一种水介质储热发电供蒸汽系统的制作方法

1.本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种水介质储热发电供蒸汽系统。


背景技术：

2.随着工业发展和能源消费的快速增长，能源安全和环境污染问题日益严重，国家的环保力度不断加大，全国各地对燃煤锅炉采取整改行动取得了显著的效果，大力推进清洁生产、调整能源结构是必然趋势。太阳能作为重要的可再生能源，资源充足、长寿、分布广泛、安全、清洁以及技术可靠的优点，开发利用太阳能可以显著减少环境污染，缓解能源危机，有望成为化石能源的重要替代能源。
3.目前，以太阳能源设计的供蒸汽装置主要是以光热利用为主，电热为辅的锅炉供蒸汽系统，但未配备储热装置，运行经济性较差。随着技术发展，这类型的装置配备了储热设备，但是储热介质以熔盐为主，但是熔盐不能直接供蒸汽，需与水介质进行热交换来加热水提供蒸汽，这种方式能量损失大，成本高。因此急需一种能够集储热、供蒸汽、发电为一体的设备对于目前本领域来说是迫切需要的。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提出了一种水介质储热发电供蒸汽系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题，本发明能够充分利用太阳能资源，实现最优配合，实现以蒸汽供应为主的储热、发电。
5.为实现上述技术方案，本发明提供了一种水介质储热发电供蒸汽系统，包括集热并加热水介质单元、储热单元和发电供蒸汽单元；所述集热并加热水介质单元包括低温水储水器以及并联的第一吸热器和第二吸热器；低压水储水器的出口分别与第一吸热器和第二吸热器的入口连通；所述发电供蒸汽单元包括b口供蒸汽通道连通、汽轮机以及发电机；高压汽轮机与发电机电连接；所述高压汽轮机的入口分别与第一吸热器和第二吸热器的出口连通；所述高压汽轮机的出口与b口供蒸汽通道连通；所述储热单元由多个高温高压水存储器组成；所述第一吸热器和第二吸热器的出口与高温高压水存储器的底端入口连通；高温高压水存储器的顶端出口与高压汽轮机的入口连通；高温高压水存储器的另一出口与低温水储水器的出口连通。
6.进一步地，还包括平衡储汽罐，所述平衡储汽罐的入口分别与第一吸热器和第二吸热器的出口连通；所述平衡储汽罐的出口与高压汽轮机入口连通。
7.进一步地，所述低温水储水器入口安装有净化补水器，净化补水器给低温水储水器补给经处理的纯净水。
8.进一步地，还包括第一跟踪聚光镜和第二跟踪聚光镜；所述第一跟踪聚光镜和第二跟踪聚光镜分别为第一吸热器和第二吸热器提供聚集的太阳热量。
9.进一步地，所述净化补水器和低温水储水器之间连接有第一水泵和第一阀门；所
述低温水储水器的出口顺次连接有第二水泵和第二阀门。
10.进一步地，所述第二阀门与第一吸热器和第二吸热器之间分连接有第一控流阀和第二控流阀；所述第一吸热器和第二吸热器出口均设有第一传感器和第二传感器。
11.进一步地，所述高温高压水存储器的底端入口设有第六阀门；高温高压水存储器的另一出口与第二控流阀之间顺次连接有第三水泵和第五阀门；所述高温高压储水储热器上设有第三传感器；高温高压储水储热器顶端出口设有第四阀门。
12.进一步地，所述高温高压储水储热器采用钢铁等金属材料制成，耐压25mpa以上，耐高温370℃以上。
13.进一步地，还包括中低压汽轮机组、冷凝器、冷凝水存储器以及第四水泵；所述中低压汽轮机组的入口与高压汽轮机出口连通；中低压汽轮机组的末端出口与冷凝器入口连通，冷凝器出口与冷凝水存储器入口连通，冷凝水存储器出口通过第四循环泵与低温水存储器入口连通。
14.进一步地，在冷凝器存储器处还设有用以抽真空的真空泵；冷凝器外设有给冷凝器停供冷量的冷却塔。
15.与现有技术相比，本发明具有以下优势：本发明水介质储热发电供蒸汽系统能够持续稳定供应蒸汽，是一种集产热、储热、供热、发电于一体的供蒸汽系统；能够在不投资建设燃气锅炉的前提下，满足阴雨天和夜间工业蒸汽需求，且能够替代现有污染排放的燃气、燃油或燃煤锅炉；同时，本系统直接采用水为储热介质，然后直接用于汽轮机做功和供蒸汽，避免了熔盐或者导热油为储热介质要与工作介质之间进行热交换的能量损失，提高热利用效率。
附图说明
16.图1为本发明水介质储热发电供蒸汽系统的结构示意图。
17.图2为本发明水介质储热发电供蒸汽系统的优化结构示意图。
18.图中：1、净化补水器；2、低温水储水器；31、第一跟踪聚光镜；32、第二跟踪聚光镜；41、第一吸热器；42、第二吸热器；51、第一传感器；52、第二传感器；53、第三传感器；61、第一阀门；62、第二阀门；63、第三阀门；64、第四阀门；65、第五阀门；66、第六阀门；67、第七阀门；68、第八阀门；69、第九发明；71、第一水泵；72、第二水泵；73、第三水泵；74、第四水泵；81、第一控流阀；82、第二控流阀；9、平衡储汽罐；10、汽轮机；11、发电机；12、冷凝器；13、冷凝水存储器；14、真空泵；15、高温高压水存储器；16、冷却塔。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
20.参考图1所示的本发明水介质储热发电供蒸汽系统，包括集热并加热水介质单元、储热单元和发电供蒸汽单元；所述集热并加热水介质单元包括净化补水器1、低温水储水器2、第一跟踪聚光镜31、第二跟踪聚光镜32、以及并联的第一吸热器41和第二吸热器42；所述
净化补水器1出口与低温水储水器2入口连通；低压水储水器2的出口分别连通第一吸热器41和第二吸热器42的入口；第一跟踪聚光镜31和第二跟踪聚光镜32分别为第一吸热器41和第二吸热器42提供聚集的热量；所述发电供蒸汽单元包括平衡储汽罐9、汽轮机10以及发电机11；所述平衡储汽罐9的入口分别与第一吸热器41和第二吸热器42的出口连通；所述平衡储汽罐9的出口与高压汽轮机10入口连通；高压汽轮机10与发电机11电连接；所述高压汽轮机10的出口与b口供蒸汽通道连通；所述储热单元由多个高温高压水存储器15组成；所述第一吸热器41和第二吸热器42的出口与高温高压水存储器15的底端入口连通；高温高压水存储器15的顶端出口与平衡储汽罐9的入口连通；高温高压水存储器15的另一出口与低温水储水器2的出口连通。
21.请参考图1所示，所述净化补水器1和低温水储水器2之间还顺次连接有第一水泵71和第一阀门61，且第一水泵71和第一阀门61位置可以互换。
22.所述低温水储水器2的出口顺次连接有第二水泵72和第二阀门62，且第二水泵72和第二阀门62位置可以互换。
23.所述第二阀门62与第一吸热器41和第二吸热器42之间分连接有第一控流阀81和第二控流阀82。
24.所述第一吸热器41和第二吸热器42出口均设有第一传感器51和第二传感器52；第一传感器51和第二传感器52分别检测第一吸热器41和第二吸热器42出口的输出介质温度，这样第一控流阀81和第二控流阀82根据该输出温度控制进水量的大小，使第一吸热器41和第二吸热器42输出是高温高压的水蒸汽或高温高压的饱和水。
25.所述第一传感器51和第二传感器52之间连接有第七阀门67；所述高温高压水存储器15的底端入口设有第六阀门66；高温高压水存储器15的另一出口与第二控流阀82之间顺次连接有第三水泵73和第五阀门65，且第三水泵73和第五阀门65位置可以互换；高温高压储水储热器15上设有第三传感器53，检测高温高压储水储热器15内压力、水位和水蒸汽温度；高温高压储水储热器15顶端出口设有第四阀门64。
26.所述第二水泵72是高压水泵；第三水泵73是中高温水泵。
27.所述净化补水器1通过a口吸入生活用水经过处理，根据需要给低温水储水器2补充足够的循环纯净水。
28.所述b口供蒸汽通道与水蒸汽需求端连通。
29.所述高温高压储水储热器采用钢铁等金属材料制成，耐压25mpa以上，耐高温370℃以上。
30.由于吸热器和储热单元输出的蒸汽都是不稳定的，所述平衡储汽罐40是为了给汽轮机提供稳定的蒸汽而设计的，避免蒸汽对汽轮机形成冲击。
31.如图1所示，本发明水介质储热发电供蒸汽系统的具体循环工作模式至少包括五种工作模式，分别为集热直接蒸汽工作模式、集热同时供蒸汽和储热工作模式、集热只储热工作模式、储热供蒸汽工作模式和集热与储热同时供蒸汽模式。
32.集热直接蒸汽工作模式：在太阳光照热量仅供用户端蒸汽需求时，关闭第四阀门64和第六阀门66，其他阀门均开启；第一水泵71通过净化补水器给低温水储水器2输送足够的纯净水，低温水存储器5内的低温水经第二水泵72分别送到第一吸热器41和第二吸热器42；低温水在分别在第一吸热器41和第二吸热器内吸收来自第一聚光镜31和第二聚光镜聚
集的太阳能量产生高温高压过热水蒸汽，然后高温高压过热蒸汽进入平衡储汽罐9，最后平衡储汽罐9内蒸汽稳定的进入高压汽轮机10，推动高压汽轮机10，由高压汽轮机10带动发电机11发电。同时经过一次的做功的高温高压水蒸汽变为中温的水蒸汽经b供蒸汽通道连通提供给蒸汽需求端。在此过程中，第一控流阀81和第二控流阀82根据第一传感器51和第二传感器52的温度和压力信号来控制进水量的大小，使第一吸热器41和第二吸热器42输出是高温高压的过热水蒸汽。
33.集热同时供蒸汽和储热工作模式：在太阳光照强，蒸汽用户端蒸汽需求用不完时，第四阀门64和第七阀门67关闭，其他阀门均打开；储热单元的高温高压储水储热器15组通过内部调节，把高温高压储水储热器15中剩余的中温水集中放置到几组高温高压储水储热器15中，空出几组高温高压储水储热器15；第一吸热器41输出的高温高压的过热水蒸汽用于发电供蒸汽工作循环模式；根据第二传感器52的反馈，第二控流阀82控制第二吸热器42中水的流量，第二吸热器42中的水通过吸收第二聚光镜32聚集的热量，变为成为高温高压的饱和水，高温高压的饱和水从空的高温高压储水储热器15底部进入高温高压储水储热器15，完成储热循环。同时集中装有中温水的高温高压储水储热器15内的中温水经第三水泵73送入第一吸热器41或者第二吸热器42中再循环加热。在此过程中，第一控流阀81和第二控流阀82根据第一传感器51和第二传感器52的温度和压力信号来控制进水量的大小，使第一吸热器41是高温高压的过热水蒸汽，第二吸热器42输出高温高压的饱和水。
34.集热只储热工作模式：在有太阳光照，蒸汽用户端对蒸汽没有需求时，第三阀门63和第四阀门64关闭，其他阀门均打开；储热单元的高温高压储水储热器15组通过内部调节，把高温高压储水储热器15中剩余的中温水集中放置到几组高温高压储水储热器15中，空出几组高温高压储水储热器15；根据第一传感器51和第二传感器52的反馈，第一控流阀81和第二控流阀82分别控制第一吸热器41和第二吸热器中水的流量，使第一吸热器41和第二吸热器42中的水通过吸收对应的聚光镜聚集的热量，变为成为高温高压的饱和水，高温高压的饱和水从空的高温高压储水储热器15底部进入高温高压储水储热器15，完成储热工作模式。同时集中装有中温水的高温高压储水储热器15内的中温水经第三水泵73送入第一吸热器41和第二吸热器42中再循环。
35.储热供蒸汽工作模式：在夜晚、雨天等太阳光照不足的情形下，第四阀门64开启，其余阀门都关闭；储存在高温高压储水储热器15高温高压的饱和水经第四阀门64的减压将部分饱和水化为饱和蒸汽进入平衡储汽罐9，平衡储汽罐9内的蒸汽稳定进入高压汽轮机10，进行膨胀推动高压汽轮机10，由高压汽轮机10带动发电机11发电。同时经过一次的做功的高温高压水蒸汽变为中温的水蒸汽经b供蒸汽通道提供给蒸汽需求端，完成储热供蒸汽工作模式。
36.集热与储热同时供蒸汽模式：在有太阳光照，蒸汽用户端对蒸汽需求不能满足时，第五阀门65和第六阀门66关闭，其他阀门均打开；第一吸热器41和第二吸热器内吸收来自第一聚光镜31和第二聚光镜聚集的太阳能量产生高温高压过热水蒸汽，然后高温高压过热蒸汽进入平衡储汽罐9；同时，储存在高温高压储水储热器15高温高压的饱和水经第四阀门64的减压将部分饱和水化为饱和蒸汽也进入平衡储汽罐9；然后平衡储汽罐9内蒸汽稳定的进入高压汽轮机10，膨胀推动高压汽轮机10，由高压汽轮机10带动发电机11发电。同时经过一次的做功的高温高压水蒸汽变为中温的水蒸汽经b供蒸汽通道连通提供给蒸汽需求端。
37.请参考图2所示，与图1所示系统相比，还包括中低压汽轮机10组、冷凝器12、冷凝水存储器13、真空泵14、冷却塔16以及第四水泵74。
38.如图2所示，所述中低压汽轮机10组的入口与高压汽轮机10出口连通；中低压汽轮机10组的末端出口与冷凝器12入口连通，冷凝器12出口与冷凝水存储器13入口连通，冷凝水存储器13出口依次通过第四循环泵74和第八阀门68与低温水存储器2入口连通；所述真空泵14安装在冷凝器存储器13上，用于抽真空，避免负压系统内有空气进入；所述冷却塔16给冷凝器12停供冷量，用于冷却冷凝器中的介质；所述b供蒸汽通道的入口还设有第九阀门69。其他部件的安装与图1相同，其工作方法也相同。
39.如图2所示，当蒸汽供应大于需求，通过第九阀门69来控制蒸汽需求，多余的蒸汽直接进入中低压汽轮机10组，推动中低压汽轮机10做功，汽轮机10做功产生的能量通过发电机11以电能形式输出。做功后的水进入冷凝器12内，并通过冷却塔12释放剩余热量。放热后的低温水从冷凝器12进入冷凝水存储器13，然后回到低温水存储器2中，开始下一轮循环。同时为了避免整个系统在水介质循环中有空气进入，启动真空泵14来抽取冷凝水存储器13的空气，保持整个循环始终在真空中进行。其他部件的工作方法与图1一样。
40.本发明水介质储热发电供蒸汽系统具有以下有益效果：1、能够持续稳定供应蒸汽，是一种集产热、储热、供热、发电于一体的供蒸汽系统；2、能够在不投资建设燃气锅炉的前提下，满足阴雨天和夜间工业蒸汽需求，且能够替代现有污染排放的燃气、燃油或燃煤锅炉；3、本系统直接采用水为储热介质，然后直接用于汽轮机做功和供蒸汽，避免了熔盐或者导热油为储热介质要与工作介质之间进行热交换的能量损失，提高热利用效率；4、在供蒸汽之前先利用过饱和蒸汽进行一次做功发电，降低饱和蒸汽的压力，以满足蒸汽需求端的蒸汽压力要求，这样最大化的利用太阳能，提高热利用效率；5、能够随着蒸汽需求量调整工作方式，根据用蒸汽优化调节供蒸汽效率，将多种工作模式结合与替换，提高产能利用率。
41.需要说明的是，在本技术的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
42.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。