避免水工质曾出现的气液两相流以及气压不均勻等问题， 在抛物槽聚光装置阵列中配置雾化器、雾化闪蒸罐或射流泵。气液两相流如图3所示。所述雾化器是在一定水压或气压条件下将液态水雾化的装置。所述雾化闪蒸罐设置水雾喷头和高温气流进出口。所述射流泵安装在抛物槽聚光装置初始进液口和聚光阵列中，射流泵设有进气 口、高温气流喷口、引流端口和加速腔。所述气压泵为气体压力泵或风扇空气压力泵。主要提供初始气体传输压力，保证 雾化水汽产生和在线聚焦强化集热管内加速流动。所述水泵是系统冷却水的循环泵。所述压力控制阀是能够自动保持和控制压力的减压阀或控制阀。所述热动力机为蒸汽轮机或螺杆膨胀动力机。所述换热器为盐汽或气汽换热器。所述储热罐是用于熔盐类物质储热的装置，包括冷罐和热罐。该发明主要有以下创新点1、将传统槽式太阳能聚热发电装置使用的以金属直管为主要特征的高温集热管， 替换成具有强化换热功能的线聚焦强化集热管，重要区别在于线聚焦强化集热管的金属内 管为环形波节或螺旋波节金属管，该金属内管具有对传热工质进行扰动和破坏稳流层的作 用，变层流加热为涡流加热。2、利用上述装置将传统导热油和水工质直接替换成雾化水汽作为传热工质，利用 含“汽”气体完成热传导。传统聚热发电装置如图4所示。3、在热动力机组前设置雾化闪蒸罐，将低压饱和蒸汽直接输入蒸汽轮机低压端做 功，并将另一部分饱和蒸汽经聚光阵列加热成为过热蒸汽输入蒸汽轮机高压端，此举不仅 可以替代常规换热器组，同时可大幅减少换热损失，提高发电效率。4、本装置设置熔盐热储能罐，将峰值多余过热蒸汽用于加热熔盐，保证在无光照 的情况下为装置提供储备热能进行发电。5、为保证在瞬时压力升高的情况下稳定输出饱和蒸汽或过热蒸汽，雾化闪蒸罐与 冷凝器间增加一个压力控制阀，其关键作用是旁路和调节瞬时压力，克服DSG技术中气体 压力难于调节和控制的弊端。
图1是本发明雾化闪蒸热发电示意2是本发明过热蒸汽热发电示意3是DSG技术中水汽两相流示意4是传统槽式太阳能聚热发电(CSP)装置和DSG装置示意图其中1、抛物槽聚光装置，2、线聚焦强化集热管，3、雾化器，4、射流泵，5、气压泵，6、压力 控制阀，7、雾化闪蒸罐，8、蒸汽轮机，9、冷凝器，10、储热罐，11、换热器，12、螺杆膨胀动力 机。13、水泵
具体实施例方式1、将槽式太阳能聚热发电装置使用的集热管更换为具有强化换热功能的环形波 节或螺旋波节金属内管的线聚焦强化集热管(2)，充分发挥线聚焦强化集热管( 对传热 工质的扰动作用，变层流加热为涡流加热。2、是采用雾化汽体替换导热油或水做传热工质。为继承DSG技术优势，克服直接 加热水工质存在的缺点，在抛物槽聚热装置工质进口和聚光阵列中有选择的增加汽化罐 (3)或射流泵(4)等雾化装置，利用这些装置产生雾化水汽，利用含“汽”气体完成热传导。3、设置雾化闪蒸罐(7)，通过饱和水汽闪蒸产生热发电需要的低压饱和蒸汽，此举 不仅可以替代常规换热器，同时可减少换热损失。4、聚光阵列分为饱和蒸汽发生阵列和过热蒸汽发生阵列，雾化闪蒸罐(7)安放在 两个阵列中间。传输管线分别将饱和蒸汽和过热蒸汽接入蒸汽轮机(8)带动发电机组发 H1^ ο5、螺杆膨胀动力机(12)可单独设置，也可设置在蒸汽轮机之后，利用其适应范围 宽的特点，充分利用剩余热工发电和冷却。6、采用熔盐储热技术，通过储热罐(10)及换热器(11)完成储热和放热，同时兼顾
预热装置进口汽液，以利于第二天聚热装置稳定启动。7、为保证在瞬时压力升高的情况下稳定输出饱和蒸汽或过热蒸汽，雾化闪蒸罐
(7)与冷凝器(9)间增加一个压力控制阀(6)，起到旁路和调节瞬时压力的作用，克服DSG 技术中气体压力难于调节和控制的弊端。8、为适应高温过热蒸汽发电机组工作，饱和蒸汽发生阵列产生的饱和水汽经雾化 闪蒸罐(7)闪蒸，产生的饱和蒸汽直接进入过热蒸汽发生阵列，由过热蒸汽驱动蒸汽轮机
(8)并带动发电机组发电。如图1、2所示。
权利要求
1.槽式太阳能雾化闪蒸热发电装置由抛物槽聚光装置、线聚焦强化集热管、雾化水汽 工质、雾化器、雾化闪蒸罐、气压泵、射流泵、水泵、压力控制阀、热动力机、储热罐、冷凝器、 传输管线等组成，其特征在于1)所述线聚焦强化集热管的金属内管是具有强化换热功能的环形波节或螺旋波节金 属内管；2)所述雾化水汽工质是将水在一定压力下经雾化器或射流泵喷射产生的雾化水汽，经 抛物槽聚光和线聚焦集热管加热后可形成高温饱和蒸汽或过热蒸汽，温度可从10(TC升至 600 0C ；3)为实现传热工质替代和避免水工质曾出现的气液两相流以及气压不均勻等问题，在 抛物槽聚光装置阵列中配置雾化闪蒸罐或射流泵；4)所述气压泵为气体压力泵或风扇空气压力泵，主要提供初始气体传输压力，保证雾 化水汽产生和在线聚焦强化集热管内加速流动；5)所述水泵是系统冷却水的循环泵；6)所述压力控制阀是能够自动保持和控制气体压力的减压阀或控制阀；7)所述热动力机为蒸汽轮机或螺杆膨胀动力机；8)所述换热器为盐汽或气汽换热器；9)所述储热罐是用于熔盐类物质储热的装置，包括冷罐和热罐。
2.根据权利要求1所述的槽式太阳能雾化闪蒸热发电装置，其特征在于上述雾化器 是在一定水压或气压条件下将液态水雾化的装置。
3.根据权利要求1所述的槽式太阳能雾化闪蒸热发电装置，其特征在于上述雾化闪 蒸罐安装在抛物槽聚光装置阵列中，雾化闪蒸罐内设置水雾喷头和饱和蒸汽进出口，以及 饱和蒸汽压力调节端口。
4.根据权利要求1所述的槽式太阳能雾化闪蒸热发电装置，其特征在于上述射流泵 安装在抛物槽聚光装置进口和聚光阵列中，射流泵设有进气口、高温气流喷口、引流端口和 加速腔。
全文摘要
本发明涉及一种采用雾化水汽工质传热和雾化闪蒸实现槽式太阳能聚热发电(CSP)的装置，该装置借助线聚焦强化集热管对管内气体进行扰动的机理，在强化换热的同时有控制的输入雾化水汽，在聚光阵列中产生饱和蒸汽或过热蒸汽，最终驱动蒸汽轮机并带动发电机完成槽式太阳能聚热发电的装置。该技术属太阳能热利用领域。
文档编号F03G6/06GK102086851SQ200910249949
公开日2011年6月8日 申请日期2009年12月7日 优先权日2009年12月7日
发明者张建城 申请人:张建城