一種太陽能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的模擬裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于工程熱物理領域，尤其涉及一種太陽能直接蒸汽發(fā)生(Direct SteamGenerat1n, DSG)系統(tǒng)的模擬裝置。
【背景技術】
[0002]為了緩解日益增長的能源需求及化石能源對環(huán)境的壓力，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，清潔的可再生能源發(fā)展顯得尤為重要。在太陽能、風能、生物質(zhì)能等可再生能源中，太陽能是最普遍、最豐富、最潔凈和安全的能源。因此，太陽能集熱發(fā)電技術被認為是最有可能引起能源革命和最有潛力替代常規(guī)能源的技術之一。
[0003]太陽能流密度低，通常采用聚光提高其能量品位后再加以利用。常用形式有槽式、塔式和碟式三類，其中槽式是最為成熟且已實現(xiàn)商業(yè)化的技術。槽式中應用最廣的是以導熱油為工質(zhì)的單循環(huán)系統(tǒng)。采用直接蒸汽發(fā)生技術的單循環(huán)槽式太陽能系統(tǒng)以水代替昂貴的導熱油，摒棄油-水換熱設備、儲油罐、導熱油防火等，降低了裝置成本；突破了導熱油最高工作溫度400°C的極限，工作溫度可達500°C以上，使系統(tǒng)效率大為提高，而且其安全隱患、風險成本都要小得多。因此，太陽能DSG技術得到了廣泛重視。
[0004]太陽能DSG技術工質(zhì)水經(jīng)歷了過冷水、兩相流和過熱蒸汽三個階段，特別是兩相流階段是目前研究的難點和熱點。太陽能DSG系統(tǒng)由于水要從過冷水加熱到過熱蒸汽，其總長度一般達到幾百米，導致投資成本巨大，而且產(chǎn)地面積廣，這對實驗研究帶了極大不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術問題
[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種太陽能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的模擬裝置，能在小規(guī)模實驗條件下模擬太陽能DSG系統(tǒng)的各階段的傳熱和流動情況。
[0007]( 二)技術方案
[0008]本發(fā)明提供一種太陽能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的模擬裝置，包括循環(huán)設備、加熱設備和控制設備，其中，循環(huán)設備向吸熱設備輸送工質(zhì)，加熱設備通過吸收太陽能，對所輸送的工質(zhì)進行加熱，同時，控制設備根據(jù)加熱設備中的工質(zhì)狀態(tài)，控制輸送給加熱設備的工質(zhì)的溫度和流量，循環(huán)設備還對加熱完的工質(zhì)進行回收。
[0009]本發(fā)明還提供一種太陽能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)過冷水階段的模擬方法，應用于上述的模擬裝置，方法包括:
[0010]Sll,向加熱設備輸入未飽和水；
[0011]S12，測量加熱設備輸出的工質(zhì)的溫度和壓力，并將測量值傳輸給可編程邏輯控制器;
[0012]S13，通過可編程邏輯控制器控制電加熱器的功率，使輸入到加熱設備的工質(zhì)的溫度和壓力等于步驟S12中測量的溫度和壓力；
[0013]S14，重復步驟S12和步驟S13，直至加熱設備輸出的工質(zhì)為飽和水。
[0014]本發(fā)明還提供一種太陽能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)兩相階段的模擬方法，應用于上述的模擬裝置，方法包括:
[0015]S21，向加熱設備輸入飽和水；
[0016]S22，通過可編程邏輯控制器控制電加熱器的功率以及電磁閥的開度，以控制輸入吸熱管的飽和蒸汽及飽和水的質(zhì)量流比，從而模擬吸熱管內(nèi)不同組分的傳熱、流動、以及相變情況；
[0017]S23，重復步驟S22，不斷改變加熱設備入口處飽和蒸汽及飽和水質(zhì)量流率比，直至多根吸熱管輸出的工質(zhì)為飽和蒸汽為止。
[0018]本發(fā)明還提供一種太陽能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)過熱蒸汽階段的模擬方法，應用于上述的模擬裝置，方法包括:
[0019]S31，通過可編程邏輯控制器控制電加熱器的功率，使輸入到加熱設備的工質(zhì)為飽和蒸汽；
[0020]S32，重復步驟S31，改變吸熱管入口處蒸汽過熱度，以模擬不同過熱度蒸汽的傳熱和流動情況，直至加熱設備輸出的工質(zhì)為理想的過熱蒸汽。
[0021](三)有益效果
[0022]本發(fā)明提供的太陽能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的模擬裝置，在室外正常太陽輻照條件下，進行太陽能聚光吸熱測試，更能反應太陽能DSG聚光吸熱系統(tǒng)的真實情況；另外，基于分段的思想，將吸熱過程劃分為了過冷段、兩相段和過熱段，再通過調(diào)整工質(zhì)水/蒸汽的流量和入口溫度，可以把原本幾百米長的太陽能DSG系統(tǒng)劃分為幾十米甚至十幾米長的小型換熱系統(tǒng)進行分段研究，從而達到對太陽能DSG整個系統(tǒng)研究的目的。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明提供的太陽能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的模擬裝置的示意圖。
[0024]圖2是通過本發(fā)明的模擬裝置模擬得到的吸熱管工質(zhì)溫度分布圖。
【具體實施方式】
[0025]本發(fā)明提供一種太陽能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的模擬裝置，循環(huán)設備向吸熱設備輸送工質(zhì)，加熱設備通過吸收太陽能，對所輸送的工質(zhì)進行加熱，同時，控制設備根據(jù)加熱設備中的工質(zhì)狀態(tài)，控制輸送給加熱設備的工質(zhì)的溫度和流量，循環(huán)設備還對加熱完的工質(zhì)進行回收。本發(fā)明能在小規(guī)模實驗條件下模擬太陽能DSG系統(tǒng)的各階段的傳熱和流動情況。
[0026]根據(jù)本發(fā)明提供的一種實施方式，加熱設備包括串聯(lián)的多個吸熱管，吸熱管外設有太陽能聚光鏡，吸熱管通過太陽能聚光鏡吸收太陽能，以對工質(zhì)進行加熱。在室外正常太陽輻照條件下，進行太陽能聚光吸熱測試，更能反應太陽能DSG聚光吸熱系統(tǒng)的真實情況。
[0027]根據(jù)本發(fā)明提供的一種實施方式，控制設備包括測量器件、可編程邏輯控制器、電加熱器及電磁閥，測量器件分別設于多個吸熱管的入口處和出口處，用于測量多個吸熱管的入口處和出口處的工質(zhì)狀態(tài)，電加熱器設于加熱設備的入口處，電磁閥設于電加熱器與加熱設備之間，可編程邏輯控制器根據(jù)測量器件測量的工質(zhì)狀態(tài)，調(diào)整電加熱器的功率及電磁閥的開度，以控制吸熱管中工質(zhì)的溫度和壓力。
[0028]根據(jù)本發(fā)明提供的一種實施方式，測量器件包括溫度傳感器、壓力傳感器及流量
i+o
[0029]根據(jù)本發(fā)明提供的一種實施方式，工質(zhì)為水和/或蒸汽。
[0030]根據(jù)本發(fā)明提供的一種實施方式，循環(huán)設備包括汽液分離器、冷凝器、水箱及栗，其中，汽液分離器用于對加熱設備輸出的工質(zhì)進行汽液分離，水箱用于存儲分離出的水，冷凝器用于冷卻分離出的蒸汽，得到冷卻水，所述栗用于將水箱中的水及冷卻水輸入至加熱設備。通過這種循環(huán)設備，使得加熱過后的水能夠回收并自動投入到下次加熱中，減少了人工向加熱設備輸水的工序，并節(jié)約了資源。
[0031]根據(jù)本發(fā)明提供的一種實施方式，循環(huán)設備還包括過濾器，用于對栗輸出的水進行過濾。
[0032]本發(fā)明還提供一種太陽能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)過冷水階段的模擬方法，應用于該模擬裝置，方法包括:
[0033]Sll,向加熱設備輸入未飽和水；
[0034]S12，測量加熱設備輸出的工質(zhì)的溫度和壓力，并將測量值傳輸給可編程邏輯控制器;
[0035]S13，通過可編程邏輯控制器控制電加熱器的功率，使輸入到加熱設備的工質(zhì)的溫度和壓力等于步驟S12中測量的溫度和壓力；
[0036]S14，重復步驟S12和步驟S13，直至加熱設備輸出的工質(zhì)為飽和水。
[0037]本發(fā)明還提供一種太陽能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)兩相階段的模擬方法，應用于該模擬裝置，方法包括:
[0038]S21，向加熱設備輸入飽和水；
[0039]S22，通過可編程邏輯控制器控制電加熱器的功率以及電磁閥的開度，以控制輸入吸熱管的飽和蒸汽及飽和水的質(zhì)量流比，從而模擬吸熱管內(nèi)不同組分的傳熱、流動、以及相變情況；
[0040]S23，重復步驟S22，不斷改變加熱設備入口處飽和蒸汽及飽和水質(zhì)量流率比，直至多根吸熱管輸出的工質(zhì)為飽和蒸汽為止。
[0041]本發(fā)明還提供一種太陽能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)過熱蒸汽階段的模擬方法，應用于該模擬裝置，方法包括:
[0042]S31，通過可編程邏輯控制器控制電加熱器的功率，使輸入到加熱設備的工質(zhì)為飽和蒸汽；
[0043]S32，重復步驟S31，改變吸熱管入口處蒸汽過熱度，以模擬不同過熱度蒸汽的傳熱和流動情況，直至加熱設備輸出的工質(zhì)為理想的過熱蒸汽。
[0044]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0045]圖1是本發(fā)明實施例提供的太陽能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)