模式中，第一和第二加熱器部分113、114相互串聯(lián)運(yùn)行，而太陽能集熱器120被排除在回路以外。在圖2B所示的第二操作模式中，加熱器的第一加熱器部分113與太陽能集熱器120并聯(lián)運(yùn)行，而第二加熱器部分114與太陽能集熱器120串聯(lián)運(yùn)行。在圖2C所示的第三操作模式中，第一加熱器部分113與第二加熱器部分114均與太陽能集熱器120串聯(lián)運(yùn)行，其中第一加熱器部分113耦合到太陽能集熱器120的上游，第二加熱器部分114耦合到太陽能集熱器120的下游。在圖2D所示的第四操作模式中，第一加熱器部分113與太陽能集熱器120串聯(lián)運(yùn)行，而第二加熱器部分114僅與太陽能集熱器120中存在的部分流動(dòng)串聯(lián)運(yùn)行。因此，控制器能控制通過系統(tǒng)的水流，并能根據(jù)不同的序列引導(dǎo)水流通過太陽能集熱器120和加熱器110。在特定實(shí)施例中，水流的一部分根據(jù)第一序列被引導(dǎo)通過太陽能集熱器和燃料加熱器，水流的相同(或不同)部分根據(jù)不同的第二序列被引導(dǎo)通過太陽能集熱器和燃料加熱器。
[0047]作為前述多種操作模式的結(jié)果，可以改善(如優(yōu)化)太陽能集熱器120提供的輸出以最好地利用入射太陽輻射，和加熱器110提供的輸出以補(bǔ)充太陽能集熱器120提供的輸出并改善或優(yōu)化加熱器110的運(yùn)行效率。這不像目前的僅包括串聯(lián)或僅包括并聯(lián)配置的加熱器的典型配置。
[0048]如上所述，在至少一個(gè)前述操作模式中，系統(tǒng)100能以除了太陽能集熱器120以外的單一加熱器110運(yùn)行。單一加熱器可包括多個(gè)加熱器管道和流動(dòng)路徑、多個(gè)燃燒器和多個(gè)加熱器部分，但在至少一些實(shí)施例中，來自燃燒器的高溫氣流連續(xù)通過至少兩個(gè)帶水部分(例如，第一部分113和第二部分114)，這兩個(gè)部分各自能帶有可單獨(dú)控制的水流。這一配置可減少用于補(bǔ)充太陽能集熱器120的加熱器的數(shù)量，而同時(shí)隨著條件的變化又提供了靈活性以增加太陽能集熱器120和加熱器110的效率。
[0049]前述配置的另一優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)100的實(shí)施例沒有包括將低質(zhì)量的蒸汽和/或水從優(yōu)質(zhì)蒸汽中分離出的分離器。反而，任何可能小于期望質(zhì)量水平的蒸汽都通過加熱器110以提供對(duì)提供給目標(biāo)130的蒸汽的質(zhì)量的充分控制。
[0050]至少一些前述實(shí)施例的另一特征在于它們能利用能力來調(diào)低燃燒器111，進(jìn)而根據(jù)太陽能集熱器120提供的熱減少可能不必要的燃料消耗。因此，包括具有深度調(diào)節(jié)比的燃燒器111是滿足需要的，以便可以為目標(biāo)130提供太陽能蒸汽的最高總濃度。典型的燃料燃燒器111具有有限的調(diào)節(jié)比。這種限度能夠來源于燃燒器111本身的運(yùn)行特性。例如，燃燒器111通常僅在設(shè)計(jì)的運(yùn)行范圍內(nèi)提供穩(wěn)定、清潔(低排放)的火焰。燃燒器111的調(diào)節(jié)比也可取決于燃燒器111是否能夠運(yùn)行超過一種燃料，例如，柴油或天然氣、或具有不同熱值范圍的氣體。燃燒器111的調(diào)節(jié)比還可取決于是否用像廢氣再循環(huán)這種特征來減少某些燃燒產(chǎn)物的排放，例如氮氧化物(NOx)。燃燒器111的調(diào)節(jié)能力也受到維持穿過加熱器110內(nèi)部的熱交換器表面(例如，在第一加熱器部分113和/或第二加熱器部分114處)的有效混合流動(dòng)的需要的限制。如果提供給加熱器部分113、114的是不充分的氣流，那么燃燒器排氣裝置112處的溫度會(huì)上升，增加了排入到環(huán)境中的熱量。如果通過加熱器110的水流不充分，那么第一加熱器部分113和/或第二加熱器部分114中的熱交換器管道可能會(huì)過熱，引起這些管道破裂和/或燃燒器排氣裝置112處的溫度上升，再次增加了維護(hù)成本，降低了整體效率。
[0051]前述調(diào)節(jié)限制可與圖1所示的系統(tǒng)配置相適應(yīng)。例如，在第二和第三操作模式中(分別見圖2B與圖2C)，滿負(fù)荷的水流按路線通過第二加熱器部分114，降低或消除了通過第二加熱器部分114的水流不充分的可能性。在第一、第三和第四操作模式中(分別見圖2A、圖2C與圖2D)，滿負(fù)荷的水流被引導(dǎo)通過第一加熱器部分113，降低或消除了在這些模式期間不充分流動(dòng)的可能性。在第二模式期間能監(jiān)測第一閥154a，以便隨著更多數(shù)量的流動(dòng)被引導(dǎo)到太陽能集熱器120時(shí)繼續(xù)為第一加熱器部分113提供充分的流動(dòng)。因?yàn)榈谝患訜崞?13相比第二加熱器部分114以更低的溫度運(yùn)行，所以第一加熱器113能容忍更多的流動(dòng)降低。系統(tǒng)100可以按尺寸制作，以便即使當(dāng)在第四操作模式中一些流動(dòng)旁路第二加熱器部分114時(shí)，仍提供充足的流動(dòng)。在這一模式中，通過系統(tǒng)的總流量相對(duì)于第一、第二、第三操作模式期間提供的流量能夠有所增加。
[0052]以上所描述系統(tǒng)的實(shí)施例的另一特征包括監(jiān)測并控制太陽能集熱器120和加熱器110以產(chǎn)生提供給目標(biāo)130的期望的流速和蒸汽質(zhì)量的單一的(或者在某些實(shí)施例中，集成的)控制器配置。這可以是建立在兩個(gè)單獨(dú)的控制器之間的同級(jí)關(guān)系，或是分級(jí)關(guān)系，比如，在分級(jí)關(guān)系中主控制器與太陽能控制器和加熱器控制器通信，或者單一的控制器提供這樣的通信。這不同于傳統(tǒng)的控制和監(jiān)測這兩項(xiàng)功能分離的配置。傳統(tǒng)的配置要比描述的本技術(shù)成本更高、實(shí)現(xiàn)起來效率更低。本系統(tǒng)的實(shí)施例也能減少整體系統(tǒng)組件的數(shù)量，因?yàn)橐恍┙M件由太陽能集熱器120和加熱器110共享。這些組件包括引導(dǎo)流動(dòng)到太陽能集熱器120和加熱器110的單一的進(jìn)口裝置152，以及單一的整體蒸汽出口 156。
[0053]以上所描述系統(tǒng)的實(shí)施例的又一特征是通過太陽能集熱器120的流速在低入射輻射和高入射輻射條件下都能相對(duì)較高。在低入射輻射條件下，第二加熱器部分114補(bǔ)充所需要的由太陽能集熱器產(chǎn)生的熱。在高入射輻射條件下，高流速降低太陽能集熱器120處的過高溫度，否則它會(huì)增加輻射損失。這樣的損失可能是嚴(yán)重的，因?yàn)樗c上升的溫度的四次方成正比。特定地，太陽能集熱器120的組成部分，比如，采集管道或其它接收器，為了便于吸收太陽輻射通常是不絕緣的。隨著接收器溫度的上升，損失以非常高的比例增加(以T4)。因此，在至少一些實(shí)施例中，使太陽能集熱器120 (或太陽能集熱器120的部分)保持在更低而非更高的溫度可以是滿足需要的。這一點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)，例如，通過使太陽能集熱器120的較大部分加熱水使其接近蒸發(fā)溫度，而太陽能集熱器120的較小部分使水蒸發(fā)(改變其相位)和/或加熱蒸汽使其超過蒸汽轉(zhuǎn)變溫度。系統(tǒng)100的各方面允許操作者優(yōu)化太陽能集熱器120和加熱器110在各種輻射條件下的效率。針對(duì)當(dāng)前可用的太陽輻射，基于加熱器110的第一部分113和太陽能集熱器120的聯(lián)合效率的考慮，在二者之間分配流動(dòng)。
[0054]圖3是根據(jù)本技術(shù)的另一實(shí)施例，可包括比上述的系統(tǒng)100更少的閥的系統(tǒng)300的部分示意圖。系統(tǒng)300包括一些與圖1所示的對(duì)應(yīng)特征相似或相同的特征，包括水源151、加熱器110、太陽能集熱器120、控制器140和目標(biāo)130。系統(tǒng)300進(jìn)一步包括第一閥354a，但可不包括如圖1所示的對(duì)應(yīng)的第二、第三和第四閥。反而，可以選擇性地調(diào)節(jié)第一閥354a來(a)引導(dǎo)來自水源151的所有水通過加熱器110 (并且沒有水通過太陽能集熱器120)，或(b)水的第一部分通過加熱器110 (特別是加熱器110的第一部分113)以及水的另一部分通過太陽能集熱器和加熱器110的第二部分114，或(c)來自水源151的所有水通過太陽能集熱器120和加熱器110的第二部分114。這一配置要比加熱器110和太陽能集熱器120固定在并行配置中的配置提供了更高的效率。例如，參考圖2B如前所述，這一配置能在早上提供更高的效率，并以一種通常類似于前述參考圖2A的方式，隔絕太陽能集熱器120并從太陽能集熱器120收回殘余熱量。此外，與如圖1所示的配置一樣，圖3所示的配置不包括分離器。
[0055]圖4是根據(jù)本技術(shù)的又一實(shí)施例包括余熱鍋爐470的部分示意圖。余熱鍋爐470可包括為加熱器410提供高溫廢氣的燃?xì)廨啓C(jī)462。廢氣能通過輔助加熱器463 (如熱導(dǎo)管)可選擇地被進(jìn)一步加熱。加熱器410可包括放置在廢氣流動(dòng)路徑中第二部分414 (如過熱部分)下游的第一部分413 (如節(jié)熱器)。加熱器410可進(jìn)一步包括放置在第一部分413上游的蒸發(fā)器460。在其它實(shí)施例中，蒸發(fā)器能處于其它位置，例如，第二部分414的上游。汽鼓461被放置在用于米集液相和/或氣相的水并將氣相水從液相水中分離。水源551將水引到太陽能集熱器120和/或余熱鍋爐470，取決于，例如，第一閥454a、第二閥454b和第三閥454c的設(shè)置。系統(tǒng)400的閥和其它特征處于接收輸入141并指導(dǎo)輸出142的控制器440的控制之下。
[0056]在運(yùn)行中，水源551可將水僅引導(dǎo)到太陽能集熱器120，或僅引導(dǎo)到余熱鍋爐470，或均引導(dǎo)到太陽能集熱器120和余熱鍋爐470，這取決于第一閥454a的位置。引導(dǎo)到太陽能集熱器120的水(如箭頭A所示)回到汽鼓461，如箭頭I所示。引導(dǎo)到余熱鍋爐470的水，如箭頭B所示，通過第一部分413再到達(dá)蒸發(fā)器460 (如箭頭C所示)，和/或環(huán)繞著蒸發(fā)器460 (如箭頭D所示)。引導(dǎo)到蒸發(fā)器460的水被蒸發(fā)，并如箭頭E所示流到汽鼓461。汽鼓461處冷凝的水如箭頭F所示又回到蒸發(fā)器460。蒸汽如箭頭G所示從汽鼓461流到第二部分414。在于第二部分414處被加熱以后，蒸汽能選擇性地通過溫度調(diào)節(jié)器464。溫度調(diào)節(jié)器464將從水源551接收的水噴入蒸汽流中以控制蒸汽的溫度，接著蒸汽被引導(dǎo)到目標(biāo)130。
[0057]旁路蒸發(fā)器460的水(如箭頭D所示)可直接到達(dá)汽鼓461和/或太陽能集熱器120，取決于第三閥454c的位置。
[0058]在圖4所示的實(shí)施例中，系統(tǒng)400包括以實(shí)現(xiàn)上述的至少一些特征和優(yōu)點(diǎn)的方式耦合到太陽能集熱器120的余熱鍋爐470。例如，系統(tǒng)400可選擇性地引導(dǎo)水到太陽能集熱器120和/或加熱器410。系統(tǒng)能在夜間運(yùn)行期間和/或接近夜間運(yùn)行時(shí)，以一種通常類似于上述參考圖2A-3的方式從太陽能集熱器120重新捕獲熱量。
[0059]—個(gè)以上所描述的許多實(shí)施例的特征是這些實(shí)施例可包括帶有預(yù)熱部分的加熱器(如鍋爐)，與太陽能集中器的組合，二者都接收相同的貫穿工作流體。這一布置可根據(jù)多個(gè)操作模式配置成提高系統(tǒng)的整體效率。特定地，可以優(yōu)化系統(tǒng)以有效提高蒸汽的目標(biāo)數(shù)量和質(zhì)量，以應(yīng)對(duì)大量的因素，包括太陽能集熱器120的輻射損失和加熱器的燃料使用。太陽能集熱器的熱效率由太陽能集熱器的接收器元件的溫度、太陽能集熱器的進(jìn)口水溫、通過太陽能集熱器的水流速度、采集的輻射概括地確定。加熱器的效率可由包括進(jìn)口水溫、流速、廢氣溫度和燃料燃燒速率在內(nèi)的各種參數(shù)確定。整體系統(tǒng)可以配置成通過調(diào)節(jié)加熱器和太陽能集熱器之間的相互作用增加蒸汽產(chǎn)生過程的效率和/或優(yōu)化該過程的運(yùn)行。面對(duì)變化的環(huán)境條件，這一靈活的配置為有效的運(yùn)行提供了幫助。
[0060]圖5是描繪了由代表性的加熱器和太陽能集熱器提供的熱貢獻(xiàn)和累積熱在典型的運(yùn)行日期間隨時(shí)間變化的代表圖。如圖5所示，隨著太陽能集熱器提供的熱貢獻(xiàn)在白天期間的增加和減少，系統(tǒng)可以通過改變由加熱器提供的熱貢獻(xiàn)，被定制成提供通常恒定的累積熱輸出。
[0061]圖5描繪了由太陽能集熱器提供的熱貢獻(xiàn)的一般變化。圖6描繪了在典型的運(yùn)行期間太陽能集熱器上的入射輻射在更小的時(shí)間間隔上的變化。如圖6所示，入射太陽輻射的變化顯著而迅速。如前所述，本技術(shù)的實(shí)施例包括與太陽能集熱器集成運(yùn)行的加熱器以應(yīng)對(duì)這種變化，同時(shí)按照目標(biāo)用戶可能的需要，仍提供一致的質(zhì)量和數(shù)量的蒸汽。
[0062]上述系統(tǒng)的特定實(shí)施例經(jīng)歷了在太陽能集熱器處的隨時(shí)間變化的平均溫度。為了優(yōu)化(或至少提高)總蒸汽輸出，以這樣一種將其作為燃料燃燒功能的方式控制太陽能集熱器?；陬A(yù)計(jì)的當(dāng)前能量生產(chǎn)(例如，基于白天的輻射/時(shí)間)，系統(tǒng)可以上述的方式為鍋爐分配給水流速和流動(dòng)模式。為了達(dá)到特定的出口蒸汽溫度或出口蒸汽條件，并將該蒸汽條件保持不變，至少一些傳統(tǒng)系統(tǒng)的重點(diǎn)在于調(diào)節(jié)太陽能鍋爐的流速。相反，本技術(shù)的實(shí)施例將燃料加熱器和太陽能蒸汽生成器集成使用，重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)最大的組合效率。為了優(yōu)化或至少提高組合產(chǎn)生的總蒸汽一一平衡燃料燃燒鍋爐中由于減少的液體流動(dòng)引起更高管道溫度的影響所導(dǎo)致的效率損失與太陽能集熱器中隨著其溫度變化明顯的效率損失，控制器可分配流速和流動(dòng)模式?？刂破饕赃@樣一種方式(例如通過前述的模式)控制組合的系統(tǒng)，即在低輻射期間，太陽能場集熱器以比并聯(lián)配置所能提供的更低的平均溫度運(yùn)行。系統(tǒng)的實(shí)施例能監(jiān)測進(jìn)口水溫和出口系統(tǒng)溫度以及出口蒸汽質(zhì)量并對(duì)其作出響應(yīng)。因太陽能集熱器的效率由于其接收器的溫度而變化顯著(因?yàn)檩椛鋼p失與溫度的四次方成正比)，降低溫度(例如，平均溫度和/或峰值溫度)能顯著提高整體系統(tǒng)的效率。
[0063]本技術(shù)的特定實(shí)施例中的蒸汽溫度最終由系統(tǒng)出口的壓力確定，特別是對(duì)于這種壓力的飽和溫度。在純太陽能鍋爐中，進(jìn)口的水流動(dòng)通過太陽能集熱器，溫度上升直到其開始沸騰。隨著沸水流動(dòng)通過管道，加入了更多的熱能，其溫度幾乎沒有變化，驅(qū)動(dòng)著相位從液態(tài)向氣態(tài)轉(zhuǎn)變，直到加入了足夠的能量來完成蒸汽的轉(zhuǎn)化。然而，在用于本公開系統(tǒng)的實(shí)施例的典型操作模式中，出口的質(zhì)量小于100%的蒸汽。因此，太陽能集熱器的溫度分布由當(dāng)前可用的太陽輻射、進(jìn)口給水溫度和進(jìn)口流速確定。更高的流速會(huì)降低