[發明專利]直接接觸換熱塔式太陽能熱發電站系統及其工作方法

有效

• 申請號: 201710243346.8
• 申請日: 2017-04-14
• 公開（公告）號: CN107100807B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 白爽;蒲文灝;李晗;楊寧;岳晨;何緯峰;韓東
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F03G6/00
• 分類號: F03G6/00;F01K27/00;F01D15/10;F24S60/30
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種直接接觸換熱塔式太陽能熱發電站系統，其特征在于：該系統包括定日鏡場（1）、吸熱器（2）、熔鹽蓄熱放熱子系統、透平（14）、發電機（15）、預熱器（16）、冷卻器（17）和壓縮機（18），其中熔鹽蓄熱放熱子系統包括高溫直接接觸換熱器（3）、蓄熱高溫鹽泵（4）、放熱高溫鹽泵（5）、蓄熱低溫鹽泵Ⅰ（6）、放熱低溫鹽泵（7）、高溫鹽罐（8）、低溫鹽罐（9），中溫鹽罐（10）、蓄熱中溫鹽泵（11）、蓄熱低溫鹽泵Ⅱ（12）和中溫直接接觸換熱器（13）；

預熱器（16）包括冷側入口、冷側出口、熱側入口和熱側出口，高溫直接接觸換熱器（3）包括下部氣體入口、下部熔鹽開口、上部氣體出口和上部熔鹽開口，中溫直接接觸換熱器（13）包括下部氣體入口、下部熔鹽入口、上部氣體出口和上部熔鹽出口，冷卻器（17）包括冷側入口、冷側出口、熱側入口和熱側出口；

定日鏡場（1）布置于吸熱器（2）四周的地面上；

壓縮機（18）出口與預熱器（16）冷側入口相連，預熱器（16）冷側出口分兩路，一路與高溫直接接觸換熱器（3）下部氣體入口相連，高溫直接接觸換熱器（3）上部氣體出口分成兩路，一路與透平（14）入口相連，另一路與吸熱器（2）入口相連，吸熱器（2）出口分兩路，一路與透平（14）入口相連，另一路與高溫直接接觸換熱器（3）下部氣體入口相連，透平（14）與發電機（15）同軸相連，同時透平（14）出口分兩路，一路與中溫直接接觸換熱器（13）下部氣體入口相連，另一路與預熱器（16）熱側入口相連，中溫直接接觸換熱器（13）上部氣體出口與冷卻器（17）熱側入口相連，預熱器（16）熱側出口與冷卻器（17）熱側入口相連，冷卻器（17）熱側出口與壓縮機（18）進口相連；

高溫鹽罐（8）和低溫鹽罐（10）分別通過并聯的蓄熱高溫鹽泵（4）和放熱高溫鹽泵（5）與高溫直接接觸換熱器（3）上部熔鹽開口相連，高溫直接接觸換熱器（3）下部熔鹽開口通過并聯的蓄熱低溫鹽泵Ⅰ（6）和放熱低溫鹽泵（7）與低溫鹽罐（9）相連，低溫鹽罐（9）還通過蓄熱低溫鹽泵Ⅱ（12）與中溫直接接觸換熱器（13）下部熔鹽入口相連，中溫直接接觸換熱器（13）上部熔鹽出口通過蓄熱中溫鹽泵（11）與中溫鹽罐（10）相連；

高溫鹽罐（8）與高溫熔鹽三通閥（201）第一端相連，高溫熔鹽三通閥（201）第二端通過蓄熱高溫鹽泵（4），高溫熔鹽三通閥（201）第三端通過放熱高溫鹽泵（5），蓄熱高溫鹽泵（4）與放熱高溫鹽泵（5）并聯后與高溫直接接觸換熱器（3）上部熔鹽開口相連，低溫鹽罐（9）開口與低溫熔鹽三通閥（202）第一端相連，低溫熔鹽三通閥（202）第二端通過蓄熱低溫鹽泵Ⅰ（6），低溫熔鹽三通閥（202）第三端通過放熱低溫鹽泵（7），蓄熱低溫鹽泵Ⅰ（6）與放熱低溫鹽泵（7）并聯后與高溫直接接觸換熱器（3）下部熔鹽開口相連；

上述預熱器（16）冷側出口與吸熱器（2）入口之間設有主回路氣體調節閥Ⅰ（191），吸熱器（2）出口與透平（14）之間設有主回路氣體調節閥Ⅱ（193），高溫直接接觸換熱器（3）下部氣體入口有兩路，一路與預熱器（16）冷側出口之間設有蓄熱氣體入口閥（196），另一路與吸熱器（2）出口之間設有放熱氣體入口閥（192），高溫直接接觸換熱器（3）上部氣體出口有兩路，一路與吸熱器（2）入口之間設有放熱氣體出口閥（194），另一路與透平（14）入口之間設有蓄熱氣體出口閥（195），透平（14）出口與中溫直接接觸換熱器（13）下部氣體入口之間設有回熱氣體調節閥（199），高溫鹽罐（8）開口與高溫熔鹽三通閥（201）之間設有高溫熔鹽調節閥（197），高溫熔鹽三通閥（201）還與中溫鹽罐（10）之間設有中溫熔鹽調節閥（198）。

2.根據權利要求1所述的直接接觸換熱塔式太陽能熱發電站系統的工作方法，其特征在于，包括以下過程：

當太陽能充足時，打開主回路氣體調節閥Ⅰ（191）、放熱氣體入口閥（192）、主回路氣體調節閥Ⅱ（193）、放熱氣體出口閥（194）、高溫熔鹽調節閥（197）、回熱氣體調節閥（199），關閉蓄熱氣體入口閥（196）、蓄熱氣體出口閥（195）和中溫熔鹽調節閥（198），通過低溫熔鹽三通閥（202）接通低溫鹽罐（9）、蓄熱低溫鹽泵Ⅰ（6）和高溫直接接觸換熱器（3）下部熔鹽開口通路，通過高溫熔鹽三通閥（201）和高溫熔鹽調節閥（197）接通高溫直接接觸換熱器（3）上部熔鹽開口、蓄熱高溫鹽泵（4）和高溫鹽罐（8）通路，壓縮機（18）出口的空氣經預熱器（16）預熱后，進入吸熱器（2）吸熱，出口的高溫高壓氣體分兩路，一路通過高溫直接接觸換熱器（3）與低溫熔鹽直接接觸，將熱量傳給低溫熔鹽，放熱后的氣體重新回到吸熱器（2）吸熱，加熱后的高溫熔鹽通過蓄熱高溫鹽泵（4）進入高溫鹽罐（8），另一路進入透平（14）做功發電，放熱做功后的氣體分兩路，一路進入中溫直接接觸換熱器（13），與低溫鹽罐（9）通過蓄熱低溫鹽泵Ⅱ（12）泵入的低溫熔鹽直接接觸蓄熱，放熱后的氣體進入冷卻器（17）冷卻，另一路進預熱器（16）熱側入口預熱壓縮機（18）出口的氣體，后進入冷卻器（17）冷卻，冷卻后的氣體進入壓縮機（18）重新壓縮，蓄熱后的中溫熔鹽通過蓄熱中溫鹽泵（11）進入中溫鹽罐（10）；

當太陽能稍弱，但吸熱器（2）出口的高溫高壓氣體仍能推動透平（14）做功發電時，打開主回路氣體調節閥Ⅰ（191）、主回路氣體調節閥Ⅱ（193）和回熱氣體調節閥（199），關閉放熱氣體入口閥（192）、放熱氣體出口閥（194）、蓄熱氣體入口閥（196）、蓄熱氣體出口閥（195）、高溫熔鹽調節閥（197）和中溫熔鹽調節閥（198），關閉高溫熔鹽三通閥（201）和低溫熔鹽三通閥（202），壓縮機（18）出口的空氣經預熱器（16）預熱后，進入吸熱器（2）吸熱，出口的高溫高壓氣體進入透平（14）做功發電，放熱做功后的氣體分兩路，一路進入中溫直接接觸換熱器（13），與低溫鹽罐（9）通過蓄熱低溫鹽泵Ⅱ（12）泵入的低溫熔鹽直接接觸蓄熱，放熱后的氣體進入冷卻器（17）冷卻，另一路進預熱器（16）熱側入口預熱壓縮機（18）出口的氣體，后進入冷卻器（17）冷卻，冷卻后的氣體進入壓縮機（18）重新壓縮，蓄熱后的中溫熔鹽通過蓄熱中溫鹽泵（11）進入中溫鹽罐（10）；

當太陽能較差，吸熱器（2）出口的高溫高壓氣體不足以推動透平（14）做功發電時，打開主回路氣體調節閥Ⅰ（191）、主回路氣體調節閥Ⅱ（193）、蓄熱氣體進口閥（196）、蓄熱氣體出口閥（195）和中溫熔鹽調節閥（198），關閉放熱氣體入口閥（192）、放熱氣體出口閥（194）、高溫熔鹽調節閥（197）和回熱氣體調節閥（199），通過高溫熔鹽三通閥（201）和中溫熔鹽調節閥（198）接通中溫鹽罐（10）、放熱高溫鹽泵（5）和高溫直接接觸換熱器（3）上部熔鹽開口通路，通過低溫熔鹽三通閥（202）接通高溫直接接觸換熱器（3）下部熔鹽開口、放熱低溫鹽泵（7）和低溫鹽罐（9）通路，壓縮機（18）出口的空氣經預熱器（16）預熱后分兩路，一路進入吸熱器（2）吸熱，另一路通過高溫直接接觸換熱器（3）與中溫熔鹽直接接觸吸熱，吸熱后的氣體進入透平（14）做功發電，放熱做功后進預熱器（16）熱側入口預熱壓縮機（18）出口的氣體，后進入冷卻器（17）冷卻，冷卻后的氣體進入壓縮機（18）重新壓縮，放熱后的低溫熔鹽通過放熱低溫鹽泵（7）進入低溫鹽罐（9）；

當沒有太陽能時，關閉主回路氣體調節閥Ⅰ（191）、主回路氣體調節閥Ⅱ（193）、放熱氣體入口閥（192）、放熱氣體出口閥（194）、高溫熔鹽調節閥（197）、中溫熔鹽調節閥（198）和回熱氣體調節閥（199），打開蓄熱氣體入口閥（196）和蓄熱氣體出口閥（195），通過高溫熔鹽三通閥（201）和高溫熔鹽調節閥（197）接通高溫鹽罐（8）、放熱高溫鹽泵（5）和高溫直接接觸換熱器（3）上部熔鹽開口通路，通過低溫熔鹽三通閥（202）接通高溫直接接觸換熱器（3）下部熔鹽開口、放熱低溫鹽泵（7）和低溫鹽罐（9）通路，壓縮機（18）出口的空氣經預熱器（16）預熱后通過高溫直接接觸換熱器（3）與熱熔鹽直接接觸吸熱，吸熱后的氣體進入透平（14）做功發電，放熱做功后進預熱器（16）熱側入口預熱壓縮機（18）出口的氣體，后進入冷卻器（17）冷卻，冷卻后的氣體進入壓縮機（18）重新壓縮，放熱后的低溫熔鹽通過放熱低溫鹽泵（7）進入低溫鹽罐（9）。