在太陽能功率設(shè)施中的輔助蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及使用水-蒸汽功率塔式接收器的太陽能熱功率設(shè)施。
【背景技術(shù)】
[0002]在功率設(shè)施中使用的某些蒸汽發(fā)生器或鍋爐經(jīng)受頻繁的停機(jī)和起動(dòng)。例如，使用功率塔技術(shù)的集中式太陽能熱功率設(shè)施在白天期間依靠太陽能來運(yùn)行，而在夜晚停機(jī)(稱為停機(jī)期間)。
[0003]這種集中式太陽能功率設(shè)施使用放置在塔的頂部的太陽能鍋爐來產(chǎn)生蒸汽，蒸汽用于運(yùn)行蒸汽渦輪，從而用于使用發(fā)電機(jī)發(fā)電。一般而言，除了各種其它構(gòu)件，太陽能鍋爐還可包括蒸發(fā)器區(qū)段和高溫構(gòu)件，諸如過熱器區(qū)段和/或再熱器區(qū)段。蒸發(fā)器區(qū)段產(chǎn)生蒸汽且將其供應(yīng)至高溫構(gòu)件，諸如過熱器區(qū)段，過熱器區(qū)段使蒸汽過熱以供應(yīng)相對(duì)高溫的過熱蒸汽用于運(yùn)行蒸汽渦輪。蒸發(fā)器區(qū)段或過熱器區(qū)段中的每一個(gè)包括各種在流體方面連接的面板，其通過將來自定日鏡場的陽光集中到其上來加熱，由此加熱用于發(fā)電的流體。
[0004]在正常運(yùn)行期間，高溫構(gòu)件(諸如過熱器區(qū)段的面板)達(dá)到其運(yùn)行溫度，且在停機(jī)期間，其由于外界對(duì)流冷卻和輻射冷卻而損失熱量至相比在早晨起動(dòng)功率設(shè)施所要求的溫度相對(duì)較低或較高的殘余溫度。因此，在沒有任何準(zhǔn)備的情況下起動(dòng)功率設(shè)施可導(dǎo)致各種問題，諸如由于在來自蒸發(fā)器區(qū)段的蒸汽的溫度與過熱器構(gòu)件的金屬溫度之間的相當(dāng)大的差而導(dǎo)致的過熱器面板的疲勞損害。在蒸汽和過熱器構(gòu)件之間的該溫度差可在其中生成通過壁的溫度梯度，從而導(dǎo)致熱應(yīng)力。
[0005]為了平衡這種熱應(yīng)力且改進(jìn)壽命/降低過熱器面板或構(gòu)件的疲勞，傳統(tǒng)上，輔助蒸汽循環(huán)通過其中，以便預(yù)熱或預(yù)冷過熱器構(gòu)件。相比太陽能接收器的總體蒸汽生成容量，所要求的輔助蒸汽的量非常小。功率設(shè)施中的傳統(tǒng)輔助蒸汽源是來自燃燒化石燃料的鍋爐或來自電鍋爐。然而，與這種化石燃料鍋爐相關(guān)聯(lián)的問題是使用化石燃料以及基于化石燃料的使用的可變運(yùn)營成本?；剂系氖褂迷黾恿斯β试O(shè)施的碳排放物。電鍋爐的使用增加了寄生功率的使用。太陽能熱功率設(shè)施對(duì)于化石燃料或寄生功率的使用具有最大上限。而且，相當(dāng)大的成本和熱慣性與所安裝的從塔的底部延伸到頂部的管道相關(guān)聯(lián)。此外，在多云季節(jié)，太陽能接收器以相對(duì)高的壓力運(yùn)行，通常使得輔助蒸汽的引入很困難。這是因?yàn)椋谶@種情形下，太陽能鍋爐以比化石燃料或電鍋爐的壓力更高的壓力運(yùn)行。太陽能鍋爐的降壓可導(dǎo)致其后續(xù)起動(dòng)的顯著延遲。而且，如果蒸發(fā)器區(qū)段與過熱器區(qū)段隔離，且在其間的壓力不同，則可難以在其間建立連接。
[0006]因此，需要排除生成輔助蒸汽以預(yù)熱和預(yù)冷過熱器區(qū)段的傳統(tǒng)技術(shù)，從而不依賴于燃燒化石燃料的鍋爐或電鍋爐用于供應(yīng)輔助蒸汽。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本公開在以下簡化的
【發(fā)明內(nèi)容】
中描述了在太陽能功率設(shè)施中的使用熱能存儲(chǔ)組件的輔助蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)，以提供對(duì)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的基本理解，本公開預(yù)期克服上文中所討論的缺點(diǎn)，且包括其所有優(yōu)點(diǎn)，以及提供一些額外的優(yōu)點(diǎn)。本
【發(fā)明內(nèi)容】
不是本公開的全面概述。其既不預(yù)期確定本公開的關(guān)鍵或決定性的元素，也不刻畫本公開的范圍。而是，本
【發(fā)明內(nèi)容】
的唯一目的是以作為對(duì)下文中示出的更詳細(xì)描述的前序的簡化形式示出本公開的一些概念、其方面以及優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本公開的目的是描述一種在太陽能功率設(shè)施中的使用熱能存儲(chǔ)組件的輔助蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)，其構(gòu)造成排除了生成輔助蒸汽的傳統(tǒng)技術(shù)，諸如，使用燃燒化石燃料的鍋爐或電鍋爐，以便以方便的方式預(yù)熱和/或預(yù)冷過熱器區(qū)段。本公開的各種其它目的和特征將根據(jù)以下詳細(xì)描述和權(quán)利要求中顯而易見。
[0009]上述和其它目的可通過在太陽能運(yùn)行式功率設(shè)施中具有輔助蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)(下文中還稱為‘系統(tǒng)’)而實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)包括太陽能接收器、渦輪、蒸汽回路、熱能存儲(chǔ)組件和輔助蒸汽回路。太陽能接收器包括過熱器區(qū)段，其具有多個(gè)過熱器面板組件。太陽能接收器適于生成蒸汽及加熱流過其中的蒸汽。而且，渦輪可使用從太陽能接收器接收的流過多個(gè)過熱器面板組件的蒸汽而運(yùn)行。蒸汽回路構(gòu)造成使得蒸汽能夠從太陽能接收器通過多個(gè)過熱器面板組件流至渦輪，用于渦輪運(yùn)行。而且，熱能存儲(chǔ)組件具有熱能存儲(chǔ)介質(zhì)，且構(gòu)造成通到蒸汽回路以從接收器蒸汽回路接收蒸汽的預(yù)定部分，以對(duì)熱能存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行加熱/充能。熱能存儲(chǔ)組件能夠從多個(gè)過熱器面板組件上的任意期望位置(諸如從出口位置或在面板之間的位置)接收蒸汽以加熱熱能存儲(chǔ)介質(zhì)。通過熱能存儲(chǔ)組件從在正常運(yùn)行狀況期間在太陽能接收器中生產(chǎn)的總蒸汽接收的蒸汽的預(yù)定部分是大約0%到大約10%，而蒸汽余下的主要部分進(jìn)入蒸汽渦輪。熱能存儲(chǔ)組件可不包括流過其中的蒸汽的冷凝。此外，輔助蒸汽回路構(gòu)造成使輔助蒸汽流循環(huán)，且與熱能存儲(chǔ)組件處于熱連通，以使得輔助蒸汽流能夠被熱能存儲(chǔ)介質(zhì)加熱且引入多個(gè)過熱器面板組件以達(dá)到其預(yù)定狀況。輔助蒸汽流因此使熱能存儲(chǔ)組件放能。從熱能存儲(chǔ)組件出來的經(jīng)加熱的輔助蒸汽流適于在多個(gè)過熱器面板組件上的任意期望位置處引入，諸如在出口位置或在面板之間的位置。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，熱能存儲(chǔ)組件的容量構(gòu)造成在輔助蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)中使用，相對(duì)于太陽能接收器的容量，其可相對(duì)小。在這種實(shí)施例中，相對(duì)小的熱能存儲(chǔ)組件可與太陽能接收器一起放置在太陽能塔的頂部。
[0011]在本公開的一個(gè)實(shí)施例中，輔助蒸汽回路能夠:在接收器蒸汽回路的激勵(lì)之前被激勵(lì)預(yù)定時(shí)間，作為太陽能運(yùn)行式功率設(shè)施的起動(dòng)前準(zhǔn)備，以及，在接收器蒸汽中止后被激勵(lì)預(yù)定時(shí)間，作為太陽能運(yùn)行式功率設(shè)施的停機(jī)后準(zhǔn)備。在本文中，蒸汽回路還可被稱為“接收器蒸汽回路”，且在太陽能接收器中產(chǎn)生的蒸汽可稱為“接收器蒸汽”，且貫穿說明書，它們可互換地引用。
[0012]在本公開的一個(gè)實(shí)施例中，太陽能接收器包括與過熱器區(qū)段處于熱連通的蒸汽鼓和蒸發(fā)器區(qū)段，以生成蒸汽，蒸汽在過熱器區(qū)段中加熱。在該實(shí)施例中，蒸汽回路使得蒸汽能夠從太陽能接收器流到過熱器，從而從蒸汽鼓流到過熱器，且然后流到渦輪。進(jìn)一步在本實(shí)施例中，在輔助蒸汽回路中的輔助蒸汽流構(gòu)造成從接收器的蒸汽鼓生成。在該實(shí)施例中，蒸汽鼓適于使用蒸發(fā)器區(qū)段的熱通量，以生成用作輔助蒸汽的飽和蒸汽流，輔助蒸汽用于在熱能存儲(chǔ)組件中加熱。此外，在本實(shí)施例的一個(gè)方面，輔助蒸汽回路包括閥組件，其適于使蒸汽鼓降壓，以產(chǎn)生用于在熱能存儲(chǔ)組件中加熱的輔助蒸汽流。在該實(shí)施例中，熱能存儲(chǔ)組件可不生成輔助蒸汽，而是可僅使供應(yīng)到其的飽和蒸汽過熱。
[0013]在本公開的另一實(shí)施例中，系統(tǒng)可包括給水加熱組件，其適于在流體方面連通至熱能存儲(chǔ)組件，以在熱能存儲(chǔ)組件中加熱時(shí)產(chǎn)生輔助蒸汽流。
[0014]在本公開的另一實(shí)施例中，系統(tǒng)可包括蒸汽儲(chǔ)蓄器，其適于在流體方面連通至熱能存儲(chǔ)組件，以在熱能存儲(chǔ)組件中加熱時(shí)產(chǎn)生輔助蒸汽流。
[0015]在本公開的一個(gè)實(shí)施例中，熱能存儲(chǔ)組件包括構(gòu)造成兩個(gè)分離的存儲(chǔ)罐的組件，即，第一和第二存儲(chǔ)罐，以及換熱器。第一和第二存儲(chǔ)罐適于存儲(chǔ)熱能存儲(chǔ)介質(zhì)。具體地，第一存儲(chǔ)罐適于存儲(chǔ)相對(duì)熱的熱能存儲(chǔ)介質(zhì)，而第二存儲(chǔ)罐適于存儲(chǔ)相對(duì)冷的熱能存儲(chǔ)介質(zhì)。而且，換熱器適于布置在第一和第二存儲(chǔ)罐之間。在熱能存儲(chǔ)組件的充能期間，相對(duì)冷的熱能存儲(chǔ)介質(zhì)適于從引入熱能存儲(chǔ)組件的充能性蒸汽吸收熱量，由此變成相對(duì)熱的熱能存儲(chǔ)介質(zhì)。相對(duì)熱的熱能存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)到第一存儲(chǔ)罐中。在放能期間，來自第一存儲(chǔ)罐的相對(duì)熱的熱能存儲(chǔ)介質(zhì)適于在換熱器中供應(yīng)熱量到輔助蒸汽流且后續(xù)存儲(chǔ)在第二存儲(chǔ)罐中。泵用于使熱能存儲(chǔ)介質(zhì)從一個(gè)罐通過換熱器流到另一個(gè)罐中。
[0016]在本公開的另一實(shí)施例中，熱能存儲(chǔ)組件包括單個(gè)存儲(chǔ)罐和換熱器。該實(shí)施例的單個(gè)存儲(chǔ)罐適于使用分隔壁來分成第一和第二區(qū)段，以存儲(chǔ)熱能存儲(chǔ)介質(zhì)。第一區(qū)段適于存儲(chǔ)相對(duì)熱的熱能存儲(chǔ)介質(zhì)，而第二區(qū)段適于存儲(chǔ)相對(duì)冷的熱能存儲(chǔ)介質(zhì)。而且，換熱器在流體方面構(gòu)造成通到存儲(chǔ)罐。如上所述，在熱能存儲(chǔ)組件的充能期間，相對(duì)冷的熱能存儲(chǔ)介質(zhì)適于從引入熱能存儲(chǔ)組件的蒸汽吸收熱量，由此變成相對(duì)熱的熱能存儲(chǔ)介質(zhì)。相對(duì)熱的熱能存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)罐的第一區(qū)段中。在放能期間，來自罐的熱區(qū)段的相對(duì)熱的熱能存儲(chǔ)介質(zhì)在換熱器中供應(yīng)熱量到輔助蒸汽流且存儲(chǔ)在第二區(qū)段中。類似于上述實(shí)施例，泵用于使熱能存儲(chǔ)介質(zhì)從第一區(qū)段通過換熱器流到第二區(qū)段。