[發明專利]線性菲涅爾直接產生蒸汽的系統

有效

• 申請號: 201210468766.3
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN102927546A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 肖圣燕;熊勇剛;劉培先;趙彥堂
• 申請（專利權）人: 皇明太陽能股份有限公司
• 主分類號: F22B1/00
• 分類號: F22B1/00;F24J2/10;F24J2/05;F24J2/24;F24J2/40;F24J2/46
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 劉映東

技術領域

本發明涉及聚光式太陽能蒸汽發生設備領域，特別涉及一種線性菲涅爾直接產生蒸汽的系統。

背景技術

為了把低輻射密度的太陽能轉化為高品質的蒸汽或電能，真正實現全球能源替代，科研工作者正進行著不斷的探索研究，除了光伏發電和太陽能熱水器外，還開發出能用于中高溫發電的太陽能聚光熱發電（CSP），主要有槽式、塔式、蝶式以及反射菲涅爾等四種熱發電模式。其中菲涅爾式太陽能熱利用技術由于其有效利用面積高、單位發電成本更低等原因，已成為可再生能源技術中替代常規能源的重要技術手段。該技術的常規系統主要為雙回路系統：一回路為以導熱油為工質的聚光集熱回路，聚光器聚光得到的高密度能流通過集熱器金屬吸收管表面的吸收涂層轉為熱能加熱導熱油，得到高溫導熱油；二回路是以水為工質的水-蒸汽回路，通過間接換熱方式將高溫導熱油熱量傳遞給水，產生高溫高壓蒸汽，再驅動常規汽輪發電機發電。由于導熱油工作溫度不允許超過400℃，限制了雙回路聚熱發電效率的進一步提高和裝置造價、運行成本的降低。

目前國際太陽能熱發電領域正在研究工質替代技術包括熔鹽和用水直接產生蒸汽的DSG技術。前者一般采用硝酸類熔鹽，但其結晶點較高，大多在230至260℃左右，意大利阿基米德公司使用熔鹽作為工質的太陽能熱發電廠首次在西西里島啟動，這也是世界上第一個太陽能熱發電采用熔鹽循環并與燃氣發電互補的發電廠。阿基米德采用自己生產的耐高溫和耐腐蝕的線性聚光集熱管，工質溫度在400-550℃。同時可以儲存多達數小時的太陽熱量。美國桑迪亞實驗室正在研究結晶點在100℃以下的熔鹽，如果成功將有希望取代高凝固點熔鹽和導熱油。但采用熔鹽作為傳熱工質的主要缺陷是高溫腐蝕和高結晶點，以及由此造成的高設備造價成本，其次運行風險大，一旦出現故障，熔鹽將不可避免的凝固在設備內導致整個系統的報廢，系統必須配備燃氣或電加熱進行輔助。

而直接產生蒸汽系統DSG（Direct?Steam?Generation）技術始于20世紀80年代，采用單回路原理，以水代替常規系統集熱管內的導熱油工質，由集熱場入口處泵入，經過預熱、蒸發、過熱三個階段，吸收太陽能，直接獲得高溫、高壓的過熱蒸汽，系統可分為一次通過式、逐次注入式和再循環式三種。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：由于聚光太陽能“直接”作用在承受高溫、高壓的真空集熱管的金屬吸收管上，存在著如下問題：第一、蒸發段水變汽-水兩相流流入金屬吸收管時，管子會由于壓力、震動、水錘等問題引起永久性變形或導致玻璃管破裂；第二、如果采用鍍膜鋼管雖然可以避免玻璃管的破裂，但會導致集熱管過熱高溫段熱損失大，造成蒸汽達不到更高溫度，現在菲涅爾式集熱管基本上都是采用鍍膜鋼管；第三、由于存在兩相流和集熱管周向溫差問題，流量控制要求非常復雜，將導致控制系統成本很高；第四、若采用熱管式集熱管，其加熱流量和速率不能滿足大規模熱發電的需求。

發明內容

為了解決現有技術的問題，本發明實施例提供了一種線性菲涅爾直接產生蒸汽的系統，該系統不僅妥善解決不同狀態下水-蒸汽兩相流對集熱管造成的不良影響、直蒸DSG系統控制復雜等問題，而且有效防止因集熱管周向溫差等原因引起的爆管問題；并且解決了過熱段集熱管熱損大，溫度不能增高的問題，具有系統配置結構簡單、熱效率高、可靠性強、成本低的的中高溫直蒸系統。所述技術方案如下：

一種線性菲涅爾直接產生蒸汽的系統，其特征在于，所述系統包括：給水壓力泵、PLC控制器、菲涅爾反射聚光裝置、飽和水段二次聚光器、第一控制閥、閃蒸罐、汽水分離器和過熱段二次聚光器；所述給水壓力泵與所述飽和水段二次聚光器管路連通，所述水段二次聚光器、所述閃蒸罐以及所述汽水分離器依次管路連通，所述菲涅爾反射聚光裝置設置在所述飽和水段二次聚光器的下方，所述第一控制閥設置在所述水段二次聚光器和所述閃蒸罐之間的管路上，所述汽水分離器分別與所述給水壓力泵和所述過熱段二次聚光器管路連通；所述PLC控制器與所述系統中的各控制閥電路連接。

進一步地，所述系統還包括耐高壓熱水罐，所述耐高壓熱水罐設置在所述水段二次聚光器和所述第一控制閥之間，所述耐高壓熱水罐與所述水段二次聚光器和所述第一控制閥之間的管路通過進水閥和出水閥連接。

進一步地，所述系統還包括輔助鍋爐，所述輔助鍋爐與所述過熱段二次聚光器并聯地設置在所述汽水分離器的蒸汽出口管路上，所述輔助鍋爐和所述過熱段二次聚光器的支路上均設置有控制閥。

進一步地，所述給水壓力泵和所述飽和水段二次聚光器之間的管路上設置有控制閥。