專利名稱：利用太陽輻射生產(chǎn)蒸汽的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)蒸汽、特別是利用太陽輻射生產(chǎn)蒸汽的方法、系統(tǒng)和裝置。所述方法、系統(tǒng)和裝置包括控制線路(control scheme)，所述控制線路用于控制輸出蒸汽的品質(zhì)，尤其在熱輸入(例如由太陽輻射產(chǎn)生的熱輸入)變化或中斷期間控制輸出蒸汽的品質(zhì)。
背景技術(shù)：
太陽能熱電設(shè)備通過利用太陽輻射加熱工作流體以驅(qū)動(dòng)連接至發(fā)電機(jī)的渦輪機(jī)(例如蒸汽輪機(jī))從而發(fā)電。已開發(fā)出多種用于產(chǎn)生蒸汽的太陽能采集系統(tǒng)。太陽能采集系統(tǒng)可包括例如拋物面槽式系統(tǒng)、帶雙軸定日鏡的中央接收器系統(tǒng)或線性菲涅爾反射器(LFR)系統(tǒng)。在某些情況下，可能希望直接利用太陽能產(chǎn)生的蒸汽，例如可用于多種應(yīng)用的生產(chǎn)用蒸汽，所述應(yīng)用包括生產(chǎn)用熱、提高油采收率、食品加工、農(nóng)產(chǎn)品加工、制冷、紙漿和紙張加工。在蒸汽的很多應(yīng)用中(例如用于提高油采收率的油田蒸汽噴射)，知道蒸汽的質(zhì)量流率和蒸汽品質(zhì)是很重要的。在2009年4月23日公布的美國專利公告第20090101138號和2008年8月7日公布的美國專利公告第20080184789中描述了可用于太陽能熱電設(shè)備的控制方法的范例。存在對于改善的方法、系統(tǒng)和裝置的需求，所述方法、系統(tǒng)和裝置用于以確定的質(zhì)量流率和蒸汽品質(zhì)生產(chǎn)蒸汽，尤其是在熱輸入可能會(huì)變化或中斷的情況中，例如在使用太陽輻射向蒸汽發(fā)生器提供所有或部分熱輸入的情況中。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種運(yùn)行蒸汽鍋爐的方法，所述蒸汽鍋爐利用太陽能產(chǎn)生蒸汽。這種方法包括在控制策略(所述控制策略預(yù)估將從鍋爐輸出的蒸汽品質(zhì))中利用系統(tǒng)變量(所述系統(tǒng)變量影響蒸汽品質(zhì))的信息來調(diào)整通過鍋爐管道的水的流率(例如質(zhì)量流率)從而實(shí)現(xiàn)該蒸汽品質(zhì)。在一個(gè)實(shí)施例中，在沿管道的已知位置處估計(jì)了水中的熱量，利用水中熱量的信息來調(diào)整流率控制閥以控制進(jìn)入該管道或另一管道的水從而提供期望品質(zhì)的蒸汽?？蛇x地，流率控制節(jié)流孔可單獨(dú)使用或與流率控制閥共同使用以控制進(jìn)入該管道或另一管道的水量從而提供期望品質(zhì)的蒸汽。流率控制節(jié)流孔可包括限制流率(例如通過具有減少的內(nèi)徑)和/或調(diào)整流率(例如用于減少湍流、氣泡、渦流，等等)的設(shè)備。在另一實(shí)施例中，利用管道的延伸率預(yù)估將從太陽能鍋爐產(chǎn)生的蒸汽的品質(zhì)，并調(diào)節(jié)進(jìn)入鍋爐管道的水的流率以生產(chǎn)期望品質(zhì)的蒸汽?？稍诠艿赖囊粋€(gè)區(qū)域內(nèi)測量延伸率，在所述區(qū)域內(nèi)在產(chǎn)生蒸汽之前加熱水。在另一實(shí)施例中，利用在管道過熱區(qū)域內(nèi)的一部分管道的延伸率來計(jì)算或表示管道過熱區(qū)域內(nèi)的過熱蒸汽的品質(zhì)。例如，通過鍋爐或接收器的不同管道的流率可故意地相異，以從每個(gè)管道提供期望品質(zhì)的蒸汽。對流率的控制可基于個(gè)體管道的長度變化或長度變化的偏差，所述偏差是指偏離了所有管道的長度變化的平均值。多管道陣列或具有兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道的多通道陣列的每個(gè)管道的長度變化可以是相同的，而陣列的管道中的水流率可受控以提供相同 的管道延伸率。如前文所述，可采用較少的而不是所有的管道的延伸率來控制每個(gè)管道中的水流率和/或陣列的每個(gè)管道的照度。在另一實(shí)施例中，表明蒸汽和任何冷凝水中總熱量的一個(gè)或多個(gè)特征參數(shù)(所述蒸汽和任何冷凝水產(chǎn)生于太陽能鍋爐的一個(gè)管道)被用于預(yù)估太陽能鍋爐的第二個(gè)鍋爐管道內(nèi)將產(chǎn)生的蒸汽和任何冷凝水中的熱量。例如，線性菲涅爾反射器陣列的接收器可具有多個(gè)平行的鍋爐管道，所述多個(gè)平行的鍋爐管道在接收器內(nèi)排成陣列，例如平面陣列。從某一管道產(chǎn)生的蒸汽中的熱量可用于預(yù)估將從陣列的其它管道(例如末端管道)產(chǎn)生的熱量，所述某一管道在管道陣列的中心或中心附近，且傾向于比在(例如平面)管道陣列末端的管道更好地受照射，并可通過調(diào)節(jié)管道的水流率控制閥和/或流率控制節(jié)流孔和/或通過移動(dòng)反射器以更多或更少地照射末端管道而調(diào)節(jié)至其它管道的水流率和/或熱輸入。在管道的一部分內(nèi)的管道延伸率可作為其中一個(gè)特征參數(shù)，在所述部分內(nèi)蒸汽為過熱蒸汽，所述特征參數(shù)表明從管道產(chǎn)生的蒸汽中的總熱量。本發(fā)明還提供了蒸汽鍋爐和控制系統(tǒng)，所述蒸汽鍋爐和控制系統(tǒng)構(gòu)造成如前文所述地運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，太陽能鍋爐在管道的節(jié)熱器(省煤器，economizer)區(qū)域內(nèi)具有延伸率測量裝置。延伸率測量裝置可連接至控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)利用信息和延伸率來估計(jì)進(jìn)入管道的水所含的熱量，所述信息代表了通過管道的水的質(zhì)量流率?；诠艿姥由炻逝c從管道產(chǎn)生的蒸汽和冷凝水(如果有的話)組合中的熱量的相互關(guān)系，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)用于管道的水流率控制閥的開啟和關(guān)閉以調(diào)節(jié)通過管道的水的流率?？蛇x地，流率控制節(jié)流孔可單獨(dú)使用或與水流率控制閥共同使用，以基于管道延伸率與從管道產(chǎn)生的蒸汽和冷凝水(如果有的話)組合中的熱量的相互關(guān)系而調(diào)節(jié)通過管道的水的流率。在另一實(shí)施例中，太陽能鍋爐具有測量儀器，例如一個(gè)或多個(gè)與控制系統(tǒng)相互配合的壓力和/或溫度傳感器，以估計(jì)在多管道接收器或多通道接收器的鍋爐管道的末端處的蒸汽品質(zhì)，所述多通道接收器具有兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道，太陽能聚焦于所述吸收器管道?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)造成改變進(jìn)入多管道或多通道接收器的第二管道的水的流率、改變一個(gè)或多個(gè)反射器(所述反射器照射接收器的第二管道)的位置，或改變上述兩者，以避免因例如陰影或云經(jīng)過太陽能鍋爐的反射器而使蒸汽品質(zhì)偏離預(yù)期或目標(biāo)品質(zhì)。
結(jié)合至太陽能鍋爐內(nèi)的控制系統(tǒng)以及如前文所述的方法可構(gòu)造成接受來自一個(gè)或多個(gè)溫度、壓力、蒸汽品質(zhì)、流率、光檢測器、反射器位置、管道延伸率、以及測量這些值的其它探測器或儀器的輸入，并控制水流率和/或反射器位置?？刂葡到y(tǒng)可包含模擬或數(shù)字形式的比例控制器、比例積分(PI)控制器、比例微分(PD)控制器、比例積分微分(PID)控制器、或另一形式的控制線路、或這些控制線路其中之一的變型。本文所述的任一太陽能鍋爐的控制系統(tǒng)還可具有兩個(gè)或多個(gè)級聯(lián)控制器，在所述級聯(lián)控制器中一個(gè)控制器的輸出是至第二個(gè)控制器的輸入。本文論述的方法、裝置和控制系統(tǒng)可對一種輸入(例如接收器管道的長度變化)作出反應(yīng)。例如，控制系統(tǒng)可包含查表數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)代表接收器的每個(gè)管道希望的長度變化。設(shè)定值可代表特定接收器管道的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)可將代表長度變化值的儀器輸入與設(shè)定值進(jìn)行比較并調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)通過管道的水流率和反射器位置以提供希望的長度變化。諸如表示蒸汽品質(zhì)的儀器輸入可用于調(diào)整設(shè)定值。上述方法、裝置和控制系統(tǒng)可用于或構(gòu)造成產(chǎn)生飽和蒸汽?？蛇x地，方法、裝置和控制系統(tǒng)可用于或構(gòu)造成產(chǎn)生過熱蒸汽。 可通過許多方法測量管道延伸率?？蛇x擇例如管道緊固至支座所在的點(diǎn)作為參考點(diǎn)?？蛇x地，可在管道上的可移動(dòng)位置處設(shè)置參考點(diǎn)，而且可從該參考點(diǎn)至管道上的另一點(diǎn)測量延伸率?？衫脧墓艿阑蜓b置總體損失的熱量來使本文所述的裝置和控制系統(tǒng)的運(yùn)行更精確?？赡M、測量或從測量值來計(jì)算熱量損失。來自多管道接收器、具有兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道的多通道接收器、或多管道太陽能鍋爐的第一管道的數(shù)據(jù)可用于調(diào)整通過第二管道的水的流率、或熱量輸入的速率、或上述兩者，相對于接收器或鍋爐的其它管道，水和蒸汽快速通過所述第一管道。由此，所獲得的例如關(guān)于第一管道產(chǎn)生的蒸汽品質(zhì)的數(shù)據(jù)可用于調(diào)節(jié)流率和/或熱量輸入，以影響第二管道內(nèi)的蒸汽品質(zhì)，從而補(bǔ)償來自第一管道的蒸汽遇到的任何偏差，所述偏差是指偏離期望的蒸汽品質(zhì)。這種類型的構(gòu)型和方法的一個(gè)好處是，僅需獲得多管道太陽能鍋爐、多管道接收器、或具有兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道的多通道接收器的某些但不是全部管道的數(shù)據(jù)，以控制產(chǎn)生于接收器或鍋爐的每個(gè)管道的蒸汽品質(zhì)。這減少了運(yùn)行系統(tǒng)所需的部件的數(shù)量，使得系統(tǒng)更可靠和成本更低。流體通過細(xì)長管道的輸送時(shí)間可在幾分鐘或甚至幾小時(shí)的量級；利用數(shù)據(jù)(所述數(shù)據(jù)來自那些表現(xiàn)出最快的流體輸送時(shí)間的管道)來控制蒸汽品質(zhì)(所述蒸汽產(chǎn)生于接收器內(nèi)的每個(gè)管道)可改善系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，所述系統(tǒng)采用了多管道接收器或具有兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道的多通道接收器，這可導(dǎo)致更快的穩(wěn)定化和對熱輸入的瞬態(tài)變化(例如由于云或陰影)的更快響應(yīng)。在另一實(shí)施例中，方法和鍋爐構(gòu)造成從太陽能鍋爐管道的輸入端提供初始沸騰點(diǎn)的位置，所述位置對于具有兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道的多通道接收器或多管道接收器中的某些或所有管道或?qū)τ谔柲苠仩t內(nèi)的某些或所有管道都是一樣的。在另一實(shí)施例中，方法和鍋爐構(gòu)造成從太陽能鍋爐管道的輸入端提供過熱現(xiàn)象開始的位置，所述位置對于具有兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道的多通道接收器或多管道接收器中的某些或所有管道或?qū)τ谔柲苠仩t內(nèi)的某些或所有管道都是一樣的。
在某些實(shí)施例中，從太陽能鍋爐和/或太陽能鍋爐的個(gè)體管道輸出的蒸汽品質(zhì)不大于70% (0.70)。在其它實(shí)施例中，蒸汽品質(zhì)大于I。從系統(tǒng)輸出的蒸汽的壓力可分別由控制器控制，所述控制器檢測出在蒸汽鍋筒(汽包，steam drum)或其它蒸汽蓄積器處或來自蒸汽鍋筒或其它蒸汽蓄積器的蒸汽的壓力，并調(diào)節(jié)在蒸汽鍋筒處或在蒸汽線路內(nèi)的閥以增加或降低壓力，所述蒸汽線路通往或來自蒸汽鍋筒?？蛇x地，流率控制節(jié)流孔可單獨(dú)使用或與所述閥共同使用以調(diào)節(jié)壓力。上述系統(tǒng)和方法可根據(jù)需要構(gòu)造在線性菲涅爾反射器陣列中或槽式采集器陣列中。本文還包括用于太陽能鍋爐的多種啟動(dòng)方法。本發(fā)明不限于在本發(fā)明內(nèi)容中描述的裝置、方法和控制系統(tǒng)，而是另外在下文的文本、圖例和權(quán)利要求書的各個(gè)部分內(nèi)描述了 本發(fā)明。沿一段管道的太陽能輸入可能是或可能不是均勻的。例如，在晴天一個(gè)或多個(gè)反射器沿一段管道聚焦陽光時(shí)太陽能輸入可能是均勻的。在例如云阻礙了陽光到達(dá)該段管道的某些部分但不是阻礙陽光到達(dá)在晴天受照射的整段管道時(shí)，太陽能輸入可能是不均勻的。在例如來自太陽能陣列的各結(jié)構(gòu)的光阻礙了陽光到達(dá)該段管道的某些部分但不是整段管道時(shí)，太陽能輸入可能是不均勻的。由此，本文提供了利用太陽能產(chǎn)生蒸汽的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)可用于產(chǎn)生期望品質(zhì)的蒸汽，例如約70%、或過熱蒸汽。由本文所述的方法和系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽可直接使用或用于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)以產(chǎn)生電力，所述直接使用例如用作生產(chǎn)用蒸汽，所述生產(chǎn)用蒸汽用于例如食品加工、提高油采收率、農(nóng)產(chǎn)品加工、紙漿和紙張加工、工業(yè)加工、加熱和制冷等等的應(yīng)用。本文所述的控制輸出蒸汽品質(zhì)的多種方法和系統(tǒng)適用于采用單個(gè)吸收器管道、采用多個(gè)吸收器管道、以及采用多通道吸收器管道的太陽能熱力系統(tǒng)，所述多個(gè)吸收器管道可并聯(lián)連接。方法和系統(tǒng)允許改進(jìn)期望的蒸汽品質(zhì)或過熱蒸汽的生產(chǎn)，其中即使在日照發(fā)生有規(guī)則的或瞬態(tài)的變化的情況下蒸汽品質(zhì)和蒸汽輸出也可控制在期望的范圍內(nèi)，所述日照的有規(guī)則的或瞬態(tài)的變化導(dǎo)致至吸收器管道的熱輸入的有規(guī)則的或瞬態(tài)的變化。本文所述的控制輸出蒸汽品質(zhì)的多種方法和系統(tǒng)適用于采用單個(gè)吸收器管道、采用多個(gè)并聯(lián)連接的吸收器管道、以及采用多通道吸收器管道的太陽能熱力系統(tǒng)。方法和系統(tǒng)允許改進(jìn)期望的蒸汽品質(zhì)或過熱蒸汽的生產(chǎn)，其中即使在日照發(fā)生有規(guī)則的或瞬態(tài)的變化的情況下蒸汽品質(zhì)和蒸汽輸出也可控制在期望的范圍內(nèi)，所述日照的有規(guī)則的或瞬態(tài)的變化導(dǎo)致至吸收器管道的熱輸入的有規(guī)則的或瞬態(tài)的變化。在某些變型中，方法和系統(tǒng)可允許降低對水的庫存的要求和/或減少啟動(dòng)損失。生產(chǎn)期望品質(zhì)的蒸汽的某些方法包括在壓力下，使水流動(dòng)通過入口以進(jìn)入細(xì)長管道，并用太陽輻射沿管道長度輻照管道，從而使管道吸收的太陽輻射產(chǎn)生沿其長度的熱輸入，水在沿管道的一個(gè)邊界處開始沸騰，而蒸汽離開管道。方法還包括利用管道長度的變化作為至控制器的輸入，所述控制器控制進(jìn)入管道入口的水的質(zhì)量流率，由此控制離開管道的蒸汽品質(zhì)。例如，管道可安裝成使得它在入口處可相對自由地膨脹。在某些變型中，管道在管道入口和管道出口之間的位置P處被固定，其中位置P距離入口的距離比沸騰邊界更遠(yuǎn)，而位置P和入口之間的管道長度的變化可用于控制進(jìn)入該管道的水的質(zhì)量流率。
生產(chǎn)期望品質(zhì)的蒸汽的某些方法包括使水流入線性菲涅爾反射器系統(tǒng)的接收器的入口，其中接收器包括并聯(lián)連接的多個(gè)平行管道i = 1，...，k，并用太陽輻射沿各自的長度Li輻照每個(gè)管道從而使每個(gè)管道處吸收的太陽輻射產(chǎn)生沿其長度的熱輸入，并使得水在至少一個(gè)管道內(nèi)沿其長度的點(diǎn)Xi處開始沸騰。方法包括利用管道\的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)溫度測量結(jié)果Ti作為至控制器的輸入，所述控制器控制進(jìn)入多個(gè)管道的每一個(gè)的水的質(zhì)量流率，由此控制離開接收器的蒸汽品質(zhì)。生產(chǎn)期望品質(zhì)的蒸汽的某些方法包括在壓力下，使水流入入口以進(jìn)入長度為L的細(xì)長管道，沿管道的長度L輻照管道，從而使蒸汽離開管道，并用控制系統(tǒng)來控制進(jìn)入管道的水流率，所述控制系統(tǒng)利用管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度測量結(jié)果作為控制變量。控制系統(tǒng)的設(shè)定值取決于相對于入口的測量溫度的位置、管道長度L、以及期望的輸出蒸汽品質(zhì)。
生產(chǎn)期望品質(zhì)的蒸汽的某些方法包括使水流動(dòng)通過入口以進(jìn)入在壓力下的細(xì)長管道(該管道具有長度L和正交于L的橫切尺寸W)，并繞平行于管道的一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)反射器 以引導(dǎo)太陽輻射沿管道的長度L輻照管道，從而沿其長度L為管道提供熱輸入，并從而使蒸汽離開管道。方法包括i)控制進(jìn)入管道入口的水的質(zhì)量流率；以及ii)通過將反射器的位置進(jìn)行旋轉(zhuǎn)而調(diào)節(jié)至管道的熱輸入從而控制離開管道的蒸汽品質(zhì)。生產(chǎn)期望品質(zhì)的蒸汽的某些方法包括使水流動(dòng)通過入口以進(jìn)入細(xì)長架高的接收器(所述接收器包括多個(gè)在壓力下的平行管道或一個(gè)或多個(gè)在壓力下的多通道管道，且具有長度L和正交于L的橫向尺寸W)，并在包括多行線性菲涅爾反射器的場中繞平行于接收器的軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)線性菲涅爾反射器以引導(dǎo)太陽輻射沿長度L輻照管道，從而沿長度L為管道提供熱輸入，并從而使蒸汽離開接收器。方法還包括通過繞平行于細(xì)長接收器的軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)反射器行從而沿接收器的橫向尺寸W調(diào)整至多個(gè)平行管道、多通道管道的多個(gè)區(qū)段、或多個(gè)多通道管道的熱輸入，并通過下述步驟控制離開接收器的蒸汽品質(zhì)i)控制進(jìn)入多個(gè)平行管道、單個(gè)多通道管道、或多個(gè)多通道管道的水的流率；以及ii)沿橫向尺寸W調(diào)節(jié)至多個(gè)平行管道、多通道管道的多個(gè)區(qū)段、或多個(gè)多通道管道的熱輸入。生產(chǎn)期望品質(zhì)的蒸汽的某些方法包括使水流動(dòng)通過入口以進(jìn)入長度為L的在壓力下的管道，并沿管道的長度輻照管道以向管道提供熱輸入，從而使蒸汽離開管道。方法包括利用預(yù)估的熱輸入作為至控制線路的輸入以控制離開管道的蒸汽品質(zhì)。在某些變型中方法包括利用控制系統(tǒng)(例如前饋控制)來調(diào)節(jié)進(jìn)入入口的水的質(zhì)量流率，所述控制系統(tǒng)利用估計(jì)的熱輸入來控制離開管道的蒸汽品質(zhì)。在某些變型中，預(yù)估的熱輸入可包括經(jīng)模擬、列表、測量或估計(jì)的隨時(shí)間變化的熱輸入。例如，由于太陽的周日運(yùn)動(dòng)、日照的季節(jié)變化、或在一天的過程中經(jīng)過太陽能陣列的陰影而引起的熱輸入的日變化的任意一個(gè)或任意組合，都可被查找(例如在數(shù)據(jù)表中)或測量并作為輸入提供給控制線路。在另一范例中，預(yù)估的熱輸入可包含對熱損失的估計(jì)，所述估計(jì)是基于測量到的過程溫度和熱損失模型，所述模型可以是分析性的或經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)的兩者任一。在多管道太陽能鍋爐、多管道接收器、或具有兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道的多通道接收器中，來自一個(gè)管道的熱輸出(例如溫度測量結(jié)果或蒸汽的輸出)可用作至第二管道的預(yù)估的熱輸入。在某些變型中，方法包括利用分離器(例如蒸汽鍋筒或蒸汽蓄積器)將水從離開管道的蒸汽/水混合物中分離出來，并利用從分離器出來的蒸汽流率估計(jì)至管道的熱輸入。在某些變型中，蒸汽鍋筒中的壓力、蒸汽鍋筒中的液位、來自蒸汽鍋筒的蒸汽質(zhì)量流率、以及來自蒸汽鍋筒的液體質(zhì)量流率可用于估計(jì)熱輸入。在某些變型中，方法包括利用預(yù)估的熱輸入和來自一個(gè)或多個(gè)其它控制變量的輸入(例如節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度、入口處的溫度、管道出口處或附近的溫度、壓力、光學(xué)輸入例如DNI (直達(dá)日照強(qiáng)度)、管道長度的變化、或經(jīng)估計(jì)或測量的蒸汽品質(zhì))作為至控制系統(tǒng)的輸入以控制蒸汽品質(zhì)。例如，某些方法采用一種控制線路，在所述控制線路中節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度和預(yù)估的熱輸入被用作控制變量，以調(diào)整進(jìn)入管道的水的質(zhì)量流率，從而控制蒸汽品質(zhì)。某些方法采用一種控制線路，在所述控制線路中管道長度的變化(例如入口和固定位置P之間的長度的變化，所述位置P距離入口的距離比沸騰邊界更遠(yuǎn))和預(yù)估的熱輸入被用作控制變量，以調(diào)節(jié)進(jìn)入管道的水的質(zhì)量流率。本文描述了用于生產(chǎn)蒸汽的多種太陽能鍋爐和系統(tǒng)。太陽能鍋爐的某些變型包括管道、控制閥、以及控制器，所述管道具有用于接納水的入口以及出口，所述控制閥能夠調(diào)節(jié)進(jìn)入入口的水的質(zhì)量流率，所述控制器用于控制所述控制閥的狀態(tài)。可選地，流率控制節(jié)流孔可單獨(dú)使用或與控制閥共同使用以調(diào)節(jié)進(jìn)入管道入口的水的質(zhì)量流率。在某些變型中，管道在入口和出口之間的位置P處固定，其中位置P從入口處沿管道延伸得遠(yuǎn)于在使用 中出現(xiàn)的沸騰邊界。在太陽能鍋爐中，將管道長度(例如入口和位置P之間)的變化的測量結(jié)果作為輸入提供至控制器，而控制器控制進(jìn)入入口的水的質(zhì)量流率以控制離開管道的蒸汽品質(zhì)。太陽能鍋爐的變型包括接收器、一個(gè)或多個(gè)線性菲涅爾反射器、一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器TCp以及控制器，所述接收器包括沿接收器的長度延伸的多個(gè)平行管道或多個(gè)多通道管道\，其中i = 1，...，k，所述線性菲涅爾反射器構(gòu)造成繞平行于接收器的一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)以追蹤太陽的周日運(yùn)動(dòng)，所述溫度傳感器布置成檢測每個(gè)管道\的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的流體溫度，其中來自每個(gè)溫度傳感器TCi的輸出作為輸入提供至控制器，并被控制器利用以調(diào)整與管道ti相關(guān)聯(lián)的控制閥的狀態(tài)，從而控制進(jìn)入管道ti的水的質(zhì)量流率，并控制離開接收器的蒸汽品質(zhì)?？蛇x地，流率控制節(jié)流孔可單獨(dú)使用或與閥共同使用以控制進(jìn)入管道ti的水的質(zhì)量流率并控制離開接收器的蒸汽品質(zhì)。任何本文所述的方法、系統(tǒng)或太陽能鍋爐可用于生產(chǎn)具有最多約70%、或約70%或更高品質(zhì)的蒸汽，或用于生產(chǎn)過熱蒸汽。任何用于控制蒸汽品質(zhì)的方法可用于供應(yīng)生產(chǎn)用蒸汽、或用于供應(yīng)過熱蒸汽。在某些變型中，由本文所述方法、系統(tǒng)和太陽能鍋爐產(chǎn)生的蒸汽(例如過熱蒸汽)可用于產(chǎn)生電力。任何本文所述的方法、系統(tǒng)或太陽能鍋爐可用于生產(chǎn)具有約為70%或更高(70%±10%，或70% ±5%)的品質(zhì)的蒸汽，或用于生產(chǎn)過熱蒸汽(例如約為10、約為20、約為30、約為49、約為50、約為60、約為70、約為80、約為90、約為100的過熱度)。任何本文所述的用于控制蒸汽品質(zhì)的方法可用于供應(yīng)生產(chǎn)用蒸汽、或用于供應(yīng)過熱蒸汽。在某些變型中，由本文所述方法、系統(tǒng)和太陽能鍋爐產(chǎn)生的蒸汽(例如過熱蒸汽)可用于產(chǎn)生電力。任何本文所述的用于控制蒸汽品質(zhì)的方法可用于獨(dú)立的蒸汽發(fā)生器或獨(dú)立的發(fā)電機(jī)中，或用于與其它蒸汽源或其它能量源組合使用的蒸汽發(fā)生器中。例如，任何本文所述的方法可適用于太陽能促使的蒸汽發(fā)生，或適用于太陽能/煤混合或太陽能/天然氣混合設(shè)備。本文所述的控制蒸汽品質(zhì)的方法可適用于具有多種構(gòu)型的多種太陽能鍋爐。例如，可在單管道太陽能鍋爐(例如拋物面槽或LFR陣列中的單管道接收器)、多管道系統(tǒng)(例如多行拋物面槽、或具有多管道接收器的太陽能陣列)、或多通道吸收器管道系統(tǒng)中使用控制蒸汽品質(zhì)的多種方法?？刂普羝焚|(zhì)的多種方法可適用于包括再循環(huán)系統(tǒng)的太陽能鍋爐?？刂普羝焚|(zhì)的多種方法可適用于不采用再循環(huán)系統(tǒng)的單程(once-through)蒸汽發(fā)生器。


圖I示出太陽能鍋爐管道，所述管道包括節(jié)熱器區(qū)域、蒸發(fā)器區(qū)域、以及過熱蒸汽區(qū)域。圖2示出包括太陽能鍋爐管道的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的一個(gè)范例。
圖3A至圖3D示出LFR系統(tǒng)的范例，在所述LFR系統(tǒng)中可通過控制反射器來改變跨越接收器寬度的橫向熱輸入和/或沿接收器長度的縱向熱輸入。圖4A示出控制系統(tǒng)的一個(gè)范例，所述控制系統(tǒng)利用任何合適的過程控制變量來控制進(jìn)入太陽能鍋爐管道的質(zhì)量流率；圖4B示出控制系統(tǒng)的一個(gè)范例，所述控制系統(tǒng)利用節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度作為過程控制變量來控制進(jìn)入太陽能鍋爐管道的質(zhì)量流率；圖4C示出用于多管道系統(tǒng)(例如多管道接收器)的控制系統(tǒng)的一個(gè)范例；圖40示出控制系統(tǒng)的一個(gè)范例，所述控制系統(tǒng)利用管道長度的變化作為過程控制變量，通過控制進(jìn)入太陽能鍋爐管道的質(zhì)量流率來控制蒸汽品質(zhì)。圖5A至圖5C示出控制系統(tǒng)的一個(gè)范例，所述控制系統(tǒng)用于多管道接收器并利用溫度作為過程控制變量。圖6A至圖6C示出控制閥組的多種構(gòu)型。圖7示出控制系統(tǒng)的一個(gè)范例，所述控制系統(tǒng)包含預(yù)估器，例如Smith預(yù)估器。圖8示出控制系統(tǒng)的一個(gè)范例，所述控制系統(tǒng)利用預(yù)估的熱輸入作為至控制線路的輸入。在該特定范例中，控制線路構(gòu)造成使得預(yù)估的熱輸入作為前饋輸入。圖9A示出用于太陽能陣列的控制系統(tǒng)的一個(gè)范例，在所述太陽能陣列中多個(gè)接收器布置成并聯(lián)的構(gòu)型，其中每個(gè)接收器包含一個(gè)鍋爐管道；圖9B示出用于太陽能陣列的控制系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例，在所述太陽能陣列中多個(gè)接收器布置成并聯(lián)的構(gòu)型，其中每個(gè)接收器包含多個(gè)并聯(lián)連接的鍋爐管道。圖IOA至IOB示出用于太陽能鍋爐管道的控制系統(tǒng)的范例，所述控制系統(tǒng)可用在預(yù)熱期間。圖11示出構(gòu)造成用于利用過熱蒸汽的LFR系統(tǒng)的一個(gè)范例，所述范例包括加熱系統(tǒng)、用于接收過熱蒸汽的蒸汽輪機(jī)、以及與蒸汽輪機(jī)相聯(lián)的發(fā)電機(jī)，電力從所述發(fā)電機(jī)產(chǎn)生，所述加熱系統(tǒng)包括LFR系統(tǒng)和具有一個(gè)或多個(gè)太陽能鍋爐管道的反射器系統(tǒng)。圖12示出電力設(shè)備可能包括的多個(gè)方面，包括例如冷凝器、熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)、以及再循環(huán)系統(tǒng)，所述電力設(shè)備構(gòu)造成用于利用過熱蒸汽。圖13A至13B示出利用至少兩個(gè)串聯(lián)的接收器產(chǎn)生過熱蒸汽的系統(tǒng)的范例，所述接收器的每一個(gè)包含一個(gè)或多個(gè)鍋爐管道，且串聯(lián)的第一接收器產(chǎn)生飽和蒸汽，所述飽和蒸汽送入串聯(lián)的第二接收器系統(tǒng)，從所述第二接收器系統(tǒng)產(chǎn)生過熱蒸汽從而例如驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)。分離器和再循環(huán)系統(tǒng)可配置在第一接收器出口處并可選地配置在第二接收器處。在一個(gè)變型中第二接收器可被外部熱源(例如燃煤或燃天然氣的鍋爐)代替以產(chǎn)生過熱蒸汽。圖14示出利用包括一個(gè)或多個(gè)鍋爐管道的單個(gè)接收器產(chǎn)生過熱蒸汽的系統(tǒng)的一個(gè)范例，其中將水引入接收器系統(tǒng)的入口，所述水在接收器出口之前轉(zhuǎn)化成飽和蒸汽并隨后轉(zhuǎn)化成過熱蒸汽?？蛇x地，過熱蒸汽被蒸汽輪機(jī)利用。圖15A至圖MD示出位于包括多個(gè)吸收器管道的接收器之內(nèi)的示例性的傳感器位置。圖16示出LFR的一個(gè)范例，所述LFR包括安裝于地面的反射器場，以及架高的接 收器，所述反射器排列成平行的行，所述接收器布置成接收并吸收來自反射器的反射輻射。圖17示出LFR系統(tǒng)的終端的俯視圖。圖18示出在LFR系統(tǒng)內(nèi)太陽輻射從四個(gè)反射器反射至兩個(gè)接收器。圖19示出吸收器管道的管路構(gòu)型的一個(gè)范例，所述構(gòu)型包括容許熱膨脹的上導(dǎo)管和下導(dǎo)管設(shè)計(jì)。圖20示出包括一個(gè)或多個(gè)鍋爐管道的接收器的一個(gè)范例，其中僅出于圖示的目的，接收器內(nèi)并聯(lián)連接的管道的數(shù)量為5。鍋爐管道罩裝在接收器內(nèi)?？蛇x地，如在接收器的末端處所示，鍋爐管道可支承在輥?zhàn)由?，所述輥?zhàn)釉试S管道因熱變化而膨脹和收縮而不會(huì)導(dǎo)致?lián)p害管道自身或接收器的其它部分。圖21示出反射器陣列，其中直線連接的反射器的每一行的成角度的位置由位于該行末端處的驅(qū)動(dòng)器控制。圖22示出反射器陣列，其中直線連接的反射器的每一行的成角度的位置由位于該行中央?yún)^(qū)域的驅(qū)動(dòng)器控制。圖23示出各單獨(dú)的反射器組成的場，其中每個(gè)反射器由位于末端處的驅(qū)動(dòng)器各自控制。圖24示出用于太陽能采集器系統(tǒng)內(nèi)的再循環(huán)泵的控制系統(tǒng)的一個(gè)范例。圖25示出用于一個(gè)系統(tǒng)的控制線路的一個(gè)范例，在所述系統(tǒng)內(nèi)飽和蒸汽產(chǎn)生于第一太陽能鍋爐中，且飽和蒸汽供應(yīng)至與第一鍋爐串聯(lián)的第二太陽能鍋爐以產(chǎn)生過熱蒸汽。圖26示出用于在太陽能鍋爐內(nèi)產(chǎn)生過熱蒸汽的控制線路的一個(gè)范例。
具體實(shí)施例方式本文描述了利用太陽能產(chǎn)生蒸汽的方法和系統(tǒng)。所述方法和系統(tǒng)可用于產(chǎn)生在輸送壓力下的期望品質(zhì)的蒸汽，例如具有約30 %、約40 %、約50 %、約60 %、約70 %、約80 %、或約90%的品質(zhì)的飽和蒸汽，或過熱蒸汽。由本文所述方法和系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽可直接使用或用于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)以產(chǎn)生電力，所述直接使用例如用作生產(chǎn)用蒸汽，所述生產(chǎn)用蒸汽用于例如食品加工、提高油采收率、農(nóng)產(chǎn)品加工、紙漿和紙張加工、工業(yè)加工、加熱和制冷等等的應(yīng)用?？蔀樘囟ǖ膽?yīng)用選擇所產(chǎn)生的蒸汽的輸送壓力，例如約600-2800psi(磅/平方英寸)。但是，應(yīng)理解其它應(yīng)用可能要求其它輸送壓力。
本文所述的控制輸出蒸汽品質(zhì)的多種方法和系統(tǒng)適用于采用單個(gè)吸收器管道、采用多個(gè)并聯(lián)連接的吸收器管道、以及采用多通道吸收器管道的太陽能熱力系統(tǒng)。方法和系統(tǒng)允許改進(jìn)期望的蒸汽品質(zhì)或過熱蒸汽的生產(chǎn)，其中即使在日照發(fā)生有規(guī)則的或瞬態(tài)的變化的情況下蒸汽品質(zhì)和蒸汽輸出也可控制在期望的范圍內(nèi)，所述日照的有規(guī)則的或瞬態(tài)的變化導(dǎo)致至吸收器管道的熱輸入的有規(guī)則的或瞬態(tài)的變化。方法和系統(tǒng)可允許充分地控制以生產(chǎn)具有目標(biāo)出口品質(zhì)(例如約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、或約90%，諸如70% ±10%，或70% ±5%的蒸汽品質(zhì))的蒸汽而同時(shí)以足夠的流率運(yùn)行以避免系統(tǒng)中的任何管道內(nèi)發(fā)生干涸，并避免發(fā)生太陽能鍋爐到達(dá)跳閘條件(例如由于在低的熱輸入時(shí)的低流率)的情況。任何本文所述的系統(tǒng)和方法可與太陽能采集器系統(tǒng)共同使用，所述太陽能采集器用作獨(dú)立的蒸汽發(fā)生器或發(fā)電機(jī)，或與另一蒸汽發(fā)生設(shè)備或發(fā)電機(jī)組合使用。例如，方法和系統(tǒng)可與在相對較強(qiáng)日照時(shí)間段期間使用的太陽能采集器系統(tǒng)共同使用以增加現(xiàn)有蒸汽設(shè)備或發(fā)電設(shè)備(例如采用煤、天然氣、生物質(zhì)能、油或核能作為燃料源的設(shè)備)的輸出。在某些變型中，本文所述方法和系統(tǒng)可用在一種構(gòu)型中，在所述構(gòu)型中天然氣、煤、核能或另一類型的燃料用于增加太陽能熱力蒸汽設(shè)備或發(fā)電設(shè)備的輸出。在某些情況下，本文所述 方法和系統(tǒng)可與設(shè)計(jì)成使得輸出(電或蒸汽)可切換的混合蒸汽設(shè)備或發(fā)電設(shè)備共同使用從而使得輸出完全由太陽能產(chǎn)生、完全由另一燃料源(例如煤、天然氣、或核能)產(chǎn)生、或由太陽能和非太陽能燃料源的組合產(chǎn)生。本文所述方法和系統(tǒng)的變型包括利用開環(huán)或閉環(huán)控制系統(tǒng)通過控制進(jìn)入吸收器管道的質(zhì)量流率來控制吸收器管道的出口蒸汽品質(zhì)，在所述控制系統(tǒng)內(nèi)一個(gè)或多個(gè)過程變量的測量結(jié)果作為反饋和/或前饋而輸入至控制器，所述控制器例如通過控制閥的狀態(tài)和/或利用各種固定尺寸的節(jié)流孔來控制進(jìn)入吸收器管道的質(zhì)量流率。例如，過程變量中的任意一個(gè)或任意組合的測量結(jié)果可用作至控制器的輸入，所述過程變量包括給水溫度、吸收器管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度、管道出口處或附近的溫度、經(jīng)測量或估計(jì)的離開吸收器管道的蒸汽品質(zhì)、管道或一小段吸收器管道的長度變化、諸如直達(dá)日照強(qiáng)度(DNI)之類的太陽能輸入、對吸收器管道的熱輸入(例如經(jīng)預(yù)估、測量、模擬、列表或估計(jì)的熱輸入)以及壓力，所述控制器控制進(jìn)入吸收器管道的質(zhì)量流率。在一個(gè)范例中，預(yù)估的熱輸入可包含對熱損失的估計(jì)，所述估計(jì)是基于測量的過程溫度和熱損失模型，所述模型可以是分析性的或經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)的兩者任一。本文還描述的是用于控制蒸汽品質(zhì)的方法和系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)包括i)利用來自如前文所述過程變量的反饋和/或前饋輸入控制進(jìn)入吸收器管道的水的質(zhì)量流率；以及ii)通過調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)反射器來控制至一個(gè)或多個(gè)吸收器管道的熱輸入，所述反射器通過散焦、抖動(dòng)和/或使接收器處的輻射改變方向而將太陽輻射引導(dǎo)至吸收器管道。本文所述方法和系統(tǒng)的變型包括預(yù)估控制，在所述預(yù)估控制中探測到的或預(yù)期的熱輸入變化作為輸入提供給前饋或反饋控制環(huán)路。這種預(yù)估控制可用在多管道接收器或具有兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道的多通道接收器中、以及多行系統(tǒng)中，在所述接收器內(nèi)從一個(gè)管道收集的關(guān)于熱輸入的信息被作為輸入以控制另一管道，在所述多行系統(tǒng)內(nèi)從一行收集的關(guān)于熱輸入的信息被用在對另一行的控制。例如，可由已發(fā)生在管道的出口處或附近的溫度變化表征熱輸入的變化，并可提供該信息以調(diào)節(jié)進(jìn)入該管道或另一管道的質(zhì)量流率。在多管道接收器或具有兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道的多通道接收器內(nèi)，一個(gè)管道(例如由于最高的熱輸入而沿管道長度具有最快輸送時(shí)間的管道)內(nèi)表征的熱輸入變化可作為信息以調(diào)節(jié)另一管道內(nèi)的質(zhì)量流率，所述另一管道由于較低的熱輸入而具有較慢的輸送時(shí)間。本文所述的方法和控制系統(tǒng)的變型可適用于單管道系統(tǒng)(例如LFR系統(tǒng)內(nèi)的單管道接收器或單行拋物面槽式系統(tǒng))、在單個(gè)接收器內(nèi)包括多個(gè)并聯(lián)連接管道的系統(tǒng)(例如包括一行的LFR太陽能陣列，在所述一行內(nèi)接收器包括多個(gè)平行管道)、包括多個(gè)單管道行的系統(tǒng)(例如包括多個(gè)單管道接收器的LFR太陽能陣列或多行拋物面槽式系統(tǒng))、包括多個(gè)接收器且每個(gè)接收器包括多個(gè)并聯(lián)連接管道的LFR系統(tǒng)、或具有一個(gè)或多個(gè)吸收器管道的多通道系統(tǒng)。在本文所述的任一范例中，可由一個(gè)或多個(gè)流率控制設(shè)備(例如閥和/或流率控制節(jié)流孔)來控制進(jìn)入管道的質(zhì)量流率和壓力，并可由一個(gè)或多個(gè)流率控制設(shè)備(例如閥和/或流率控制節(jié)流孔)來控制從管道出來的流率。流率控制節(jié)流孔可以是限制流率(例如通過具有減少的內(nèi)徑)和/或調(diào)整流率(例如用于減少湍流、氣泡、渦流，等等)的設(shè)備。流率控制設(shè)備可以是主動(dòng)式的(例如可調(diào)節(jié)的閥)或被動(dòng)式的(直徑固定的節(jié)流孔或固定的閥)。在某些情況下，閥可用于確定希望的節(jié)流孔尺寸或用在系統(tǒng)的安裝期間，隨后可由 節(jié)流孔來替代閥。本文所述的方法和系統(tǒng)可用在任何太陽能熱力系統(tǒng)中，例如線性菲涅爾反射器(LFR)太陽能陣列或拋物面槽式系統(tǒng)，在所述系統(tǒng)中在細(xì)長的管道內(nèi)產(chǎn)生蒸汽。LFR系統(tǒng)采用反射器場，所述反射器將入射太陽輻射引導(dǎo)至一個(gè)或多個(gè)架高、細(xì)長的接收器。架高的接收器包括一個(gè)或多個(gè)吸收器管道以輸送熱交換流體，例如水和/或蒸汽。一個(gè)或多個(gè)吸收器管道吸收入射太陽輻射從而將熱能傳送至熱交換流體。在某些變型中，LFR系統(tǒng)內(nèi)的接收器可包括多個(gè)沿吸收器的長度延伸的平行吸收器管道。在2005年2月17日提交的國際專利申請第PCT/AU2005/000208號中和2008年2月5日提交的美國專利申請第12/012，829號中描述了多管道接收器的范例，每個(gè)所述申請都通過引用整體結(jié)合入本文。在某些變型中，LFR系統(tǒng)內(nèi)的接收器可包括布置成多通道構(gòu)型的一個(gè)或多個(gè)吸收器管道。在2010年2月11日提交、標(biāo)題為“Multi-Tube Solar Thermal Receiver (多管道太陽能熱接收器)”、申請序列號 61/303, 615、發(fā)明人 Peter L. Johnson、Robert J. Hanson、以及 WilliamM. Conlon的美國臨時(shí)專利申請中描述了多通道太陽能熱力系統(tǒng)，所述申請通過引用整體結(jié)合入本文。在2004年7月I日提交的國際專利申請第PCT/AU2004/000883號、2004年7月I日提交的國際專利申請第PCT/AU2004/000884號、以及2008年2月5日提交的美國專利申請第12/012，829號中提供了用于LFR系統(tǒng)的合適的反射器和反射器系統(tǒng)的范例，所述反射器和反射器系統(tǒng)繞一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)以追蹤太陽的運(yùn)動(dòng)，所述LFR系統(tǒng)利用單吸收器管道接收器、多管道接收器、或多通道吸收器管道系統(tǒng)的任一種，每個(gè)所述申請都通過引用整體結(jié)合入本文。在某些變型中，在吸收器管道上可布置有太陽能選擇性涂層，例如這樣的太陽能選擇性涂層該涂層已被設(shè)計(jì)成增加所接收的太陽光譜(例如在大氣質(zhì)量I. 5處的DNI)的吸收率，同時(shí)減少通過熱福射損失的熱量。在授予Maloney等人的美國專利第6，632，542號和授予Zhang等人的美國專利第5，523，132號中描述了合適的太陽能選擇性涂層的范例，每個(gè)所述申請都通過弓I用整體結(jié)合入本文?！矫?，提供了太陽能熱力蒸汽發(fā)生器，所述蒸汽發(fā)生器能夠產(chǎn)生過熱蒸汽(所述過熱蒸汽可進(jìn)而用于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)以產(chǎn)生電力)或期望的蒸汽品質(zhì)的飽和蒸汽，且包括線性菲涅爾反射器場，所述反射器將太陽輻射引導(dǎo)至架高的接收器，所述接收器包括一個(gè)或多個(gè)吸收器管道(例如罩裝在單個(gè)架高的接收器內(nèi)的多個(gè)并聯(lián)連接的吸收器管道)或布置成多通道構(gòu)型的一個(gè)或多個(gè)吸收器管道。優(yōu)選地，LFR系統(tǒng)允許控制飽和或過熱蒸汽的量和/或品質(zhì)。這種控制可包括進(jìn)行調(diào)整以優(yōu)化輸出(蒸汽品質(zhì)和/或量)從而響應(yīng)一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)參數(shù)的測量結(jié)果，所述測量結(jié)果表明需要和/或可以進(jìn)行優(yōu)化，或預(yù)測將需要和/或?qū)⒖梢赃M(jìn)行優(yōu)化。一方面，提供了包括線性菲涅爾反射器場的系統(tǒng)并描述了控制系統(tǒng)，所述反射器構(gòu)造成將太陽輻射引導(dǎo)至架高的接收器，所述接收器包括多個(gè)并聯(lián)連接的吸收器管道或多通道構(gòu)型的吸收器管道，所述控制系統(tǒng)構(gòu)造成減少接收器內(nèi)的至少兩個(gè)吸收器管道之間的溫度差。在一個(gè)變型中，控制系統(tǒng)構(gòu)造成通過調(diào)整進(jìn)入吸收器管道的水的質(zhì)量流率和/或使得反射器場內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)反射器增加反射器運(yùn)動(dòng)和/或通過將調(diào)溫噴射引至至少一個(gè)吸收器管道內(nèi)而減少至少兩個(gè)吸收器管道之間的溫度差和/或長度差。在一個(gè)變型中， 控制系統(tǒng)構(gòu)造成響應(yīng)任意一個(gè)或多個(gè)以下變量的測量結(jié)果給水溫度、節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的吸收器管道溫度、管道出口處或附近的吸收器管道溫度、質(zhì)量流率、壓力、經(jīng)測量或估計(jì)的蒸汽品質(zhì)、熱輸入(經(jīng)預(yù)估、測量、估計(jì)、模擬或列表)以及太陽能輸入(例如DNI)。在管道布置包括多個(gè)平行輸出管道和/或多個(gè)平行返回管道的情況中，單個(gè)流率控制設(shè)備可用于控制進(jìn)入多個(gè)平行管道的質(zhì)量流率，和/或單個(gè)流率控制設(shè)備可用于控制從多個(gè)平行返回管道出來的流率。在其它變型中，可在每一輸出管道和/或每一返回管道上使用獨(dú)立的流率控制設(shè)備(例如閥或節(jié)流孔)。在某些情況中，多于一個(gè)的流率控制設(shè)備可組合使用，例如流率控制節(jié)流孔可與閥串聯(lián)使用。在上游回路中的多個(gè)管道分叉流入下游回路中的多個(gè)管道的渦輪機(jī)配置中，流率控制設(shè)備可用在上游回路和下游回路之間(例如在回轉(zhuǎn)區(qū)域)以減少或防止下游回路中發(fā)展的流率不平衡或控制所生產(chǎn)的蒸汽的量和/或品質(zhì)。在某些情況中，可在上游回路內(nèi)的管道上(例如在上游回路的入口處)采用流率控制設(shè)備以控制下游回路內(nèi)的流率，例如該管道通至單一的管道從而減少了流率不平衡發(fā)展的可能性或從而控制所生產(chǎn)的蒸汽的量和/或品質(zhì)。對于系統(tǒng)壓力達(dá)到約5000psi的情況，可選擇閥來調(diào)整對低流率的控制的方式。可采用任何合適的閥，例如尺寸為1/2英寸、3/4英寸、或I英寸的標(biāo)準(zhǔn)球形控制閥。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可采用其它類型和尺寸的閥。蒸汽品質(zhì)X為x = (h-hf) /hfg，其中h是所生產(chǎn)的流體的焓，hf是飽和液的焓，而hfg = hg_hf，即飽和蒸汽的焓hg與hf之間的差。對于飽和蒸汽，蒸汽品質(zhì)是水和蒸汽的兩相混合物中蒸汽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。對于飽和蒸汽，蒸汽品質(zhì)為I表明沒有液體，而蒸汽品質(zhì)為零表明沒有蒸汽。對于過熱蒸汽，X將大于或等于一。蒸汽品質(zhì)的控制對于任何類型的鍋爐都是重要的。例如，蒸汽品質(zhì)可在部分程度上決定鍋爐管路的某些等級，所述等級對于某些應(yīng)用、期望的運(yùn)行條件、以及設(shè)備壽命來說都是必須的。蒸汽品質(zhì)的控制對于蒸汽的有計(jì)劃使用(例如驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)或用于提高油采收率)是重要的。蒸汽品質(zhì)可受以下參數(shù)的任意一個(gè)或任意組合的影響通過鍋爐管道的流率、沿鍋爐管道的壓力降、以及鍋爐管道的熱通量。蒸汽品質(zhì)可能難以測量，尤其是在高壓蒸汽系統(tǒng)中。在某些情況下，利用分離器將蒸汽從水中分離以確定蒸汽品質(zhì)。在某些情況下，可采用成像技術(shù)例如X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描。在某些情況下，可通過比較熱輸出和熱輸入來確定或估計(jì)蒸汽品質(zhì)。在某些情況下，入口和出口之間溶解的固體的濃度可用于估計(jì)蒸汽品質(zhì)。盡管以上論述了確定蒸汽品質(zhì)的具體方法，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可采用任何確定或測量蒸汽品質(zhì)的方法或裝置。在太陽能鍋爐中，一個(gè)或多個(gè)細(xì)長的鍋爐管道可布置在一個(gè)或多個(gè)鏡子之上。每個(gè)鍋爐管道都被供應(yīng)給水，所述給水通常作為過冷液體進(jìn)入管道。當(dāng)陽光反射至鍋爐管道上時(shí)，通過吸收在管道處的太陽輻射而產(chǎn)生的熱量被傳送至流體內(nèi)。參考下文的圖1，對于長度為L的鍋爐管道，在鍋爐管道內(nèi)可確定三個(gè)不同的區(qū)域A)節(jié)熱器區(qū)域；B)蒸發(fā)器區(qū)域；以及C)過熱蒸汽區(qū)域。所有蒸汽發(fā)生器都包括A)和B);僅某些蒸汽發(fā)生器會(huì)包括C)。在這些區(qū)域的任一個(gè)中，鍋爐壁的外部溫度Twall可由么=HTC*(Twall-Tflmd)確定，其中是進(jìn)入的熱通量，而HTC是傳熱系數(shù)。節(jié)熱器或等濕加熱區(qū)域(A)出現(xiàn)在剛過入口處，在所述入口處給水被供入管道。在節(jié)熱器區(qū)域，流體的溫度從給水溫度(Tfw)增加直至其達(dá)到對應(yīng)于管道內(nèi)壓力的飽和溫度Tsat。盡管在節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)過冷泡核沸騰，但在節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的任何橫截面處的流體平均焓仍然是過冷的。節(jié)熱器區(qū)域在位置X處結(jié)束，在主流流體為飽和液時(shí)出現(xiàn)所 述位置X，在所述位置\處含有沸騰之前可能有的最大量的熱能。蒸發(fā)器區(qū)域(標(biāo)記為B)在位置\之后開始。在那里，增加的熱能使流體沸騰，增加了混合物的蒸汽品質(zhì)X。在蒸發(fā)器區(qū)域內(nèi)溫度可如圖所示地保持相對恒定，或可因能量被蒸發(fā)的熱吸收而略為降低。在某些變型中，熱輸入、管道壓力、流率、以及管道長度可使得出現(xiàn)基本全部蒸發(fā)的情形從而使蒸汽品質(zhì)在管道內(nèi)的干涸點(diǎn)Y處接近I。在某些情況中，前述因素(熱輸入、管道壓力、流率、以及管道長度)的任何一個(gè)或任何組合可使得蒸汽出口品質(zhì)小于I。在后一種情況中，希望將出口蒸汽品質(zhì)控制在例如約0. 3、約0. 4、約0. 5、約
0.6、約0. 7、約0. 8、或約0. 9。例如，可能希望將蒸汽品質(zhì)控制在約0. 7，例如0. 7±10%或
0.7 + 5%以供某些應(yīng)用，例如提高油采收率。在某些變型中，熱輸入、管道壓力、流率以及管道長度可使得出現(xiàn)過熱蒸汽區(qū)域(標(biāo)記為C)，所述區(qū)域起始于點(diǎn)Y。在過熱區(qū)域，增加的熱輸入使得對氣相等濕加熱。盡管上文針對單通道管道描述了鍋爐管道的各區(qū)域，但應(yīng)理解在具有全長L的多通道管道中，各區(qū)域可位于多通道管道的任何區(qū)段上(對應(yīng)于每個(gè)通道)，且可從管道的入口并沿每個(gè)區(qū)段測量距離入、Y和L?，F(xiàn)在參考圖2，它示出了蒸汽發(fā)生器的一個(gè)變型。蒸汽發(fā)生器100包括細(xì)長管道101，所述管道具有末端到末端的實(shí)際長度L。在某些變型中，蒸汽發(fā)生器100是任何類型的蒸汽發(fā)生器，在所述發(fā)生器內(nèi)施加至管道101的熱通量沿被照射的長度Lillun相對均勻，其中Lilluffl包括管道101的實(shí)際長度L的大部分。例如，蒸汽發(fā)生器100可包括在LFR太陽能陣列中的單個(gè)吸收器管道或多管道接收器，其中Lilluffl可基本等于L，或Lilluffl可因管道101的進(jìn)口端121和/或出口端123處可能的陰影影響而略小于L。在其它變型中，蒸汽發(fā)生器100可包括由一系列末端對末端連接的拋物面槽區(qū)域形成的細(xì)長管道，其中Lilluffl可基本等于L。在還有另一變型中，蒸汽發(fā)生器100可包括在LFR太陽能陣列中的一個(gè)或多個(gè)多通道吸收器管道，其中每個(gè)管道具有末端到末端的實(shí)際長度L，且穿過太陽輻射密集區(qū)域的管道的每個(gè)區(qū)段具有長度Lsegment。在該變型中，Lillun可基本等于Lsesnent,或Lillun可因管道101的進(jìn)口 121和/或出口端123處可能的陰影影響而略小于LS6g_t。如前文所述，蒸汽發(fā)生器100可以是獨(dú)立的蒸汽發(fā)生器，可用于增加由另一蒸汽源產(chǎn)生的蒸汽，或可與來自另一蒸汽源的蒸汽并聯(lián)使用。在某些變型中，LillmA的比率可為約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、或約95%。管道的實(shí)際長度L可以是任何合適的長度。例如，L可由以下因素的任意一個(gè)或任意兩個(gè)或多個(gè)的組合來確定管徑、運(yùn)行壓力/溫度、管道成分(例如不銹鋼或碳鋼)、生產(chǎn)或安裝期間操作的簡易度、太陽能場的大小、管道的直徑、期望的蒸汽品質(zhì)，等等。在某些變型中，管道可包括多個(gè)以末端對末端的方式串聯(lián)連接在一起的管道部分。例如，在LFR太陽能陣列中，接收器內(nèi)的吸收器管道可包括標(biāo)準(zhǔn)的可商購的各長度的管道，所述管道連接在一起以達(dá)到約300米至約400米的實(shí)際長度，例如約384米?？蛇x擇管道材料和結(jié)構(gòu)以滿足針對蒸汽發(fā)生器的特定運(yùn)行條件(例如溫度和壓力)的當(dāng)?shù)鼗蛐袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)，例如當(dāng)?shù)鼗驀义仩t法規(guī)。吸收器管道的照射長度Lilluffl可經(jīng)測量、計(jì)算、或估計(jì)。計(jì)算Lillun的一個(gè)范例如下。可確定太陽位置以便管道的定位，包括方位角az和天頂ze?？纱_定管道相對于正北的旋轉(zhuǎn)角度rot?？纱_定管道相對于一個(gè)或多個(gè)反射器的焦點(diǎn)的高度htube，所述反射器將 太陽能引導(dǎo)至管道。例如，在LFR系統(tǒng)中，ht-可以為約10米、約12米、約15米、約18米、約20米、或約25米。直接布置在管道之下的反射器的遮陰部分的長度Idarit估算為=Idarit =htubetan (ze) cos (az-rot+180)。照射長度可估算為Lillum = L-Idarko布置在反射器場內(nèi)離接收器距離較遠(yuǎn)的反射器會(huì)具有較長的遮陰部分?？捎?jì)算這種較長遮陰長度的影響，相同的遮陰長度可用于所有反射器而不考慮距接收器的距離，或可對場內(nèi)某些反射器(例如布置得離接收器最遠(yuǎn)的最外側(cè)的反射器)計(jì)算實(shí)際遮陰長度，而利用直接布置在接收器之下的反射器的Idarit估算的遮陰長度可用于場內(nèi)的某些反射器(例如布置得最靠近接收器的反射器)。再次參考圖2，在管道101內(nèi)包括節(jié)熱器區(qū)域103和飽和蒸汽區(qū)域105。由此，在運(yùn)行時(shí)有沸點(diǎn)邊界117，所述沸點(diǎn)邊界出現(xiàn)在距入口 121長度為\處。在管道101內(nèi)形成過熱蒸汽的某些變型中，有干涸點(diǎn)128，所述干涸點(diǎn)出現(xiàn)在距入口 121長度Y處。如箭頭119所示，沿管道101的照射長度Lilluffl提供熱輸入眾n。再次地，照射長度Lilluffl可以是或可以不是與實(shí)際長度L相同，這取決于是否有陰暗區(qū)域，例如前文所述的遮陰影響?？衫萌魏魏线m的反射器構(gòu)型來將太陽輻射引導(dǎo)至管道101，例如拋物面槽、定日鏡反射器、或諸如本文所示的線性菲涅爾反射器或其它已知的反射器。在某些變型中，熱輸入么n可相對均勻地沿長度Lillun分布；即Lillun可例如代表管道101的相對均勻輻照的部分，例如，當(dāng)管道101安裝在拋物面槽式系統(tǒng)中或在線性菲涅爾反射器太陽能陣列的接收器中時(shí)。熱輸入么1可隨時(shí)間變化。例如，在太陽能陣列中，太陽相對于地球的運(yùn)動(dòng)可導(dǎo)致有規(guī)則的一日間和各日間的輻照變化，并因此導(dǎo)致熱輸入么^勺變化。在某些情況下，一個(gè)或多個(gè)瞬態(tài)因素例如云的遮蓋、陰影(例如來自太陽能陣列自身的陰影)或其它因素(例如鏡子的對齊問題)可導(dǎo)致熱輸入的間歇或不規(guī)則變化。供應(yīng)至管道101的入口 121內(nèi)的水具有溫度Tin、焓hin和質(zhì)量流率力m?？捎煽刂崎y115調(diào)節(jié)至管道101內(nèi)的質(zhì)量流率?？蛇x地，流率控制節(jié)流孔(未示出)可單獨(dú)使用或與流率控制閥115共同使用以控制進(jìn)入管道101的質(zhì)量流率?？蛇x地，離開管道101的蒸汽可進(jìn)入分離器113 (例如蒸汽蓄積器或壓力為Pdraffl的蒸汽鍋筒)，具有質(zhì)量流率也,_和焓hg的干蒸汽流125可從所述分離器抽取?？刹捎闷渌愋偷姆蛛x器，例如擋板或旋風(fēng)式分離器。在過熱蒸汽產(chǎn)生于管道101內(nèi)的情況中，可無需分離器?？蛇x地，從分離器113回收的水可用于再循環(huán)系統(tǒng)。例如，若采用蒸汽鍋筒作為分離器，則回收的水可在蒸汽鍋筒內(nèi)具有液位Ldram?？蓮姆蛛x器提取出質(zhì)量流率為和焓為hf的再循環(huán)水流107。質(zhì)量流率和焓hfeed的給水流109可與再循環(huán)水流107混合以輸入至管道101內(nèi)。如前文所述，在LFR太陽能陣列中，架高的接收器可以是單管道接收器、多管道接收器、或多通道接收器。對于單管道接收器，管徑可以在約I英寸至約12英寸的范圍內(nèi)，或在約12英寸至24英寸的范圍內(nèi)，其中管徑的選擇可取決于諸如以下的因素所采用的反射器場的大小、運(yùn)行期間的壓力、運(yùn)行期間的溫度、管道的材料和成分、蒸汽量、以及所期望的蒸汽品質(zhì)。對于多管道接收器，管徑可以在約0. 5英寸至約6英寸的范圍內(nèi)(例如約0. 5英寸、約I英寸、約I. 25英寸、約I. 5英寸、約I. 75英寸、約2英寸、約2. 5英寸、約3英寸、約
3.5英寸、約4英寸、約4. 5英寸、約5英寸、約5. 5英寸、或約6英寸)，并同樣取決于諸如以下的因素所采用的反射器場的大小、運(yùn)行期間的壓力和溫度、管道的材料成分和結(jié)構(gòu)、 所需的蒸汽流率、以及所期望的蒸汽品質(zhì)。任何合適數(shù)量的管道可用于接收器，例如2、3、4、
5、6、7、8、9、10、11、或12根管道，或更多。對于多通道接收器，返回管的直徑可選擇成大于輸出管的直徑，例如，輸出管可具有從I英寸至6英寸范圍的內(nèi)徑或外徑,例如為I. 5英寸、I. 66英寸、2. 0英寸或2. 5英寸，而返回管可具有從I英寸至9英寸范圍的內(nèi)徑或外徑，例如比輸出管的直徑大0. 5英寸、I. 0英寸或I. 5英寸。在某些變型中，2英寸內(nèi)徑或外徑的輸出管與3英寸內(nèi)徑或外徑的返回管共同使用，而在某些變型中，I. 66英寸內(nèi)徑或外徑的輸出管與3. 5英寸內(nèi)徑或外徑的返回管共同使用。盡管已提供了范例性的直徑，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可使用具有其它直徑的管道。單管道、多管道或多通道接收器可具有各種特性以改善效率或性能，例如涂敷至管道和/或空腔的太陽能選擇性涂層、布置在管道的不受照射區(qū)域附近或周圍的隔熱材料以減少熱損失、以及頂蓋等等以減少熱損失和/或保護(hù)管道不受環(huán)境影響，所述空腔用于捕捉熱能，例如在美國專利申請序列號12/012,829中描述的用于罩裝一個(gè)或多個(gè)管道的倒槽腔，所述申請通過引用整體結(jié)合入本文。在多管道或多通道接收器內(nèi)的管道可布置成并排式的一行(例如平面陣列)或多于一行(非平面陣列)。管道可從下部由一個(gè)或多個(gè)輥?zhàn)又С幸赃m應(yīng)管道長度的熱膨脹，諸如在國際專利申請第PCT/AU2005/000208號和美國專利申請序列號12/012，829中所述，每個(gè)所述申請通過引用整體結(jié)合入本文。入射在吸收器管道上的太陽輻射的量以及因而產(chǎn)生的熱輸入量會(huì)變化。在某些變型中可能希望調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的熱輸入同時(shí)維持沿管道的照射長度的熱輸入分布。在圖3A中示出了利用多管道太陽能吸收器的LFR太陽能陣列的范例。接收器300包括沿接收器長度延伸的多個(gè)細(xì)長管道301。許多排成行的細(xì)長反射器306將太陽輻射引導(dǎo)至管道301，所述反射器可繞平行于細(xì)長接收器300的一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)反射器的角度從而使被反射的太陽輻射散焦、移位、抖動(dòng)、或者部分或完全地錯(cuò)過接收器，可改變接收器300的橫向尺寸305上的熱輸入。在某些變型中，可改變橫向尺寸305上的熱輸入而同時(shí)沿每一接收器管道301的照射長度保持相對恒定的熱輸入。類似地，對于多通道吸收器管道系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)反射器的角度從而使被反射的太陽輻射散焦、移位、抖動(dòng)、或者部分或完全地錯(cuò)過接收器，可改變多通道接收器的橫向尺寸上的熱輸入。在某些變型中，可改變橫向尺寸上的熱輸入而同時(shí)沿每一多通道管道的每一接收器區(qū)段的照射長度保持相對恒定的熱輸入。類似地，對于單管道系統(tǒng)例如單管道LFR太陽能采集器系統(tǒng)，可通過繞平行于管道的一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)細(xì)長反射器而實(shí)現(xiàn)單管道的橫向尺寸上的熱輸入變化(例如同時(shí)維持相對恒定的縱向熱輸入)，所述反射器將太陽輻射引導(dǎo)至單管道。圖3B示出了一種情況的范例，在該情況中通過旋轉(zhuǎn)線性菲涅爾反射器而在管道的橫向尺寸上傳遞熱輸入。其中，接收器320包括多個(gè)并聯(lián)連接的并排管道321。一個(gè)或多個(gè)反射器行(未示出)反射太陽輻射以提供入射在管道321上的照射帶322。如箭頭323所示，照射帶322可在橫向尺寸324上前后平移，例如從而使照射帶相對于管道321居中或相對于管道321偏置。圖3C示出了一種情況的范例，在該情況中將照射散焦或聚焦以改變熱輸入。其中，接收器340包括一堆多個(gè)并聯(lián)連接的管道341。一個(gè)或多個(gè)反射器行(未示出)反射太陽輻射以提供入射在管道341上的照射帶342。通過使照射帶散焦以形成由虛線343表示的拓寬帶，可改變至管道341的熱輸入。例如在具有平行的多行反射器的LFR陣列內(nèi)可通過繞平行于管道341的一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)一行反射器以將光線引導(dǎo)至沿接收器340的橫斷方向334的一個(gè)位 置而實(shí)現(xiàn)散焦，所述位置與其它行反射器引導(dǎo)光線所至的位置略為不同。在某些情況下，反射器的位置可在相對快速的時(shí)間尺度上抖動(dòng)以調(diào)整橫向熱通量，所述時(shí)間尺度例如為I個(gè)頻率，該頻率選擇為可適應(yīng)反射器結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)但足夠快從而使對管道的輻照模糊化以避免局部加熱，所述頻率可以為約0. 01至約50Hz (例如約0. 1Hz、約0. 5Hz、約1Hz、或約IOHz) 0也就是說，可在遞增的第一和第二位置之間前后調(diào)整反射器。盡管圖3A至圖3C中的接收器示為包括多個(gè)管道，但應(yīng)理解圖3A至圖3C所示的概念和相關(guān)討論及描述適用于具有單管道以及一個(gè)或多個(gè)多通道管道的接收器。作為對調(diào)整接收器橫斷方向上的熱輸入(例如如圖3A至圖3C所示地同時(shí)維持相對恒定的縱向熱輸入)的替代或增補(bǔ)，可利用反射器縱向調(diào)節(jié)熱輸入。圖3D示出了一個(gè)范例。其中，細(xì)長反射器行360將太陽輻射引導(dǎo)至架高的細(xì)長接收器363，所述接收器363包括一個(gè)或多個(gè)管道。反射器行360內(nèi)的反射器由支座361支承。一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)允許反射器行360內(nèi)的反射器繞一個(gè)軸362旋轉(zhuǎn)，所述軸平行于架高的接收器內(nèi)的管道。反射器行360的一個(gè)或多個(gè)區(qū)段364可獨(dú)立于反射器行360內(nèi)其它區(qū)段地旋轉(zhuǎn)。例如，區(qū)段364內(nèi)的反射器可旋轉(zhuǎn)以將輻射引導(dǎo)至接收器，而其它反射器區(qū)段則反轉(zhuǎn)或以其它方式旋轉(zhuǎn)以使得形成接收器363內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)吸收器管道的選擇性輻照長度365，由此形成吸收器管道相應(yīng)的選擇性受熱縱向區(qū)域。熱輸入可例如圖3A至圖3C所示地在接收器(多管道、多通道管道、或單管道)的橫向變化，并與例如圖3D所示的熱輸入沿接收器長度縱向變化相結(jié)合(并行或交替)。可通過利用調(diào)溫噴射來改變熱輸入。用以調(diào)節(jié)熱輸入的調(diào)溫噴射可與調(diào)節(jié)反射器位置相結(jié)合(例如同時(shí)或交替進(jìn)行)，或可利用調(diào)溫噴射而不用調(diào)節(jié)反射器位置?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)管道的水的質(zhì)量流率而控制由多管道太陽能接收器、多通道太陽能接收器、或單管道太陽能接收器(例如線性菲涅爾太陽能接收器或拋物面槽)生產(chǎn)的蒸汽品質(zhì)(例如約30 %、約40 %、約50 %、約60 %、約70 %、約80 %、約90 %、或過熱蒸汽)。在控制系統(tǒng)內(nèi)用于調(diào)節(jié)進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)管道的水流率的過程控制變量可以為在管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度、給水溫度、在管道出口處或其附近的溫度、太陽能輸入(例如DNI)、管道或管道一部分的長度變化、經(jīng)測量或估計(jì)的蒸汽品質(zhì)、熱輸入(例如經(jīng)預(yù)估、測量、列表或估計(jì)的熱輸入)、壓力、或前述變量的兩個(gè)或更多個(gè)的組合?？刂葡到y(tǒng)可包括任何合適的控制線路，例如僅包括反饋控制、僅包括前饋控制、或包括反饋和前饋控制組合的控制線路?？衫脕碜詢H一個(gè)過程變量、或來自多個(gè)過程變量的信息而建立控制系統(tǒng)以進(jìn)行控制。在某些變型中，可采用級聯(lián)控制系統(tǒng)，在所述級聯(lián)控制系統(tǒng)中一個(gè)控制器的輸出是至第二個(gè)控制器的輸入?？刂葡到y(tǒng)可包含模擬或數(shù)字形式的比例控制器、比例積分(PI)控制器、比例微分(PD)控制器、比例積分微分(PID)控制器，或另一形式的控制線路、或這些控制線路其中之一的變型。某些控制系統(tǒng)包括結(jié)合前饋控制的反饋控制。在某些變型中，可采用預(yù)估控制從而可將即將發(fā)生的變量變化(例如因日照的瞬變或其它變化而導(dǎo)致熱輸入的變化)的估計(jì)或征兆考慮進(jìn)去以改進(jìn)對該變化的響應(yīng)時(shí)間。這種預(yù)估控制可在具有相對較長管道(例如，在所述管道內(nèi)從管道入口至管道出口的輸送時(shí)間是在一分鐘、或幾分鐘或更長、例如一小時(shí)或更多的時(shí)間量級上)的系統(tǒng)內(nèi)改善對蒸汽品質(zhì)的控制。在某些變型中，可通過檢測在管道末端附近的過程變量的變化，并利用該信息作為對管道更上游處所發(fā)生情況的預(yù)估信息，并將該預(yù)估信息作為輸入提供至控制系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)預(yù)估控制。在某些變型中，可利用從一個(gè)管道收集的信息，并在控制另一管道的控制系統(tǒng)內(nèi)利用該信息而實(shí)現(xiàn)預(yù)估控制，所述一個(gè)管道具有相對較快輸送時(shí)間，所述另一管道 具有相對較慢輸送時(shí)間。在某些變型中，預(yù)估器(例如Smith預(yù)估器)可用于補(bǔ)償管道入口和管道內(nèi)下游點(diǎn)之間的時(shí)間延遲，在所述下游點(diǎn)處測量過程變量。在某些變型中，管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度、管道或管道一部分的長度變化、經(jīng)估計(jì)或測量的蒸汽品質(zhì)、或熱輸入(例如經(jīng)測量、估計(jì)、列表或計(jì)算)可用作過程變量或用于向控制線路提供預(yù)估信息，所述控制線路調(diào)節(jié)閥的狀態(tài)以控制進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)管道的水的質(zhì)量流率。在某些變型中，利用熱輸入(例如經(jīng)估計(jì)、測量、列表或計(jì)算的熱輸入變化)向控制器提供預(yù)估輸入(例如前饋輸入)，所述控制器操作閥以控制進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)管道的水的質(zhì)量流率。在某些變型中，探測到的或預(yù)期的熱輸入變化用于提供預(yù)估輸入(例如在前饋控制中)，而一個(gè)或多個(gè)其它過程變量(例如節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度、給水溫度、太陽能輸入(例如DNI)、壓力、管道出口附近的溫度、管道或管道一部分的長度變化、或經(jīng)估計(jì)或測量的蒸汽品質(zhì))用于向控制器提供輸入(例如反饋)，所述控制器操作閥以控制進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)管道的水的質(zhì)量流率。在某些變型中，固定直徑的流率控制節(jié)流孔可單獨(dú)使用或與閥共同使用。在某些變型中，控制進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)管道的水的質(zhì)量流率的控制系統(tǒng)結(jié)合至控制反射器位置的系統(tǒng)，從而使反射器位置可用于調(diào)節(jié)至一個(gè)或多個(gè)管道內(nèi)的橫向和/或縱向的熱輸入，例如前文所述并結(jié)合圖3A至圖3D。如前文所述，本文所述方法和系統(tǒng)的變型包括預(yù)估控制，在所述預(yù)估控制中探測到的或預(yù)期的熱輸入變化或本文所述其它過程變量的變化作為輸入提供至前饋或反饋控制環(huán)路。這種預(yù)估控制可用于多管道接收器或具有多個(gè)管道的多通道接收器中、以及多行系統(tǒng)中，在所述多管道接收器或多通道接收器中將從一個(gè)管道收集的關(guān)于熱輸入或另一過程變量的信息作為輸入以控制另一管道，在所述多行系統(tǒng)中從一行收集的關(guān)于熱輸入或另一過程變量的信息用于控制另一行。例如，可通過發(fā)生在管道出口處或附近的溫度變化而表征熱輸入的變化，并可提供該信息以調(diào)整進(jìn)入該管道的質(zhì)量流率。在多管道接收器或具有多個(gè)管道的多通道接收器內(nèi)，一個(gè)管道內(nèi)(例如，因最高熱輸入而沿管道長度具有最快輸送時(shí)間的管道)表征的熱輸入變化可作為預(yù)估信息以調(diào)節(jié)另一管道內(nèi)的質(zhì)量流率，所述另一管道因較低的熱輸入而具有較慢的輸送時(shí)間。圖4A示出了控制系統(tǒng)的一個(gè)范例。其中，蒸汽發(fā)生系統(tǒng)400包括蒸汽設(shè)備401，所述蒸汽設(shè)備包括至少一個(gè)或多個(gè)如圖2所示的太陽能鍋爐管道，并可選地可包括分離器和再循環(huán)回路，從分離器回收的溫水可經(jīng)由所述再循環(huán)回路而與給水混合以便隨后引入鍋爐管道并在其中再次加熱。與一個(gè)或多個(gè)鍋爐管道相關(guān)聯(lián)的是控制閥組(示為CVk)和/或固定直徑的流率控制節(jié)流孔，所述節(jié)流孔調(diào)節(jié)進(jìn)入管道的水的質(zhì)量流率。每個(gè)鍋爐管道可具有可控制進(jìn)入多于一個(gè)管道的水的質(zhì)量流率的專用的控制閥和/或固定直徑的流率控制節(jié)流孔或者一個(gè)控制閥和/或固定直徑的流率控制節(jié)流孔。在設(shè)備內(nèi)測量了與第kth個(gè)管道相關(guān)聯(lián)的過程變量PRk(由方框403代表)?？蓽y量或估計(jì)的過程變量的范例包括熱輸入、給水溫度、管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的水溫、管道出口附近的流體(水、飽和蒸汽、或過熱蒸汽)的溫度、在管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)或出口附近的管道表面的外部溫度、經(jīng)測量或估計(jì)的出口處蒸汽品質(zhì)、壓力、太陽能輸入(例如DNI)、或管道或管道一部分(例如入口和沸騰邊界入之間的管道部分，或管道的不固定入口端和一個(gè)位置之間的管道部分，在所述位置處管道被固定在適當(dāng)位置，且所述位置可選擇在從入口延伸得比沸騰邊界X更遠(yuǎn)處)的實(shí)際 長度變化。將第kth個(gè)管道的過程參數(shù)PRk403提供給控制器的運(yùn)算器部分405，例如諸如加法器之類的運(yùn)算器。將第kth個(gè)管道的物理參數(shù)的設(shè)定值PRsrt,k也提供給運(yùn)算器部分405。設(shè)定值可以例如是溫度設(shè)定值或長度的目標(biāo)變化，所述溫度設(shè)定值用于管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度測量結(jié)果、管道出口附近的溫度測量結(jié)果。由控制器的運(yùn)算器部分405(例如由加法器)進(jìn)行設(shè)定值PRset,k和經(jīng)測量的物理過程變量PRk403之間的定性或定量比較，而該比較的結(jié)果被送入控制器的主要部分407，所述主要部分采用任何合適的控制算法，例如提供比例積分(PI)控制、比例積分微分控制(PID)、比例微分控制(PD)等等。從控制器407的輸出被提供給閥組內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)控制閥CVk以調(diào)節(jié)閥的狀態(tài)從而控制進(jìn)入管道的水的質(zhì)量流率。盡管圖4A所示范例示出控制系統(tǒng)為反饋控制環(huán)路，但應(yīng)理解可考慮其它控制構(gòu)型。在采用多管道接收器或具有多個(gè)管道的多通道接收器的某些變型中，可實(shí)現(xiàn)控制從而使接收器內(nèi)的所有管道在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中在管道出口處或出口附近達(dá)到近似相同的長度和/或溫度。對于本文所述的任一多管道或多通道接收器蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，可考慮將測量的第kth個(gè)管道的過程變量用作對另一管道(非第kth個(gè)管道)的控制輸入。例如，諸如節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度、管道末端處或附近的流體溫度、經(jīng)估計(jì)或測量的蒸汽品質(zhì)、經(jīng)估計(jì)或測量的熱輸入、或第kth個(gè)管道的管道長度變化之類的過程變量可用在另一管道的控制系統(tǒng)內(nèi)。在某些變型中，若第一管道比第二輸送管道具有更快的輸送時(shí)間，則可能希望例如作為預(yù)估控制算法的一部分而將信息作為輸入提供至第二管道的控制系統(tǒng)中，所述信息是來自第一管道的關(guān)于一個(gè)或多個(gè)過程變量的信息。采用這種跨管道信息的控制系統(tǒng)在多管道或多通道接收器中可能是有用的，在接收器中居中布置的管道可接受較高水平的輻照而因此比布置在邊緣附近的管道表現(xiàn)出更快的輸送時(shí)間。圖4B示出了控制系統(tǒng)的一個(gè)范例，所述控制系統(tǒng)可用于控制LFR太陽能陣列中的蒸汽品質(zhì)，所述LFR太陽能陣列包括架高的接收器，所述接收器相應(yīng)地包括多個(gè)并聯(lián)連接的吸收器管道。反射器場(未示出)向太陽能接收器450提供熱輸入。接收器的節(jié)熱器區(qū)域451內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)太陽能鍋爐管道的溫度作為輸入被提供給控制器的運(yùn)算器部分452。第kth個(gè)管道的溫度設(shè)定值Tset, k被提供給運(yùn)算器452。來自運(yùn)算器部分的輸出被提供至控制器455的主要部分，在所述主要部分內(nèi)，如前文所述地，基于溫度設(shè)定值和經(jīng)測量的節(jié)熱器溫度之間的定性或定量的比較(例如測量值和設(shè)定值之間的計(jì)算差)，控制器455使得用于第kth個(gè)管道的控制閥453調(diào)整以控制第kth個(gè)管道內(nèi)水的質(zhì)量流率。節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度測量結(jié)果可單獨(dú)使用或與任何其它過程變量結(jié)合使用，例如結(jié)合管道出口處或出口附近的一個(gè)或多個(gè)溫度、經(jīng)估計(jì)或測量的熱輸入、經(jīng)估計(jì)或測量的蒸汽品質(zhì)、太陽能輸入(例如DNI)、給水溫度、管道長度變化、以及壓力。在某些變型中，第kth個(gè)管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度測量結(jié)果可用作另一管道(非第kth個(gè)管道)的過程控制變量。例如，若第一管道內(nèi)的輸送時(shí)間比第二管道內(nèi)快，則可能希望利用具有相對較快輸送時(shí)間的第一管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)溫度或長度變化作為至控制系統(tǒng)的輸入，所述控制系統(tǒng)用于具有相對較慢輸送時(shí)間的第二管道，例如第一管道內(nèi)的溫度或長度變化的測量結(jié)果為用于第二管道的控制系統(tǒng)的預(yù)估信息。盡管圖4B所示范例示出反饋控制環(huán)路，但應(yīng)理解可考慮其它控制構(gòu)型以便利用管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度來控制進(jìn)入管道的質(zhì)量流率，例如前饋控制系統(tǒng)或級聯(lián)控制。此外，盡管圖4B所示范例包括具有多個(gè)并聯(lián)連接的吸收器管道的接收器，但應(yīng)理解前 文所述的控制系統(tǒng)可類似地應(yīng)用于具有兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道的多通道接收器?？衫萌魏魏线m的方法測量管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)或出口處或出口附近的溫度，例如，利用焊接或熱耦合至管道的金屬外表面的熱電偶或其它熱傳感器、紅外溫度傳感設(shè)備、經(jīng)由套管(熱電偶套管)插入管道的溫度傳感器(例如熱電偶)，等等?？衫萌魏魏线m的方法確定溫度設(shè)定值Tsrt。(注意Tsrt代表由控制器采用的溫度設(shè)定值，而在某些變型中各個(gè)管道可采用不同的設(shè)定值，因此第kth個(gè)管道的設(shè)定值表示為Tsrt,k)。在某些情況下，可基于相對于管道入口的溫度測量位置(例如熱電偶的位置)、離開管道的流體的目標(biāo)熱焓值htmgrt、以及管道的照射長度Lillun(如前文所述，在某些變型中所述照射長度可與管道的實(shí)際長度L基本相同)而確定溫度設(shè)定值。溫度設(shè)定值Tsrt可滿足
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-，其中 htarget — hf+xtargethfg Xtarget — x+x—bias，且 hfg 代表從
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和液變?yōu)轱柡驼羝璧撵?hg-hf)，hg代表飽和蒸汽的焓，Cp代表流體在運(yùn)行條件下的熱容，Tin是水在管道入口處的溫度，Itc代表溫度傳感器相對于管道入口的位置，而X_bias代表補(bǔ)充偏置(手動(dòng)或自動(dòng)的)。應(yīng)注意在某些變型中，可在節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的兩個(gè)或多個(gè)位置處(I1和I2)測量溫度，而在位置I1和I2之間的溫度變化可用作過程控制變量和/或用在溫度設(shè)定值的設(shè)定中。如前文所述，可為單個(gè)管道設(shè)定溫度設(shè)定值(Tsrt,k)，相同的設(shè)定值可用于多個(gè)管道(例如相鄰的管道、或相對于彼此對稱地布置在接收器內(nèi)的管道諸如末端的兩個(gè)管道)，或相同的設(shè)定值可用于所有管道。由此，在某些變型中，可為單個(gè)管道設(shè)定補(bǔ)充偏置，在該情況下該單個(gè)管道的x_biask可用于確定設(shè)定值。圖4C示出控制系統(tǒng)的一個(gè)范例，所述控制系統(tǒng)用于多管道太陽能陣列(例如包括一個(gè)多管道接收器、或多個(gè)單管道接收器的多管道太陽能陣列)或包括接收器的多通道太陽能陣列，所述接收器具有兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道。蒸汽發(fā)生系統(tǒng)430包括設(shè)備424，并可選地可包括分離器(例如蒸汽鍋筒)和本文所述的再循環(huán)系統(tǒng)，所述設(shè)備424包括多個(gè)太陽能鍋爐管道。其中，第kth個(gè)管道的過程控制變量PRk425作為輸入提供至控制器的運(yùn)算器(例如加法器)部分420，所述運(yùn)算器部分的輸出提供至控制器的主要部分421。過程控制變量PRk可以是任何合適的變量，例如以下變量的任意一個(gè)或任意組合給水溫度、管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度、管道出口處或附近的溫度、管道或管道一部分長度的變化、經(jīng)測量或估計(jì)的蒸汽品質(zhì)、經(jīng)測量或估計(jì)的太陽能輸入(例如DNI)、經(jīng)測量或估計(jì)的熱輸入、以及壓力?？刂破骼萌魏魏线m的算法(例如PI、PD、或PID控制)以確定第kth個(gè)管道的比例常數(shù)a k。隨后可利用乘法器422確定進(jìn)入單個(gè)管道的質(zhì)量流率/'An,k = ，所述乘法器可與控制器集成或可以是單獨(dú)的設(shè)備。利用一個(gè)函數(shù)，從乘法器的輸出隨后可用于調(diào)節(jié)閥的狀態(tài)和/或流率控制節(jié)流孔的直徑，所述函數(shù)建立了質(zhì)量流率與閥位置和/或流率控制節(jié)流孔直徑的相互關(guān)系。在某些變型中，來自一個(gè)管道的關(guān)于一個(gè)或多個(gè)過程控制變量的信息可用作至控制器或控制通道的輸入，所述控制器或控制通道控制進(jìn)入另一管道的質(zhì)量流率。這種跨管道的控制可例如適用于多管道接收器或具有兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道的多通道接收器。盡管圖4C的控制系統(tǒng)示為反饋控制，但可利用任何合適的控制構(gòu)型，例如前饋控制或級聯(lián)控制。圖4D示出了控制系統(tǒng)的另一范例，所述控制系統(tǒng)可用于控制單管道、多管道、或 多通道太陽能陣列(例如拋物面槽或單管道或多管道或多通道LFR陣列)內(nèi)的蒸汽品質(zhì)。當(dāng)鍋爐管道被加熱時(shí)，它經(jīng)歷了熱膨脹，所述熱膨脹為溫度的函數(shù)dL/dT = La TE，其中dL/dT是單位溫度變化時(shí)管道長度的變化，而a TE是管道材料的線性熱膨脹系數(shù)，所述材料可以是為鍋爐的特定運(yùn)行條件(壓力、溫度、環(huán)境、等等)而選擇的一種類型的鋼材，例如碳鋼或不銹鋼。管道的一部分的管長變化可用于代表該部分上的溫度的整體變化?？蓽y量管道長度的變化，或可測量管道一部分的長度的變化，并用作控制系統(tǒng)的過程控制變量，所述控制系統(tǒng)控制蒸汽輸出的品質(zhì)，而在某些變型中一個(gè)管道的長度變化可用作第二管道的預(yù)估控制信息(例如在多管道接收器中)。例如，若鍋爐管道在中央?yún)^(qū)域內(nèi)固定在適當(dāng)位置，并允許在每個(gè)末端處膨脹，則管道相對于固定位置的長度變化的測量結(jié)果可用作過程控制變量。例如，若鍋爐管道在蒸發(fā)器區(qū)域內(nèi)固定或緊固在適當(dāng)位置，則可隨時(shí)間變化而測量在入口和緊固位置之間的管道長度。通過忽略發(fā)生在相對恒溫的蒸發(fā)器區(qū)域內(nèi)的任何溫度變化，管道長度的變化可歸因于節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度的整體變化。通過利用入口和超過沸騰邊界X的一點(diǎn)之間的管道長度作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)所有溫度點(diǎn)的積分。重新參考圖4D，吸收器管道470在其入口端471處相對自由地未固定，但在入口 471和出口472之間的點(diǎn)473處固定在適當(dāng)位置。在冷態(tài)時(shí)，管道具有實(shí)際的終端至終端長度LMld?？蓽y量在入口 471和緊固位置473之間的管道長度Lsesrat的長度變化AL?？衫萌魏魏线m的技術(shù)測量長度變化，例如利用光學(xué)探測器、直尺或比例尺、應(yīng)力或應(yīng)變指示器、或任何類型的測量物理位移的設(shè)備諸如卡鉗、傳感器(例如線性可變位移傳感器)、可壓縮彈簧、等等。在某些變型中，可包括極限指示器，從而使得若長度達(dá)到某一極限時(shí)，可驅(qū)動(dòng)極限指示器以減少熱輸入。這種極限指示器可改善安全性。經(jīng)測量的長度變化AL可作為過程變量提供至控制器輸入端480內(nèi)，在所述控制器輸入端處長度變化的測量值和第kth個(gè)管道的設(shè)定值A(chǔ)Lsrt, k之間的定性或定量的比較(例如測量值和設(shè)定值之間的差值計(jì)算)被提供給控制器482內(nèi)用于適當(dāng)?shù)乃惴?，所述控制器使得控制閥483的狀態(tài)發(fā)生改變以調(diào)節(jié)進(jìn)入第kth個(gè)管道的水的質(zhì)量流率?？稍诳刂普羝焚|(zhì)的控制系統(tǒng)內(nèi)單獨(dú)利用管道長度的變化或與一個(gè)或多個(gè)其它變量組合使用，例如與以下變量的一個(gè)或多個(gè)組合使用節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度、出口處的溫度、經(jīng)估計(jì)或測量的熱輸入、經(jīng)估計(jì)或測量的蒸汽品質(zhì)、壓力、太陽能輸入例如DNI、以及給水溫度。例如，在某些變型中，經(jīng)測量的管道或管道的一部分的長度變化可與該管道在其節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度測量結(jié)果組合而用作至控制器的輸入，所述控制器控制至該管道的水的質(zhì)量流率。在某些變型中，經(jīng)測量的管道或管道的一部分的長度變化可與估計(jì)的蒸汽品質(zhì)組合以用作至控制器的輸入，所述控制器控制至該管道的水的質(zhì)量流率。在某些變型中，經(jīng)測量的管道或管道的一部分的長度變化、該管道在其節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度測量結(jié)果、以及估計(jì)的蒸汽品質(zhì)可用作至控制器的輸入，所述控制器控制至該管道的水的質(zhì)量流率。在多管道系統(tǒng)和多通道系統(tǒng)(所述多通道系統(tǒng)包括具有兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道的接收器)的某些變型中，一個(gè)管道內(nèi)的長度變化可用作至控制系統(tǒng)或通道的輸入，所述控制系統(tǒng)或通道用于系統(tǒng)內(nèi)的另一管道(例如，當(dāng)采用多管道接收器或具有兩個(gè)或多個(gè)管道的多通道接收器時(shí))。例如，一個(gè)管道內(nèi)的長度變化可用作預(yù)估信息并作為輸入提供至另一管道的控制系統(tǒng)，所述一個(gè)管道具有相對較快的響應(yīng)時(shí)間，所述另一管道具有相對較慢的響應(yīng)時(shí)間。盡管圖4D的控制系統(tǒng)示為反饋控制系統(tǒng)，但可采用任何合適的控制構(gòu)型，例如前饋控制或級聯(lián)控制，所述控制構(gòu)型利用管道長度的變化作為過程變量。在某些變型中，可能希望估計(jì)蒸汽品質(zhì)x(例如X =，其中.為來自蒸汽 mrnmStearn
鍋筒或蒸汽蓄積器的蒸汽的質(zhì)量流率，而化 是進(jìn)入蒸汽發(fā)生器的水的質(zhì)量流率，將這種經(jīng)估計(jì)的蒸汽品質(zhì)與目標(biāo)蒸汽品質(zhì)Xtmget比較，并利用目標(biāo)和估計(jì)的蒸汽品質(zhì)之間的比較作為至控制系統(tǒng)(例如反饋控制環(huán)路或前饋控制系統(tǒng))內(nèi)的控制器的輸入，以調(diào)整進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)管道的質(zhì)量流率。經(jīng)估計(jì)的蒸汽品質(zhì)可單獨(dú)使用或與一個(gè)或多個(gè)其它過程變量(例如給水溫度、節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度、管道出口處或附近的溫度、太陽能輸入例如DNI、經(jīng)估計(jì)或測量的熱輸入、管道長度的變化、或壓力)組合使用。圖5A至圖5C提供了控制系統(tǒng)的一個(gè)范例，所述控制系統(tǒng)與多管道接收器或包括兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道的多通道接收器共同使用，在所述接收器中k個(gè)管道并聯(lián)地布置。接收器內(nèi)的管道數(shù)量可以為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或更多，例如15或20。在接收器500中，每個(gè)管道501(1)，...，501(k)包括熱傳感器TCk，所述傳感器布置在管道之上或之內(nèi)(例如利用熱電偶套管)并距每個(gè)各自的入口 512(1)，...，512 (k)距離為1TC, k。距離Ixc k選擇為在每個(gè)管道的節(jié)熱器區(qū)域之內(nèi)，即在每個(gè)管道各自的沸點(diǎn)邊界(如前文的圖2所示)之前。溫度測量設(shè)備可以是任何合適的設(shè)備，例如焊接或熱耦合至管道的金屬外表面的熱電偶、紅外溫度傳感設(shè)備、經(jīng)由套管(熱電偶套管)插入管道的熱傳感器(例如熱電偶)，等等。在某些變型中，設(shè)備TCk可布置在距各自的入口 512 (k)同一距離處。例如，若所有管道具有同一長度L，則位置1TC, k可以為約1/10L、約1/8L、或約1/6L(所有距離都相對于管道入口而言)。在其它變型中，設(shè)備TCk可布置在距各自的入口 512 (k)不同距離處。例如，若多管道接收器或包括兩個(gè)或多個(gè)吸收器管道的多通道接收器的中央附近的管道由于在接收器橫斷方向上的熱通量特征而趨向于接受更多的熱輸入，則這些管道內(nèi)的沸騰邊界會(huì)出現(xiàn)得更靠近入口，而溫度測量裝置的位置可相應(yīng)調(diào)整以相對地更靠近入口。如前文所述，在某些變型中，可在節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)布置多個(gè)溫度傳感器，而在節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的這些溫度傳感器的其中兩個(gè)之間的溫度變化可用作過程變量，和/或用于設(shè)定溫度設(shè)定值。在某些變型中，每個(gè)管道的熱輸入設(shè)置為使其沿管道長度相對均勻。如圖所示，每個(gè)管道501 (k)具有實(shí)際長度Lk，以及照射長度Lillun,k，由于諸如在管道末端處的陰影之類的影響，所述照射長度可能與實(shí)際長度Lk相同或不同。在某些變型中，在一個(gè)接收器內(nèi)的所有管道可具有同一實(shí)際長度Lk。但是，如前文所述，照射長度大致為實(shí)際長度Lk的
至少約80%、至少約90%、至少約95%。輸入至多管道接收器的總熱量由下式給出

權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)蒸汽的方法，所述方法包括 使水流動(dòng)通過入口以進(jìn)入在壓力下的長度為L的管道； 利用太陽輻射沿管道長度輻照管道，使得在管道處吸收的太陽輻射沿管道的長度產(chǎn)生至管道的熱輸入，并使得蒸汽離開管道；并且 向控制器提供控制變量作為輸入，所述控制器控制通過入口的水的質(zhì)量流率，由此控制離開管道的蒸汽品質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中控制變量包括管道長度的變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中控制變量包括管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中控制系統(tǒng)的溫度設(shè)定值取決于相對于管道入口的溫度測量位置、管道長度L、以及期望的輸出蒸汽品質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中 管道具有正交于長度L的橫向尺寸W ； 對管道的輻照包括將反射器旋轉(zhuǎn)以引導(dǎo)太陽輻射沿管道的長度L輻照管道；并且 方法還包括通過旋轉(zhuǎn)反射器的位置來調(diào)節(jié)至管道的熱輸入以控制離開管道的蒸汽品質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中控制變量包括與熱輸入相關(guān)的預(yù)估信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括利用分離器將離開管道的水從蒸汽中分離，且其中預(yù)估信息包括基于從分離器流出的蒸汽流率的熱輸入。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中分離器包括蒸汽鍋筒。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中期望的蒸汽品質(zhì)是70%或更高。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，所述方法適于生產(chǎn)過熱蒸汽。
11.一種生產(chǎn)蒸汽的方法，所述方法包括 使水流入線性菲涅爾反射器系統(tǒng)內(nèi)的太陽能接收器的入口，其中接收器包括并聯(lián)連接的多個(gè)管道； 利用太陽輻射沿各管道的長度輻照每個(gè)管道，使得由每個(gè)管道吸收的太陽輻射產(chǎn)生沿其長度的熱輸入，并使得蒸汽離開管道；以及 利用與一個(gè)或多個(gè)管道相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)控制變量作為至控制器的輸入，所述控制器控制進(jìn)入多個(gè)管道中的每一個(gè)的水的質(zhì)量流率，由此控制離開接收器的蒸汽品質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中一個(gè)或多個(gè)控制變量包括在一個(gè)或多個(gè)管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)測量的一個(gè)或多個(gè)溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中一個(gè)或多個(gè)控制變量包括一個(gè)或多個(gè)管道的管長變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中一個(gè)或多個(gè)控制變量包括與熱輸入相關(guān)的預(yù)估信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中 接收器具有長度L和正交于L的橫向尺寸W ； 利用太陽輻射沿各管道的長度輻照每個(gè)管道包括繞軸旋轉(zhuǎn)反射器場內(nèi)的一行或多行線性菲涅爾反射器以引導(dǎo)太陽輻射沿長度L輻照管道；并且 方法還包括通過繞軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)或多個(gè)反射器行而沿橫向尺寸W調(diào)節(jié)至多個(gè)平行管道的熱輸入以控制蒸汽品質(zhì)。
16.一種太陽能鍋爐，所述太陽能鍋爐包括 具有入口和出口的管道，所述入口用于接收水； 控制閥，所述控制閥能 夠調(diào)節(jié)進(jìn)入入口的水的流率；以及 控制器，所述控制器用于至少部分地基于控制變量對控制閥的狀態(tài)進(jìn)行控制以控制水進(jìn)入入口的流率從而控制出口處的蒸汽品質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的太陽能鍋爐，其中控制變量包括管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的溫度。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的太陽能鍋爐，其中控制變量包括與熱輸入相關(guān)的預(yù)估信肩、O
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的太陽能鍋爐，其中 管道在入口和出口之間的位置P處被固定，所述位置P從入口處延伸并比管道內(nèi)的沸騰邊界距離入口更遠(yuǎn)； 管道在入口處可相對自由地膨脹；并且 控制變量包括在入口和位置P之間的管長變化的測量結(jié)果。
20.一種太陽能鍋爐，所述太陽能鍋爐包括 架高的接收器，所述接收器包括沿接收器的長度延伸的多個(gè)平行管道； 多個(gè)線性菲涅爾反射器，所述反射器構(gòu)造成繞軸旋轉(zhuǎn)以追蹤太陽的周日運(yùn)動(dòng)； 控制閥，所述控制閥與每一管道相關(guān)聯(lián)以調(diào)節(jié)進(jìn)入管道的水的質(zhì)量流率；以及控制器，所述控制器用于至少部分地基于與一個(gè)或多個(gè)管道相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)控制變量來調(diào)節(jié)與每個(gè)管道相關(guān)聯(lián)的控制閥的狀態(tài)，從而控制進(jìn)入每個(gè)管道的水的質(zhì)量流率并控制從接收器輸出的蒸汽品質(zhì)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的太陽能鍋爐，還包括一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器，所述溫度傳感器布置成檢測一個(gè)或多個(gè)管道的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的流體溫度，其中一個(gè)或多個(gè)控制變量包括一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器的輸出。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的太陽能鍋爐，其中一個(gè)或多個(gè)控制變量包括與熱輸入相關(guān)的預(yù)估信息。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的太陽能鍋爐，其中一個(gè)或多個(gè)控制變量包括一個(gè)或多個(gè)管道的長度變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用太陽輻射產(chǎn)生蒸汽的方法和系統(tǒng)。方法和系統(tǒng)可用于產(chǎn)生期望品質(zhì)(例如約70％)的蒸汽、或過熱蒸汽。某些生產(chǎn)期望品質(zhì)的蒸汽的方法包括使水流入線性菲涅爾反射器系統(tǒng)內(nèi)的接收器的入口，其中接收器包括多個(gè)并聯(lián)連接的平行管道ti，且i＝1，...，k，并用太陽輻射沿各管道的長度Li輻照每個(gè)管道ti，使得在每個(gè)管道處吸收的太陽輻射產(chǎn)生沿其長度的熱輸入，并使得水在至少一個(gè)管道的沿其長度的點(diǎn)λi處開始沸騰。方法包括利用管道ti的節(jié)熱器區(qū)域內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)溫度Ti或管道長度的一個(gè)或多個(gè)變化作為至控制器的輸入，所述控制器控制進(jìn)入多個(gè)管道的每一個(gè)水的質(zhì)量流率，由此控制離開接收器的蒸汽品質(zhì)。
文檔編號F24D1/02GK102741616SQ201080031596
公開日2012年10月17日 申請日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者M·韋內(nèi)托斯, P·M·坦納, R·J·漢森, W·M·康倫 申請人:阿海琺太陽能公司