[发明专利]直接接触换热塔式太阳能热发电站系统及其工作方法

权利要求书

1.一种直接接触换热塔式太阳能热发电站系统，其特征在于：该系统包括定日镜场（1）、吸热器（2）、熔盐蓄热放热子系统、透平（14）、发电机（15）、预热器（16）、冷却器（17）和压缩机（18），其中熔盐蓄热放热子系统包括高温直接接触换热器（3）、蓄热高温盐泵（4）、放热高温盐泵（5）、蓄热低温盐泵Ⅰ（6）、放热低温盐泵（7）、高温盐罐（8）、低温盐罐（9），中温盐罐（10）、蓄热中温盐泵（11）、蓄热低温盐泵Ⅱ（12）和中温直接接触换热器（13）；

预热器（16）包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口，高温直接接触换热器（3）包括下部气体入口、下部熔盐开口、上部气体出口和上部熔盐开口，中温直接接触换热器（13）包括下部气体入口、下部熔盐入口、上部气体出口和上部熔盐出口，冷却器（17）包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口；

定日镜场（1）布置于吸热器（2）四周的地面上；

压缩机（18）出口与预热器（16）冷侧入口相连，预热器（16）冷侧出口分两路，一路与高温直接接触换热器（3）下部气体入口相连，高温直接接触换热器（3）上部气体出口分成两路，一路与透平（14）入口相连，另一路与吸热器（2）入口相连，吸热器（2）出口分两路，一路与透平（14）入口相连，另一路与高温直接接触换热器（3）下部气体入口相连，透平（14）与发电机（15）同轴相连，同时透平（14）出口分两路，一路与中温直接接触换热器（13）下部气体入口相连，另一路与预热器（16）热侧入口相连，中温直接接触换热器（13）上部气体出口与冷却器（17）热侧入口相连，预热器（16）热侧出口与冷却器（17）热侧入口相连，冷却器（17）热侧出口与压缩机（18）进口相连；

高温盐罐（8）和低温盐罐（10）分别通过并联的蓄热高温盐泵（4）和放热高温盐泵（5）与高温直接接触换热器（3）上部熔盐开口相连，高温直接接触换热器（3）下部熔盐开口通过并联的蓄热低温盐泵Ⅰ（6）和放热低温盐泵（7）与低温盐罐（9）相连，低温盐罐（9）还通过蓄热低温盐泵Ⅱ（12）与中温直接接触换热器（13）下部熔盐入口相连，中温直接接触换热器（13）上部熔盐出口通过蓄热中温盐泵（11）与中温盐罐（10）相连；

高温盐罐（8）与高温熔盐三通阀（201）第一端相连，高温熔盐三通阀（201）第二端通过蓄热高温盐泵（4），高温熔盐三通阀（201）第三端通过放热高温盐泵（5），蓄热高温盐泵（4）与放热高温盐泵（5）并联后与高温直接接触换热器（3）上部熔盐开口相连，低温盐罐（9）开口与低温熔盐三通阀（202）第一端相连，低温熔盐三通阀（202）第二端通过蓄热低温盐泵Ⅰ（6），低温熔盐三通阀（202）第三端通过放热低温盐泵（7），蓄热低温盐泵Ⅰ（6）与放热低温盐泵（7）并联后与高温直接接触换热器（3）下部熔盐开口相连；

上述预热器（16）冷侧出口与吸热器（2）入口之间设有主回路气体调节阀Ⅰ（191），吸热器（2）出口与透平（14）之间设有主回路气体调节阀Ⅱ（193），高温直接接触换热器（3）下部气体入口有两路，一路与预热器（16）冷侧出口之间设有蓄热气体入口阀（196），另一路与吸热器（2）出口之间设有放热气体入口阀（192），高温直接接触换热器（3）上部气体出口有两路，一路与吸热器（2）入口之间设有放热气体出口阀（194），另一路与透平（14）入口之间设有蓄热气体出口阀（195），透平（14）出口与中温直接接触换热器（13）下部气体入口之间设有回热气体调节阀（199），高温盐罐（8）开口与高温熔盐三通阀（201）之间设有高温熔盐调节阀（197），高温熔盐三通阀（201）还与中温盐罐（10）之间设有中温熔盐调节阀（198）。

2.根据权利要求1所述的直接接触换热塔式太阳能热发电站系统的工作方法，其特征在于，包括以下过程：

当太阳能充足时，打开主回路气体调节阀Ⅰ（191）、放热气体入口阀（192）、主回路气体调节阀Ⅱ（193）、放热气体出口阀（194）、高温熔盐调节阀（197）、回热气体调节阀（199），关闭蓄热气体入口阀（196）、蓄热气体出口阀（195）和中温熔盐调节阀（198），通过低温熔盐三通阀（202）接通低温盐罐（9）、蓄热低温盐泵Ⅰ（6）和高温直接接触换热器（3）下部熔盐开口通路，通过高温熔盐三通阀（201）和高温熔盐调节阀（197）接通高温直接接触换热器（3）上部熔盐开口、蓄热高温盐泵（4）和高温盐罐（8）通路，压缩机（18）出口的空气经预热器（16）预热后，进入吸热器（2）吸热，出口的高温高压气体分两路，一路通过高温直接接触换热器（3）与低温熔盐直接接触，将热量传给低温熔盐，放热后的气体重新回到吸热器（2）吸热，加热后的高温熔盐通过蓄热高温盐泵（4）进入高温盐罐（8），另一路进入透平（14）做功发电，放热做功后的气体分两路，一路进入中温直接接触换热器（13），与低温盐罐（9）通过蓄热低温盐泵Ⅱ（12）泵入的低温熔盐直接接触蓄热，放热后的气体进入冷却器（17）冷却，另一路进预热器（16）热侧入口预热压缩机（18）出口的气体，后进入冷却器（17）冷却，冷却后的气体进入压缩机（18）重新压缩，蓄热后的中温熔盐通过蓄热中温盐泵（11）进入中温盐罐（10）；

当太阳能稍弱，但吸热器（2）出口的高温高压气体仍能推动透平（14）做功发电时，打开主回路气体调节阀Ⅰ（191）、主回路气体调节阀Ⅱ（193）和回热气体调节阀（199），关闭放热气体入口阀（192）、放热气体出口阀（194）、蓄热气体入口阀（196）、蓄热气体出口阀（195）、高温熔盐调节阀（197）和中温熔盐调节阀（198），关闭高温熔盐三通阀（201）和低温熔盐三通阀（202），压缩机（18）出口的空气经预热器（16）预热后，进入吸热器（2）吸热，出口的高温高压气体进入透平（14）做功发电，放热做功后的气体分两路，一路进入中温直接接触换热器（13），与低温盐罐（9）通过蓄热低温盐泵Ⅱ（12）泵入的低温熔盐直接接触蓄热，放热后的气体进入冷却器（17）冷却，另一路进预热器（16）热侧入口预热压缩机（18）出口的气体，后进入冷却器（17）冷却，冷却后的气体进入压缩机（18）重新压缩，蓄热后的中温熔盐通过蓄热中温盐泵（11）进入中温盐罐（10）；

当太阳能较差，吸热器（2）出口的高温高压气体不足以推动透平（14）做功发电时，打开主回路气体调节阀Ⅰ（191）、主回路气体调节阀Ⅱ（193）、蓄热气体进口阀（196）、蓄热气体出口阀（195）和中温熔盐调节阀（198），关闭放热气体入口阀（192）、放热气体出口阀（194）、高温熔盐调节阀（197）和回热气体调节阀（199），通过高温熔盐三通阀（201）和中温熔盐调节阀（198）接通中温盐罐（10）、放热高温盐泵（5）和高温直接接触换热器（3）上部熔盐开口通路，通过低温熔盐三通阀（202）接通高温直接接触换热器（3）下部熔盐开口、放热低温盐泵（7）和低温盐罐（9）通路，压缩机（18）出口的空气经预热器（16）预热后分两路，一路进入吸热器（2）吸热，另一路通过高温直接接触换热器（3）与中温熔盐直接接触吸热，吸热后的气体进入透平（14）做功发电，放热做功后进预热器（16）热侧入口预热压缩机（18）出口的气体，后进入冷却器（17）冷却，冷却后的气体进入压缩机（18）重新压缩，放热后的低温熔盐通过放热低温盐泵（7）进入低温盐罐（9）；

当没有太阳能时，关闭主回路气体调节阀Ⅰ（191）、主回路气体调节阀Ⅱ（193）、放热气体入口阀（192）、放热气体出口阀（194）、高温熔盐调节阀（197）、中温熔盐调节阀（198）和回热气体调节阀（199），打开蓄热气体入口阀（196）和蓄热气体出口阀（195），通过高温熔盐三通阀（201）和高温熔盐调节阀（197）接通高温盐罐（8）、放热高温盐泵（5）和高温直接接触换热器（3）上部熔盐开口通路，通过低温熔盐三通阀（202）接通高温直接接触换热器（3）下部熔盐开口、放热低温盐泵（7）和低温盐罐（9）通路，压缩机（18）出口的空气经预热器（16）预热后通过高温直接接触换热器（3）与热熔盐直接接触吸热，吸热后的气体进入透平（14）做功发电，放热做功后进预热器（16）热侧入口预热压缩机（18）出口的气体，后进入冷却器（17）冷却，冷却后的气体进入压缩机（18）重新压缩，放热后的低温熔盐通过放热低温盐泵（7）进入低温盐罐（9）。