專利名稱：集熱管組合式太陽(yáng)能高溫直接蒸汽集熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能利用設(shè)備，具體涉及一種集熱管組合式太陽(yáng)能高溫直接蒸汽集熱裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)的能源資源儲(chǔ)量不容樂(lè)觀，人均資源并不豐富?；茉吹拇罅块_(kāi)發(fā)和利用使得我國(guó)排放CO2總量最多。許多地方，缺乏常規(guī)能源資源，但太陽(yáng)能資源豐富。太陽(yáng)能熱發(fā)電具有技術(shù)相對(duì)成熟、對(duì)電網(wǎng)沖擊小等優(yōu)點(diǎn)，是可再生能源發(fā)電中最有前途的發(fā)電方式之一。其熱功轉(zhuǎn)換部分與常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組相同，有成熟的技術(shù)可資利用，因此特別適宜于大規(guī)模化使用。為提高太陽(yáng)能熱發(fā)電效率，一般均采用提高太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)出口介質(zhì)溫度，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的熱電轉(zhuǎn)化效率。為獲得這個(gè)高溫效果，目前大多數(shù)太陽(yáng)能熱發(fā)電工作介質(zhì)使用導(dǎo)熱油、熔鹽等作為第一回路導(dǎo)熱介質(zhì)，將其吸收的太陽(yáng)能輻射熱傳遞給第二回路以產(chǎn)生高溫給蒸汽。這些方式存在二次回路傳熱效率損失、泵功耗功大，受導(dǎo)熱油高溫分解限制產(chǎn)汽溫度不高，而導(dǎo)熱熔鹽具有熔點(diǎn)高、易凝固等缺點(diǎn)。目前，世界許多科研機(jī)構(gòu)致力于開(kāi)發(fā)單回路槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，即直接用水作吸熱介質(zhì)的DSG (Direct steam Generation)系統(tǒng)。DSG技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)①導(dǎo)熱油被水代替，環(huán)境壓力將更小；②可產(chǎn)生更高的蒸汽溫度，泵耗小，電站效率更高；③電站整體配置更加簡(jiǎn)單；④制造和運(yùn)營(yíng)成本更低。在此系統(tǒng)中，分為一次通過(guò)式、逐次注入式和再循環(huán)式。其中再次循環(huán)式下的集熱管周向溫差最小，該系統(tǒng)包括預(yù)熱、蒸發(fā)部分和過(guò)熱部分。工質(zhì)水在預(yù)熱段使給水溫度升高、在蒸發(fā)部分產(chǎn)生有一定氣化分率的飽和狀態(tài)，經(jīng)汽-水分離器分離后，飽和水循環(huán)至蒸發(fā)器入口 ；而飽和蒸汽進(jìn)入過(guò)熱部分被繼續(xù)加熱，從而產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽。但DSG技術(shù)中存在幾方面不足，一是蒸發(fā)段的水平管兩相流問(wèn)題易造成金屬-玻璃管真空管破裂。二是集熱管過(guò)熱高溫段熱損失大，造成產(chǎn)汽不能達(dá)到更高溫度。三是熱管式集熱管的加熱流量和速率不能滿足大規(guī)模熱發(fā)電的需求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種集熱管組合式太陽(yáng)能高溫直接蒸汽集熱裝置，解決不同狀態(tài)下的水或水蒸氣對(duì)集熱管產(chǎn)生的影響，消除了氣液兩相流對(duì)集熱管造成的不良影響，并解決了過(guò)熱段集熱管熱損大，溫度不能增高的問(wèn)題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種集熱管組合式太陽(yáng)能高溫直接蒸汽集熱裝置，包括依次相連通的由多個(gè)低溫真空玻璃-金屬集熱管1通過(guò)預(yù)熱段管道8-1串聯(lián)組成的預(yù)熱段、由多個(gè)非真空鍍膜直通集熱管2通過(guò)飽和段管道8-2串聯(lián)組成的飽和段、汽水分離器6以及由多個(gè)高溫真空玻璃-金屬集熱管3通過(guò)過(guò)熱段管道8-3串聯(lián)組成的過(guò)熱段，汽水分離器6的下端通過(guò)再循環(huán)管道7和飽和段入口相連通，在再循環(huán)管道7上設(shè)有再循環(huán)泵5。所述低溫真空玻璃-金屬集熱管1、非真空鍍膜直通集熱管2以及高溫真空玻璃-金屬集熱管3的外部均設(shè)有聚光器4，上部設(shè)有跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9。所述低溫真空玻璃-金屬集熱管1包括低溫金屬管1-1，涂覆在低溫金屬管1-1外表面的低溫涂層1-4，設(shè)置在低溫金屬管1-1外的玻璃外管1-2，玻璃外管1-2的內(nèi)徑大于涂覆有低溫涂層1-4的低溫金屬管1-1的外徑，玻璃外管1-2和低溫涂層1-4間形成真空腔1-3，在玻璃外管1-2上下端面的外沿有金屬壓封1-5。所述非真空鍍膜直通集熱管2包括高溫金屬管2-1以及涂覆在高溫金屬管2-1外表面的非真空涂層2-2。所述高溫真空玻璃-金屬集熱管3包括高溫金屬管3-1，涂覆在高溫金屬管3-1外表面的高溫涂層3-4，設(shè)置在高溫金屬管3-1外的玻璃外管3-2，玻璃外管3-2的內(nèi)徑大于涂覆有高溫涂層3-4的高溫金屬管3-1的外徑，玻璃外管3-2和高溫涂層3-4間形成真空腔3-3，在玻璃外管3-2上下端面的外沿有金屬熔封3-5。整個(gè)集熱裝置為不同管型式的集熱管組合，分別采用低溫真空集熱管、鍍膜非真空集熱管、高溫真空集熱管以及其他型式的集熱管，包括它們的其他各種組合型式。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)預(yù)熱段使用低溫真空玻璃-金屬集熱管1，減少預(yù)熱段熱損失，提高了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性；飽和段使用非真空鍍膜直通集熱管2解決了蒸汽系統(tǒng)水平管兩相流周向溫差大產(chǎn)生的影響，使各段介質(zhì)流動(dòng)、吸熱的可靠性增加，不致產(chǎn)生玻璃管破裂影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題； 過(guò)熱段采用高溫真空玻璃-金屬集熱管3減少過(guò)熱段的熱損失，提高集熱效率，并解決了過(guò)熱段集熱管熱損大，溫度不能增高的問(wèn)題。綜合使用不僅提高了整個(gè)系統(tǒng)效率，降低造價(jià)， 同時(shí)系統(tǒng)能夠高效、可靠運(yùn)行。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明各段使用的集熱管結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2(a)為低溫真空玻璃-金屬集熱管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2(b)為非真空鍍膜直通集熱管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2(c)為高溫真空玻璃-金屬集熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明一種集熱管組合式太陽(yáng)能高溫直接蒸汽集熱裝置，包括依次相連通的由多個(gè)低溫真空玻璃-金屬集熱管1通過(guò)預(yù)熱段管道8-1串聯(lián)組成的預(yù)熱段、由多個(gè)非真空鍍膜直通集熱管2通過(guò)飽和段管道8-2串聯(lián)組成的飽和段、汽水分離器6以及由多個(gè)高溫真空玻璃-金屬集熱管3通過(guò)過(guò)熱段管道8-3串聯(lián)組成的過(guò)熱段，汽水分離器 6的下端通過(guò)再循環(huán)管道7和飽和段入口相連通，在再循環(huán)管道7上設(shè)有再循環(huán)泵5。所述低溫真空玻璃-金屬集熱管1、非真空鍍膜直通集熱管2以及高溫真空玻璃-金屬集熱管3 的外部均設(shè)有聚光器4，上部設(shè)有跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9，聚光器4由跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9跟蹤太陽(yáng)，以充分吸收太陽(yáng)能輻射熱量。如圖2(a)所示，為低溫真空玻璃-金屬集熱管的結(jié)構(gòu)示意圖，低溫真空玻璃-金屬集熱管1包括低溫金屬管1-1，涂覆在低溫金屬管1-1外表面的低溫涂層1-4，設(shè)置在低溫金屬管1-1外的玻璃外管1-2，玻璃外管1-2的內(nèi)徑大于涂覆有低溫涂層1-4的低溫金屬管1-1的外徑，玻璃外管1-2和低溫涂層1-4間形成真空腔1-3，在玻璃外管1-2上下端面的外沿有金屬壓封1-5。如圖2(b)所示，為非真空鍍膜直通集熱管的結(jié)構(gòu)示意圖，非真空鍍膜直通集熱管 2包括高溫金屬管2-1以及涂覆在高溫金屬管2-1外表面的非真空涂層2-2。如圖2(c)所示，為高溫真空玻璃-金屬集熱管的結(jié)構(gòu)示意圖，高溫真空玻璃-金屬集熱管3包括高溫金屬管3-1，涂覆在高溫金屬管3-1外表面的高溫涂層3-4，設(shè)置在高溫金屬管3-1外的玻璃外管3-2，玻璃外管3-2的內(nèi)徑大于涂覆有高溫涂層3-4的高溫金屬管3-1的外徑，玻璃外管3-2和高溫涂層3-4間形成真空腔3-3，在玻璃外管3_2上下端面的外沿有金屬熔封3-5。本發(fā)明的工作原理為如圖1所示，給水首先經(jīng)過(guò)預(yù)熱段的低溫真空玻璃-金屬集熱管1和預(yù)熱段管道8-1加熱，然后進(jìn)入非真空鍍膜直通集熱管2和飽和段管道8-2組成的飽和段進(jìn)行加熱飽和，產(chǎn)生有一定氣化分率的飽和介質(zhì)，再在汽水分離器6中進(jìn)行分離， 分離出的飽和蒸汽進(jìn)入過(guò)熱區(qū)中的高溫真空玻璃-金屬集熱管3和過(guò)熱管道8-3中提高溫度，分離出的飽和水經(jīng)再循環(huán)泵5和再循環(huán)管道7到飽和段入口。如圖2(a)所示，給水通過(guò)低溫真空玻璃-金屬集熱器1，流經(jīng)金屬內(nèi)管1_1，太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)玻璃外管1-2進(jìn)入真空腔1-3然后被低溫涂層1-4吸收，熱量經(jīng)金屬內(nèi)管1-1導(dǎo)熱和對(duì)流傳熱給管內(nèi)介質(zhì)使給水溫度升高。如圖2(b)所示，在飽和段的給水經(jīng)過(guò)非真空集熱管2，流經(jīng)金屬內(nèi)管2-1，太陽(yáng)能輻射被金屬管外的非真空涂層2-2吸收，熱量再傳遞給管內(nèi)介質(zhì)，從而使水變?yōu)樗魵狻Ｈ鐖D2(c)所示，在過(guò)熱段，飽和蒸汽通過(guò)高溫真空玻璃-金屬集熱器3，流經(jīng)金屬內(nèi)管3-1，太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)玻璃外管3-2進(jìn)入真空腔3-3然后被高溫涂層3-4吸收，熱量經(jīng)金屬內(nèi)管3-1導(dǎo)熱和對(duì)流傳熱給管內(nèi)介質(zhì)，使飽和蒸汽溫度升高。
權(quán)利要求
1.一種集熱管組合式太陽(yáng)能高溫直接蒸汽集熱裝置，其特征在于包括依次相連通的由多個(gè)低溫真空玻璃-金屬集熱管(1)通過(guò)預(yù)熱段管道(8-1)串聯(lián)組成的預(yù)熱段、由多個(gè)非真空鍍膜直通集熱管( 通過(guò)飽和段管道(8-2)串聯(lián)組成的飽和段、汽水分離器(6)以及由多個(gè)高溫真空玻璃-金屬集熱管C3)通過(guò)過(guò)熱段管道(8-3)串聯(lián)組成的過(guò)熱段，汽水分離器(6)的下端通過(guò)再循環(huán)管道(7)和飽和段入口相連通，在再循環(huán)管道(7)上設(shè)有再循環(huán)泵(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集熱裝置，其特征在于所述低溫真空玻璃-金屬集熱管 (1)、非真空鍍膜直通集熱管O)以及高溫真空玻璃-金屬集熱管C3)的外部均設(shè)有聚光器 G)，并設(shè)有跟蹤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集熱裝置，其特征在于所述低溫真空玻璃-金屬集熱管(1) 包括低溫金屬管(1-1)，涂覆在低溫金屬管(1-1)外表面的低溫涂層(1-4)，設(shè)置在低溫金屬管(1-1)外的玻璃外管(1-2)，玻璃外管(1-2)的內(nèi)徑大于涂覆有低溫涂層(1-4)的低溫金屬管(1-1)的外徑，玻璃外管(1-2)和低溫涂層(1-4)間形成真空腔(1-3)，在玻璃外管 (1-2)上下端面的外沿有金屬壓封(1-5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集熱裝置，其特征在于所述非真空鍍膜直通集熱管(2)包括高溫金屬管以及涂覆在高溫金屬管外表面的非真空涂層0-2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集熱裝置，其特征在于所述高溫真空玻璃-金屬集熱管(3) 包括高溫金屬管(3-1)，涂覆在高溫金屬管(3-1)外表面的高溫涂層(3-4)，設(shè)置在高溫金屬管(3-1)外的玻璃外管(3-2)，玻璃外管(3- 的內(nèi)徑大于涂覆有高溫涂層(3-4)的高溫金屬管(3-1)的外徑，玻璃外管(3-2)和高溫涂層(3-4)間形成真空腔(3-3)，在玻璃外管 (3-2)上下端面的外沿有金屬熔封(3-5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述集熱裝置，其特征在于整個(gè)集熱裝置為不同管型式的集熱管組合，分別采用低溫真空集熱管、鍍膜非真空集熱管、高溫真空集熱管以及其他型式的集熱管，包括它們的其他各種組合型式。
全文摘要
一種集熱管組合太陽(yáng)能高溫直接蒸汽集熱裝置，包括依次相連通的由多個(gè)低溫真空玻璃-金屬集熱管通過(guò)預(yù)熱段管道串聯(lián)組成的預(yù)熱段、由多個(gè)非真空鍍膜直通集熱管通過(guò)飽和段管道串聯(lián)組成的飽和段、汽水分離器以及由多個(gè)高溫真空玻璃-金屬集熱管通過(guò)過(guò)熱段管道串聯(lián)組成的過(guò)熱段，汽水分離器的下端通過(guò)再循環(huán)管道和飽和段入口相連通，在再循環(huán)管道上設(shè)有再循環(huán)泵；本發(fā)明解決不同狀態(tài)下的水或水蒸氣對(duì)集熱管產(chǎn)生的影響，消除了氣液兩相流對(duì)集熱管造成的不良影響，并解決了過(guò)熱段集熱管熱損大，溫度不能增高的問(wèn)題。
文檔編號(hào)F22B1/00GK102494413SQ20111044980
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者劉冠杰, 劉明義, 徐海衛(wèi), 徐越, 裴杰, 許世森, 鄭建濤 申請(qǐng)人:中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司