[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

说明书

本发明公开了一种直接接触换热塔式太阳能热发电站系统及其工作方法，属于太阳能热利用领域。该系统包括定日镜场、吸热器、熔盐蓄热放热子系统、透平、发电机、预热器、冷却器、压缩机。由定日镜场将太阳光反射到吸热器内，气体经压缩后，通过吸热器产生高温高压的气体推动透平做功发电，根据太阳能强度的不同，结合熔盐蓄热放热子系统调整工作方法。本发明利用熔融盐蒸气压低、使用温度范围宽等特点，采用气体与熔融盐直接接触换热方式，替代传统的间壁式换热，可提高换热效率，减小换热温差，同时气体为工作介质，避免了熔融盐大范围在管道内流动腐蚀和冻堵现象；同时能够实现在不同的太阳能强度情况下连续稳定的运行，提供稳定的高品质电能。

技术领域

本发明设计了一种直接接触换热塔式太阳能热发电站系统及其工作方法，属于太阳能热利用领域。

背景技术

在能源危机和环境问题日益严重的今天，开发利用无污染的可再生能源迫在眉睫。太阳能是一种安全的、清洁的、可再生的绿色能源，太阳能的利用主要有光热转化和光电转换。其中，太阳能光热发电是指，利用大规模定日镜场收集太阳热能，通过换热装置产生蒸汽，结合传统的发电工艺发电。由于太阳能的间歇性，现有的太阳能热发电站系统还配有低成本大规模的蓄热系统，以提供稳定高品质的电能。熔融盐由于使用温度范围宽、热容量大、蒸汽压低、使用寿命和价格均优于导热油等其他蓄热介质，被广泛应用于蓄热系统中。

直接接触式换热是指参与换热的两种介质采用直接接触的方式进行换热，可以是同种介质，也可以是不同的，但是要求两种介质必须容易分离。直接接触换热与传统的换热方式相比，具有换热效率高，传热温差小，且不易腐蚀结垢，因而广泛应用于海水淡化、地热发电、中低温热源回收和废水处理等领域。

现有的太阳能热发电站中，多采用熔融盐作为集热蓄热介质，结合蒸汽动力循环发电，换热装置采用间壁式换热器，但换热热阻大、换热效率不高，且熔盐大范围在管道内流动会发生腐蚀和冻堵现象。如何解决换热效率不高，避免熔盐使用过程中的安全隐患，是太阳能热发电技术目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明利用熔融盐蒸气压低、使用温度范围宽等特点，采用气体与熔融盐直接接触换热方式，替代传统的间壁式换热，可以提高换热效率，减小换热温差，同时气体为工作介质，避免了熔融盐大范围在管道内流动腐蚀和冻堵现象。气体可以为空气、氮气和二氧化碳等，易获得，无腐蚀性。

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、吸热器、熔盐蓄热放热子系统、透平、发电机、预热器、冷却器和压缩机，其中熔盐蓄热放热子系统包括高温直接接触换热器、蓄热高温盐泵、放热高温盐泵、蓄热低温盐泵Ⅰ、放热低温盐泵、高温盐罐、低温盐罐，中温盐罐、蓄热中温盐泵、蓄热低温盐泵Ⅱ和中温直接接触换热器；

预热器包括冷侧入口、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，冷却器包括冷侧入口、冷侧出口、热侧入口和热侧出口；

定日镜场布置于吸热器四周的地面上；

压缩机出口与预热器冷侧入口相连，预热器冷侧出口分两路，一路与高温直接接触换热器下部气体入口相连，高温直接接触换热器上部气体出口分成两路，一路与透平入口相连，另一路与吸热器入口相连，吸热器出口分两路，一路与透平入口相连，另一路与高温直接接触换热器下部气体入口相连，透平与发电机同轴相连，同时透平出口分两路，一路与中温直接接触换热器下部气体入口相连，另一路与预热器热侧入口相连，中温直接接触换热器上部气体出口与冷却器热侧入口相连，预热器热侧出口与冷却器热侧入口相连，冷却器热侧出口与压缩机进口相连；