专利名称：一种两段式塔式太阳能热发电系统的制作方法
技术领域：
本发明属于高温太阳能热发电系统设计领域，尤其涉及一种两段式塔式太阳能热发电系统。
背景技术：
太阳能是一种取之不竭的新能源，塔式太阳能热发电技术是一项非常有前途的应用技术，由于塔式太阳能聚光温度高，可以获得较其他几种太阳能热发电高的热电转化效率，同时该技术也是一种适合于大容量发电设备的有前途技术，目前塔式太阳能的发电技术应用已经接近大规模和广泛应用。但是对于大规模应用塔式太阳能热发电系统中，如何设计高效率的太阳能光热吸热器，满足大规模应用中大容量和高效率布置的优势，同时设计相应的热力系统，来适应太阳能发电受天气、季节和云层等多种因素对太阳能聚光热不稳定的缺点，保证在实际工程应用中能够充分利用目前火力发电的技术和已有设备制造优势，适应工程中的各种要求，仍然是需要解决的重要问题。
发明内容
针对背景技术中提到的设计高效率的太阳能光热吸热器的问题，以及太阳能发电的不连续性和受时空分布影响的缺点，本发明提出了一种两段式塔式太阳能热发电系统。一种两段式塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述系统包括太阳能镜场、预热蒸发段吸热器、汽水分离器、过热段吸热器、天然气补燃装置、蓄热子系统、汽轮机、强制循环泵、凝汽器和凝结泵；所述蓄热子系统包括蓄热体和换热器；其中，所述预热蒸发段吸热器、汽水分离器、过热段吸热器、汽轮机、凝汽器和凝结泵顺次连接；所述预热蒸发段吸热器用于吸收太阳能镜场产生的太阳辐射热流，并将工质加热成为满足朗肯循环中预热和蒸发过程的饱和蒸汽；所述汽水分离器用于实现汽水分离；所述过热段吸热器将饱和蒸汽转换为过热蒸汽；所述凝结泵通过第一阀门与所述预热蒸发段吸热器连接；所述蓄热体分别与所述汽水分离器和强制循环泵连接；所述蓄热体用于储存汽水分离器中的饱和水；所述强制循环泵与所述预热蒸发段吸热器连接；所述强制循环泵用于承担饱和水流动产生的流动阻力；所述天然气补燃装置分别与所述过热段吸热器、汽轮机和换热器连接；所述汽轮机用于使进入汽轮机的蒸汽做功；所述换热器通过第二阀门与凝结泵连接。所述系统为循环发电系统。所述系统通过循环倍率控制整个热力系统循环，循环倍率取值范围为3 12。所述循环倍率=进入预热蒸发段吸热器的工质流量/进入过热段吸热器的工质流量。
本发明的有益效果是，将预热蒸发吸热器和过热吸热器两段式布置，充分利用这两种吸热器换热的优势，减少预热蒸发吸热器的几何尺寸，提高换热效率；针对过热吸热器采用专门的设计保证这种吸热器在不同聚光条件下的受热面安全性和聚光温度的匹配特性。
图1是本发明提供的一种两段式塔式太阳能热发电系统的结构图；图2是本发明提供的50MW塔式太阳能发电系统的结构图；其中，1-预热蒸发段吸热器；2_汽水分离器；3_过热段吸热器；4_天然气补燃装置；5_蓄热子系统；6_汽轮机；7_凝汽器；8_凝结泵；9_强制循环泵；10_第一阀门；11_第二阀门；12-给水泵；13_高温加热器；14-低温加热器；15_除氧器。
具体实施例方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。图1是本发明提供的一种两段式塔式太阳能热发电系统的结构图；图1中，所述系统包括太阳能镜场、预热蒸发段吸热器、汽水分离器、过热段吸热器、天然气补燃装置、蓄热子系统、汽轮机、强制循环泵、凝汽器和凝结泵；所述蓄热子系统包括蓄热体和换热器；其中，所述预热蒸发段吸热器、汽水分离器、过热段吸热器、汽轮机、凝汽器和凝结泵顺次连接；所述预热蒸发段吸热器用于吸收太阳能镜场产生的太阳辐射热流，并将工质加热成为满足朗肯循环中预热和蒸发过程的饱和蒸汽；所述汽水分离器用于实现汽水分离；所述过热段吸热器将饱和蒸汽转换为过热蒸汽；所述凝结泵通过第一阀门与所述预热蒸发段吸热器连接；所述蓄热体分别与所述汽水分离器和强制循环泵连接；所述蓄热体用于储存汽水分离器中的饱和水；所述强制循环泵与所述预热蒸发段吸热器连接；所述强制循环泵用于承担饱和水流动产生的流动阻力；所述天然气补燃装置分别与所述过热段吸热器、汽轮机和换热器连接；所述汽轮机用于使进入汽轮机的蒸汽做功；所述换热器通过第二阀门与凝结泵连接。图2是本发明提供的50MW塔式太阳能发电系统的结构图。图2中，所示的系统包括预热蒸发吸热器、汽水分离器、过热吸热器、强制循环泵、蓄热子系统和天然气补燃装置、给水泵、高温加热器、低温加热器、凝汽器、凝结泵和除氧器；蓄热子系统包括蓄热体和换热器。本系统使用水为工质，该系统将光能利用太阳能镜场成为高温热能，通过两级太阳能吸热器，转换为热能，其中预热蒸发吸热器主要功能是将工质由低温水预热和蒸发加热成为具有一定干度的饱和蒸汽，对于这类受热面可以保持较高的热流密度，满足朗肯循环中预热和蒸发过程，为了保证太阳能镜场将充足的太阳能转换为热能，同时提高整个系统的聚光比，提高换热转换效率。过热吸热器主要是将饱和蒸汽转换为过热蒸汽，完成朗肯循环中的过热过程，换热器的热流可以低于预热蒸发吸热器的热流密度，满足安全性要求。该系统运行中通过调整预热蒸发吸热器中工质流量与过热吸热器中工质流量之t匕(定义为循环倍率K)的方式来调整太阳能热力系统中工质热力循环满足太阳能热负荷变化对太阳能热发电输出的影响。本系统的运行基本原理为，当太阳能比较充足时，通过提高进入预热蒸发吸热器内部工质流量，将多余的热量存储进入蓄热系统的蓄热体后，系统的阻力会增加，由强制循环泵承担流动产生的流动阻力。当太阳能输入不足时，减小进入预热蒸发吸热器内工质流量，将缺少的蒸发流量从蓄热体中通过第一阀门和第二阀门送入蓄热系统的换热器中，力口热这些工质至饱和温度，同时将饱和工质送入天然气补燃装置补充热量，将饱和蒸汽加热成为过热蒸汽，与过热吸热器提供的饱和蒸汽汇合送入汽轮机中作功。循环倍率K是控制整个热力系统循环的关键，一般将循环倍率控制范围在3-12之间来满足热负荷和太阳能之间的需求。整个系统的循环过程为:太阳能镜场聚焦的太阳辐射热流至预热蒸发吸热器，经给水泵和强制循环泵升压后的循环水在其中预热蒸发后产生饱和蒸汽，进入汽水分离器进行汽水分离。饱和蒸汽进入过热吸热器，吸热后产生高温高压的过热蒸汽进入汽轮机做功；饱和水进入蓄热体，加热蓄热材料后连同给水泵出口处的循环水返回至预热蒸发吸热器。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种两段式塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述系统包括太阳能镜场、预热蒸发段吸热器、汽水分离器、过热段吸热器、天然气补燃装置、蓄热子系统、汽轮机、强制循环泵、凝汽器和凝结泵；所述蓄热子系统包括蓄热体和换热器； 其中，所述预热蒸发段吸热器、汽水分离器、过热段吸热器、汽轮机、凝汽器和凝结泵顺次连接；所述预热蒸发段吸热器用于吸收太阳能镜场产生的太阳辐射热流，并将工质加热成为满足朗肯循环中预热和蒸发过程的饱和蒸汽；所述汽水分离器用于实现汽水分离；所述过热段吸热器将饱和蒸汽转换为过热蒸汽； 所述凝结泵通过第一阀门与所述预热蒸发段吸热器连接； 所述蓄热体分别与所述汽水分离器和强制循环泵连接；所述蓄热体用于储存汽水分离器中的饱和水； 所述强制循环泵与所述预热蒸发段吸热器连接；所述强制循环泵用于承担饱和水流动产生的流动阻力； 所述天然气补燃装置分别与所述过热段吸热器、汽轮机和换热器连接；所述汽轮机用于使进入汽轮机的蒸汽做功； 所述换热器通过第二阀门与凝结泵连接。
2.根据权利要求1所述的一种两段式塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述系统为循环发电系统。
3.根据权利要求1所述的一种两段式塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述系统通过循环倍率控制整个热力系统循环，循环倍率取值范围为3 12。
4.根据权利要求3所述的一种两段式塔式太阳能热发电系统，其特征在于，所述循环倍率=进入预热蒸发段吸热器的工质流量/进入过热段吸热器的工质流量。
全文摘要
本发明公开了高温太阳能热发电系统设计领域的一种两段式塔式太阳能热发电系统。其技术方案是，所述系统包括太阳能镜场、预热蒸发段吸热器、汽水分离器、过热段吸热器、天然气补燃装置、蓄热子系统、汽轮机、强制循环泵、凝汽器和凝结泵；所述蓄热子系统包括蓄热体和换热器。本发明的有益效果是，将预热蒸发吸热器和过热吸热器两段式布置，充分利用这两种吸热器换热的优势，减少预热蒸发吸热器的几何尺寸，提高换热效率；针对过热吸热器采用专门的设计保证这种吸热器在不同聚光条件下的受热面安全性和聚光温度的匹配特性。
文档编号F03G6/06GK103147944SQ20131003452
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者庞力平, 杜小泽, 杨勇平, 张文妍, 吕玉贤 申请人:华北电力大学