[发明专利]复合能源太阳能高温热发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及发电系统，尤其涉及一种复合能源太阳能高温热发电系统，属于太阳能利用技术领域。

背景技术

太阳能高温热发电技术是太阳能规模利用的一个重要方向，对人类解决化石能源危机、空气污染等问题具有深远的意义。太阳能高温热发电有多种技术方向：根据聚焦方式的不同，可分为碟式、槽式、塔式三种方式；采用的工质有水（水蒸汽）、熔盐、空气、导热油、液态金属、其他有机物等。以水（水蒸汽）为吸热工质的太阳能热发电系统，具有介质常见、成本低廉、控制简单等诸多优点，但该系统也存在一些亟待解决的问题：由于过热蒸汽的换热系数低、换热效果差，因此在有限的吸热面积上很难达到理想的蒸汽参数；如果通过增加吸热器上过热蒸汽的面积来提高过热度，这不但会增加吸热器的制造成本，还会增加吸热器的辐射及对流散热损失；同时由于蒸汽的热容小、传热性能差，也会影响到吸热器的安全性：对于塔式聚焦的太阳能热发电系统，聚焦倍数通常能达到500～1000倍，局部热负荷达到1000kW/m²,这么高的热流密度对过热区域的受热面是个严重的考验；尤其是在局部有云的气象条件下，当蒸发量受云量的影响快速变化时，更容易导致过热区域的超温、爆管，从而威胁到整个系统的安全。

发明内容

本发明的目的是：以水（水蒸汽）为工质，提供一种转化效率高、构成简单、运行安全、发电成本低廉的复合能量太阳能高温热发电系统。

本发明的技术解决方案是：

把水的预热蒸发过程与水蒸汽的过热过程进行巧妙分离：让水的预热蒸发过程在太阳能吸热器中完成，而把蒸汽的过热过程放在辅助加热炉中完成。

一种复合能量太阳能高温热发电系统，包括除氧器、给水泵、汽包、吸热器、蓄热器、辅助加热炉、汽轮机、发电机、凝汽器、凝结水泵；辅助加热炉包括了燃烧器、过热器、空气预热器、给水预热器；

蒸汽的过热部分则有辅助加热炉完成，这是由过热蒸汽的热物理特性决定的：若是在太阳能吸热器上直接布置过热器受热面，由于蒸汽具有密度低、比热容小、换热性能差的特点，因此要达到要求的过热蒸汽参数，就必须布置较多的受热面；这不但使吸热器的制作材料增加，还会导致吸热器的散热损失增大。当太阳辐射强度急剧变化时，蒸发量会产生快速变化，这容易导致过热器受热面内流量的不足，从而导致超温、爆管等安全性问题。把蒸汽的过热过程在辅助加热炉中完成，就可以解决上述问题。饱和蒸汽在辅助加热炉的过热器中吸收热量，变成过热蒸汽，进入汽轮机完成膨胀做功的过程。

在复合能量太阳能高温热发电系统中，除氧器的作用是通过蒸汽加热除去凝结水系统中的溶氧，这有助于防止管路及受热面的氧腐蚀。除氧器的热源可以来自汽轮机的抽汽，也可以来自吸热器顶部的汽包或其它辅助汽源。除氧后的水经给水泵后分别进入吸热器顶部的汽包；在吸热器内吸能量后，变成饱和蒸汽；然后被引入蓄热器。正常运行时，蓄热器下部为一定设计容量的饱和水，上部为饱和蒸汽，它对系统的稳定工作具有非常重要的意义：可以在太阳辐射强度急剧变化时，减弱过热蒸汽量的波动幅度，从而使辅助加热炉和汽轮机的工作更稳定。在辅助加热炉中，饱和蒸汽加热成过热蒸汽，然后被送往汽轮机。蒸汽在汽轮机内完成膨胀做功过程，并带动发电机做功；从汽轮机排出的蒸汽在凝汽器内被冷却、凝结成水；经凝结水泵升压及预热后进入除氧器；完成整个系统的汽水循环过程。

辅助加热炉主要包括了燃烧器、过热器等基础部件，同时为了充分利用辅助加热炉中的烟气热量，还在其烟道尾部布置有空气预热器、给水预热器等受热面，这样就可以大大提高辅助加热炉的能量利用效率。

本发明的原理：在以水（水蒸汽）为工质的热力发电过程中，水通常要经过预热、蒸发、过热三个过程转变为过热蒸汽。在上述三个过程中，蒸汽过热需要的热量通常只占总吸热量的15～25%，而预热蒸发过程吸收的热量通常占总吸热量的75%以上。若是直接把蒸汽的过热过程放在吸热器上完成，由于吸热器表面热流密度大（通常塔式热发电系统中，局部热流密度接近1000kW/m²），则系统可能存在以下方面的几个问题：

过热蒸汽具有热容低、密度小、换热性能差（比熔盐的换热系数通常小两个量级）等诸多特性，因此在有限的受热面上就很难产生高参数的过热蒸汽，这势必会影响到系统的发电效率；若通过增加吸热器的面积来提高蒸汽参数，就会带来吸热器面积增大、成本增加、热损高等附加问题；