專利名稱：槽式太陽能聚熱發電裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種采用氣體或氣汽混合氣體作為傳熱工質的槽式太陽能聚熱發電 (CSP)裝置，該裝置充分利用線聚焦高溫集熱管對管內氣體進行擾動，在強化換熱的同時有 控制的混合霧化水汽，充分利用氣汽混合工質傳輸高溫熱氣流，在蒸發鍋爐內與霧化水汽 閃蒸產生飽和蒸汽和過熱蒸汽，最終驅動熱動力機組完成太陽能聚熱發電的系統裝置。該 技術屬太陽能熱利用領域。
背景技術：
隨著太陽能等可再生能源利用在全世界蓬勃發展，太陽能聚熱發電(CSP)逐步為 人們所認識。太陽能聚熱發電(CSP)相比光伏太陽能發電(PV)有規模大、集中度高、效率高 等突出特點，但是面臨的共同問題是如何降低投資成本以及如何提高發電效率進而降低發 電成本，尤其是降低投資成本和提高發電效率就成為兩種太陽能發電技術競爭的焦點。太 陽能聚熱發電(CSP)主要有槽式、塔式以及碟式等三種熱發電模式，其中槽式太陽能聚熱 發電(CSP)已經實現商業化。該技術主要采用導熱油為傳熱工質，經導熱油換熱后驅動常 規蒸汽輪機帶動發電機組發電。由于目前的導熱油工作溫度必須控制在400度左右，超出 這一溫度將會導致導熱油裂解、粘度提高以及傳熱效率降低等問題，因此限制了槽式太陽 能聚熱發電的工作溫度。同時，導熱油使用成本很高，因此迫切需要有新的傳熱工質取代導 熱油，以提高工作溫度，并降低裝置造價和運行成本。目前國際太陽能聚熱發電(CSP)領域 正在研究的替代方法主要有熔鹽以及用水做傳熱工質的DSG兩種技術。前者一般采用硝酸 類熔鹽，結晶點較高，大多在230至260°C左右，因此直接拿來替換還有諸多困難，當前熔鹽 主要用于熱儲能。美國桑迪亞實驗室正在研究結晶點在100度以下的熔鹽，如果成功將有 希望取代導熱油。用水直接做傳熱工質的DSG技術已經試驗多年，由于該技術存在的主要 問題是壓力難以控制，以及水在集熱管內傳輸和汽化等方面都存在很多困難，因此這一普 遍被看好的技術仍停留在試驗階段。但是，只要這一問題被解決，那么DSG技術就是成本最 低、效率最高的太陽能熱發電技術。
發明內容
本發明就是為提高槽式太陽能聚熱發電效率，進一步解決DSG關鍵技術難題而提 出的一種能夠以強化換熱技術和替代導熱油以及適應氣體或氣汽混合氣體工質為核心的 槽式太陽能聚熱發電裝置。為實現上述技術目標，可以采用以下三種技術方案。本發明槽式太陽能聚熱發電裝置由拋物槽聚光裝置、線聚焦集熱管、導熱油、氣體 工質、傳輸管線、汽化罐、射流泵、氣壓泵、水泵、壓力控制閥、換熱器、霧化蒸發鍋爐、熱動力 機、儲熱罐、冷卻裝置等組成。第一種技術方案，其特征在于把傳統槽式太陽能聚熱發電裝置使用的集熱管更換為具有強化換熱功能的環形 波節或螺旋波節線聚焦集熱管。波節金屬內管或螺旋波節金屬內管是具有強化換熱功能的換熱元件，這兩種金屬內管能夠提高換熱效率的根本原因，在于它們充分利用了自身管體 在軸線上的橫截面周期性變化的結構設計優勢，促使管內的熱交換介質產生強烈擾動，變 層流換熱為渦流換熱，加快管內工質熱循環。經理論計算和實踐檢驗證明，它的熱交換效率 比一般金屬直管高兩到三倍。第二種技術方案，其特征在于在上述技術方案的基礎上，把傳統槽式太陽能聚熱發電裝置使用的導熱油工質替 換為氣體工質。所述氣體工質為空氣，或氮氣，或二氧化碳氣，或其他潛熱比高、密度高以及性能 穩定的氣體，或它們之間的混合氣體，或這些氣體以及混合氣體與汽化的水分子混合后形 成的混合氣體；這些氣體經拋物槽聚光和線聚焦集熱管加熱后能形成高溫熱氣流，熱氣流 溫度在200至600°C。第三種技術方案，其特征在于在上兩種技術方案的基礎上，采用全新的氣汽混合傳熱和霧化閃蒸熱發電模式。 就是在上述裝置中配置數量不等的汽化罐或射流泵，主要安裝在拋物槽聚光裝置陣列中， 汽化罐設置水霧噴頭和高溫氣流進出口，其作用和功能是在傳輸過程中適量增加高溫氣體 工質濕度，合理配置混合傳熱氣體與氣相水分子的比重，通過調整配置量來調整氣體傳輸 壓力。射流泵設有高溫氣流噴口、引流端口和加速腔，同樣安裝在拋物槽聚光裝置陣列中， 主要實現氣體流速加速和增加氣體工質含汽比重的作用，同時減少和替代部份氣壓泵。所 述霧化閃蒸鍋爐由蒸發室、水霧噴頭、高溫氣流噴頭、壓力控制閥、飽和蒸汽或過熱蒸汽輸 出端口構成，主要實現在高溫氣流作用下將噴淋霧化的水霧通過閃蒸產生飽和蒸汽和過熱 蒸汽的功能。分為飽和霧化閃蒸鍋爐和過熱霧化閃蒸鍋爐。上述裝置中所述的氣壓泵為氣體壓力泵或風扇空氣壓力泵。主要提供初始氣體傳 輸壓力，保證氣體在線聚焦集熱管內加速流動。所述水泵是系統冷卻水的循環泵。所述壓力控制閥是能夠自動保持和控制氣體壓力的減壓閥。所述熱動力機為蒸汽輪機或螺桿膨脹動力機。所述換熱器為鹽汽換熱器，這是在無光照的時候使用的換熱裝置。所述儲熱罐是用于熔鹽類物質儲熱的裝置，分為冷罐和熱罐。該發明主要有三個創新點首先，是將傳統金屬直管替換成具有強化換熱功能的環形波節或螺旋波節線聚焦 集熱管，充分發揮該集熱管對傳熱工質的擾動作用，變層流加熱為渦流加熱；其次，是把導熱油直接替換成氣體.為進一步提高傳熱效率，繼承DSG技術優勢， 克服存在的直接加熱水工質的弱點，在拋物槽聚熱裝置陣列中有選擇的增加汽化罐或射流 泵等氣化裝置，利用這些裝置在高溫氣體工質中適量加入水蒸氣，提高水分子在氣體中的 比重，增加氣體工質的濕度，利用含“汽”氣體完成熱傳導。不言而喻，這種技術方案即完成 了對導熱油的替代，節約了熱發電運行成本，同時發揮了 DSG技術的長處。再次，在傳輸終端設置霧化閃蒸鍋爐，在鍋爐內將水直接霧化然后與高溫氣體閃 蒸產生熱發電需要的飽和蒸汽和過熱蒸汽，此舉不僅可以替代常規換熱器組，同時可大幅 減少換熱損失。另由于該裝置直接用霧化閃蒸鍋爐完成水蒸汽的閃蒸氣化，進一步降低了投資成本。該發明除在拋物槽聚光熱發電裝置使用外，也可以應用在塔式熱發電裝置中，主 要是將塔式熱發電裝置中的空腔集熱器產生的高溫熱氣流直接輸入到霧化蒸發鍋爐，確保 霧化水汽在高溫氣流作用下閃蒸產生飽和蒸汽和過熱蒸汽，驅動熱動力機并帶動發電機組 發電。由于其結構類似、原理相同故不詳述。
圖1是本發明氣汽混合傳熱-霧化閃蒸熱發電裝置示意2是本發明氣汽射流混合傳熱-霧化閃蒸熱發電裝置示意3是傳統槽式太陽能聚熱發電(CSP)裝置示意圖其中1、拋物槽聚光裝置，2、線聚焦集熱管，3、汽化罐，4、射流泵，5、氣壓泵，6、壓力控制 閥，7、霧化閃蒸鍋爐，8、蒸汽輪機，9、冷卻裝置，10、儲熱罐，11、換熱器，12、螺桿膨脹動力機
具體實施例方式首先，將傳統金屬直管替換成具有強化換熱功能的環形波節或螺旋波節線聚焦集 熱管O)，充分發揮該集熱管對傳熱工質的擾動作用，變層流加熱為渦流加熱；其次，是把導熱油直接替換成氣體，進一步提高傳熱效率。為繼承DSG技術優勢， 克服存在的直接加熱水工質的弱點，在拋物槽聚熱裝置陣列中有選擇的增加汽化罐(3)或 射流泵(4)等氣化裝置，利用這些裝置在高溫氣體工質中適量加入水蒸氣，提高水分子在 氣體中的比重，增加氣體工質的濕度，利用含“汽”氣體完成熱傳導。再次，在傳輸終端設置霧化閃蒸鍋爐(7)，在鍋爐內將水直接霧化然后與高溫氣 體閃蒸產生熱發電需要的飽和蒸汽和過熱蒸汽，此舉不僅可以替代常規換熱器組，同時可 大幅減少換熱損失。安裝在霧化閃蒸鍋爐頂部的水霧噴頭負責將水霧化后直接噴入蒸發 室內，高溫氣流噴頭將集熱裝置加熱的高溫氣流或氣汽混合高溫氣流同時噴入蒸發室內， 霧化水汽和高溫氣流在鍋爐內通過閃蒸直接產生飽和蒸汽或過熱蒸汽，壓力控制閥保持鍋 爐內壓力穩定，飽和蒸汽或過熱蒸汽通過輸出端口進入蒸汽輪機(8)或螺桿膨脹動力機 (12)，帶動發電機組發電。本裝置采用成熟的熔鹽儲熱技術，同時也利用儲熱預熱進口氣 體，有利于第二天啟動熱發電裝置。 在塔式熱發電裝置中，可以將塔式熱發電裝置中的空腔集熱器產生的高溫熱氣流 直接輸入到霧化閃蒸鍋爐，水霧化噴頭負責將水霧化并噴入蒸發室內；高溫熱氣流噴嘴將 高溫氣流或氣汽混合高溫氣流噴入蒸發室內，確保在高溫氣流作用下通過閃蒸直接產生飽 和蒸汽或過熱蒸汽，驅動蒸汽輪機(8)或螺桿膨脹動力機(1 并帶動發電機組發電。
權利要求
1.槽式太陽能聚熱發電裝置由拋物槽聚光裝置、線聚焦集熱管、氣體工質、傳輸管線、 汽化罐、射流泵、氣壓泵、水泵、壓力控制閥、換熱器、霧化閃蒸鍋爐、熱動力機、儲熱罐、冷卻 裝置等組成，其主要特征是1)所述線聚焦集熱管的金屬內管是具有強化換熱功能的環形波節或螺旋波節管；2)所述氣體工質為空氣，或氮氣，或二氧化碳氣，或其他潛熱比高、密度高以及性能穩 定的氣體，或它們之間的混合氣體，或這些氣體以及混合氣體與汽化的水分子混合后形成 的混合氣體；這些氣體經拋物槽聚光和線聚焦集熱管加熱后能形成高溫熱氣流，熱氣流溫 度在200至600°C ；3)所述氣壓泵為氣體壓力泵或風扇空氣壓力泵，主要提供初始氣體傳輸壓力，保證氣 體在線聚焦集熱管內加速流動；4)所述水泵是系統冷卻水的循環泵；5)所述壓力控制閥是能夠自動保持和控制氣體壓力的減壓閥；6)所述熱動力機為蒸汽輪機或螺桿膨脹動力機；7)所述換熱器為鹽汽換熱器，這是在無光照的時候使用的換熱裝置；8)所述儲熱罐是用于熔鹽類物質儲熱的裝置，分為冷罐和熱罐。
2.根據權利要求1所述的槽式太陽能聚熱發電裝置，其主要特征在于所述霧化閃蒸 鍋爐由蒸發室、水霧噴頭、高溫氣流噴頭、壓力控制閥、飽和蒸汽或過熱蒸汽輸出端口構成， 主要實現在高溫氣流作用下直接霧化和閃蒸產生飽和蒸汽或過熱蒸汽的功能，分為飽和霧 化閃蒸鍋爐和過熱霧化閃蒸鍋爐。
3.根據權利要求1所述的槽式太陽能聚熱發電裝置，其主要特征在于在上述裝置中 配置數量不等的汽化罐，安裝在拋物槽聚光裝置陣列中，汽化罐設置水霧噴頭和高溫氣流 進出口。
4.根據權利要求1所述的槽式太陽能聚熱發電裝置，其主要特征在于在上述裝置中 配置數量不等的射流泵，安裝在拋物槽聚光裝置陣列中，射流泵設有高溫氣流噴口、引流端 口和加速腔。
5.根據權利要求2所述的霧化閃蒸鍋爐應用于塔式熱發電裝置中，其特征在于將塔 式熱發電裝置中空腔集熱器產生的高溫熱氣流通過傳輸管線直接輸入到霧化閃蒸鍋爐，在 高溫氣流作用下通過閃蒸產生飽和蒸汽或過熱蒸汽，驅動熱動力機并帶動發電機組發電。
全文摘要
本發明涉及一種采用氣體或氣汽混合氣體作為傳熱工質的太陽能聚熱發電(CSP)裝置，該裝置充分利用線聚焦高溫集熱管對管內氣體進行的擾動，在強化換熱的同時有控制的混合霧化水汽，充分利用氣汽混合工質傳輸高溫熱氣流，在蒸發鍋爐內與霧化水汽通過閃蒸產生飽和蒸汽和過熱蒸汽，最終驅動熱動力機組完成太陽能聚熱發電的系統裝置。
文檔編號F03G6/06GK102072115SQ20091017548
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月23日 優先權日2009年11月23日
發明者張建城 申請人:張建城