[发明专利]线性菲涅尔直接产生蒸汽的系统

说明书

技术领域

本发明涉及聚光式太阳能蒸汽发生设备领域，特别涉及一种线性菲涅尔直接产生蒸汽的系统。

背景技术

为了把低辐射密度的太阳能转化为高品质的蒸汽或电能，真正实现全球能源替代，科研工作者正进行着不断的探索研究，除了光伏发电和太阳能热水器外，还开发出能用于中高温发电的太阳能聚光热发电（CSP），主要有槽式、塔式、蝶式以及反射菲涅尔等四种热发电模式。其中菲涅尔式太阳能热利用技术由于其有效利用面积高、单位发电成本更低等原因，已成为可再生能源技术中替代常规能源的重要技术手段。该技术的常规系统主要为双回路系统：一回路为以导热油为工质的聚光集热回路，聚光器聚光得到的高密度能流通过集热器金属吸收管表面的吸收涂层转为热能加热导热油，得到高温导热油；二回路是以水为工质的水-蒸汽回路，通过间接换热方式将高温导热油热量传递给水，产生高温高压蒸汽，再驱动常规汽轮发电机发电。由于导热油工作温度不允许超过400℃，限制了双回路聚热发电效率的进一步提高和装置造价、运行成本的降低。

目前国际太阳能热发电领域正在研究工质替代技术包括熔盐和用水直接产生蒸汽的DSG技术。前者一般采用硝酸类熔盐，但其结晶点较高，大多在230至260℃左右，意大利阿基米德公司使用熔盐作为工质的太阳能热发电厂首次在西西里岛启动，这也是世界上第一个太阳能热发电采用熔盐循环并与燃气发电互补的发电厂。阿基米德采用自己生产的耐高温和耐腐蚀的线性聚光集热管，工质温度在400-550℃。同时可以储存多达数小时的太阳热量。美国桑迪亚实验室正在研究结晶点在100℃以下的熔盐，如果成功将有希望取代高凝固点熔盐和导热油。但采用熔盐作为传热工质的主要缺陷是高温腐蚀和高结晶点，以及由此造成的高设备造价成本，其次运行风险大，一旦出现故障，熔盐将不可避免的凝固在设备内导致整个系统的报废，系统必须配备燃气或电加热进行辅助。

而直接产生蒸汽系统DSG（Direct Steam Generation）技术始于20世纪80年代，采用单回路原理，以水代替常规系统集热管内的导热油工质，由集热场入口处泵入，经过预热、蒸发、过热三个阶段，吸收太阳能，直接获得高温、高压的过热蒸汽，系统可分为一次通过式、逐次注入式和再循环式三种。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：由于聚光太阳能“直接”作用在承受高温、高压的真空集热管的金属吸收管上，存在着如下问题：第一、蒸发段水变汽-水两相流流入金属吸收管时，管子会由于压力、震动、水锤等问题引起永久性变形或导致玻璃管破裂；第二、如果采用镀膜钢管虽然可以避免玻璃管的破裂，但会导致集热管过热高温段热损失大，造成蒸汽达不到更高温度，现在菲涅尔式集热管基本上都是采用镀膜钢管；第三、由于存在两相流和集热管周向温差问题，流量控制要求非常复杂，将导致控制系统成本很高；第四、若采用热管式集热管，其加热流量和速率不能满足大规模热发电的需求。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种线性菲涅尔直接产生蒸汽的系统，该系统不仅妥善解决不同状态下水-蒸汽两相流对集热管造成的不良影响、直蒸DSG系统控制复杂等问题，而且有效防止因集热管周向温差等原因引起的爆管问题；并且解决了过热段集热管热损大，温度不能增高的问题，具有系统配置结构简单、热效率高、可靠性强、成本低的的中高温直蒸系统。所述技术方案如下：

一种线性菲涅尔直接产生蒸汽的系统，其特征在于，所述系统包括：给水压力泵、PLC控制器、菲涅尔反射聚光装置、饱和水段二次聚光器、第一控制阀、闪蒸罐、汽水分离器和过热段二次聚光器；所述给水压力泵与所述饱和水段二次聚光器管路连通，所述水段二次聚光器、所述闪蒸罐以及所述汽水分离器依次管路连通，所述菲涅尔反射聚光装置设置在所述饱和水段二次聚光器的下方，所述第一控制阀设置在所述水段二次聚光器和所述闪蒸罐之间的管路上，所述汽水分离器分别与所述给水压力泵和所述过热段二次聚光器管路连通；所述PLC控制器与所述系统中的各控制阀电路连接。

进一步地，所述系统还包括耐高压热水罐，所述耐高压热水罐设置在所述水段二次聚光器和所述第一控制阀之间，所述耐高压热水罐与所述水段二次聚光器和所述第一控制阀之间的管路通过进水阀和出水阀连接。

进一步地，所述系统还包括辅助锅炉，所述辅助锅炉与所述过热段二次聚光器并联地设置在所述汽水分离器的蒸汽出口管路上，所述辅助锅炉和所述过热段二次聚光器的支路上均设置有控制阀。

进一步地，所述给水压力泵和所述饱和水段二次聚光器之间的管路上设置有控制阀。