[发明专利]太阳能光热转换用吸热器的过热保护装置和过热保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光热发电技术领域，特别涉及一种太阳能光热转换用吸热器的过热保护装置和过热保护方法。

背景技术

在太阳能光热发电技术领域，由于太阳光能的辐射资源的能流密度低，不能进行直接的采集利用，往往须将大面积的太阳光能聚集到吸热器的金属热管表面，使金属热管内部流动的换热工质获得热能，并将热能传输给热电转换装置，继而实现将太阳光能转换为电能输出。

太阳能光热发电系统设计时，往往是根据电站拟建地区的年平均或典型日子数的太阳直射辐照度值(简称DNI，单位W/m2)为额度值，来设计光热发电系统功率及其吸热器结构。当电站建成后光热发电系统运行时，总会存在一定时间内的DNI值是大于额度值的，尤其是正午的一定时间段内。由于光热发电系统的功率是一定的，使得吸热器的金属热管内部工质换热带走的热量一定且有限，过高的太阳聚集能流密度将可能导致金属热管发生烧蚀或融化等事故，直接影响着光热发电系统的运行安全性。此外，当聚光器的存在安装误差或跟踪误差时，也容易引起金属热管表面形成高热流区域，并发生过热现象。然而，在金属热管出现过热的情况下直接进行避险停机或切断光能输入，将会影响到电站的年发电总量，直接影响电站的经济性能，尤其是在正午的高日照情况下由于聚光能流过高而出现的避险停机，这是非常不应该的。因为此时的太阳光照资源非常丰厚，处理好过热情况后能够进行满负荷的发电运行，价值很可观。

当前，现有的吸热器过热保护装置通常是直接切断太阳光能的输入，而使得光热发电系统处于停机状态，并没有实现在高日照工况下的正常发电运行。现有技术1(CN 102758702 A)中公开了一种太阳能斯特林发动机吸热器的保护装置、保护方法，是通过一个可翻转的不透光的罩板来实现吸热器采光口太阳光能的直接切断。现有技术2(CN 103604230 A)中公开了一种碟式太阳能热发电系统的保护装置，是通过控制一个遮光组件在导轨上的运动来实现太阳光能的切断与否，同技术1的效果基本一致，均是在过热情况下直接切断光能来源，使光热发电系统处于停机状态。上述的现有技术1和技术2仍无法满足在太阳辐照资源超过设计值或金属热管出现高温区域时的发电运行，不能对正午时超过设计DNI值的高品质太阳光能进行利用，对电站的经济性能是影响显著的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种够使太阳能光热发电系统在太阳辐照资源超过设计值或金属热管出现过热区域时正常发电运行的太阳能光热转换用吸热器的过热保护装置和过热保护方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种太阳能光热转换用吸热器的过热保护装置，包括吸热器、热电转换装置、进气系统和控制系统，所述吸热器包括一个上部开口的保温腔体，保温腔体内壁上紧贴有若干热管集束，热管集束与吸热器外部的热电转换装置相连，所述保温腔体圆周方向均匀设有若干进气导管和第一集气槽，进气导管的一端伸入保温腔体内部并指向热管集束，进气导管的另一端与第一集气槽密封连接，第一集气槽与进气系统密封连接，所述控制系统包括控制器、热电偶，所述热管集束上均匀布设有多个热电偶，热电偶与控制器电连接，所述控制器与进气系统相连，所述控制器接收热电偶实时测量的温度数据，并将接收到的温度数据与设定的阈值进行对比，并发出相应的控制信号至进气系统，控制进气系统的启动、断开和流量调节。

上述太阳能光热转换用吸热器的过热保护装置中，所述进气系统包括气泵、过滤器、第一截止阀、储气室和第一节流阀，所述气泵、过滤器、第一截止阀、储气室、第一节流阀、第一集气槽采用金属软管依次密封连接，所述控制器分别与气泵、第一截止阀、第一节流阀电连接。

上述太阳能光热转换用吸热器的过热保护装置中，所述第一节流阀与第一集气槽之间设有用于防止吸热器保温腔体内部高温气体回流的单向阀。

上述太阳能光热转换用吸热器的过热保护装置中，所述保温腔体上盖有石英盖板，石英盖板上设有压板，用螺钉将压板和石英盖板固定在保温腔体上，所述保温腔体上端的圆周方向上均匀设有若干出气导管和第二集气槽，出气导管的一端伸入保温腔体内部并靠近石英盖板，出气导管的另一端与第二集气槽密封连接，第二集气槽向外排出气体。

上述太阳能光热转换用吸热器的过热保护装置还包括排气系统，排气系统包括第二截止阀、第二节流阀和换热器，所述换热器、第二节流阀、第二截止阀、第二集气槽采用金属软管依次密封连接，第二节流阀、第二截止阀分别与控制器电连接，所述控制系统还包括压力传感器，压力传感器安装在保温腔体内部并与控制器电连接。