[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

本發明公開了一種直接接觸換熱塔式太陽能熱發電站系統及其工作方法，屬于太陽能熱利用領域。該系統包括定日鏡場、吸熱器、熔鹽蓄熱放熱子系統、透平、發電機、預熱器、冷卻器、壓縮機。由定日鏡場將太陽光反射到吸熱器內，氣體經壓縮后，通過吸熱器產生高溫高壓的氣體推動透平做功發電，根據太陽能強度的不同，結合熔鹽蓄熱放熱子系統調整工作方法。本發明利用熔融鹽蒸氣壓低、使用溫度范圍寬等特點，采用氣體與熔融鹽直接接觸換熱方式，替代傳統的間壁式換熱，可提高換熱效率，減小換熱溫差，同時氣體為工作介質，避免了熔融鹽大范圍在管道內流動腐蝕和凍堵現象；同時能夠實現在不同的太陽能強度情況下連續穩定的運行，提供穩定的高品質電能。

技術領域

本發明設計了一種直接接觸換熱塔式太陽能熱發電站系統及其工作方法，屬于太陽能熱利用領域。

背景技術

在能源危機和環境問題日益嚴重的今天，開發利用無污染的可再生能源迫在眉睫。太陽能是一種安全的、清潔的、可再生的綠色能源，太陽能的利用主要有光熱轉化和光電轉換。其中，太陽能光熱發電是指，利用大規模定日鏡場收集太陽熱能，通過換熱裝置產生蒸汽，結合傳統的發電工藝發電。由于太陽能的間歇性，現有的太陽能熱發電站系統還配有低成本大規模的蓄熱系統，以提供穩定高品質的電能。熔融鹽由于使用溫度范圍寬、熱容量大、蒸汽壓低、使用壽命和價格均優于導熱油等其他蓄熱介質，被廣泛應用于蓄熱系統中。

直接接觸式換熱是指參與換熱的兩種介質采用直接接觸的方式進行換熱，可以是同種介質，也可以是不同的，但是要求兩種介質必須容易分離。直接接觸換熱與傳統的換熱方式相比，具有換熱效率高，傳熱溫差小，且不易腐蝕結垢，因而廣泛應用于海水淡化、地熱發電、中低溫熱源回收和廢水處理等領域。

現有的太陽能熱發電站中，多采用熔融鹽作為集熱蓄熱介質，結合蒸汽動力循環發電，換熱裝置采用間壁式換熱器，但換熱熱阻大、換熱效率不高，且熔鹽大范圍在管道內流動會發生腐蝕和凍堵現象。如何解決換熱效率不高，避免熔鹽使用過程中的安全隱患，是太陽能熱發電技術目前亟待解決的問題。

發明內容

本發明利用熔融鹽蒸氣壓低、使用溫度范圍寬等特點，采用氣體與熔融鹽直接接觸換熱方式，替代傳統的間壁式換熱，可以提高換熱效率，減小換熱溫差，同時氣體為工作介質，避免了熔融鹽大范圍在管道內流動腐蝕和凍堵現象。氣體可以為空氣、氮氣和二氧化碳等，易獲得，無腐蝕性。

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、吸熱器、熔鹽蓄熱放熱子系統、透平、發電機、預熱器、冷卻器和壓縮機，其中熔鹽蓄熱放熱子系統包括高溫直接接觸換熱器、蓄熱高溫鹽泵、放熱高溫鹽泵、蓄熱低溫鹽泵Ⅰ、放熱低溫鹽泵、高溫鹽罐、低溫鹽罐，中溫鹽罐、蓄熱中溫鹽泵、蓄熱低溫鹽泵Ⅱ和中溫直接接觸換熱器；

預熱器包括冷側入口、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，冷卻器包括冷側入口、冷側出口、熱側入口和熱側出口；

定日鏡場布置于吸熱器四周的地面上；

壓縮機出口與預熱器冷側入口相連，預熱器冷側出口分兩路，一路與高溫直接接觸換熱器下部氣體入口相連，高溫直接接觸換熱器上部氣體出口分成兩路，一路與透平入口相連，另一路與吸熱器入口相連，吸熱器出口分兩路，一路與透平入口相連，另一路與高溫直接接觸換熱器下部氣體入口相連，透平與發電機同軸相連，同時透平出口分兩路，一路與中溫直接接觸換熱器下部氣體入口相連，另一路與預熱器熱側入口相連，中溫直接接觸換熱器上部氣體出口與冷卻器熱側入口相連，預熱器熱側出口與冷卻器熱側入口相連，冷卻器熱側出口與壓縮機進口相連；