[发明专利]利用太阳辐射生产蒸汽的系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本发明要求以下申请的优先权：于2009年5月15日提交、标题为“Systems and Methods for Producing Steam Using Solar Radiation(利用太阳辐射生产蒸汽的系统和方法)”、申请序列号61/216,253、发明人William M.Conlon、Peter M.Tanner、Milton Venetos和Robert J.Hanson的美国临时专利申请，以及于2009年5月22日提交、标题为“Systems and Methods for Producing Steam Using Solar Radiation(利用太阳辐射生产蒸汽的系统和方法)”、申请序列号61/216,878、发明人William M.Conlon、Peter M.Tanner、Milton Venetos和Robert J.Hanson的美国临时专利申请，出于在下文中提出的所有目的，每个所述申请都通过引用整体结合入本文。

技术领域

本发明涉及生产蒸汽、特别是利用太阳辐射生产蒸汽的方法、系统和装置。所述方法、系统和装置包括控制线路(control scheme)，所述控制线路用于控制输出蒸汽的品质，尤其在热输入(例如由太阳辐射产生的热输入)变化或中断期间控制输出蒸汽的品质。

背景技术

太阳能热电设备通过利用太阳辐射加热工作流体以驱动连接至发电机的涡轮机(例如蒸汽轮机)从而发电。已开发出多种用于产生蒸汽的太阳能采集系统。太阳能采集系统可包括例如抛物面槽式系统、带双轴定日镜的中央接收器系统或线性菲涅尔反射器(LFR)系统。

在某些情况下，可能希望直接利用太阳能产生的蒸汽，例如可用于多种应用的生产用蒸汽，所述应用包括生产用热、提高油采收率、食品加工、农产品加工、制冷、纸浆和纸张加工。在蒸汽的很多应用中(例如用于提高油采收率的油田蒸汽喷射)，知道蒸汽的质量流率和蒸汽品质是很重要的。在2009年4月23日公布的美国专利公告第20090101138号和2008年8月7日公布的美国专利公告第20080184789中描述了可用于太阳能热电设备的控制方法的范例。

存在对于改善的方法、系统和装置的需求，所述方法、系统和装置用于以确定的质量流率和蒸汽品质生产蒸汽，尤其是在热输入可能会变化或中断的情况中，例如在使用太阳辐射向蒸汽发生器提供所有或部分热输入的情况中。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了一种运行蒸汽锅炉的方法，所述蒸汽锅炉利用太阳能产生蒸汽。这种方法包括在控制策略(所述控制策略预估将从锅炉输出的蒸汽品质)中利用系统变量(所述系统变量影响蒸汽品质)的信息来调整通过锅炉管道的水的流率(例如质量流率)从而实现该蒸汽品质。

在一个实施例中，在沿管道的已知位置处估计了水中的热量，利用水中热量的信息来调整流率控制阀以控制进入该管道或另一管道的水从而提供期望品质的蒸汽。可选地，流率控制节流孔可单独使用或与流率控制阀共同使用以控制进入该管道或另一管道的水量从而提供期望品质的蒸汽。流率控制节流孔可包括限制流率(例如通过具有减少的内径)和/或调整流率(例如用于减少湍流、气泡、涡流，等等)的设备。

在另一实施例中，利用管道的延伸率预估将从太阳能锅炉产生的蒸汽的品质，并调节进入锅炉管道的水的流率以生产期望品质的蒸汽。可在管道的一个区域内测量延伸率，在所述区域内在产生蒸汽之前加热水。

在另一实施例中，利用在管道过热区域内的一部分管道的延伸率来计算或表示管道过热区域内的过热蒸汽的品质。

例如，通过锅炉或接收器的不同管道的流率可故意地相异，以从每个管道提供期望品质的蒸汽。对流率的控制可基于个体管道的长度变化或长度变化的偏差，所述偏差是指偏离了所有管道的长度变化的平均值。多管道阵列或具有两个或多个吸收器管道的多通道阵列的每个管道的长度变化可以是相同的，而阵列的管道中的水流率可受控以提供相同的管道延伸率。如前文所述，可采用较少的而不是所有的管道的延伸率来控制每个管道中的水流率和/或阵列的每个管道的照度。