多模式槽式太陽能布雷頓熱發電裝置制造方法
【專利摘要】本發明多模式槽式太陽能布雷頓熱發電裝置充分運用決定下一代發展的布雷頓熱發電技術，兼顧使用太陽能和可再生能源，以及選擇不同的氣體或混合的氣體作為傳熱和動力介質，采用創新的儲熱技術和熱發電互補技術，減少冷卻用水或不用水，力爭在簡化結構、降低成本、延長發電時數、擴大使用范圍上有較大的技術突破。該裝置屬太陽能熱發電【技術領域】。
【專利說明】多模式槽式太陽能布雷頓熱發電裝置
【技術領域】
[0001]本發明多模式槽式太陽能布雷頓熱發電裝置充分運用決定下一代發展的布雷頓熱發電技術，兼顧使用太陽能和可再生能源以及不同的超臨界、或混合的氣體傳熱介質，采用創新的儲熱技術和熱發電互補技術，減少冷卻用水或不用水，力爭在簡化結構、降低成本、延長發電時數、擴大使用范圍上有較大的技術突破。該裝置屬太陽能熱發電【技術領域】。
【背景技術】
[0002]超臨界布雷頓循環熱發電技術極有可能被太陽能熱發電技術所采用。其原因在于超臨界布雷頓循環熱發電具有系統熱電轉換效率高的優勢；其次是動力工質如空氣、氦氣、二氧化碳氣等無毒，對環境友好；再次是冷卻采用空冷技術；四是系統體積小，消耗金屬材料少；五是有利于降低系統建造成本。很明顯，該技術不僅在燃氣發電、核電領域而且在太陽能熱發電領域也將會有很好的應用前景。在太陽能熱發電領域采用超臨界布雷頓循環熱發電技術已經是公開技術，美國專利US7685820 “超臨界二氧化碳聚光太陽能發電系統裝置”詳述了通過熔鹽換熱并采用超臨界二氧化碳氣體作為動力工質的裝置構造，該專利是在傳統熔鹽儲熱換熱基礎上將郎肯蒸汽熱發電裝置簡單的替換為超臨界布雷頓循環動力發電裝置，該專利的中國同族專利為200710306179.3。與此幾乎相同的美國專利US2012216536A1則直接將傳熱介質改為二氧化碳氣體，同時改雙罐儲熱為單罐儲熱。但總的看，目前在太陽能領域使用超臨界布雷頓循環熱發電技術還僅僅處于起步階段，創新的空間很大。中國專利200910175484.2 “槽式太陽能聚熱發電裝置”采用包括二氧化碳氣體在內的多種氣體做傳熱工質，這一技術方案相比超臨界布雷頓循環動力模式有明顯缺陷，關鍵是沒有發揮二氧化碳臨界點低的優勢，為進一步提高熱電效率，應該將其改造成超臨界布雷頓循環動力發電模式。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是針對中國專利200910175484.2“槽式太陽能聚熱發電裝置”進行改進，目的是在保留原有技術的基礎上，采用超臨界布雷頓循環熱發電技術，主要技術措施有四項，首先是在原基礎上采用超臨界布雷頓熱發電技術；二是簡化太陽能霧化閃蒸和布雷頓動力循環構造，發揮各自其優勢；三是配置有機郎肯熱發電裝置或溴化鋰空調裝置，實現熱能梯級利用；四是將太陽能與生物質能互補，延長發電時數，實現太陽能和生物質能利用效率最大化。
[0004]本發明是通過以下技術方案實現的:
[0005]1、所述多模式槽式太陽能布雷頓熱發電裝置包括拋物槽聚光陣列、線聚焦強化集熱管，動力工質，熔鹽儲熱傳熱工質，傳輸管線，汽化罐，燃燒室，補氣窗口或空氣進口，布雷頓熱發電裝置，壓氣泵，水泵，換熱器，補熱器，聚光陣列和發電控制裝置；儲熱裝置，冷凝換熱器，空氣冷卻裝置，儲氣罐，生物質氣發生裝置，汽水分離裝置，有機郎肯發電裝置，溴化鋰空調機組，其主要特征在于:拋物槽聚光陣列中的線聚焦強化集熱管通過傳輸管線連接布雷頓熱發電裝置的渦輪機進氣口 ；渦輪機出氣口連接換熱器進口，換熱器出口連接補熱器進口，補熱器出口連接冷凝換熱器進口，冷凝換熱器出口直接連接壓氣泵，或經汽水分離裝置連接壓氣泵；汽水分離裝置氣體出口連接壓氣泵進口 ；壓氣泵輸出端連接補熱器補熱端進口，補熱端出口連接拋物槽聚光陣列線聚焦強化集熱管進口 ；在拋物槽聚光陣列中配置線聚焦強化集熱管、汽化罐；汽化罐冷凝水輸入端連接水泵輸出端，水泵輸入端連接汽水分離裝置輸出端，汽水分離裝置輸入端連接冷凝換熱器；冷凝水輸入汽化罐后經霧化器霧化，與拋物槽聚光陣列經壓氣泵輸出的高溫動力工質氣體在汽化罐內混合，混合氣輸入下一級拋物槽聚光陣列；高溫混合氣體在拋物槽聚光陣列中不斷加熱升溫后在燃燒室與生物質燃氣共同進入渦輪機內膨脹做功發電，同時帶動壓氣泵將冷凝的動力工質加壓，經補熱器升溫后再次進入拋物槽聚光陣列，完成布雷頓循環動力發電；燃燒室連接儲氣罐，儲氣罐連接生物質氣發生裝置；生物質氣在燃燒室與高溫混合氣體混合燃燒；經冷凝換熱器冷凝排出的乏氣組分主要是二氧化碳氣和水的混合體，通過汽水分離裝置分離出的氣體也即動力工質氣體重新進入壓氣泵再循環；分離的冷凝水則經水泵送入換熱器升溫，之后連接氣化罐霧化器噴口再行霧化；儲熱裝置設置在拋物槽聚光陣列傳輸管線進出口兩端，在光照充足時分流動力工質進入儲熱裝置換熱儲能；光照不足時動力工質流經儲熱裝置以延長發電時間；在無光照或光照不足時啟動生物質氣互補程序，生物質氣在燃燒室與高溫混合氣體混合燃燒；高溫燃氣經渦輪機膨脹做功并完成化學重整后排出，排出的高溫混合乏氣進入儲熱裝置換熱儲能，從儲熱裝置排出的氣體經換熱器進入冷凝器冷凝分離；經渦輪機膨脹做功和化學重整的氣體組分主要是二氧化碳氣和純水；純水繼續循環使用，二氧化碳氣重回循環系統，多余的二氧化碳氣收集再利用；儲熱裝置為熔鹽儲熱裝置、或陶瓷蜂窩儲熱裝置；為降低成本本發明均為單罐設置；冷凝換熱器冷凝端進出口分別連接有機郎肯熱發電裝置或溴化鋰空調機組的熱交換器進出口，或由溴化鋰空調機組完全替代冷凝換熱器作為冷凝換熱終端，以實現太陽能熱能梯級利用；本裝置最大特點是不需要為裝置補水，也不需要水進行冷凝散熱，由此可以克服現有槽式太陽能熱發電技術耗水大的弊端。
[0006]I)所述布雷頓熱發電裝置包括渦輪機、換熱器、補熱器、壓氣泵、發電機、冷凝換熱器、補氣窗口或空氣進口 ；動力工質；
[0007]2)所述冷凝換熱器可由空氣冷卻裝置替代，不采用水冷設備；
[0008]3)所述動力工質為空氣、或二氧化碳氣、或氮氣、或一氧化氮氣、或氦氣、或烷烴類氣體；烷烴類氣體主要指易于獲得、來源充足的生物質氣化氣、沼氣、天然氣、可燃冰氣、液化石油氣；或醇類燃料如甲醇、乙醇、二甲醚；或燃油如柴汽油、煤油、重油；
[0009]4)所述汽化罐包括承壓罐體、霧化器及其噴嘴、連接拋物槽式聚光陣列線聚焦強化集熱管的動力工質進出端口；霧化器將液態水霧化以便在汽化罐內迅速生成飽和蒸汽；飽和蒸汽在汽化罐和線聚焦強化集熱管內與高溫動力工質氣體充分混合不斷加溫成過熱蒸汽。
[0010]5)所述補氣窗口是為確保生物質氣充分燃燒而設置的，補氣窗口以補空氣、或氧氣、或助燃劑為主要功能；
[0011]6)所述儲熱裝置是指熔鹽儲熱裝置、或陶瓷蜂窩儲熱裝置，均采用單罐儲熱技術；其中熔鹽儲熱裝置包括罐體、儲熱換熱器、換熱管、熔鹽、固體儲熱介質及容器、傳輸管道；其中儲熱換熱器置于罐體內，采用耐腐蝕、耐高溫合金金屬，或特種陶瓷制作；儲熱換熱器的換熱管為高溫合金金屬或特種陶瓷管；換熱管為波節管、或管外側帶翅片的強化換熱管；固體儲熱介質及容器是為減少熔鹽使用量，提高儲熱效率設置；固體儲熱介質選擇石英、或玻璃、或陶瓷、或石墨，和熔鹽共同組成儲熱介質；固體儲熱容器采用特種陶瓷制作，為圓柱箱體，長方箱體，環形箱體，固體儲熱容器外壁設熔鹽液體流通孔洞，孔洞直徑以小于固體儲熱介質為限；固體儲熱容器與換熱管交錯布置；陶瓷蜂窩儲熱裝置包括罐體、陶瓷蜂窩蓄熱體，換熱管；換熱管一端為進口另一端為出口 ；陶瓷蜂窩蓄熱體主要由特種陶瓷、普瓷、堇青石、莫萊石、剛玉莫來石、氧化鋁、鈦酸鋁、鋰輝石、磷酸鋯鈉、鋯英石、鋯鉻剛玉材質制作；陶瓷蜂窩蓄熱體與換熱管交錯排列，確保高溫氣流通暢，換熱效率高。陶瓷蜂窩儲熱裝置內也可填充熔鹽。儲熱裝置連接拋物槽聚光陣列和燃氣排出管道的進出口即可共用，也可在儲熱裝置內分別設立進出口和換熱排氣管道。
[0012]2、多模式槽式太陽能布雷頓熱發電裝置包括拋物槽聚光陣列、線聚焦強化集熱管、動力工質、傳熱工質、傳輸管線、燃燒室、空氣進口、布雷頓熱發電裝置、壓氣泵、換熱器、補熱器、乏氣換熱器、聚光陣列和發電控制裝置；儲熱裝置、冷凝換熱器、空氣冷卻裝置，儲氣罐、生物質氣發生裝置、有機郎肯發電裝置，溴化鋰空調機組，其主要特征在于:對布雷頓熱發電裝置進行改進，使其成為同軸、具有兩組渦輪機和壓氣泵的新型布雷頓熱發電裝置；其中一組為開式燃氣布雷頓熱發電裝置，另一組為閉式超臨界布雷頓熱發電裝置，兩套裝置實現一體化共同做功；根據動力工質的性質，生物質氣選擇開式布雷頓循環熱發電；二氧化碳氣、或一氧化氮氣動力工質選擇閉式布雷頓循環熱發電；或分別設置兩套獨立的布雷頓熱發電裝置組成一個發電系統運行，太陽熱能供閉式超臨界布雷頓動力發電使用，燃氣供開式布雷頓動力發電使用；或兩套發電裝置同時運行聯合發電；在運行中通過儲熱裝置實現互補。
[0013]選擇太陽能和生物質能互補是源于可再生能源普遍存在不穩定、不連續、能源密度低等客觀事實，只有通過優勢互補、取長補短才能有效延長發電時數，在技術上創造和化石能源競爭的條件；在本發明中實施互補技術會出現三種情況，一是光照充足時該裝置工作在太陽能超臨界布雷頓循環發電狀態；二是光照不足同時開啟兩套布雷頓熱發電裝置，太陽熱能和生物質能同時做功發電；三是關閉太陽能系統，依托生物質能帶動兩套裝置同時發電。
[0014]針對第一種情況，關閉生物質氣布雷頓熱發電部分，依托太陽能超臨界布雷頓循環動力發電；動力工質選擇二氧化碳、或一氧化氮俗稱“笑氣”、或氦氣；拋物槽聚光陣列中的線聚焦強化集熱管通過傳輸管線連接布雷頓熱發電裝置的渦輪機進氣口 ；渦輪機出氣口連接換熱器進口，換熱器出口連接補熱器進口，補熱器出口連接冷凝換熱器進口，冷凝換熱器出口連接壓氣泵進口 ；壓氣泵輸出端連接補熱器補熱端進口，補熱端出口連接拋物槽聚光陣列線聚焦強化集熱管進口 ；循環過程是典型的超臨界布雷頓循環過程，即動力工質經拋物槽聚光陣列加熱升溫進入渦輪機膨脹做功發電，同時帶動壓氣泵將冷凝的動力工質加壓，經補熱器升溫后再次進入拋物槽聚光陣列，完成布雷頓循環動力發電。
[0015]針對第二種情況，開啟生物質氣布雷頓熱發電裝置，補進的空氣進口連接補熱器，經補熱器補熱后進入壓氣泵，壓氣泵產生的高壓空氣進入燃燒室與生物質氣混合燃燒，形成的高溫氣流進入渦輪機膨脹做功和發電，排出的高溫乏汽進入補熱器為吸入的空氣補熱，隨后進入儲熱裝置，在充分利用乏氣儲熱的同時作為替代太陽能的熱源保持超臨界布雷頓循環熱發電裝置繼續穩定運行，燃氣乏氣在儲熱裝置內循環放熱后排出至大氣；或在渦輪機出氣口端專門設置乏氣換熱器，渦輪機經乏氣換熱器出口同時連接補熱器和儲熱裝置，補熱器一端連接冷凝器；乏氣換熱器換熱端連接有機郎肯熱發電裝置。該運行模式與傳統的燃氣布雷頓熱發電與郎肯蒸汽循環聯合熱發電所不同的是，兩套裝置均為布雷頓循環動力發電。
[0016]為實現熱能梯級利用，在冷凝換熱器冷凝一側的進出口端連接有機郎肯熱發電裝置，或由溴化鋰空調機組完全替代冷凝散熱器作為冷凝換熱終端；或在渦輪機出氣口端專門設置乏氣換熱器連接有機郎肯熱發電裝置，能有效提高熱利用效率；
[0017]所述燃燒室是常規燃氣布雷頓熱發電裝置的專用設備，燃燒室設置在渦輪機進口處；或作為液體燃料的燃燒室使用。
[0018]I)所述空氣進口是專為布雷頓熱發電裝置在單獨使用生物質氣發電時設置的；采用開式燃氣布雷頓循環發電則開啟空氣進口 ；采用閉式超臨界布雷頓循環熱發電則關閉空氣進口 ；
[0019]2)在生物質氣發電模式中，經壓氣泵壓縮的空氣與生物質氣混合后進入燃燒室燃燒形成燃氣，燃氣進入渦輪機膨脹做工；渦輪機排出的高溫乏氣經補熱器后直接送入乏氣換熱器經換熱驅動有機郎肯熱發電裝置，再送溴化鋰空調機組排出機外；或渦輪機排出的高溫乏氣進入補熱器后直接送入儲熱裝置為閉式超臨界布雷頓熱發電裝置提供熱能；或經溴化鋰空調機組排至機外；壓氣機進口吸入空氣壓縮后順序進入補熱器、渦輪機，開始新的開式布雷頓循環熱發電；
[0020]3、多模式槽式太陽能布雷頓熱發電裝置包括拋物槽聚光陣列、線聚焦強化集熱管、動力工質、傳輸管線、燃氣燃油鍋爐、布雷頓熱發電裝置、壓氣泵、換熱器、補熱器、聚光陣列和發電控制裝置；儲熱裝置、冷凝換熱器、空氣冷卻裝置，儲氣罐、生物質氣發生裝置、燃油燃氣供給裝置、有機郎肯發電裝置，溴化鋰空調機組，其主要特征在于:由太陽能和生物質氣、燃油燃氣組成互補循環布雷頓熱發電系統；其中拋物槽聚光陣列、儲熱裝置、傳輸管線、燃氣燃油鍋爐共同組成熱源供給系統；燃氣燃油鍋爐為布雷頓熱發電裝置提供熱源互補系統；所述燃氣燃油鍋爐設置在拋物槽聚光陣列傳輸管線進出口兩端與儲熱裝置形成并聯連接；或燃氣燃油鍋爐串聯在拋物槽聚光陣列傳輸管線出口端和儲熱裝置進口中間；或燃氣燃油鍋爐串、并聯在布雷頓熱發電裝置系統中；儲氣罐連接燃氣燃油鍋爐的燃料噴嘴進口，另一端連接生物質氣發生裝置或燃氣燃油裝置；燃氣燃油動力工質在燃氣燃油鍋爐內燃燒為布雷頓熱發電裝置提供高溫互補熱源，排出的高溫乏汽進入儲熱裝置循環放熱后排出至大氣；
[0021]I)所述動力工質為空氣、或二氧化碳氣、或氮氣、或一氧化氮氣、或氦氣、或烷烴類氣體；烷烴類氣體主要指易于獲得、來源充足的生物質氣化氣、沼氣、天然氣、液化石油氣、可燃冰氣；或燃油如柴汽油、煤油；或醇類燃料如甲醇、乙醇、二甲醚。
[0022]2)所述儲熱裝置選擇單罐儲熱技術，或選擇雙罐儲熱技術；
[0023]3)所述燃油鍋爐所述燃氣燃油鍋爐主要燃燒醇類可燃液體、或汽柴油、重油、天然氣、液化石油氣。
[0024]本發明新穎之處在于，發揮槽式太陽能熱發電技術優勢，通過運用超臨界布雷頓熱發電技術，從根本上解決傳統太陽能熱發電依賴于水冷的弊端；其次是采用布雷頓循環熱發電技術更有利于實現與生物質能互補；再次是熱電系統效率大大提高；本發明是對槽式布雷頓循環熱發電技術的拓展，本發明同樣適合塔式太陽能熱發電站。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明槽式太陽能生物質霧化混合發電示意圖
[0026]圖2是本發明槽式太陽能與生物質燃氣互補發電示意圖
[0027]圖3是本發明超臨界布雷頓循環與生物質聯合發電示意圖
[0028]圖4是已知公開的槽式太陽能布雷頓熱發電示意圖
[0029]其中:1拋物槽聚光陣列、2線聚焦集熱管、3汽化罐、4渦輪機、5壓氣泵、6補熱器、7換熱器、8布雷頓熱發電裝置、9冷卻裝置、10水泵、11冷凝換熱器、12補氣窗口或空氣進口、13儲熱裝置、15燃燒室、16燃氣燃油鍋爐、17儲氣罐、18生物質氣發生裝置、19溴化鋰空調機組、20有機郎肯熱發電裝置、21傳輸管線、22汽水分離裝置、23動力工質
【具體實施方式】
[0030]方案I
[0031]拋物槽聚光陣列I中的線聚焦強化集熱管2通過傳輸管線21連接布雷頓熱發電裝置8的渦輪機4進氣口 ；渦輪機4出氣口連接換熱器7進口，換熱器7出口連接補熱器6進口，補熱器6出口連接冷凝換熱器11進口，冷凝換熱器11出口連接汽水分離裝置22，汽水分離裝置22氣體出口連接壓氣泵5進口 ；壓氣泵5輸出端連接補熱器6補熱端進口，補熱端出口連接拋物槽聚光陣列I線聚焦強化集熱管2進口 ；在拋物槽聚光陣列I中配置線聚焦強化集熱管2、汽化罐3，汽化罐3將液態水霧化輸入拋物槽聚光陣列I的線聚焦強化集熱管2內，傳熱工質在與霧化閃蒸后的霧化汽和動力工質23、在線聚焦強化集熱管2內充分混合，在拋物槽聚光陣列11中不斷加熱升溫成過熱蒸汽，高溫混合氣體經燃燒室15與生物質燃氣共同進入渦輪機4內膨脹做功發電，同時帶動壓氣泵5將冷凝的動力工質23加壓，經補熱器6升溫后再次進入拋物槽聚光陣列1，完成布雷頓循環動力發電；經冷凝換熱器11冷凝排出的氣體組分主要是生物質氣和水蒸氣經重整之后的產物，為二氧化碳氣和水的混合體；通過汽水分離裝置22分離出的氣體也即動力工質23氣體重新進入壓氣泵5再循環；分離的冷凝水則經水泵10給壓后經換熱器7升溫連接氣化罐3霧化器噴口 ；儲熱裝置13設置在拋物槽聚光陣列I傳輸管線21進出口兩端，在光照強時動力工質23分流進入儲熱裝置13儲熱，光照不足時動力工質23流經儲熱裝置13進入渦輪機做功，以延長發電時間；儲熱裝置13為熔鹽儲熱裝置、或陶瓷蜂窩儲熱裝置，為降低成本均為單罐設置；冷凝換熱器11冷凝端進出口分別連接有機郎肯熱發電裝置20或溴化鋰空調機組19的熱交換器進出口，或由溴化鋰空調機組19完全替代冷凝換熱器11作為冷凝換熱終端，以實現太陽能熱能梯級利用；
[0032]方案2
[0033]對布雷頓熱發電裝置8進行改進，使其成為同軸的且開式燃氣布雷頓循環和閉式超臨界二氧化碳布雷頓循環共同做功的一體化布雷頓循環動力發電裝置；根據動力工質23的性質，生物質氣選擇開式布雷頓循環發電，而二氧化碳氣、或一氧化氮氣動力工質選擇閉式超臨界布雷頓循環發電；或分別設置兩套獨立的布雷頓熱發電裝置8，一套由太陽能供能，使用閉式超臨界布雷頓循環熱發電，另一套專備生物質氣互補發電，使用開式燃氣布雷頓循環熱發電；或太陽能與生物質能同時運行聯合發電；
[0034]關閉生物質氣布雷頓熱發電部分，依托太陽能超臨界布雷頓循環動力發電；動力工質23選擇二氧化碳、或一氧化氮俗稱“笑氣”、或氦氣；拋物槽聚光陣列I中的線聚焦強化集熱管2通過傳輸管線21連接布雷頓熱發電裝置8的渦輪機4進氣口 ；渦輪機4出氣口連接換熱器7進口，換熱器7出口連接補熱器6進口，補熱器6出口連接冷凝換熱器11進口，冷凝換熱器11出口連接壓氣泵5進口 ；壓氣泵5輸出端連接補熱器6補熱端進口，補熱端出口連接拋物槽聚光陣列I線聚焦強化集熱管2進口 ；循環過程是典型的超臨界布雷頓循環過程，即動力工質23經拋物槽聚光陣列I加熱升溫進入渦輪機4膨脹做功發電，同時帶動壓氣泵5將冷凝的動力工質加壓，經補熱器6升溫后再次進入拋物槽聚光陣列1，完成布雷頓循環動力發電。
[0035]啟動生物質氣開式布雷頓熱發電裝置8，補進的空氣經補熱器6進入壓氣泵5，高壓空氣進入燃燒室與生物質氣混合燃燒，形成的高溫氣流進入渦輪機4膨脹做功和發電，排出的高溫乏汽進入補熱器6，除為吸入的空氣補熱外，隨后進入儲熱裝置13，在儲熱的同時作為替代太陽能的熱源保持超臨界布雷頓循環熱發電裝置8繼續穩定運行，燃氣乏氣經儲熱裝置13排出。或另設一個專用于利用燃氣乏氣的換熱器7，一端連接補熱器6乏氣出口，另一端排空。
[0036]為實現熱能梯級利用，在冷凝換熱器11冷凝一側的進出口端連接有機郎肯熱發電裝置20，或由溴化鋰空調機組19完全替代冷凝散熱器11作為冷凝換熱終端；或在渦輪機4出氣口端專門設置乏氣換熱器7連接有機郎肯熱發電裝置20，能有效提高熱利用效率;
[0037]方案3
[0038]由太陽能和其它能源組成雙系統互補熱發電；其中拋物槽聚光陣列1、通過換熱器7為布雷頓熱發電裝置8提供高溫熱源；由燃氣燃油鍋爐16為布雷頓熱發電裝置8提供熱源組成互補功能系統；雙系統運行所述燃氣燃油鍋爐16設置在拋物槽聚光陣列I傳輸管線21進出口兩端與儲熱裝置13形成并聯連接；或燃氣燃油鍋爐16串聯在拋物槽聚光陣列I傳輸管線21出口端和儲熱裝置13進口中間；或燃氣燃油鍋爐16串、并聯在布雷頓熱發電裝置8系統中；儲氣罐17連接燃氣燃油鍋爐的燃料噴嘴進口，另一端連接生物質氣發生裝置18或燃油燃氣供給裝置。燃氣燃油動力工質23在燃氣燃油鍋爐16內燃燒為布雷頓熱發電裝置8提供高溫互補熱源，排出的高溫乏氣進入儲熱裝置13，在儲熱裝置13中循環放熱后排出至大氣。
【權利要求】
1.所述多模式槽式太陽能布雷頓熱發電裝置包括拋物槽聚光陣列、線聚焦強化集熱管，動力工質，熔鹽儲熱傳熱工質，傳輸管線，汽化罐，燃燒室，補氣窗口或空氣進口，布雷頓熱發電裝置，壓氣泵，水泵，換熱器，補熱器，聚光陣列和發電控制裝置；儲熱裝置，冷凝換熱器，空氣冷卻裝置，儲氣罐，生物質氣發生裝置，汽水分離裝置，有機郎肯發電裝置，溴化鋰空調機組，其主要特征在于:拋物槽聚光陣列中的線聚焦強化集熱管通過傳輸管線連接布雷頓熱發電裝置的渦輪機進氣口 ；渦輪機出氣口連接換熱器進口，換熱器出口連接補熱器進口，補熱器出口連接冷凝換熱器進口，冷凝換熱器出口直接連接壓氣泵，或經汽水分離裝置連接壓氣泵；汽水分離裝置氣體出口連接壓氣泵進口 ；壓氣泵輸出端連接補熱器補熱端進口，補熱端出口連接拋物槽聚光陣列線聚焦強化集熱管進口 ；在拋物槽聚光陣列中配置線聚焦強化集熱管、汽化罐；汽化罐冷凝水輸入端連接水泵輸出端，水泵輸入端連接汽水分離裝置輸出端，汽水分離裝置輸入端連接冷凝換熱器；冷凝水輸入汽化罐后經霧化器霧化，與拋物槽聚光陣列經壓氣泵輸出的高溫動力工質氣體在汽化罐內混合，混合氣輸入下一級拋物槽聚光陣列；高溫混合氣體在拋物槽聚光陣列中不斷加熱升溫后在燃燒室與生物質燃氣共同進入渦輪機內膨脹做功發電，同時帶動壓氣泵將冷凝的動力工質加壓，經補熱器升溫后再次進入拋物槽聚光陣列，完成布雷頓循環動力發電；燃燒室連接儲氣罐，儲氣罐連接生物質氣發生裝置；生物質氣在燃燒室與高溫混合氣體混合燃燒；經冷凝換熱器冷凝排出的乏氣組分主要是二氧化碳氣和水的混合體，通過汽水分離裝置分離出的氣體也即動力工質氣體重新進入壓氣泵再循環；分離的冷凝水則經水泵送入換熱器升溫，之后連接氣化罐霧化器噴口再行霧化；儲熱裝置設置在拋物槽聚光陣列傳輸管線進出口兩端，在光照充足時分流動力工質進入儲熱裝置換熱儲能；光照不足時動力工質流經儲熱裝置以延長發電時間；在無光照或光照不足時啟動生物質氣互補程序，生物質氣在燃燒室與高溫混合氣體混合燃燒；高溫燃氣經渦輪機膨脹做功并完成化學重整后排出，排出的高溫混合乏氣進入儲熱裝置換熱儲能，從儲熱裝置排出的氣體經換熱器進入冷凝器冷凝分離；經渦輪機膨脹做功和化學重整的氣體組分主要是二氧化碳氣和純水；純水繼續循環使用，二氧化碳氣重回循環系統，多余的二氧化碳氣收集再利用；儲熱裝置為熔鹽儲熱裝置、或陶瓷蜂窩儲熱裝置；為降低成本本發明均為單罐設置；冷凝換熱器冷凝端進出口分別連接有機郎肯熱發電裝置或溴化鋰空調機組的熱交換器進出口，或由溴化鋰空調機組完全替代冷凝換熱器作為冷凝換熱終端； 1)所述布雷頓動力發電裝置包括渦輪機、換熱器、補熱器、壓氣泵、發電機、冷凝換熱器、補氣窗口或空氣進口 ；動力工質； 2)所述冷凝換熱器可由空氣冷卻裝置替代，不采用水冷設備； 3)所述動力工質為空氣、或二氧化碳氣、或氮氣、或一氧化氮氣、或氦氣、或烷烴類氣體；或生物質氣化氣、沼氣；或天然氣、可燃冰氣或液化石油氣；或醇類燃料如甲醇、乙醇、二甲醚；或燃油如柴汽油、煤油、重油； 4)所述汽化罐包括承壓罐體、霧化器及其噴嘴連接拋物槽式聚光陣列線聚焦強化集熱管的動力工質進出端口 ；霧化器將液態水霧氣以便在汽化罐內迅速生成飽和蒸汽；飽和蒸汽在汽化罐和線聚焦強化集熱管內與高溫動力工質氣體充分混合不斷加溫成過熱蒸汽； 5)所述補氣窗口是為確保生物質氣充分燃燒而設置的，補氣窗口以補空氣、或氧氣、或助燃劑為主要功能； 6)所述儲熱裝置是指熔鹽儲熱裝置、或陶瓷蜂窩儲熱裝置，均采用單罐儲熱技術；其中熔鹽儲熱裝置包括罐體、儲熱換熱器、換熱管、熔鹽、固體儲熱介質及容器、傳輸管道；其中儲熱換熱器置于罐體內，采用耐腐蝕、耐高溫合金金屬，或特種陶瓷制作；儲熱換熱器的換熱管為高溫合金金屬或特種陶瓷管；換熱管為波節管、或管外側帶翅片的強化換熱管；固體儲熱介質及容器是為減少熔鹽使用量，提高儲熱效率設置；固體儲熱介質選擇石英、或玻璃、或陶瓷、或石墨，和熔鹽共同組成儲熱介質；固體儲熱容器采用特種陶瓷制作，為圓柱箱體，長方箱體，環形箱體，固體儲熱容器外壁設熔鹽液體流通孔洞，孔洞直徑以小于固體儲熱介質為限；固體儲熱容器與換熱管交錯布置；陶瓷蜂窩儲熱裝置包括罐體、陶瓷蜂窩蓄熱體，換熱管；換熱管一端為進口另一端為出口 ；陶瓷蜂窩蓄熱體主要由特種陶瓷、普瓷、堇青石、莫萊石、剛玉莫來石、氧化鋁、鈦酸鋁、鋰輝石、磷酸鋯鈉、鋯英石、鋯鉻剛玉材質制作；陶瓷蜂窩蓄熱體與換熱管交錯排列；陶瓷蜂窩儲熱裝置內可填充熔鹽；儲熱裝置連接拋物槽聚光陣列和燃氣排出管道的進出口即可共用，也可在儲熱裝置內分別設立進出口和換熱管道。儲熱裝置連接拋物槽聚光陣列和燃氣排出管道的進出口即可共用，也可在儲熱裝置內分別設立進出口和換熱排氣管道。
2.多模式槽式太陽能布雷頓熱發電裝置包括拋物槽聚光陣列、線聚焦強化集熱管、動力工質、傳熱工質、傳輸管線、燃燒室、空氣進口、布雷頓動力發電裝置、壓氣泵、換熱器、補熱器、乏氣換熱器、聚光陣列和發電控制裝置；儲熱裝置、冷凝換熱器、空氣冷卻裝置，儲氣罐、生物質氣發生裝置、有機郎肯發電裝置，溴化鋰空調機組，其主要特征在于:對布雷頓動力發電裝置進行改進，使其成為同軸、具有兩組渦輪機和壓氣泵的新型布雷頓動力發電裝置；其中一組為開式燃氣布雷頓動力發電裝置，另一組為閉式超臨界布雷頓動力發電裝置，兩套裝置實現一體化共同做功；根據動力工質的性質，生物質氣選擇開式布雷頓循環熱發電；二氧化碳氣、或一氧化氮氣動力工質選擇閉式布雷頓循環熱發電；或分別設置兩套獨立的布雷頓動力發電裝置組成一個發電系統運行，太陽熱能供閉式超臨界布雷頓動力發電使用，燃氣供開式布雷頓動力發電使用；或兩套裝置同時運行聯合發電；在運行中通過儲熱裝置實現互補； 1)光照充足時依托太陽能超臨界布雷頓循環動力發電；動力工質選擇二氧化碳、或一氧化氮俗稱“笑氣”、或氦氣；拋物槽聚光陣列中的線聚焦強化集熱管通過傳輸管線連接布雷頓動力發電裝置的渦輪機進氣口 ；渦輪機出氣口連接換熱器進口，換熱器出口連接補熱器進口，補熱器出口連接冷凝換熱器進口，冷凝換熱器出口連接壓氣泵進口 ；壓氣泵輸出端連接補熱器補熱端進口，補熱端出口連接拋物槽聚光陣列線聚焦強化集熱管進口 ；循環過程是典型的超臨界布雷頓循環過程，即動力工質經拋物槽聚光陣列加熱升溫進入渦輪機膨脹做功發電，同時帶動壓氣泵將冷凝的動力工質加壓，經補熱器升溫后再次進入拋物槽聚光陣列，完成布雷頓循環動力發電； 2)光照不足時開啟兩套布雷頓動力發電裝置，太陽熱能和生物質能同時做功發電；開啟生物質氣布雷頓動力發電裝置，補進的空氣進口連接補熱器，經補熱器補熱后進入壓氣泵，壓氣泵產生的高壓空氣進入燃燒室與生物質氣混合燃燒，形成的高溫氣流進入渦輪機膨脹做功和發電，排出的高溫乏汽進入補熱器為吸入的空氣補熱，隨后進入儲熱裝置，在充分利用乏氣儲熱的同時作為替代太陽能的熱源保持超臨界布雷頓循環熱發電裝置繼續穩定運行，燃氣乏氣在儲熱裝置內循環放熱后排出至大氣；或在渦輪機出氣口端專門設置乏氣換熱器，渦輪機經乏氣換熱器出口同時連接補熱器和儲熱裝置，補熱器一端連接冷凝器；乏氣換熱器換熱端連接有機郎肯熱發電裝置； 3)長期無光照則關閉太陽能系統，依托生物質能驅動兩套布雷頓動力發電裝置同時發電； 4)為實現熱能梯級利用，在冷凝換熱器冷凝一側的進出口端連接有機郎肯熱發電裝置，或由溴化鋰空調機組完全替代冷凝換熱器作為冷凝換熱終端； 5)所述燃燒室是常規燃氣布雷頓動力發電裝置的專用設備，燃燒室設置在渦輪機進口處；或作為液體燃料的燃燒室使用； 6)所述空氣進口是專為布雷頓動力發電裝置在單獨使用生物質氣發電時設置的；采用開式燃氣布雷頓循環發電則開啟空氣進口 ；采用閉式超臨界布雷頓循環熱發電則關閉空氣進口 ； 7)在生物質氣發電模式中，經壓氣泵壓縮的空氣與生物質氣混合后進入燃燒室燃燒形成燃氣，燃氣進入渦輪機膨脹做工；渦輪機排出的高溫乏氣經補熱器后直接送入乏氣換熱器經換熱驅動有機郎肯熱發電裝置，再送溴化鋰空調機組排出機外；或渦輪機排出的高溫乏氣進入補熱器后直接送入儲熱裝置為閉式超臨界布雷頓動力發電裝置提供熱能；或經溴化鋰空調機組排至機外；壓氣機進口吸入空氣壓縮后順序進入補熱器、渦輪機。
3.多模式槽式太陽能布雷頓熱發電裝置包括拋物槽聚光陣列、線聚焦強化集熱管、動力工質、傳輸管線、燃氣燃油鍋爐、布雷頓熱發電裝置、壓氣泵、換熱器、補熱器、聚光陣列和發電控制裝置；儲熱裝置、冷凝換熱器、空氣冷卻裝置，儲氣罐、生物質氣發生裝置、燃油燃氣供給裝置、有機郎肯發電裝置，溴化鋰空調機組，其主要特征在于:由太陽能和生物質氣、燃油燃氣組成互補循環布雷頓熱發電系統；其中拋物槽聚光陣列、儲熱裝置、傳輸管線、燃氣燃油鍋爐共同組成熱源供給系統；燃氣燃油鍋爐為布雷頓熱發電裝置提供熱源互補系統；所述燃氣燃油鍋爐設置在拋物槽聚光陣列傳輸管線進出口兩端與儲熱裝置形成并聯連接；或燃氣燃油鍋爐串聯在拋物槽聚光陣列傳輸管線出口端和儲熱裝置進口中間；或燃氣燃油鍋爐串、并聯在布雷頓熱發電裝置系統中；儲氣罐連接燃氣燃油鍋爐的燃料噴嘴進口，另一端連接生物質氣發生裝置或燃氣燃油裝置；燃氣燃油動力工質在燃氣燃油鍋爐內燃燒為布雷頓熱發電裝置提供高溫互補熱源，排出的高溫乏汽進入儲熱裝置循環放熱后排出至大氣。
【文檔編號】F03G6/06GK104153953SQ201310180460
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年5月16日 優先權日:2013年5月16日
【發明者】張建城 申請人:張建城