混合工質分散式低溫太陽能熱力發電系統及發電工藝的製作方法

2023-10-28 07:44:32 1

專利名稱：混合工質分散式低溫太陽能熱力發電系統及發電工藝的製作方法
混合工質分t^^m:陽能熱力發電系,發電工藝獄領域本發明涉及一種混合工質分K:低駄陽倉總力發電系艦發虹藝，是一種太陽能低溫熱能 動力回收的工質及發電系統，屬於資源與環境技術領域。 背景獄電力妒在工農業生產中扮演^ 越重要的角色，可以說電力供應^^社會發展的)S5頁。 一個世紀以來，電力:oik都^^重地髓於煤割七石燃料，雖然近年來隨難臨界朗衛盾環難術 的應用，煤電效率逐步提高(現在世界上織技術EM會鵬蚯50"/。的熱效率)，但電力:oik依然是 二氧化皿二氧化硫嚴重環境汙 /主要的排放源，同時隨著化石燃料的,，，的i^和難度 ^*越大，因此加;^t新能源開發的力度，從而逐漸》跪國民妒及生^i禾就化石燃料的娜 程度，是人^^、然面臨的唯一選擇。太陽是一切會遣的源泉，解決人類能源危機的關鍵 ，太 陽會喧接的高效開發和禾,，國外已在這方面做了一些工作，{&±要是在工質為水蒸汽的高 陽 能熱力發電系統方面的研究，可分為槽式聚焦、塔式聚焦M式聚焦太陽能熱力發te大系統。如美國與以色列齢的LUZ公司於1980年開始研製的槽式線聚焦系統，其朗tti環的工質^7K，是 細蒸^&機驅動發電tlia行發電的，現在已經實現了容量14-80MW系列電力設備的產品化，如該 公司於1985-1991年間先後在美國的加洲南部的莫亞夫(Mojave)沙漠中建成的9座大型商用槽式 拋物面鏡線聚焦太陽能熱力發電系統(SEGSI-SEGSIX)，總容量為354MW，年發電量為10.8億度， 系統效率是13.6%，聽費用在3011 -5976 ^￡/千瓦，發電j^tt 12-26. 3美分/度；又如美國於 1982年4月在加洲南部Barstowl5f逝的沙漠誠"太陽一號"的示範性塔駄陽能熱力發暢統也^^用蒸汽m&inj:電模式，其發電容量為10MW，由於該裝置可以提高系統的ig[sag到565-1049°C，其的總發電效率可以超U 25-28%;由於^i:陽倉撥電系^S可以將系統的短亍， 提高到750-1382X:，還可以獲得更高的效率，美國正在大力研究這類樣機。人類真正實現"^: 逐日"的神話的步伐在急速加快。對分散式低溫太陽能熱力發電系統的研究相對較少，僅有的一 些研究也是針對使用純工質的熱力系統，而且都是處於十分初級的實驗階段，凝汽器分採用水冷和空冷的兩種，但從今後的實際應用來看空冷的更有實際意義。在採用空冷的情況下，空氣側空 氣在進出口就存在比較大的溫升，如採用純X^就必然造成凝結器中傳，差不可逆損失的增加， 導致系統的發電效率不高。 發明內容本發明的目的是掛共一種混合工質分t^:低駄陽能熱力發暢^M:電工藝，踐用特定配 比的二元混合工質作為循環工質的分散式低 陽能熱力發電系統，該系統可最大限度將低密度的 太陽能轉換為高品位的電能，該工藝採用混合工質的變溫蒸發汽化特性與變溫凝結液化特性降低 板式加熱器及直接空冷凝汽器中的熵增，明顯地提高發電效率，同時在系統中設置了儲熱措施， 使之更能適應太陽能弓破的變化需要，對於推動分散式低溫太陽能熱力發電技術有著重大的意義。解決發明的技術問^M採用的方案是本發明的發電系統包括三個迴路，首先是太陽能儲熱迴路，裡面走導熱油(或水)，之後是中間 熱媒迴路，裡面走油(或7J0，它的作用是把熱量傳輸給下面迴路中的混合工質，最後是低沸點混合 工質動力循環迴路，這個迴路中的混合工質與中間熱媒中的熱油(水)ilii板式換熱器來交換熱 量。太陽能儲熱迴路為儲熱罐的底部通過太陽能熱油循環管及電控閥門接入熱油循環泵，再接到太陽倉瞧熱加熱器的進口，太陽會讓熱加，的出口i!Jlt^接至lJ儲熱罐的上部；中間熱媒迴路分有兩種情況:第一種情況，在太陽倉據熱加熱器的出口溫度達到^il設計值時，此時太陽強度大， 電控閥VI和V3開啟，V2關閉，從太陽能加熱器來的熱油:一路M管道接到板式換熱器的熱油進口 相連，板式換熱器的熱油出口接至循環泵的入口，在板式換熱器中把熱量傳遞給循環工風再被循 環泵艦管腿至呔陽能加熱器的回油接口，另外一離入儲熱罐的上部進行儲熱，再從儲熱罐的出口通3ii幡環泵的入口 ；第二種瞎況是在太陽畲讓熱加熱器的出口鵬低於設計值時，此時太陽強度不夠，電控閥VI和V3關閉,V2開啟，此時從太陽能加熱器出來的熱油經過儲熱罐的再次加 熱，經過V2進入板式換賣織；低沸點混合工質動力循環迴路為透flf汽出口通過掃阬管道與空冷凝汽器相連，空冷凝汽器出口艦髓接至工質儲液器入口，工質儲液器出口接到工質加壓泵的 入口，工質加壓泵的出口通過管道接到喊換熱器的冷流體入口處，板式換熱器的冷流體出口又通過管道接入汽液分離器的入口處，汽液分離器的幹飽和蒸汽出口通過管道與有mit平的主蒸汽入口相連，有+腿平3131聯軸及變速機構驅動發電機。該發電系統動力循環使用正，(C孔2)(或其同分異構體)與正己烷(QiJ (或其同分異構體)組 成的二元非共沸混合工質,按正虎垸(C孔2)(或其同分異構體)的摩爾濃度為10-90%配製；該發電系統使用常壓或低壓(幼.6MPa)太陽能熱油冰)系統汰陽能集熱器可為板式或真空 管式)，太陽能熱油(水)系統中的循環工質可以採用導熱油或者水，其出口 在60 。C以上；該發電系統能蓄存太陽能的熱能。該發電系統用於容量在100Kw之內的分散式發電場合。該發電系統的凝汽器採用空氣冷卻器的直接空冷方式。工藝為(1) 按需要的發電容量配備太陽會漠熱器及其循環管路；(2) 根據朗肯循環系^;;f需的工質的循環量及管道壓降要求安裝好動力循環所需要的銅管路；(3) 安裝並連接好有t腿平(或膨脹機)、板式熱交換器加熱蒸發器)、凝汽器、儲液器、 汽液分離器、工質加壓泵、儲熱罐及閥門等設備、配件；(4) 根據管路容積計算工質充注量，將正1^(C孔2)或其同分異構體與正己烷(C6FU或其同分 異構體按正，(C孔2)或其同分異構體的摩爾濃度為10-90%計量充入循環管路中。工作原理為太陽倉總油(水)循環泵將從板式換熱器回來的離較低的熱油(水)，打太陽 倉瞧熱加繊的加熱,加熱後的熱油冰)用管道輸送到板式換熱器和儲熱器中換熱,M在熱油 (水)管路上設置電控閥實現在太陽光強度大的時候同時發電及儲熱，在太陽倉據熱器加熱量不足 時從集熱器出來的熱油艦儲鄉的再熱，之後送至販式換鄉中去加熱工質流體；鵬較高的熱油(水)從儲熱油冰)箱的上部接出到喊換熱器在板式換熱器中把熱量傳 遞給熱動發電迴路中的混合工質，使其蒸發汽化，降溫後的熱媒油(水)被循環泵加,回太陽能 集熱器加熱；板式換熱器加熱產生的混合工質蒸汽流入汽液分離器，液體被分離下來，重新被板式換熱器加 熱汽化,幹蒸汽順主蒸汽管導A3t平( 脹機)膨脹做功，帶動發電機工作發電，膨脹做功後的低壓蒸汽被排汽管輸送到空冷凝汽器中凝結為液體，再流入工質儲液器中，再被工質加壓泵吸入加壓成為蒸發壓力下的高壓液體，fflil管路送到板式換熱器中被太陽能的熱水(油)加熱蒸發，完成一個循環。本發明的有益效果是(1) 直接將低密度的太陽能產生的20(TC以內的熱油(或水)具有的熱量高效地轉換為高品位 的電能。(2) 實現了清潔發電過程的真正翻瞰；(3) 實現了個性化的分散式發電，可以作為陽光充足的近遠山區或者無法取得集中電力的地區 的電力保障系統。(4) 可以實5tt陽能熱量的儲存調節作用，更能滿足太陽能發電的實際應用。


圖1為本發明技術方案的工藝流程圖。圖1中，有t/l3t平(或膨脹機)1、勵磁交流發電豐幾2、空冷式凝汽器3、工質儲液器4、工質 加壓泵5、板式換熱器6、汽液分離器7、進汽調節裝置8,、緊急Mffi裝置9、太陽能真空管集熱加 熱器10、熱油(水)循環泵11、太陽能儲熱罐12、太陽能熱油(水)循環管13、銅管14。 VI， V2, V3 為電控閥，當陽光充足時，V2關閉,VI， V3開啟，可以同時發電及儲孰當陽光不足時，V2開啟,VI， V3 關閉,可以利用儲熱器12中的熱量對熱油進行再熱。具體實舫式實施例太陽能熱油(水)循環管從儲熱罐12的底部接出，接入循環泵ll的進口，再接入太陽能加熱器10的進口，加熱後的熱油(水)用管道接到儲熱罐12的上部及板式換熱微的入口位置， 在油冰)管路上設置電控閥V1、 V2、 V3，可以實現利用儲熱罐12進行儲熱及加熱熱媒油(水)的轉換 功能。間熱媒油(7K)從儲熱罐12的下部接出到板式換，6，在板式換熱器中把熱量傳遞給熱動發 電迴路中的混合工質，降溫後的熱媒油冰)被循環泵ll加壓送回太陽能集熱器加熱。板式換熱器6加熱產生的混合工質蒸汽fiA汽液分離器7，液#^皮分離下來，重新被板式換熱器6加熱汽化,幹蒸，頃主蒸汽管導A3t平( 脹機)1膨脹做功，帶動發電機2工作發電,膨脹 做功後的低壓蒸汽被擁的管輸送到空冷凝汽器3中凝結為液體再流AX質儲液器4中，再被工質 加壓泵5吸入加壓成為蒸發壓力下的高壓液體,i!31管路送到板式換熱器6中被太陽能的熱油(水) 加熱蒸發,完成一個循環。某高原山區偏遠農家，無法敷設電力供應的線路及設施，經統計其生活用電負荷在3KW左右(主 要用電峰值錯開)，幫建一個太陽能熱力發電系統(容量為5KW)，經熱力計算，在其屋面安裝870 根58U型真空管(d58x2100)太陽會讓熱加熱器(按600-700w/ m2的集熱弓破計算)，太陽能儲熱 迴路採用自然循環方式，中間熱媒採用泵機械循環方式式，中間熱媒採用水，太陽能儲熱罐的容 積為3.5m3，集熱器的出水溫度為93'C，回7jC溫度為83i:，太陽能熱水循環管及中間熱媒管路採用 50mm厚發泡橡塑管殼保溫，中間熱^7X與動力循環工質間採用板式換熱器，採用將正鵬(C5H12) 與正己烷(C6H14)按正雌(C5H12)的摩爾濃度為60%的混合工質作為動力循環的工質，工質循環回 路採用銅管dl2xl，換熱器到透平間的工質銅管採用50mm厚發泡橡塑管殼保溫絕熱，工質加壓泵採 用流量為1500kg/h的屏麟，排出壓力為0.4MPa，採用空冷凝結器，凝結器避免太陽直曬、周圍2 米範圍內無障礙物以保持空氣暢通，採用特製螺杆膨脹動力機(5Kw)及勵磁發電機，其餘設備配件 按圖連接。
權利要求
1、一種混合工質分散式低溫太陽能熱力發電系統，其特徵是該系統包括太陽能儲熱迴路、中間熱媒迴路、低沸點混合工質動力循環迴路，太陽能儲熱迴路為儲熱罐(12)的底部通過太陽能熱油循環管(13)及電控閥門(V3)接入熱油循環泵(11)，再接到太陽能集熱加熱器(10)的進口，太陽能集熱加熱器(10)的出口通過管道接到儲熱罐(12)的上部；中間熱媒迴路分有兩種情況第一種情況，在太陽能集熱加熱器(10)的出口溫度達到或超過設計值時，此時太陽強度大，電控閥V1和V3開啟，V2關閉，從太陽能加熱器(10)來的熱油一路通過管道接到板式換熱器(6)的熱油進口相連，板式換熱器(6)的熱油出口接至循環泵(11)的入口，在板式換熱器(6)中把熱量傳遞給循環工質，再被循環泵(11)通過管道送到太陽能加熱器(10))的回油接口，另外一路接入儲熱罐(12)的上部進行儲熱，再從儲熱罐(12)的出口通過V3到循環泵(11)的入口；第二種情況是在太陽能集熱加熱器(10)的出口溫度低於設計值時，此時太陽強度不夠，電控閥V1和V3關閉，V2開啟，此時從太陽能加熱器(10)出來的熱油再經過儲熱罐(12)的再次加熱，經過V2進入板式換熱器(6)；低沸點混合工質動力循環迴路為透平(1)排汽出口通過排汽管道與空冷凝汽器(3)相連，空冷凝汽器(3)出口通過管道接至工質儲液器(4)入口，工質儲液器(4)出口接到工質加壓泵(5)的入口，工質加壓泵(5)的出口通過管道接到板式換熱器(6)的冷流體入口處，板式換熱器(6)的冷流體出口又通過管道接入汽液分離器(7)的入口處，汽液分離器(7)的幹飽和蒸汽出口通過管道與有機透平(1)的主蒸汽入口相連，有機透平(1)通過聯軸及變速機構驅動發電機(2)。
2、 如權利要求l所述的混合工質分散式低溫太陽能熱力發電系統，其特徵是該發電 系統動力循環使用正戊垸與正己垸組成的二元非共沸混合工質，按正戊烷的摩爾濃度為 10-90%配製；
3、 如權利要求l所述的混合工質分散式低溫太陽能熱力發電系統，其特徵是該發電系統使用常壓也可為《0. 6Mpa的低壓太陽能集熱器，可為板式或真空管式，太陽能儲熱系統 中的工質可以採用導熱油或者水，其出口溫度在60 'C以上；
4、 如權利要求l所述的混合工質分散式低溫太陽能熱力發電系統，其特徵是該發電系統用於容量在100Kw之內的分散式發電場合。
5、 如權利要求l所述的混合工質分散式低溫太陽能熱力發電系統，其特徵是該發電 系統的凝汽器採用空氣冷卻器的直接空冷方式。
6、 一種混合工質分散式低溫太陽能熱力發電工藝，其特徵是(1) 按需要的發電容量配備太陽能集熱器及其循環管路；(2) 根據朗肯循環系統所需工質的循環量及管路壓降要求安裝好動力循環所需要的銅管路；(3) 安裝並連接好有機透平、板式熱交換器、凝結器、儲液器、汽液分離器、工質加 壓泵、儲熱罐及閥門等設備、配件；(4) 根據管路容積計算工質充注量，將正戊烷或其同分異構體與正己烷或其同分異構 體按正戊烷或其同分異構體的摩爾濃度為10-90%計量充入循環管路中。
全文摘要
本發明涉及一種混合工質分散式低溫太陽能熱力發電系統，為太陽能直接利用的方法，屬於資源與環境技術領域。按發電容量配備太陽能集熱加熱器及其循環管路；安裝並連接好板式熱交換器(加熱蒸發器)、凝汽器、儲液器、汽液分離器、工質加壓泵、儲熱罐及閥門等設備、配件；根據管路容積計算工質充注量，將正戊烷(C5H12)(或其同分異構體)和正己烷(C6H14)(或其同分異構體)按正戊烷(C5H12)(或其同分異構體)的摩爾濃度為10-90％配製成混合工質計量充入循環管路中。本發明可以直接將低密度的太陽能高效地轉換為高品位的電能，實現真正零排放的潔淨髮電過程，避免了傳統區域集中大型發電系統的電力線損及巨大的輸配電系統的投資和維護。
文檔編號F01K25/06GK101307751SQ20081005862
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月3日 優先權日2008年7月3日
發明者冷婷婷, 華 王, 王仕博, 王輝濤 申請人:昆明理工大學