一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發生系統

本發明屬于工程和技術研究以及試驗發展，特別涉及一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發生系統。

背景技術：

1、以熔鹽為核心的塔式太陽能光熱發電技術，因其在高工作溫度下具備短熱傳遞路程、低熱損耗和高綜合效率的特點，正逐步成為太陽能光熱發電的主流技術。特別地，采用熔鹽作為傳熱介質的蒸汽發生系統(即熔鹽蒸汽發生系統)在太陽能光熱發電站中占據著舉足輕重的地位。該系統的啟動和運行直接關聯到過熱蒸汽的產出質量和穩定性，進而對整個電站的運行性能產生影響。

2、現有的熔鹽蒸汽發生系統中蒸汽的產生方式大多為高溫熔鹽與水換熱，直至將水加熱到飽和溫度以此產生飽和蒸汽，再經過過熱器進一步加熱生成工業上可用的過熱蒸汽，在此過程中，將水加熱至飽和蒸汽狀態這種直接發生相變的方式需要消耗大量的熱量，從而對換熱時間、熔鹽溫度等工作條件有較高要求，且常見的蒸汽發生系統中的蒸發器結構復雜，成本昂貴。此外，現有的蒸汽發生系統運行過程中有著特殊要求，特別是系統低溫端的給水溫度也要高于熔鹽凝固點，目前，系統水側的啟動預熱主要通過外置電加熱器來提供熱量，導致了較高的設計和運維成本。

技術實現思路

1、為了解決現有技術存在的上述問題，本發明提供了一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發生系統，該系統利用集熱器產生的高溫空氣給水預熱，利用高溫熔鹽繼續加熱不飽和水使其接近臨界狀態，再利用閃蒸的原理產生蒸汽，該系統在保證蒸汽生產量的同時降低了換熱要求、縮減了建造成本。

2、本發明采用如下技術方案來實現的：

3、一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發生系統，包括儲熱系統、預熱系統和閃蒸系統；

4、儲熱系統包括集熱器、高溫熔鹽罐以及低溫熔鹽罐，集熱器用于吸收太陽輻射光能將其轉化為熱能，加熱內部熔鹽至相應溫度，再輸送并儲存至高溫熔鹽罐，在需要時將高溫熔鹽輸送至閃蒸系統進行與水換熱，在此之前，預熱系統用于給水預熱，換熱結束后低溫熔鹽被輸送至低溫熔鹽罐中，最后再將低溫熔鹽輸送到集熱器中進行加熱，以此作為一個循環。

5、本發明進一步的改進在于，預熱系統包括輸氣管、高溫氣泵和預熱器，輸氣管一端連接著集熱器，另一端通過高溫氣泵連接著預熱器，通過高溫氣泵將集熱器中產生的高溫空氣沿著輸氣管輸送至預熱器中，經過換熱后排入大氣。

6、本發明進一步的改進在于，閃蒸系統包括高壓罐、供水管、平衡氣管、平衡閥、熱水罐、換熱器、高溫水管、熱水閥、閃蒸罐、低溫水管、水泵以及過熱器；

7、熱水罐底部與高壓罐底部用供水管連接，供水管上安裝有水泵，同時，熱水罐頂部與高壓罐頂部通過平衡氣管和平衡閥連接，閃蒸罐頂部有兩個管口，第一個管口與熱水罐底部通過高溫水管和熱水閥連接，第二個管口為飽和濕蒸汽出口并連接著過熱器，閃蒸罐底部與高壓罐底部通過低溫水管和水泵連接；

8、熱水罐內部安裝有預熱器與換熱器，換熱器進口通過管道連接著高溫熔鹽罐，出口連接著低溫熔鹽罐。

9、本發明進一步的改進在于，平高壓罐與閃蒸罐的體積均大于熱水罐的體積。

10、本發明進一步的改進在于，熱水罐配備溫度監測儀與液位監測儀，閃蒸罐與高壓罐均配備氣壓監測儀與液位監測儀。

11、本發明進一步的改進在于，預熱階段時，起初熱水罐里并沒有水，首先打開平衡閥使熱水罐與高壓罐之間的空氣流通，并往高壓罐補水，當水位達到罐體三分之二處時，停止補水然后補氣，通過高壓罐上的氣壓監測儀不斷捕捉高壓罐中的氣壓，當氣壓為3mpa時停止補氣，此時高壓罐與熱水罐中的氣壓相等，這時打開供水管上的水泵，水泵將高壓罐中的水抽往熱水罐中，當水位到達熱水罐最高限位處時關停水泵，平衡閥始終保持開啟狀態，這時開啟輸氣管上的高溫氣泵，將集熱器中產生的高溫空氣輸送到預熱器中與熱水罐中的水進行換熱，并通過熱水罐上的溫度監測儀不斷捕捉水溫，由于常規使用的三元鹽的凝固點在142℃，所以當水溫達到150℃時，關閉高溫氣泵，平衡閥仍然保持開啟，換熱后的空氣直接排入大氣，至此，預熱結束。

12、本發明進一步的改進在于，加熱階段時，利用熔鹽泵將高溫熔鹽罐中的熔鹽輸送到換熱器中給熱水罐中的水繼續加熱，熔鹽在經過與水換熱后被輸送到低溫熔鹽儲罐中，在需要時再被輸送到集熱器中生成高溫熔鹽；已知3mpa下水的飽和溫度為240℃，當水溫被加熱到230℃時關閉熔鹽泵停止加熱，此時，熱水罐中的水為不飽和水。

13、本發明進一步的改進在于，預熱過程與加熱過程中，平衡閥始終保持開啟且與閃蒸罐連接的管路始終保持閉合狀態。

14、本發明進一步的改進在于，閃蒸階段時，初始時先往閃蒸罐內充氮氣，通過氣壓監測儀時刻捕捉閃蒸罐中氣壓，當氣壓為1mpa時，停止充氣，此時平衡閥仍然開啟，然后開啟熱水閥，在壓強的作用下，熱水罐中的水流入閃蒸罐中，由于氣壓的突然降低，部分高溫熱水在進入閃蒸罐的瞬間會被閃蒸為濕蒸汽，并以設定速率將該蒸汽從罐頂緩慢排出，最后經過過熱器處理后得到工業可用的過熱蒸汽，當熱水罐中的水位下降到罐體三分之一處時，關閉熱水閥，閃蒸過程結束，閃蒸罐中的冷凝水沿著低溫水管通過水泵被輸送到高壓罐中進行循環利用。

15、本發明至少具有如下有益的技術效果：

16、1.本發明利用集熱器產生的高溫空氣給水預熱，能夠有效避免熱熔鹽在與水換熱過程中發生凝固的情況，相比于一些電加熱器、燃氣加熱器等輔助加熱器，本發明的預熱方法更加的節能環保。

17、2.本發明通過設置高壓罐與平衡氣管，一方面能夠在預熱與加熱過程中，使熱水罐中產生的少量蒸汽沿著平衡氣管進入高壓罐中，避免熱水罐中的氣壓過大，同時，進入高壓罐中的蒸汽冷凝后還可以重復利用；另一方面，在閃蒸過程中，由于熱水罐中高溫液體的流失，高壓罐能夠向熱水罐中補充氣體，避免熱水罐中氣壓過小；此外，閃蒸罐中的冷凝水還可以被抽到高壓罐中進行循環利用。

18、3.本發明通過閃蒸的方法產生蒸汽，相比于傳統的蒸汽設備，該方法所需要的熱量少，所以換熱時間短，同時結構簡單，成本較低。

技術特征：

1.一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發生系統，其特征在于，包括儲熱系統、預熱系統和閃蒸系統；

2.根據權利要求1所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發生系統，其特征在于，預熱系統包括輸氣管、高溫氣泵和預熱器，輸氣管一端連接著集熱器，另一端通過高溫氣泵連接著預熱器，通過高溫氣泵將集熱器中產生的高溫空氣沿著輸氣管輸送至預熱器中，經過換熱后排入大氣。

3.根據權利要求2所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發生系統，其特征在于，閃蒸系統包括高壓罐、供水管、平衡氣管、平衡閥、熱水罐、換熱器、高溫水管、熱水閥、閃蒸罐、低溫水管、水泵以及過熱器；

4.根據權利要求3所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發生系統，其特征在于，平高壓罐與閃蒸罐的體積均大于熱水罐的體積。

5.根據權利要求3所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發生系統，其特征在于，熱水罐配備溫度監測儀與液位監測儀，閃蒸罐與高壓罐均配備氣壓監測儀與液位監測儀。

6.根據權利要求5所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發生系統，其特征在于，預熱階段時，起初熱水罐里并沒有水，首先打開平衡閥使熱水罐與高壓罐之間的空氣流通，并往高壓罐補水，當水位達到罐體三分之二處時，停止補水然后補氣，通過高壓罐上的氣壓監測儀不斷捕捉高壓罐中的氣壓，當氣壓為3mpa時停止補氣，此時高壓罐與熱水罐中的氣壓相等，這時打開供水管上的水泵，水泵將高壓罐中的水抽往熱水罐中，當水位到達熱水罐最高限位處時關停水泵，平衡閥始終保持開啟狀態，這時開啟輸氣管上的高溫氣泵，將集熱器中產生的高溫空氣輸送到預熱器中與熱水罐中的水進行換熱，并通過熱水罐上的溫度監測儀不斷捕捉水溫，由于常規使用的三元鹽的凝固點在142℃，所以當水溫達到150℃時，關閉高溫氣泵，平衡閥仍然保持開啟，換熱后的空氣直接排入大氣，至此，預熱結束。

7.根據權利要求6所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發生系統，其特征在于，加熱階段時，利用熔鹽泵將高溫熔鹽罐中的熔鹽輸送到換熱器中給熱水罐中的水繼續加熱，熔鹽在經過與水換熱后被輸送到低溫熔鹽儲罐中，在需要時再被輸送到集熱器中生成高溫熔鹽；已知3mpa下水的飽和溫度為240℃，當水溫被加熱到230℃時關閉熔鹽泵停止加熱，此時，熱水罐中的水為不飽和水。

8.根據權利要求7所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發生系統，其特征在于，預熱過程與加熱過程中，平衡閥始終保持開啟且與閃蒸罐連接的管路始終保持閉合狀態。

9.根據權利要求7所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發生系統，其特征在于，閃蒸階段時，初始時先往閃蒸罐內充氮氣，通過氣壓監測儀時刻捕捉閃蒸罐中氣壓，當氣壓為1mpa時，停止充氣，此時平衡閥仍然開啟，然后開啟熱水閥，在壓強的作用下，熱水罐中的水流入閃蒸罐中，由于氣壓的突然降低，部分高溫熱水在進入閃蒸罐的瞬間會被閃蒸為濕蒸汽，并以設定速率將該蒸汽從罐頂緩慢排出，最后經過過熱器處理后得到工業可用的過熱蒸汽，當熱水罐中的水位下降到罐體三分之一處時，關閉熱水閥，閃蒸過程結束，閃蒸罐中的冷凝水沿著低溫水管通過水泵被輸送到高壓罐中進行循環利用。

技術總結
本發明公開了一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發生系統，包括儲熱系統、預熱系統和閃蒸系統；儲熱系統包括集熱器、高溫熔鹽罐以及低溫熔鹽罐，集熱器用于吸收太陽輻射光能將其轉化為熱能，加熱內部熔鹽至相應溫度，再輸送并儲存至高溫熔鹽罐，在需要時將高溫熔鹽輸送至閃蒸系統進行與水換熱，在此之前，預熱系統用于給水預熱，換熱結束后低溫熔鹽被輸送至低溫熔鹽罐中，最后再將低溫熔鹽輸送到集熱器中進行加熱，以此作為一個循環。本發明利用閃蒸的原理產生蒸汽，在保證蒸汽生產量的同時降低了換熱要求、縮減了建造成本，可為熔鹽蒸汽發生技術提供新的技術途徑。

技術研發人員：張荻,李昊,張強,謝永慧
受保護的技術使用者：西安交通大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21