一種槽式太陽能集熱發電系統的製作方法
2023-06-08 12:16:21 2
本發明涉及一種太陽能發電系統，尤其是一種槽式太陽能集熱發電系統，屬於太陽能發電技術領域。
背景技術：
聚光式太陽能熱發電技術作為太陽能利用的一種重要方式，已成為國際太陽能技術發展的重要方向，按照集熱器類型的不同，聚光式太陽能熱發電系統可分為槽式系統、塔式系統和碟式系統三大類，其中槽式太陽能集熱發電是目前最經濟的太陽能發電方式，並且只有槽式太陽能熱發電實現了商業化運行。
現有的槽式太陽能集熱發電系統的工作原理是：通過拋物面槽式聚光鏡將太陽光匯聚在焦線上，並在焦線上安裝集熱管吸收太陽輻射能，然後由集熱管內流動的導熱介質與水熱交換產生水蒸氣，再藉助水蒸氣動力循環發電。由於現有的槽式太陽能集熱發電系統中大多採用導熱油作為吸收太陽輻射能的熱載體，而導熱油的成本及運行壓力較高，且工作溫度上限一般為400℃，在不改變導熱介質的前提下，將難以實現更高的運行溫度；同時由於在現有的槽式太陽能集熱發電系統中以水為熱交換介質，通過水蒸氣驅動膨脹機帶動發電機發電，眾所周知水的沸點為100℃，與某些低沸點液體介質(如液態氟利昂)比較，產生高壓水蒸氣需要吸收較多的熱量，從而影響了系統的發電效率。另外現有的槽式太陽能集熱發電系統為解決在夜間或太陽輻照度低情況下持續作業問題，在太陽能發電系統中設置了一套儲能裝置，該儲能裝置採用具有保溫性能的熔鹽罐結構，以熔鹽介質存儲陽光充足狀態下收集的熱能，當罐內熔鹽溫度達不到要求時還可對熔鹽作升溫處理，但是現有的熔鹽罐、特別是容量較大的熔鹽罐不能保證罐內熔鹽溫度的均衡一致性，存在罐體內上下部溫差、罐體中部與罐體邊緣溫差，此外靠近進口部位的熔鹽溫度往往高於遠離進口的熔鹽溫度，熔鹽溫度的不一致影響了發電系統工作的穩定性。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對現有技術之弊端，提供一種槽式太陽能集熱發電系統，以提高太陽能發電的工作效率和穩定性、降低系統運行成本。
為實現上述目的，本發明所採用的技術方案是：
一種槽式太陽能集熱發電系統，包括追日聚光裝置、導熱介質循環管路、儲能裝置、熱交換蒸發器、膨脹機發電裝置、乏氣處理再循環裝置和PLC控制機構；所述追日聚光裝置設有聚光鏡、支撐機構和驅動機構，所述聚光鏡為拋物面形狀，通過可轉動的支撐軸安裝在支撐機構上，聚光鏡由驅動機構控制隨著太陽光的照射方向轉動，在聚光鏡的焦線上固定安裝集熱管，所述集熱管連通導熱介質循環管路；在所述導熱介質循環管路中以熔鹽為熱載體，並在導熱介質循環管路中設置儲能裝置；所述儲能裝置設有進、出熱交換蒸發器的熔鹽介質流通管路；所述熱交換蒸發器用於實現熔鹽介質與低沸點有機工質的能量交換，使低沸點有機工質蒸發後進入膨脹機發電裝置；所述膨脹機發電裝置包括膨脹機和發電機兩部分，所述膨脹機的乏氣出口與乏氣處理再循環裝置連通。
上述槽式太陽能集熱發電系統，所述低沸點有機工質優選液態氟利昂工質。
上述槽式太陽能集熱發電系統，所述儲能裝置設有兩個熔鹽儲罐，其中連通導熱介質循環管路進口的熔鹽儲罐為冷鹽罐，連通導熱介質循環管路出口的熔鹽儲罐為熱鹽罐，在冷鹽罐和熱鹽罐之間設置連通旁路，在所述連通旁路中設置開關閥。
上述槽式太陽能集熱發電系統，所述熔鹽儲罐包括罐體和安裝在罐體上部的頂蓋，所述頂蓋上設有熔鹽進口管和熔鹽出口管，在頂蓋上還裝配攪拌機構、加熱機構、測溫元件和熔鹽泵，所述攪拌機構包括攪拌電機、主攪拌器和一組輔助攪拌器，主攪拌器的軸線與罐體軸線共線，各輔助攪拌器均布在主攪拌器周邊，主攪拌器與攪拌電機傳動連接，主攪拌器經傳動組件與各輔助攪拌器傳動連接，主攪拌器葉片低於各輔助攪拌器葉片。
上述槽式太陽能集熱發電系統，所述追日聚光裝置中聚光鏡數量不少於兩組，所述支撐機構布置在每一組聚光鏡的兩端，在相鄰兩組聚光鏡之間的支撐機構上安裝用於控制聚光鏡轉動的驅動機構；所述驅動機構包括油缸和旋轉架總成，所述旋轉架總成設有固定座、旋轉軸、旋轉驅動臂和連接板，所述固定座安裝在支撐機構上，所述旋轉軸安裝在固定座上，旋轉軸兩端通過連接板連接聚光鏡的支撐軸，在旋轉軸上固定安裝旋轉驅動臂，所述旋轉驅動臂、油缸數量均為兩組，其中第一組旋轉驅動臂與第一組油缸的伸縮杆鉸接裝配，第二組旋轉驅動臂與第二組油缸的伸縮杆鉸接裝配，在與所述旋轉軸垂直的投影面上，第一組旋轉驅動臂與第二組旋轉驅動臂中心軸線的夾角為α，45°≤α≤150°。
上述槽式太陽能集熱發電系統，所述熱交換蒸發器設有殼體和盤旋在殼體空腔中的熱交換管；所述殼體的側壁上設有連通熱鹽罐與熱交換管的熔鹽介質進口、連通熱交換管與冷鹽罐的熔鹽介質出口，在殼體底部設置液態氟利昂工質進口，在殼體頂部設置氟利昂蒸氣出口，所述液態氟利昂工質進口與乏氣處理再循環裝置的出口連通，所述氟利昂蒸氣出口連通膨脹機發電裝置中膨脹機進氣機構。
上述槽式太陽能集熱發電系統，所述熱交換蒸發器的殼體上還設置用於監測液態氟利昂工質液面高度的液位計，所述液位計為磁性翻板液位計。
上述槽式太陽能集熱發電系統，所述乏氣處理再循環裝置包括油氣分離器、回油管路、冷凝器、冷卻水循環管路和儲液罐；所述油氣分離器為豎直設置的桶狀體，在油氣分離器的上部設置連通膨脹機乏氣出口的油氣混合物進口，油氣分離器的底部設有連通回油管路的排油口，分離出的油液經回油管路流回膨脹機的潤滑油供給機構，在油氣分離器的頂部設有氣體出口，氣體出口經管道連接冷凝器入口；所述冷凝器還與冷卻水循環管路連通，在冷凝器底部設有液體出口，液體出口經管道連接儲液罐，所述儲液罐的出口經出液管道連接熱交換蒸發器的液態氟利昂工質入口。
上述槽式太陽能集熱發電系統，所述油氣分離器內自上而下設置一次分離段和二次分離段，在一次分離段中並排設置數個分離折板，所述分離折板通過支撐杆固定在油氣分離器內壁上；在二次分離段中設有兩層以上倒圓錐形的分離鬥，在分離鬥內設有正圓錐形的分離錐，分離錐頂部設有氣體通道，分離鬥和分離錐由波浪形板製成。
上述槽式太陽能集熱發電系統，在所述乏氣處理再循環裝置中與油氣分離器連通的回油管路上設置回油泵；在所述乏氣處理再循環裝置的冷卻水循環管路中設置冷卻水塔，在冷卻水塔連接冷凝器的進水管路上安裝冷卻水泵；在所述乏氣處理再循環裝置的儲液罐的出液管道上設置液態氟利昂工質泵。
本發明在採用上述技術方案後，具有如下技術進步的效果：
本發明在導熱介質循環管路中採用熔鹽為熱載體，所述熔鹽是指鹽類物質加熱熔化後形成的液態物質，熔鹽與導熱油相比，在相同的壓力下可獲得更高的使用溫度，且熔鹽介質具有不爆炸、不燃燒、耐熱穩定性能好等優點，從而提高了導熱介質的傳熱係數；本發明以低沸點的液態氟利昂為熱交換介質，通過熱交換蒸發器可使液態氟利昂迅速氣化，再由氟利昂蒸氣驅動膨脹機帶動發電機發電，由此顯著提高了系統的發電效率。
本發明還對儲能裝置中的熔鹽罐的結構進行了改進，在雙層主輔攪拌器的作用下，實現了熔鹽罐內上下層熔鹽、靠近加熱裝置的和遠離加熱裝置熔鹽、靠近進口部位和遠離進口熔鹽快速、充分地混合均勻，保證輸出的熔鹽溫度均勻一致，從而有利於發電系統工作的穩定性。
本發明在儲能裝置的冷鹽罐和熱鹽罐之間設置連通旁路，並在所述連通旁路中設置開關閥，因此可實現導熱介質循環路線的切換，當太陽光充足條件下，熔鹽介質流經集熱管吸收太陽光輻射能量；在夜間或陰雨天氣情況下，熔鹽介質通過連通旁路循環流動，利用熔鹽介質儲存的熱量發電。
本發明通過熱交換蒸發器完成熔鹽介質與液態氟利昂工質的能量交換，並可通過安裝在熱交換蒸發器殼體上的液位計實時監測殼體內液態氟利昂工質的液面高度，以實現對乏氣處理再循環裝置中工質流量的精確控制。
本發明在追日聚光裝置的驅動機構中設置了兩組旋轉驅動臂和油缸，並且在與所述旋轉軸垂直的投影面上將第一組旋轉驅動臂與第二組旋轉驅動臂中心軸線夾角α數值設計為45°–150°，因此可通過第一組油缸與第二組油缸的配合保證聚光鏡在180°角度範圍內轉動，從而實現了充分吸收太陽的輻射能量、提高發電效率的目的。
本發明還改進了乏氣處理再循環裝置中油氣分離器的結構，在油氣分離器內設置了一次分離段和二次分離段，進入油氣分離器的油氣混合體先後經過一次分離段、二次分離段的分離，油氣混合物在經過多次碰撞摩擦後，油液在重力作用下流入油氣分離器底部，由排油口排出；分離出的氟利昂氣體在油氣分離器內上行，並經氣體出口排出，再進入冷凝器熱交換後轉換為液體進入儲液罐，因此本發明的油氣分離器無需附加動力裝置即可實現油氣徹底分離，分離效果好，節省能源。
綜上所述，本發明解決了現有技術中存在的導熱介質工作溫度低，熱交換工質沸點溫度高、氣化潛熱大，及儲能裝置中熔鹽溫度不一致的問題，不僅提高了發電系統的工作效率和穩定性，同時降低了系統的運行成本。
附圖說明
圖1是本發明所述槽式太陽能集熱發電系統的總布置圖；
圖2是追日聚光裝置示意圖；
圖3是圖2中A-A剖面結構示意圖；
圖4是旋轉架總成結構示意圖；
圖5是旋轉架總成側視圖(為清楚顯示兩組旋轉驅動臂結構，圖中省略了左側支撐板結構)；
圖6是集熱管、導熱介質循環管路、儲能裝置連接關係示意圖；
圖7是儲能裝置結構示意圖；
圖8是熱交換蒸發器結構示意圖；
圖9是乏氣處理再循環裝置示意圖；
圖10是油氣分離器結構示意圖。
圖中各標號表示為：
1、追日聚光裝置，1-1、聚光鏡，1-2、集熱管，1-3、支撐機構，1-4、驅動機構，1-4-1、油缸，1-4-2、旋轉架總成，1-4-2-1、固定座，1-4-2-2、旋轉軸，1-4-2-3、旋轉驅動臂，1-4-2-4、連接板；
2、導熱介質循環管路，2-1、連通旁路，2-2、開關閥；
3、儲能裝置，3-1、熔鹽進口管，3-2、輔助攪拌器，3-3、主攪拌器，3-4、攪拌電機，3-5、熔鹽罐，3-6、熔鹽出口管，3-7、測溫元件，3-8、加熱機構，3-9、罐體，3-10、頂蓋；
4、熱交換蒸發器，4-1、殼體，4-2、熔鹽介質進口，4-3、熱交換管，4-4、熔鹽介質出口，4-5、液態氟利昂工質進口，4-6、液位計，4-7、氟利昂蒸氣出口；
5、膨脹機發電裝置；
6、乏氣處理再循環裝置，6-1、油氣分離器，6-1-1、油氣混合物進口，6-1-2、氣體出口，6-1-3、分離折板，6-1-4、支撐杆，6-1-5、分離錐，6-1-6、分離鬥,6-1-7、排油口，6-2、回油管路，6-3、冷凝器，6-4、冷卻水塔，6-5、儲液罐，6-6、冷卻水泵，6-7、液態氟利昂工質泵，6-8、回油泵。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發明做進一步詳細說明：
參看圖1、圖2、圖3，本發明為一種槽式太陽能集熱發電系統，它包括追日聚光裝置1、導熱介質循環管路2、儲能裝置3、熱交換蒸發器4、膨脹機發電裝置5、乏氣處理再循環裝置6和PLC控制機構；所述追日聚光裝置1設有聚光鏡1-1、支撐機構1-3和驅動機構1-4，所述聚光鏡1-1為拋物面形狀，通過可轉動的支撐軸安裝在支撐機構1-3上，聚光鏡1-1由驅動機構1-4控制隨著太陽光的照射方向轉動，在聚光鏡的焦線上固定安裝集熱管1-2，所述集熱管1-2連通導熱介質循環管路2；在所述導熱介質循環管路2中以熔鹽為熱載體，並在導熱介質循環管路2中設置儲能裝置；所述儲能裝置3設有進、出熱交換蒸發器4的熔鹽介質流通管路；所述熱交換蒸發器4用於實現熔鹽介質與低沸點有機工質的能量交換，使低沸點有機工質蒸發後進入膨脹機發電裝置5，本發明的一個具體實施例是所述低沸點有機工質選用液態氟利昂，利用液態氟利昂氣化溫度低、氣化潛熱小的優點，提高有機工質的氣化效率；本發明中膨脹機發電裝置5包括膨脹機和發電機兩部分，由氟利昂蒸氣驅動膨脹機運轉，從而帶動發電機發電；本發明中膨脹機的乏氣出口與乏氣處理再循環裝置6連通，由膨脹機排出的乏氣經乏氣處理再循環裝置6處理後，再次進入熱交換蒸發器4中循環利用。
參看圖1至圖5，在本發明所述的槽式太陽能集熱發電系統中，所述追日聚光裝置1中聚光鏡1-1數量不少於兩組，所述支撐機構1-3布置在每一組聚光鏡1-1的兩端，在相鄰兩組聚光鏡之間的支撐機構1-3上安裝用於控制聚光鏡轉動的驅動機構1-4；所述驅動機構1-4包括油缸1-4-1和旋轉架總成1-4-2，所述旋轉架總成1-4-2設有固定座1-4-2-1、旋轉軸1-4-2-2、旋轉驅動臂1-4-2-3和連接板1-4-2-4，所述固定座1-4-2-1安裝在支撐機構1-3上，所述旋轉軸1-4-2-2安裝在固定座1-4-2-1上，旋轉軸1-4-2-2兩端通過連接板1-4-2-4連接聚光鏡1-1的支撐軸，在旋轉軸1-4-2-2上固定安裝旋轉驅動臂1-4-2-3，所述旋轉驅動臂1-4-2-3、油缸1-4-1數量均為兩組，其中第一組旋轉驅動臂與第一組油缸的伸縮杆鉸接裝配，第二組旋轉驅動臂與第二組油缸的伸縮杆鉸接裝配，在與所述旋轉軸1-4-2-2垂直的投影面上，第一組旋轉驅動臂與第二組旋轉驅動臂中心軸線的夾角為α，45°≤α≤150°，通過第一組油缸與第二組油缸的配合可保證聚光鏡1-1在180°角度範圍內轉動，從而實現了充分吸收太陽的輻射能量、提高發電效率的目的。
參看圖6，在本發明所述的槽式太陽能集熱發電系統中，所述儲能裝置3設有兩個熔鹽儲罐，其中連通導熱介質循環管路2進口的熔鹽儲罐為冷鹽罐，連通導熱介質循環管路2出口的熔鹽儲罐為熱鹽罐，在冷鹽罐和熱鹽罐之間設置連通旁路2-1，在所述連通旁路中設置開關閥2-2，可通過連通旁路2-1中開關閥2-2實現導熱介質循環路線的切換，當太陽光充足條件下，熔鹽介質流經集熱管1-2吸收太陽光輻射能量；在夜間或陰雨天氣情況下，熔鹽介質通過連通旁路2-1循環流動，利用熔鹽介質儲存的熱量發電。
參看圖7，在本發明所述的槽式太陽能集熱發電系統中，所述熔鹽儲罐包括罐體3-9和安裝在罐體3-9上部的頂蓋3-10，所述頂蓋3-10上設有熔鹽進口管3-1和熔鹽出口管3-6，在頂蓋3-10上還裝配攪拌機構、加熱機構3-8、測溫元件3-7和熔鹽泵3-5，所述攪拌機構包括攪拌電機3-4、主攪拌器3-3和一組輔助攪拌器3-2，主攪拌器3-3的軸線與罐體3-9軸線共線，各輔助攪拌器3-2均布在主攪拌器3-3周邊，主攪拌器3-3與攪拌電機3-4傳動連接，主攪拌器3-3經傳動組件與各輔助攪拌器3-2傳動連接，主攪拌器葉片低於各輔助攪拌器葉片。由於本發明的熔鹽儲罐採用了上述結構，因此可在雙層主輔攪拌器的作用下，實現熔鹽罐內上下層熔鹽、靠近加熱裝置的和遠離加熱裝置熔鹽、靠近進口部位和遠離進口熔鹽快速、充分地混合均勻，保證輸出的熔鹽溫度均勻一致，從而有利於發電系統工作的穩定性。
參看圖8，在本發明所述的槽式太陽能集熱發電系統中，所述熱交換蒸發器4設有殼體4-1和盤旋在殼體空腔中的熱交換管4-3；所述殼體4-1的側壁上設有連通熱鹽罐與熱交換管4-3的熔鹽介質進口4-2、連通熱交換管4-3與冷鹽罐的熔鹽介質出口4-4，在殼體4-1底部設置液態氟利昂工質進口4-5，在殼體4-1頂部設置氟利昂蒸氣出口4-7，所述液態氟利昂工質進口4-5與乏氣處理再循環裝置6的出口連通，所述氟利昂蒸氣出口4-7連通膨脹機發電裝置5中膨脹機的進氣機構；在殼體4-1上還設置液位計4-6，所述液位計4-6為磁性翻板液位計，可通過液位計4-6實時監測殼體4-1內液態氟利昂工質的液面高度，以實現對乏氣處理再循環裝置6中工質流量的精確控制。
參看圖9，在本發明所述的槽式太陽能集熱發電系統中，所述乏氣處理再循環裝置6包括油氣分離器6-1、回油管路6-2、冷凝器6-3、冷卻水循環管路和儲液罐6-5；在所述乏氣處理再循環裝置6中的回油管路6-2中設置回油泵6-8；在所述乏氣處理再循環裝置的冷卻水循環管路中設置冷卻水塔6-4，在冷卻水塔連接冷凝器的進水管路上安裝冷卻水泵6-6；在所述乏氣處理再循環裝置儲液罐的出液管道上設置液態氟利昂工質泵6-7。
參看圖9、圖10，所述油氣分離器6-1為豎直設置的桶狀體，在油氣分離器6-1的上部設置連通膨脹機乏氣出口的油氣混合物進口6-1-1，油氣分離器6-1的底部設有連通回油管路6-2的排油口6-1-7，分離出的油液經回油管路6-2流回膨脹機的潤滑油供給機構，在油氣分離器6-1的頂部設有氣體出口6-1-2，氣體出口6-1-2經管道連接冷凝器6-3入口；所述冷凝器6-3還與冷卻水循環管路連通，在冷凝器6-3底部設有液體出口，液體出口經管道連接儲液罐6-5，所述儲液罐6-5的出口經出液管道連接熱交換蒸發器4的液態氟利昂工質入口4-5；所述油氣分離器6-1內自上而下設置一次分離段和二次分離段，在一次分離段中並排設置數個分離折板6-1-3，所述分離折板6-1-3通過支撐杆6-1-4固定在油氣分離器內壁上；在二次分離段中設有兩層以上倒圓錐形的分離鬥6-1-6，在分離鬥6-1-6內設有正圓錐形的分離錐6-1-5，分離錐6-1-5頂部設有氣體通道，分離鬥6-1-6和分離錐6-1-5由波浪形板製成。由於本發明在油氣分離器6-1內設置了一次分離段和二次分離段，進入油氣分離器6-1的油氣混合體先後經過一次分離段、二次分離段的分離，油氣混合物在經過多次碰撞摩擦後，油液在重力作用下流入油氣分離器6-1底部，由排油口6-1-7排出；分離出的氟利昂氣體在油氣分離器6-1內上行，並經氣體出口6-1-2排出，再進入冷凝器6-3與冷卻水熱交換後轉換為液體進入儲液罐6-5，因此本發明的油氣分離器6-1無需附加動力裝置即可實現油氣徹底分離，分離效果好，節省能源。