[实用新型]二元工质复合式太阳能吸热器及配套装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种二元工质复合式太阳能吸热器及配套装置，属于太阳能利用技术领域。

背景技术

太阳能高温热发电技术是太阳能规模利用的一个重要方向，对人类解决化石能源危机、空气污染等问题具有深远的意义。太阳能高温热发电有多种技术方向：根据聚焦方式的不同，可分为碟式、槽式、塔式三种方式；采用的工质有水(水蒸气)、熔盐、空气、导热油、液态金属、其他有机物等。以水(水蒸气)为吸热工质的太阳能热发电系统，虽然具有介质常见、成本低廉、控制简单等诸多优点，但该系统也存在一些难以克服的问题：由于过热蒸汽的换热系数低、换热效果差，因此在有限的吸热面积上很难达到理想的蒸汽参数；如果通过增加吸热器上过热蒸汽的面积来提高过热度，这不但会增加吸热器的制造成本，还会增加吸热器的辐射及对流散热损失，这些因素都会限制系统的能量转换效率；同时蒸汽的热容小、传热性能差的特性也会影响到系统的安全性，塔式聚焦的太阳能热发电系统，聚焦倍数通常能达到500～1000倍，局部热负荷达到1000kW/m²，这么高的热流密度对过热区域的受热面是个严重的考验；尤其是在局部有云的气象条件下，当蒸发量受云量的影响快速变化时，更容易导致过热区域的超温、爆管，从而威胁到系统的安全。另一方面，由于熔盐具有热容高、液相温度范围宽、流动性好等特点，对其作为载热介质的研究越来越受到各国学者的重视。熔盐在复合式吸热器中吸热升温，然后通过蒸汽发生装置(包括预热器、蒸发器、过热器等)产生需要的蒸汽参数，这种太阳能热发电技术具有较强的蓄热能力，并且产生的较高的蒸汽参数，提升了太阳能热发电系统的效率。但熔盐系统管路复杂，再加上熔盐的凝固点很高，系统对管道预热、设备保温、运行维护等要求严格，因此降低了系统的安全性，同时也增加了系统的投资和运行成本。这些因素制约了太阳能热发电技术的发展。

实用新型内容

本实用新型的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种二元工质复合式太阳能吸热器及配套装置，把水的预热蒸发过程与水蒸气的过热过程进行巧妙分析，并通过直接加热或间接加热的方式予以实现，该装置可以显著提高太阳能高温热发电系统的连 续性和安全性，并能有效降低系统的投资和运行成本。

本实用新型的技术解决方案：一种二元工质复合式太阳能吸热器及配套系统，包括除氧器、给水泵、汽包、复合式吸热器、饱和蓄热器、蒸汽三通阀、蒸汽过热器、辅助加热器、汽轮机、发电机、凝汽器、凝结水泵、熔盐罐、熔盐泵和熔盐旁通阀；

二元工质复合式吸热器上的受热面按实现的功能划分为两部分，一部分用于给水的预热和蒸发，另一部分用于加热高温载热介质(如熔盐、液态金属、有机物等)，加热后的高温介质在蒸汽过热器中把饱和蒸汽加热到过热状态，再引导至汽轮机做功。复合式吸热器上两种受热面的分配是根据系统热力计算的结果来决定的，通常情况下，高温介质受热面积约占总面积的20～30％。

除氧器的作用是通过蒸汽加热除去凝结水系统中的溶氧，这有助于防止管路及受热面的氧腐蚀。除氧后的水经过给水泵后分别进入吸热器顶部的汽包；在复合式吸热器内吸能量后，变成饱和蒸汽；经汽水分离后的饱和蒸汽被引入饱和蓄热器；再经过蒸汽三通阀进入到蒸汽过热器，在其中被熔盐加热成过热蒸汽，然后被引入汽轮机做功。从饱和蓄热器出来的蒸汽还设置了备用的一条回路：通过蒸汽三通阀进入辅助加热器，完成蒸汽过热的过程后，进入汽轮机，这个回路的设置是当熔盐回路故障时，为系统提供备用的能量，维护系统的正常运行；同时在汽轮机冷态启动时，可以加快汽轮机的启动过程，延长太阳能热发电系统的运行时间。

除上述水(水蒸气)系统外，二元工质复合式太阳能吸热器及配套装置还包括了一个简单的熔盐回路。该回路的流程为：熔盐罐中温度较低的熔盐，经熔盐泵升压后进入到复合吸热器，在该吸热器的熔盐吸热区吸热、温度升高，再流经蒸汽过热器把热量传递给管内的蒸汽，最后流回到熔盐罐内，完成熔盐的循环过程。

蒸汽在汽轮机内完成膨胀做功过程，并带动发电机做功；从汽轮机排出的蒸汽在凝汽器内被冷却、凝结成水；经凝结水泵升压及预热后进入除氧器；完成整个水(水蒸气)系统的循环。