專利名稱：太陽能熱發(fā)電用儲熱蒸發(fā)一體化裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于太陽能熱發(fā)電的儲熱蒸發(fā)一體化裝置。
背景技術：
太陽能熱發(fā)電技術區(qū)別于其他可再生能源發(fā)電技術的一個顯著優(yōu)點就是它可以 使用大規(guī)模的儲熱技術以克服太陽能的間歇性和非穩(wěn)定性對于發(fā)電特性的影響，使太陽能 熱發(fā)電能夠輸出穩(wěn)定的負荷到電網，保證電網的穩(wěn)定性。同時，儲熱器的存在增加了太陽 能熱發(fā)電站的發(fā)電量和發(fā)電時數(shù)，降低了太陽能熱發(fā)電的成本。目前商業(yè)用的最好的太陽 能熱發(fā)電儲熱技術主要是雙罐的熔融鹽儲熱。低溫鹽罐儲存約290°C的低溫熔融鹽，由泵 送系統(tǒng)送至吸熱器中產生高溫560°C左右的高溫熔融鹽，然后將高溫熔融鹽儲存到高溫鹽 罐中。當夜間或者云遮時，高溫熔融鹽被泵送系統(tǒng)送出至蒸發(fā)器放熱，然后低溫熔融鹽流 回低溫鹽罐。這種技術的主要缺點是成本高、使用熔融鹽量大。為了解決上述問題，可以 采用使用單個熔融鹽罐，利用熔融鹽在不同溫度下密度不同會產生流體分層原理的單罐 溫躍層儲熱。單罐溫躍層儲熱技術的關鍵在于溫躍層的層化和保持。專利W0201000089、 US2010031062、US4523629描述了在熔融鹽罐中安裝浮動板，使浮動板作為溫躍層層化工 具，熱流體在浮動板的上部，冷流體在浮動板的下部。充放熱過程中浮動板可以上下運動， 阻止冷熱流體混合保持溫躍層的層化狀態(tài)。通常情況下太陽能熱發(fā)電站的容量非常大，依 據(jù)儲熱時間的長短，需要成上萬噸的熔融鹽，因此，儲熱器的尺度非常大，所以，采用浮動 板在制作和運行工藝上難度極大。論文《Thermal Analysis of Solar Thermal Energy Storage in a Molten-Salt Thermocline》禾口〈〈Molten Salt Thermal Energy Storage in Thermoclines under Different EnvironmentBoundary Conditions〉〉中描述了一禾中在溶融 鹽罐中添加石英砂和礫石等惰性固體材料，利用固體材料導熱系數(shù)低強化層化的技術。專 利200710028077. X和ZL200720051634. 5描述了一種是用泡沫陶瓷實現(xiàn)層化的技術。不管 是使用何種固體材料作為填料實現(xiàn)層化，都存在材料與熔融鹽本身的相容性問題，以及對 于熔融鹽的污染問題。而且所有上述技術都需要一套高溫熔融鹽泵送系統(tǒng)，把高溫熔融鹽 送出至蒸發(fā)器放熱發(fā)生水蒸汽，因此，系統(tǒng)復雜成本高。ZL200810198461. 9雖然描述了一種 套管式的熔融鹽水蒸發(fā)器，可以用于高溫熔融鹽的放熱傳熱，但是，它又無法實現(xiàn)儲熱。總之，現(xiàn)有單罐溫躍層儲熱都存在溫躍層層化困難、需要額外的高溫泵送系統(tǒng)將 高溫熔融鹽送至蒸發(fā)器、蒸發(fā)器外置啟動過程預熱時間長的缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是1、單罐溫躍層儲熱的溫躍層層化問題；2、儲熱器與蒸發(fā)器獨立，需要額外的泵送系統(tǒng)的問題；3、蒸發(fā)器啟動過程預熱時間長，影響電站運行時數(shù)的問題。本發(fā)明解決上述技術問題采用的方案是
本發(fā)明采用一種儲熱蒸發(fā)一體化裝置以解決上述技術問題。本發(fā)明采用常規(guī)的圓 柱形立式熔融鹽罐作為熔融鹽儲熱罐，其直徑和高度的大小根據(jù)儲熱容量確定。在熔融鹽 儲熱罐的底部焊接多個蒸發(fā)器。多個蒸發(fā)器可以在熔融鹽罐中采用規(guī)則的三角形、方形、圓 形等排列，間距由蒸發(fā)量的大小和檢修要求決定。蒸發(fā)器浸沒在熔融鹽儲熱罐的熔融鹽中， 在發(fā)生蒸汽的過程中強化熔融鹽儲熱罐的溫躍層層化，變主動式的層化技術，如浮動板、 惰性填料，為被動式自然對流層化技術。蒸發(fā)器的底部設有水聯(lián)箱，水聯(lián)箱的底部設有冷水 進口。蒸發(fā)器上部設有蒸汽聯(lián)箱，蒸汽聯(lián)箱的上部設有蒸汽出口。水聯(lián)箱和蒸汽聯(lián)箱通過 換熱管連接起來。蒸發(fā)器的外隔罩與輻板焊接在一起。輻板與水聯(lián)箱焊接在一起，通過外 隔罩解決溫躍層層化問題。在熔融鹽儲熱罐的頂部和熔融鹽液面之間安裝多個噴頭。噴頭 的排列可以采用規(guī)則的三角形、四方形和圓形等布置。噴頭按照常規(guī)方法安裝在高溫熔融 鹽管道上。高溫熔融鹽管道從熔融鹽儲熱罐頂部進入熔融鹽罐并在與熔融鹽液面平行的方 向上分支，按照噴頭的排列方式設計熔融鹽管道的分支方式。來自吸熱器的高溫熔融鹽從 熔融鹽儲熱器頂部經過噴頭的分布和霧化之后進入熔融鹽儲熱罐。熔融鹽泵垂直安裝在熔 融鹽儲熱罐的上部，熔融鹽泵將熔融鹽底部的低溫熔融鹽抽出送到吸熱器加熱。集成在熔 融鹽儲熱罐中的蒸發(fā)器浸泡在高溫熔融鹽中，不需要額外的高溫熔融鹽泵送系統(tǒng)將高溫熔 融鹽送至蒸發(fā)器，克服了常規(guī)的蒸發(fā)器設置在儲熱罐外，需要額外的泵送系統(tǒng)輸送高溫熔 融鹽進入蒸發(fā)器的缺點。由于蒸發(fā)器一直浸泡在高溫熔融鹽中，因此，設備溫度一直較高， 不需要常規(guī)蒸發(fā)器啟動時的長時間預熱，解決了蒸發(fā)器的啟動預熱問題。其工作過程是水 工質從蒸發(fā)器的底部進入，由于蒸發(fā)器浸沒在熔融鹽儲熱器中。高溫熔融鹽通過自然對流 將熱量傳遞給水，水在蒸發(fā)器中蒸發(fā)產生高溫高壓滿足汽輪機參數(shù)要求的蒸汽進入汽輪機 做功發(fā)電，而在儲熱器內自然對流的熔融鹽，在蒸發(fā)器的底部溫度較蒸發(fā)器上部的溫度低， 熱流體由于密度低漂浮在上部，冷流體自然下沉，實現(xiàn)熔融鹽的層化。蒸發(fā)器的外隔罩將自 然對流限制在蒸發(fā)器表面和外隔罩之間，從而強化和保護溫躍層。本發(fā)明利用蒸發(fā)器冷流體需要熔融鹽傳熱蒸發(fā)的特點，在水蒸發(fā)的過程中使蒸發(fā) 器外側的熔融鹽自然對流，實現(xiàn)自然的層化，不需要任何浮動板或者填料以及泵送系統(tǒng)，結 構簡單，蒸汽器啟動時間短，儲熱與蒸發(fā)一體化。


圖1儲熱蒸發(fā)一體化裝置結構圖；圖2蒸發(fā)器主視圖；圖3蒸發(fā)器俯視圖；圖中1熔融鹽儲熱罐、2噴頭、3蒸發(fā)器、4熔融鹽泵、5蒸汽聯(lián)箱、6換熱管、7水聯(lián) 箱、8支撐腿、9外隔罩、10輻板。
具體實施例方式圖1是本發(fā)明儲熱蒸發(fā)一體化裝置結構圖。熔融鹽儲熱罐1內布置有噴頭2、蒸發(fā) 器3和熔融鹽泵4。多個噴頭2安裝在熔融鹽儲熱罐1頂部和熔融鹽液面之間，位于熔融鹽 液面以上，并按照規(guī)則的三角形、方形或圓形均勻分布。噴頭按照常規(guī)方法安裝在高溫熔融 鹽管道上。高溫熔融鹽管道從熔融鹽儲熱罐頂部進入熔融鹽罐并在與熔融鹽液面平行的方向上分支，按照噴頭的排列方式設計熔融鹽管道的分支方式。來自于吸熱器的高溫熔融鹽 通過均勻分布的噴頭2分流以后，低速均勻地掉落在熔融鹽儲熱罐1的熔融鹽液面上，高溫 熔融鹽密度低自然而然停留在熔融鹽儲熱器1的上部。分流的熔融鹽流量和流速較低，可 以防止流體進入時對于熔融鹽儲熱罐1內熔融鹽的擾動，有利于保持熔融鹽的溫度分層。 多個蒸發(fā)器3均勻分布并浸泡在熔融鹽儲熱罐1中的熔融鹽中，按照規(guī)則的三角形、方形或 圓形等排列并焊接在熔融鹽儲熱罐1的底部。低溫水從蒸發(fā)器3的底部進入，冷水在蒸發(fā) 器內自下而上流動，周圍的高溫熔融鹽加熱冷水發(fā)生所需參數(shù)的蒸汽。在蒸發(fā)器發(fā)生蒸汽 的過程中，周圍的高溫熔融鹽會自然而然的產生自然對流，低溫的熔融鹽密度大沉到熔融 鹽儲熱罐1的底部，高溫熔融鹽密度小會上浮到熔融鹽儲熱罐1的上部，這樣在熔融鹽儲熱 罐1中自然形成溫躍層。垂直安裝在熔融鹽儲熱罐1頂部的熔融鹽泵4 一直深入到熔融鹽 中，直至接近熔融鹽儲熱罐1的底部，從熔融鹽儲熱罐1的底部抽出低溫熔融鹽，泵送到吸 熱器內吸熱產生高溫熔融鹽，高溫熔融鹽從熔融鹽儲熱罐1的頂部經噴頭2重新流回熔融 鹽儲熱罐1中。 圖2、圖3分別是蒸發(fā)器的主視圖和俯視圖。蒸發(fā)器3的受熱面是由換熱管6所組 成的管束形成的。多根換熱管6按照圓形、三角形等方式排列，換熱管6的下端插入到圓柱 形封閉的水聯(lián)箱7中，換熱管6的上端插入到圓柱形封閉的蒸汽聯(lián)箱5中。換熱管束內的每 根換熱管6之間有留有足夠的空間，不能緊密排列。水聯(lián)箱7和蒸汽聯(lián)箱5分別由水管和 蒸汽管連接起來，用于供水和出蒸汽。輻板10與水聯(lián)箱7和外隔罩9焊接在一起以固定。 為消除外隔罩9與換熱管6組成的管束之間由于膨脹量不同可能引起的應力，輻板10與蒸 汽聯(lián)箱5之間接觸但不固定，可相對滑動，以使換熱管6組成的管束、水聯(lián)箱7和蒸汽聯(lián)箱5 能相對于外隔罩9上下移動。支撐腿8與外隔罩9和水聯(lián)箱7焊接在一起，并焊接在熔融 鹽儲熱罐1的底部，防止蒸發(fā)器3在熔融鹽儲熱罐1內漂移。蒸發(fā)器3連同外隔罩9 一起 浸泡在熔融鹽儲熱罐1中。冷水從水聯(lián)箱7進入，下部的熔融鹽傳熱給水變成低溫熔融鹽， 隨著水在換熱管6中上升，逐漸被周圍的高溫熔融鹽加熱升溫，因此，高度方向上熔融鹽在 越高的位置溫度也越高，外隔罩9與換熱管6之間是對流劇烈的區(qū)域，換熱過的低溫熔融鹽 會自然從外隔罩9底部流出，高溫熔融鹽從外隔罩9上部流入，即實現(xiàn)了對水的加熱，又強 化了溫躍層的層化。
權利要求
1.一種用于太陽能熱發(fā)電的儲熱蒸發(fā)一體化裝置，其特征是所述的儲熱蒸發(fā)一體化 裝置包括熔融鹽儲熱罐(1)、噴頭O)、蒸發(fā)器C3)和熔融鹽泵；噴頭O)、蒸發(fā)器(3)和 熔融鹽泵(4)集成安裝在熔融鹽儲熱罐(1)內；熔融鹽儲熱罐(1)內均勻布置有多個噴頭 O)，噴頭(2)安裝在熔融鹽儲熱罐(1)的頂部和熔融鹽液面之間，并位于熔融鹽液面以上； 多個蒸發(fā)器(3)浸泡在熔融鹽中，并焊接在熔融鹽儲熱罐(1)底部，且均勻布置。
2.按照權利要求1所述的用于太陽能熱發(fā)電的儲熱蒸發(fā)一體化裝置，其特征是所述 的蒸發(fā)器C3)包括由多根換熱管(6)組成的換熱管束、蒸汽聯(lián)箱(5)、水聯(lián)箱(7)、支撐腿 (8)、外隔罩(9)和輻板(10)；所述的水聯(lián)箱(7)位于所述的蒸發(fā)器(3)的底部；所述的蒸 汽聯(lián)箱( 位于所述的蒸發(fā)器C3)的上部；所述的換熱管(6)的下端插入水聯(lián)箱(7)中，換 熱管(6)的上端插入蒸汽聯(lián)箱(5)中；所述的水聯(lián)箱(7)和外隔罩(9)通過輻板(10)焊接 在一起；輻板(10)與外隔罩(9)焊接在一起，輻板(10)與蒸汽聯(lián)箱( 接觸并相對滑動； 支撐腿(8)位于水聯(lián)箱(7)和外隔罩(9)上，并焊接在熔融鹽儲熱罐(1)底部。
3.按照權利要求2所述的用于太陽能熱發(fā)電的儲熱蒸發(fā)一體化裝置，其特征是所述 的換熱管束中，多根換熱管(6)按照圓形或三角形方式排列，每根換熱管(6)之間有留有空 間。
4.按照權利要求1所述的用于太陽能熱發(fā)電的儲熱蒸發(fā)一體化裝置，其特征是所述 的熔融鹽泵(4)垂直安裝在熔融鹽儲熱罐(1)的頂部，并插入到熔融鹽中，直至接近熔融鹽 儲熱罐1的底部。
5.按照權利要求1所述的用于太陽能熱發(fā)電的儲熱蒸發(fā)一體化裝置，其特征是所述 的噴頭(2)安裝在熔融鹽儲熱罐(1)內的高溫熔融鹽管道上，高溫熔融鹽管道從熔融鹽儲 熱罐(1)的頂部進入熔融鹽罐(1)，并在與熔融鹽液面平行的方向上分支。
全文摘要
太陽能熱發(fā)電用儲熱蒸發(fā)一體化裝置。噴頭(2)、蒸發(fā)器(3)、熔融鹽泵(4)集成安裝在熔融鹽儲熱罐(1)內。蒸發(fā)器(3)焊接在熔融鹽儲熱罐(1)的底部，并浸泡在熔融鹽中。噴頭(2)均勻布置在熔融鹽液面之上。水自下而上通過蒸發(fā)器(3)，在發(fā)生蒸汽的過程中，強化了熔融鹽自然對流并層化溫躍層。本發(fā)明使用被動式自然對流強化層化技術，蒸發(fā)器不需要額外的泵送系統(tǒng)和長時間預熱。
文檔編號F22B1/06GK102135270SQ20111004963
公開日2011年7月27日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權日2011年3月1日
發(fā)明者徐超, 李鑫, 王志峰, 王艷, 白鳳武 申請人:中國科學院電工研究所