基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于太陽能光熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)?，F(xiàn)有的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的熱效率較低。本實用新型包括集熱塔，其特點是：還包括近太陽定日鏡場，遠(yuǎn)太陽定日鏡場，安裝在集熱塔頂部的汽水分離器，以及安裝在集熱塔上的上腔體式集熱器和下腔體式集熱器；近太陽定日鏡場、集熱塔和遠(yuǎn)太陽定日鏡場在水平方向上依次排列；上腔體式集熱器的入口與給水管道連通，出口連接到汽水分離器的入口；汽水分離器的飽和蒸汽出口連接到下腔體式集熱器的入口，該汽水分離器的飽和水出口連接到給水管道上，下腔體式集熱器的出口與過熱蒸汽管道連通。本實用新型系統(tǒng)熱效率高，提高系統(tǒng)聚焦的準(zhǔn)確度。
【專利說明】
基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于太陽能光熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]塔式太陽能熱發(fā)電是太陽能熱發(fā)電的形式之一，其系統(tǒng)本質(zhì)上是一種集中式系統(tǒng)。大量大型反射鏡構(gòu)成的定日鏡場布置在開闊的場地上，各個反射鏡都匹配相應(yīng)的跟蹤系統(tǒng)，精確反射太陽輻射光聚焦到布置在高塔頂部的集熱器上，將光能轉(zhuǎn)換成熱能，直接或間接得到高溫高壓的水蒸氣，最后通過汽輪機做功，產(chǎn)生電能。
[0003]塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中，集熱器是電站的主要設(shè)備。目前塔式電站集熱器根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)主要有兩種形式:外置圓柱式集熱器和腔體式集熱器。外置圓柱式集熱器的優(yōu)點是充分利用吸收塔四周的土地面積，提高土地的使用率和聚光比；缺點是高溫集熱器直接暴露在空氣中與外界輻射損失和對流損失較大。腔體式集熱器的優(yōu)點是基于黑體小孔原理，光線通過集熱器開口進入集熱器內(nèi)后基本不會反射出去，并且集熱器內(nèi)的吸熱管不會直接暴露在空氣中，輻射和對流損失小;缺點是其相應(yīng)定日鏡場的跟蹤控制系統(tǒng)復(fù)雜，且只能是扇形布置，集熱器背面的區(qū)域無法利用。
[0004]在采用水/蒸汽作為傳熱介質(zhì)的電站中，給水在集熱器中歷經(jīng)預(yù)熱一一蒸發(fā)一一過熱三個過程變?yōu)楦邷馗邏旱倪^熱蒸汽。當(dāng)采用外置圓柱式集熱器時，集熱器本身熱損失大;并且預(yù)熱一一蒸發(fā)一一過熱三個過程通過單程模式完成，導(dǎo)致系統(tǒng)啟動復(fù)雜；當(dāng)采用腔體式集熱器時，通常采用汽包將蒸發(fā)和過熱過程分開，但三個過程集中在一個腔體內(nèi)，電站定日鏡場的跟蹤控制系統(tǒng)復(fù)雜，并且很難單獨準(zhǔn)確控制蒸發(fā)區(qū)域和過熱區(qū)域集熱器吸熱管表面的輻射能量，同時其啟動時間較長。
[0005]現(xiàn)在也有其他結(jié)構(gòu)的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，如專利號為US8，181，641的美國專利中，公開了一種直接產(chǎn)生過熱蒸汽的塔式電站系統(tǒng)，采用腔體式集熱器，設(shè)置蒸發(fā)器和過熱器作為獨立的換熱器，提高集熱器內(nèi)的水動力穩(wěn)定性;但是此結(jié)構(gòu)電站容量受到集熱器開口大小限制，當(dāng)增大電站容量時，只能將更多的定日鏡放置到距離集熱塔更遠(yuǎn)的位置，則勢必加大定日鏡場的跟蹤控制系統(tǒng)難度，且遠(yuǎn)處的定日鏡余弦效率較低導(dǎo)致整個定日鏡場的效率降低。又如【公開日】為2015年05月13日，公開號為CN104612920A的中國專利中，公開了一種塔式太陽能高低溫互補發(fā)電系統(tǒng)，該塔式太陽能高低溫互補發(fā)電系統(tǒng)包括高溫發(fā)電系統(tǒng)和低溫補償系統(tǒng)，高溫發(fā)電系統(tǒng)包括高塔、設(shè)置在高塔頂端的太陽能接收器、汽輪發(fā)電機、凝汽器和定日鏡，定日鏡將太陽光反射到太陽能接收器上，太陽能接收器將接收到的太陽光轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷責(zé)崮?，雖然能大幅減少投資和運行成本，節(jié)約用地，但是熱效率不高，且系統(tǒng)聚焦的準(zhǔn)確度不高。
[0006]綜上所述，目前還沒有一種采用腔體式集熱器使得系統(tǒng)輻射和對流散熱損失小，提高系統(tǒng)熱效率;同時充分利用集熱塔四周的土地面積，合理布局定日鏡場的占地面積，提高系統(tǒng)聚焦的準(zhǔn)確度的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)?！緦嵱眯滦蛢?nèi)容】
[0007]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，而提供一種基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，采用腔體式集熱器使得系統(tǒng)輻射和對流散熱損失小，提高系統(tǒng)熱效率；同時充分利用集熱塔四周的土地面積，提高定日鏡場的效率并降低定日鏡場的跟蹤控制難度;合理布局定日鏡場的占地面積，提高系統(tǒng)聚焦的準(zhǔn)確度，增強集熱器內(nèi)吸熱管表面福射能量的均勾分布。
[0008]本實用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案是:該基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)包括集熱塔，其結(jié)構(gòu)特點在于:還包括近太陽定日鏡場，遠(yuǎn)太陽定日鏡場，安裝在集熱塔頂部的汽水分離器，以及安裝在集熱塔上且在高度方向上呈上下布置的上腔體式集熱器和下腔體式集熱器;所述近太陽定日鏡場、集熱塔和遠(yuǎn)太陽定日鏡場在水平方向上依次排列，所述上腔體式集熱器的入口與給水管道連通，該上腔體式集熱器的出口連接到汽水分離器的入口，所述汽水分離器的飽和蒸汽出口連接到下腔體式集熱器的入口，該汽水分離器的飽和水出口連接到給水管道上，所述下腔體式集熱器的出口與過熱蒸汽管道連通。
[0009]作為優(yōu)選，本實用新型所述下腔體式集熱器的開口朝向太陽的一側(cè)，所述上腔體式集熱器的開口背向太陽的一側(cè)。
[0010]作為優(yōu)選，本實用新型所述下腔體式集熱器和近太陽定日鏡場配合用于吸收近太陽定日鏡場聚焦的太陽輻射能量;所述上腔體式集熱器和遠(yuǎn)太陽定日鏡場配合用于吸收遠(yuǎn)太陽定日鏡場聚焦的太陽輻射能量。
[0011 ]作為優(yōu)選，本實用新型所述上腔體式集熱器為蒸汽蒸發(fā)器，所述下腔體式集熱器為蒸汽過熱器。
[0012]作為優(yōu)選，本實用新型所述遠(yuǎn)太陽定日鏡場的占地面積大于近太陽定日鏡場的占地面積。
[0013]作為優(yōu)選，本實用新型所述下腔體式集熱器的開口位置通過玻璃板密封，所述上腔體式集熱器的開口位置通過玻璃板密封。
[0014]作為優(yōu)選，本實用新型所述集熱塔為鋼結(jié)構(gòu)塔或鋼筋混凝土塔。
[0015]作為優(yōu)選，本實用新型所述近太陽定日鏡場和遠(yuǎn)太陽定日鏡場呈單獨分布，該近太陽定日鏡場和遠(yuǎn)太陽定日鏡場位于集熱塔周圍南北布置。
[0016]作為優(yōu)選，本實用新型所述下腔體式集熱器和上腔體式集熱器被集熱塔架到較高位置。
[0017]—種采用所述的基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方法，其特點在于:所述發(fā)電方法的步驟如下:采用水作為傳熱工質(zhì)，通過兩級太陽能腔體式集熱器將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，上腔體式集熱器為蒸汽蒸發(fā)器，主要功能是將低溫給水預(yù)熱和蒸發(fā)加熱成為具有一定干度的飽和蒸汽，需要大量的熱量;在水平方向上，分布在集熱塔周圍南北布置的近太陽定日鏡場的定日鏡余弦損失比遠(yuǎn)太陽定日鏡場的定日鏡大，因此將遠(yuǎn)太陽定日鏡場和上腔體式集熱器匹配，并將上腔體式集熱器布置在較高位置以便于適應(yīng)較大的定日鏡場，提高其聚光比，以此得到大量的熱量用于低溫給水預(yù)熱和蒸發(fā);而下腔體式集熱器為蒸汽過熱器，主要功能是將飽和蒸汽轉(zhuǎn)換為過熱蒸汽，需要的熱量較少，因此將近太陽定日鏡場和下腔體式集熱器匹配，且近太陽定日鏡場的占地面積無需很大，以保證系統(tǒng)的安全性。
[0018]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果:I)充分利用腔體式集熱器輻射和對流散熱損失小的優(yōu)勢，將蒸發(fā)段和過熱段分別布置在獨立的兩個集熱器內(nèi)，增強集熱器內(nèi)水動力穩(wěn)定性，并減小集熱器的幾何尺寸，進一步降低輻射和對流散熱損失，提高集熱器的熱效率;2)設(shè)計遠(yuǎn)太陽定日鏡場和近太陽定日鏡場分別反射太陽光線到上腔體式集熱器和下腔體式集熱器，充分利用集熱塔四周的土地面積，避免出現(xiàn)距離集熱塔過遠(yuǎn)導(dǎo)致余弦損失很大的定日鏡，提高定日鏡場的效率并降低定日鏡場的跟蹤控制難度;3)根據(jù)上腔體式集熱器和下腔體式集熱器內(nèi)傳熱工質(zhì)需要的能量合理布局遠(yuǎn)太陽定日鏡場和近太陽定日鏡場的占地面積，提高系統(tǒng)聚焦的準(zhǔn)確度，增強集熱器內(nèi)吸熱管表面輻射能量的均勾分布。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型實施例中基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本實用新型實施例中基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電方法的汽水流程示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖并通過實施例對本實用新型作進一步的詳細(xì)說明，以下實施例是對本實用新型的解釋而本實用新型并不局限于以下實施例。
[0022]實施例。
[0023]參見圖1至圖2，本實施例中基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)包括集熱塔I，近太陽定日鏡場6，遠(yuǎn)太陽定日鏡場5，安裝在集熱塔I頂部的汽水分離器4，以及安裝在集熱塔I上且在高度方向上呈上下布置的上腔體式集熱器3和下腔體式集熱器2。
[0024]本實施例中的近太陽定日鏡場6、集熱塔I和遠(yuǎn)太陽定日鏡場5在水平方向上依次排列，上腔體式集熱器3的入口與給水管道連通，該上腔體式集熱器3的出口連接到汽水分離器4的入口，汽水分離器4的飽和蒸汽出口連接到下腔體式集熱器2的入口，該汽水分離器4的飽和水出口連接到給水管道上，下腔體式集熱器2的出口與過熱蒸汽管道連通。
[0025]本實施例中的下腔體式集熱器2的開口朝向太陽的一側(cè)，上腔體式集熱器3的開口背向太陽的一側(cè)。下腔體式集熱器2和近太陽定日鏡場6配合用于吸收近太陽定日鏡場6聚焦的太陽輻射能量;上腔體式集熱器3和遠(yuǎn)太陽定日鏡場5配合用于吸收遠(yuǎn)太陽定日鏡場5聚焦的太陽輻射能量。
[0026]本實施例中的上腔體式集熱器3為蒸汽蒸發(fā)器，下腔體式集熱器2為蒸汽過熱器。遠(yuǎn)太陽定日鏡場5的占地面積大于近太陽定日鏡場6的占地面積。下腔體式集熱器2的開口位置通過玻璃板密封，上腔體式集熱器3的開口位置通過玻璃板密封。集熱塔I為鋼結(jié)構(gòu)塔或鋼筋混凝土塔。
[0027]本實施例中的近太陽定日鏡場6和遠(yuǎn)太陽定日鏡場5呈單獨分布，該近太陽定日鏡場6和遠(yuǎn)太陽定日鏡場5位于集熱塔I周圍南北布置。下腔體式集熱器2和上腔體式集熱器3被集熱塔I架到較高位置，此處所指的較高位置對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言為公知常識。
[0028]圖2給出了本實施例中基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的汽水流程圖。如圖2所示，上腔體式集熱器3的入口與給水管道連通，上腔體式集熱器3的出口連接到汽水分離器4的入口，汽水分離器4的飽和蒸汽出口連接到下腔體式集熱器2的入口，汽水分離器4的飽和水出口連接到給水管道，下腔體式集熱器2的出口與過熱蒸汽管道連通。
[0029]本實施例中采用基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方法的步驟如下:采用水作為傳熱工質(zhì)，通過兩級太陽能腔體式集熱器將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，上腔體式集熱器3為蒸汽蒸發(fā)器，主要功能是將低溫給水預(yù)熱和蒸發(fā)加熱成為具有一定干度的飽和蒸汽，需要大量的熱量;在水平方向上，分布在集熱塔I周圍南北布置的近太陽定日鏡場6的定日鏡余弦損失比遠(yuǎn)太陽定日鏡場5的定日鏡大，因此將遠(yuǎn)太陽定日鏡場5和上腔體式集熱器3匹配，并將上腔體式集熱器3布置在較高位置以便于適應(yīng)較大的定日鏡場，提高其聚光比，以此得到大量的熱量用于低溫給水預(yù)熱和蒸發(fā);而下腔體式集熱器2為蒸汽過熱器，主要功能是將飽和蒸汽轉(zhuǎn)換為過熱蒸汽，需要的熱量較少，因此將近太陽定日鏡場6和下腔體式集熱器2匹配，且近太陽定日鏡場6的占地面積無需很大，以保證系統(tǒng)的安全性。
[0030]本實施例基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中，太陽光線通過遠(yuǎn)太陽定日鏡場5反射聚焦到上腔體式集熱器3的吸熱管上，通過近太陽定日鏡場6反射聚焦到下腔體式集熱器2的吸熱管上。上腔體式集熱器3的入口與給水管道連通，上腔體式集熱器3的出口連接到汽水分離器4的入口，汽水分離器4的飽和蒸汽出口連接到下腔體式集熱器2的入口，汽水分離器4的飽和水出口連接到給水管道，下腔體式集熱器2的出口與過熱蒸汽管道連通，充分利用腔體式集熱器輻射和對流散熱損失小的優(yōu)勢，將蒸發(fā)段和過熱段分別布置在獨立的兩個集熱器內(nèi)，增強集熱器內(nèi)水動力穩(wěn)定性，并減小集熱器的幾何尺寸，進一步降低輻射和對流散熱損失，提高集熱器的熱效率;設(shè)計遠(yuǎn)太陽定日鏡場5和近太陽定日鏡場6分別反射太陽光線到上腔體式集熱器3和下腔體式集熱器2，充分利用集熱塔I四周的土地面積，避免出現(xiàn)距離集熱塔過遠(yuǎn)導(dǎo)致余弦損失很大的定日鏡，提高定日鏡場的效率并降低定日鏡場的跟蹤控制難度;根據(jù)上腔體式集熱器3和下腔體式集熱器2內(nèi)傳熱工質(zhì)需要的能量合理布局遠(yuǎn)太陽定日鏡場5和近太陽定日鏡場6的占地面積，提高系統(tǒng)聚焦的準(zhǔn)確度，增強集熱器內(nèi)吸熱管表面輻射能量的均勻分布。
[0031]此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同，本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本實用新型結(jié)構(gòu)所作的舉例說明。凡依據(jù)本實用新型專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效變化或者簡單變化，均包括于本實用新型專利的保護范圍內(nèi)。本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本實用新型的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，包括集熱塔(1)，其特征在于:還包括近太陽定日鏡場(6)，遠(yuǎn)太陽定日鏡場(5)，安裝在集熱塔(I)頂部的汽水分離器(4)，以及安裝在集熱塔(I)上且在高度方向上呈上下布置的上腔體式集熱器(3)和下腔體式集熱器(2);所述近太陽定日鏡場(6)、集熱塔(I)和遠(yuǎn)太陽定日鏡場(5)在水平方向上依次排列，所述上腔體式集熱器(3)的入口與給水管道連通，該上腔體式集熱器(3)的出口連接到汽水分離器(4)的入口，所述汽水分離器(4)的飽和蒸汽出口連接到下腔體式集熱器(2)的入口，該汽水分離器(4)的飽和水出口連接到給水管道上，所述下腔體式集熱器(2)的出口與過熱蒸汽管道連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述下腔體式集熱器(2)的開口朝向太陽的一側(cè)，所述上腔體式集熱器(3)的開口背向太陽的一側(cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述下腔體式集熱器(2)和近太陽定日鏡場(6)配合用于吸收近太陽定日鏡場(6)聚焦的太陽輻射能量;所述上腔體式集熱器(3)和遠(yuǎn)太陽定日鏡場(5)配合用于吸收遠(yuǎn)太陽定日鏡場(5)聚焦的太陽輻射能量。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述上腔體式集熱器(3)為蒸汽蒸發(fā)器，所述下腔體式集熱器(2)為蒸汽過熱器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述遠(yuǎn)太陽定日鏡場(5)的占地面積大于近太陽定日鏡場(6)的占地面積。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述下腔體式集熱器(2)的開口位置通過玻璃板密封，所述上腔體式集熱器(3)的開口位置通過玻璃板密封。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述集熱塔(I)為鋼結(jié)構(gòu)塔或鋼筋混凝土塔。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述近太陽定日鏡場(6)和遠(yuǎn)太陽定日鏡場(5)呈單獨分布，該近太陽定日鏡場(6)和遠(yuǎn)太陽定日鏡場(5)位于集熱塔(I)周圍南北布置。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙腔體式集熱器的高效塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于:所述下腔體式集熱器(2)和上腔體式集熱器(3)被集熱塔(I)架到較高位置。
【文檔編號】F24J2/34GK205536617SQ201620198334
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月15日
【發(fā)明人】韓臨武, 王純
【申請人】中國聯(lián)合工程公司