本發(fā)明屬于工程和技術(shù)研究以及試驗(yàn)發(fā)展，特別涉及一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、以熔鹽為核心的塔式太陽能光熱發(fā)電技術(shù)，因其在高工作溫度下具備短熱傳遞路程、低熱損耗和高綜合效率的特點(diǎn)，正逐步成為太陽能光熱發(fā)電的主流技術(shù)。特別地，采用熔鹽作為傳熱介質(zhì)的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)(即熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng))在太陽能光熱發(fā)電站中占據(jù)著舉足輕重的地位。該系統(tǒng)的啟動(dòng)和運(yùn)行直接關(guān)聯(lián)到過熱蒸汽的產(chǎn)出質(zhì)量和穩(wěn)定性，進(jìn)而對(duì)整個(gè)電站的運(yùn)行性能產(chǎn)生影響。

2、現(xiàn)有的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中蒸汽的產(chǎn)生方式大多為高溫熔鹽與水換熱，直至將水加熱到飽和溫度以此產(chǎn)生飽和蒸汽，再經(jīng)過過熱器進(jìn)一步加熱生成工業(yè)上可用的過熱蒸汽，在此過程中，將水加熱至飽和蒸汽狀態(tài)這種直接發(fā)生相變的方式需要消耗大量的熱量，從而對(duì)換熱時(shí)間、熔鹽溫度等工作條件有較高要求，且常見的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)中的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本昂貴。此外，現(xiàn)有的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)運(yùn)行過程中有著特殊要求，特別是系統(tǒng)低溫端的給水溫度也要高于熔鹽凝固點(diǎn)，目前，系統(tǒng)水側(cè)的啟動(dòng)預(yù)熱主要通過外置電加熱器來提供熱量，導(dǎo)致了較高的設(shè)計(jì)和運(yùn)維成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用集熱器產(chǎn)生的高溫空氣給水預(yù)熱，利用高溫熔鹽繼續(xù)加熱不飽和水使其接近臨界狀態(tài)，再利用閃蒸的原理產(chǎn)生蒸汽，該系統(tǒng)在保證蒸汽生產(chǎn)量的同時(shí)降低了換熱要求、縮減了建造成本。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

3、一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，包括儲(chǔ)熱系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)和閃蒸系統(tǒng)；

4、儲(chǔ)熱系統(tǒng)包括集熱器、高溫熔鹽罐以及低溫熔鹽罐，集熱器用于吸收太陽輻射光能將其轉(zhuǎn)化為熱能，加熱內(nèi)部熔鹽至相應(yīng)溫度，再輸送并儲(chǔ)存至高溫熔鹽罐，在需要時(shí)將高溫熔鹽輸送至閃蒸系統(tǒng)進(jìn)行與水換熱，在此之前，預(yù)熱系統(tǒng)用于給水預(yù)熱，換熱結(jié)束后低溫熔鹽被輸送至低溫熔鹽罐中，最后再將低溫熔鹽輸送到集熱器中進(jìn)行加熱，以此作為一個(gè)循環(huán)。

5、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，預(yù)熱系統(tǒng)包括輸氣管、高溫氣泵和預(yù)熱器，輸氣管一端連接著集熱器，另一端通過高溫氣泵連接著預(yù)熱器，通過高溫氣泵將集熱器中產(chǎn)生的高溫空氣沿著輸氣管輸送至預(yù)熱器中，經(jīng)過換熱后排入大氣。

6、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，閃蒸系統(tǒng)包括高壓罐、供水管、平衡氣管、平衡閥、熱水罐、換熱器、高溫水管、熱水閥、閃蒸罐、低溫水管、水泵以及過熱器；

7、熱水罐底部與高壓罐底部用供水管連接，供水管上安裝有水泵，同時(shí)，熱水罐頂部與高壓罐頂部通過平衡氣管和平衡閥連接，閃蒸罐頂部有兩個(gè)管口，第一個(gè)管口與熱水罐底部通過高溫水管和熱水閥連接，第二個(gè)管口為飽和濕蒸汽出口并連接著過熱器，閃蒸罐底部與高壓罐底部通過低溫水管和水泵連接；

8、熱水罐內(nèi)部安裝有預(yù)熱器與換熱器，換熱器進(jìn)口通過管道連接著高溫熔鹽罐，出口連接著低溫熔鹽罐。

9、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，平高壓罐與閃蒸罐的體積均大于熱水罐的體積。

10、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，熱水罐配備溫度監(jiān)測(cè)儀與液位監(jiān)測(cè)儀，閃蒸罐與高壓罐均配備氣壓監(jiān)測(cè)儀與液位監(jiān)測(cè)儀。

11、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，預(yù)熱階段時(shí)，起初熱水罐里并沒有水，首先打開平衡閥使熱水罐與高壓罐之間的空氣流通，并往高壓罐補(bǔ)水，當(dāng)水位達(dá)到罐體三分之二處時(shí)，停止補(bǔ)水然后補(bǔ)氣，通過高壓罐上的氣壓監(jiān)測(cè)儀不斷捕捉高壓罐中的氣壓，當(dāng)氣壓為3mpa時(shí)停止補(bǔ)氣，此時(shí)高壓罐與熱水罐中的氣壓相等，這時(shí)打開供水管上的水泵，水泵將高壓罐中的水抽往熱水罐中，當(dāng)水位到達(dá)熱水罐最高限位處時(shí)關(guān)停水泵，平衡閥始終保持開啟狀態(tài)，這時(shí)開啟輸氣管上的高溫氣泵，將集熱器中產(chǎn)生的高溫空氣輸送到預(yù)熱器中與熱水罐中的水進(jìn)行換熱，并通過熱水罐上的溫度監(jiān)測(cè)儀不斷捕捉水溫，由于常規(guī)使用的三元鹽的凝固點(diǎn)在142℃，所以當(dāng)水溫達(dá)到150℃時(shí)，關(guān)閉高溫氣泵，平衡閥仍然保持開啟，換熱后的空氣直接排入大氣，至此，預(yù)熱結(jié)束。

12、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，加熱階段時(shí)，利用熔鹽泵將高溫熔鹽罐中的熔鹽輸送到換熱器中給熱水罐中的水繼續(xù)加熱，熔鹽在經(jīng)過與水換熱后被輸送到低溫熔鹽儲(chǔ)罐中，在需要時(shí)再被輸送到集熱器中生成高溫熔鹽；已知3mpa下水的飽和溫度為240℃，當(dāng)水溫被加熱到230℃時(shí)關(guān)閉熔鹽泵停止加熱，此時(shí)，熱水罐中的水為不飽和水。

13、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，預(yù)熱過程與加熱過程中，平衡閥始終保持開啟且與閃蒸罐連接的管路始終保持閉合狀態(tài)。

14、本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，閃蒸階段時(shí)，初始時(shí)先往閃蒸罐內(nèi)充氮?dú)?，通過氣壓監(jiān)測(cè)儀時(shí)刻捕捉閃蒸罐中氣壓，當(dāng)氣壓為1mpa時(shí)，停止充氣，此時(shí)平衡閥仍然開啟，然后開啟熱水閥，在壓強(qiáng)的作用下，熱水罐中的水流入閃蒸罐中，由于氣壓的突然降低，部分高溫?zé)崴谶M(jìn)入閃蒸罐的瞬間會(huì)被閃蒸為濕蒸汽，并以設(shè)定速率將該蒸汽從罐頂緩慢排出，最后經(jīng)過過熱器處理后得到工業(yè)可用的過熱蒸汽，當(dāng)熱水罐中的水位下降到罐體三分之一處時(shí)，關(guān)閉熱水閥，閃蒸過程結(jié)束，閃蒸罐中的冷凝水沿著低溫水管通過水泵被輸送到高壓罐中進(jìn)行循環(huán)利用。

15、本發(fā)明至少具有如下有益的技術(shù)效果：

16、1.本發(fā)明利用集熱器產(chǎn)生的高溫空氣給水預(yù)熱，能夠有效避免熱熔鹽在與水換熱過程中發(fā)生凝固的情況，相比于一些電加熱器、燃?xì)饧訜崞鞯容o助加熱器，本發(fā)明的預(yù)熱方法更加的節(jié)能環(huán)保。

17、2.本發(fā)明通過設(shè)置高壓罐與平衡氣管，一方面能夠在預(yù)熱與加熱過程中，使熱水罐中產(chǎn)生的少量蒸汽沿著平衡氣管進(jìn)入高壓罐中，避免熱水罐中的氣壓過大，同時(shí)，進(jìn)入高壓罐中的蒸汽冷凝后還可以重復(fù)利用；另一方面，在閃蒸過程中，由于熱水罐中高溫液體的流失，高壓罐能夠向熱水罐中補(bǔ)充氣體，避免熱水罐中氣壓過?。淮送?，閃蒸罐中的冷凝水還可以被抽到高壓罐中進(jìn)行循環(huán)利用。

18、3.本發(fā)明通過閃蒸的方法產(chǎn)生蒸汽，相比于傳統(tǒng)的蒸汽設(shè)備，該方法所需要的熱量少，所以換熱時(shí)間短，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。

技術(shù)特征：

1.一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，包括儲(chǔ)熱系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)和閃蒸系統(tǒng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，預(yù)熱系統(tǒng)包括輸氣管、高溫氣泵和預(yù)熱器，輸氣管一端連接著集熱器，另一端通過高溫氣泵連接著預(yù)熱器，通過高溫氣泵將集熱器中產(chǎn)生的高溫空氣沿著輸氣管輸送至預(yù)熱器中，經(jīng)過換熱后排入大氣。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，閃蒸系統(tǒng)包括高壓罐、供水管、平衡氣管、平衡閥、熱水罐、換熱器、高溫水管、熱水閥、閃蒸罐、低溫水管、水泵以及過熱器；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，平高壓罐與閃蒸罐的體積均大于熱水罐的體積。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，熱水罐配備溫度監(jiān)測(cè)儀與液位監(jiān)測(cè)儀，閃蒸罐與高壓罐均配備氣壓監(jiān)測(cè)儀與液位監(jiān)測(cè)儀。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，預(yù)熱階段時(shí)，起初熱水罐里并沒有水，首先打開平衡閥使熱水罐與高壓罐之間的空氣流通，并往高壓罐補(bǔ)水，當(dāng)水位達(dá)到罐體三分之二處時(shí)，停止補(bǔ)水然后補(bǔ)氣，通過高壓罐上的氣壓監(jiān)測(cè)儀不斷捕捉高壓罐中的氣壓，當(dāng)氣壓為3mpa時(shí)停止補(bǔ)氣，此時(shí)高壓罐與熱水罐中的氣壓相等，這時(shí)打開供水管上的水泵，水泵將高壓罐中的水抽往熱水罐中，當(dāng)水位到達(dá)熱水罐最高限位處時(shí)關(guān)停水泵，平衡閥始終保持開啟狀態(tài)，這時(shí)開啟輸氣管上的高溫氣泵，將集熱器中產(chǎn)生的高溫空氣輸送到預(yù)熱器中與熱水罐中的水進(jìn)行換熱，并通過熱水罐上的溫度監(jiān)測(cè)儀不斷捕捉水溫，由于常規(guī)使用的三元鹽的凝固點(diǎn)在142℃，所以當(dāng)水溫達(dá)到150℃時(shí)，關(guān)閉高溫氣泵，平衡閥仍然保持開啟，換熱后的空氣直接排入大氣，至此，預(yù)熱結(jié)束。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，加熱階段時(shí)，利用熔鹽泵將高溫熔鹽罐中的熔鹽輸送到換熱器中給熱水罐中的水繼續(xù)加熱，熔鹽在經(jīng)過與水換熱后被輸送到低溫熔鹽儲(chǔ)罐中，在需要時(shí)再被輸送到集熱器中生成高溫熔鹽；已知3mpa下水的飽和溫度為240℃，當(dāng)水溫被加熱到230℃時(shí)關(guān)閉熔鹽泵停止加熱，此時(shí)，熱水罐中的水為不飽和水。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，預(yù)熱過程與加熱過程中，平衡閥始終保持開啟且與閃蒸罐連接的管路始終保持閉合狀態(tài)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，閃蒸階段時(shí)，初始時(shí)先往閃蒸罐內(nèi)充氮?dú)?，通過氣壓監(jiān)測(cè)儀時(shí)刻捕捉閃蒸罐中氣壓，當(dāng)氣壓為1mpa時(shí)，停止充氣，此時(shí)平衡閥仍然開啟，然后開啟熱水閥，在壓強(qiáng)的作用下，熱水罐中的水流入閃蒸罐中，由于氣壓的突然降低，部分高溫?zé)崴谶M(jìn)入閃蒸罐的瞬間會(huì)被閃蒸為濕蒸汽，并以設(shè)定速率將該蒸汽從罐頂緩慢排出，最后經(jīng)過過熱器處理后得到工業(yè)可用的過熱蒸汽，當(dāng)熱水罐中的水位下降到罐體三分之一處時(shí)，關(guān)閉熱水閥，閃蒸過程結(jié)束，閃蒸罐中的冷凝水沿著低溫水管通過水泵被輸送到高壓罐中進(jìn)行循環(huán)利用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種用于太陽能光熱電站的熔鹽蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，包括儲(chǔ)熱系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)和閃蒸系統(tǒng)；儲(chǔ)熱系統(tǒng)包括集熱器、高溫熔鹽罐以及低溫熔鹽罐，集熱器用于吸收太陽輻射光能將其轉(zhuǎn)化為熱能，加熱內(nèi)部熔鹽至相應(yīng)溫度，再輸送并儲(chǔ)存至高溫熔鹽罐，在需要時(shí)將高溫熔鹽輸送至閃蒸系統(tǒng)進(jìn)行與水換熱，在此之前，預(yù)熱系統(tǒng)用于給水預(yù)熱，換熱結(jié)束后低溫熔鹽被輸送至低溫熔鹽罐中，最后再將低溫熔鹽輸送到集熱器中進(jìn)行加熱，以此作為一個(gè)循環(huán)。本發(fā)明利用閃蒸的原理產(chǎn)生蒸汽，在保證蒸汽生產(chǎn)量的同時(shí)降低了換熱要求、縮減了建造成本，可為熔鹽蒸汽發(fā)生技術(shù)提供新的技術(shù)途徑。

技術(shù)研發(fā)人員：張荻,李昊,張強(qiáng),謝永慧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21