一种用于太阳能光热发电站的蒸汽发生系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能热发电技术领域，特别涉及一种用于太阳能光热发电站的蒸汽发生系统。

背景技术：

太阳能利用方式多种多样，包括风能、潮汐能、光伏发电、光热发电等技术门类。太阳能光热发电从聚光镜面和集热器的结构形式不同又分为槽式、塔式、蝶式和线性菲涅尔。

太阳能光热技术要想在众多发电技术中脱颖而出，且最终能在成本上有大幅突破，至少有两个问题需要解决，一个是设备的可靠性问题，一个是通过工艺的改进来优化系统结构，降低设备投资。

无论是基于槽式、塔式、蝶式，还是线性菲涅尔技术的光热发电站，目前采用的发电方案都是利用水蒸气推动汽轮发电机产生电能，而蒸汽的产生则需要蒸汽发生系统。目前对于亚临界和超临界机组的蒸汽发生系统，由于传统自然循环方案已很难实现蒸汽的高效发生，所以传统设计中均采用了强制循环方案，该方案需要采用强制循环泵作为汽包与蒸发器之间的汽水循环动力源，但是，由于强制循环泵的使用，导致了两个问题：问题之一，由于强制循环泵相对于一般水泵而言其运行温度高、运行压力高，造成的成本支出较高，影响光热发电行业目前迫切需要降低成本的需求；问题二，由于强制循环泵属于运动部件，相对于自然循环方案，大大增加了系统运行故障率及运行风险，从目前第一批光热发电示范项目的蒸汽发生系统的运行情况亦证明了这项问题的严重性。

另外，由于熔盐换热器的特殊性，导致当熔盐换热器中的水工质温度低于熔盐工质凝固点时，会导致熔盐凝固造成停产事故，所以，提高熔盐换热器入口水工质温度显得尤为重要，目前的解决方案一般是在熔盐换热器前增加一组换热器用于提高给水温度，但该方案在汽轮机发电系统启动及低负荷运行阶段时仍有可能会出现给水温度低于熔盐工质凝固点的问题。

因此，寻找一种稳妥的解决方案，既能妥善解决自然循环无法满足蒸汽产生需求，又能避免采用强制循环泵带来的成本提升以及故障率提升，同时还可以保证熔盐换热器入口水工质温度高于熔盐工质凝固点。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于太阳能光热发电站的蒸汽发生系统，利用文丘里喷嘴中水工质的动能，通过文丘里喷嘴内部管径的变化，增加了汽包与蒸发器之间管道的循环率，同时，进一步利用文丘里喷嘴混合汽包至蒸发器管道及给水管道两者中的水工质，最终使得进入蒸发器的水工质温度高于储热介质凝固点，最终实现取消传统设计中所使用的强制循环泵，节约了设备成本同时确保了蒸汽发生系统的运行可靠性。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于太阳能光热发电站的蒸汽发生系统，所述蒸汽发生系统通过给水单元提供水工质，所述给水单元包括给水源和给水管道；所述蒸汽发生系统包括预热器、蒸发器、汽包和启动单元，所述预热器和蒸发器均为用于储热介质与水工质进行换热的换热器；所述启动单元包括启动循环泵入口开关阀、启动循环泵和启动加热器，所述蒸汽发生系统还包括文丘里喷嘴，所述文丘里喷嘴包括喷嘴入口、喷嘴混合入口和喷嘴出口：

所述给水源通过所述给水管道分别与所述预热器的进水管的进水口和给水旁路管道的进水口相连，所述预热器的进水管上设有给水调节阀；所述给水旁路管道的出水口与所述喷嘴入口相连，所述给水旁路管道上设有给水旁路调节阀；

所述预热器通过其出水管与所述喷嘴入口或所述汽包的给水管相连；

所述喷嘴出口经所述蒸发器与所述汽包的上升管相连；所述汽包的下降管分别与所述喷嘴混合入口和启动单元相连，所述启动单元通过所述预热器的进水管与所述预热器相连。

较佳地，所述启动单元通过启动循环管分别与所述汽包的下降管以及所述预热器的进水管的进水口连接；

所述启动循环泵入口开关阀、启动循环泵和启动加热器串联，并按照水工质流向依次设置在所述启动循环管上。

较佳地，所述文丘里喷嘴是一种利用伯努里效应实现流体加速混合的设备。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：

本实用新型提供的一种用于太阳能光热发电站的蒸汽发生系统，利用给水的动能同时结合文丘里喷嘴的原理，一方面通过文丘里喷嘴的加速混合功能来推动汽水介质在蒸发器与汽包之间的循环量，是一种介于自然循环与强制循环之间的一种结构。另一方面，当给水温度低于储热介质凝固点时，还可以通过文丘里喷嘴将给水与汽包下降管中的汽水混合，最终实现提高进入蒸发器的给水温度。本实用新型节省了强制循环泵的投资，提高了系统运行的可靠性，同时节约了厂用电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1为本实用新型的优选实施例1提供的一种用于太阳能光热发电站的蒸汽发生系统的结构示意图；

图2为本实用新型的优选实施例2提供的一种用于太阳能光热发电站的蒸汽发生系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合图1和图2对本实用新型提供的一种用于太阳能光热发电站的蒸汽发生系统进行详细的描述，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本实用新型精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

请参考图1和图2，一种用于太阳能光热发电站的蒸汽发生系统，本实用新型主要是对水侧系统的结构和功能进行优化，对盐侧系统的结构不作赘述。在本实用新型中，所述蒸汽发生系统通过给水单元1提供水工质，所述给水单元1包括给水源101和给水管道102；所述蒸汽发生系统包括预热器6、蒸发器9、汽包10和启动单元11，所述启动单元11包括启动循环泵入口开关阀1101、启动循环泵1102和启动加热器1103。所述蒸汽发生系统还包括文丘里喷嘴8，所述文丘里喷嘴8包括喷嘴入口801、喷嘴混合入口802和喷嘴出口803：

所述给水源101通过所述给水管道102分别与所述预热器6的进水管5的进水口和给水旁路管道4的进水口相连，所述预热器6的进水管5上设有给水调节阀2；所述给水旁路管道4的出水口与所述喷嘴入口801相连，所述给水旁路管道4上设有给水旁路调节阀3；

所述预热器6通过其出水管7与所述喷嘴入口801或所述汽包10的给水管相连；

所述喷嘴出口803经所述蒸发器9与所述汽包10的上升管相连；所述汽包10的下降管分别与所述喷嘴混合入口802和启动单元11相连，所述启动单元11通过所述预热器6的进水管5与所述预热器6相连。

所述预热器6和蒸发器9均为用于储热介质与水工质进行换热的换热器，本实用新型对储热介质不做具体限制，如可以是熔盐、导热油、熔融金属等，以下实施例均以熔盐工质为例加以详细说明，但并不局限于熔盐工质，可根据实际需求设定。

本系统实际还包括各设备间的连接管道以及各管道上的相关阀门等附件，给水单元1、预热器6、蒸发器9、汽包10和启动单元11均可采用现有技术中的相关设备，本实用新型对此不做具体限制。

文丘里喷嘴8是一种利用伯努里效应实现流体加速混合的设备，所有利用伯努利效应实现流体加速混合的设备均属于本实用新型中所述的文丘里喷嘴8。文丘里喷嘴8含有至少三个接口，这些接口通过管道与其他设备或者阀门进行连接，具体的，这些接口包括喷嘴入口801、喷嘴混合入口802和喷嘴出口803，喷嘴入口801与喷嘴混合入口802均为入口，喷嘴入口801与喷嘴混合入口802在文丘里喷嘴8中相连通并形成混合入口，所述混合入口与文丘里喷嘴8出口端的喷嘴出口803相连通。

本系统能够在冷态启动预热阶段由启动循环泵1102提供动力，即启动循环泵1102作为开启启动循环时的动力源，使水工质在预热器6、蒸发器9、汽包10间通过连接管路形成闭式循环；启动加热器1103为系统预热提供能量，即所述启动加热器1103作为加热循环水工质的加热器，本实用新型对加热器1103的具体类型不做限制，只要能对水工质进行加热即可，如电加热器。在启动预热阶段，预热器6和蒸发器9内是不通熔盐工质的，当系统正常运行时，才依次向蒸发器9和预热器6中通熔盐工质，即蒸发器9为一级换热，预热器6为二级换热。本系统的预热保证了正常运行时进入系统的熔盐工质不会发生凝固，也可以减小设备热应力和热冲击。

所述预热器6是水工质—熔盐工质换热器，其作用是加热给水管道102中的水工质。在本实用新型中，在所述蒸汽发生系统启动阶段时，所述预热器6不会对给水管道102中的水工质进行加热，只有在所述蒸汽发生系统正常运行时，所述预热器6才会对给水管道102中的水工质进行加热。

所述蒸发器9也是水工质—熔盐工质换热器，所述蒸发器9与所述汽包10对应设置，其作用是负责将所述汽包10中的水工质进行蒸发。在本实用新型中，在所述蒸汽发生系统启动阶段时，所述蒸发器9不会对所述汽包10中的水工质进行蒸发，只有在所述蒸汽发生系统正常运行时，所述蒸发器9才会对所述汽包10中的水工质进行蒸发。本实用新型将文丘里喷嘴8设置在所述蒸发器9与汽包10之间的循环中，在所述蒸汽发生系统正常运行时，通过文丘里喷嘴8中给水工质的动能，最终使得蒸发器9更加有效完成汽包10中水工质的蒸发工艺。

给水源101通过所述给水管道102为所述蒸汽发生系统提供所需水工质，所述给水管道102分别与所述给水调节阀2和给水旁路调节阀3连接，当给水管道102中水工质温度低于熔盐凝固点时，通过关闭给水调阀2、开启给水旁路调节阀3，经所述给水旁路管道4从所述喷嘴入口801进入所述文丘里喷嘴8中的所述给水管道102中的水工质，与经所述下降管从所述喷嘴混合入口802进入所述文丘里喷嘴8中的所述汽包10中的水工质，在所述文丘里喷嘴8中进行混合加热，使得所述蒸发器9发生系统运行稳定。

以下列举两个具体实施例加以详细说明。

实施例1

请参考图1，一种用于太阳能光热发电站的蒸汽发生系统，所述蒸汽发生系统通过给水单元1提供水工质；所述蒸汽发生系统包括预热器6、文丘里喷嘴8、蒸发器9、汽包10和启动单元11。

在本实施例中，给水单元1包括给水源101和给水管道102，给水源101通过给水管道102向所述蒸汽发生系统提供水工质。给水源101还可以通过调节阀或给水泵等与给水管道102连接，目的是可以控制给水管道102的通断。为了给水源101便于向蒸汽发生系统中给水，在本实施例中，给水源101将水工质进行增压后，通过给水管道102向所述蒸汽发生系统给水。

所述启动单元11包括通过管道串联的启动循环泵入口开关阀1101、启动循环泵1102和启动加热器1103，在本实施例中，所述启动循环泵入口开关阀1101、启动循环泵1102和启动加热器1103按照水工质流向依次设置在启动循环管1104上。

所述文丘里喷嘴8包括喷嘴入口801、喷嘴混合入口802和喷嘴出口803：

所述给水源101的水工质途经给水管道102后分成两条水路，在本实施例中，给水管道102通过这两条并联的水路与喷嘴入口801连接，这两条水路分别为：

第一条水路包括预热器6和给水调节阀2，所述预热器6通过其进水管5与给水管道102连接，所述给水调节阀2设置在此进水管5上；所述预热器6通过其出水管7与文丘里喷嘴8的喷嘴入口801连通。具体的，所述预热器6的进水管5的进水口与给水管道102的出口连接，所述预热器6的进水管5的出水口与预热器6的进水口连接。所述预热器6的出水管7的进水口与预热器6的出水口连接，所述预热器6的出水管7的出水口与喷嘴入口801连接。

第二条水路包括给水旁路管道4和给水旁路调节阀3，给水旁路调节阀3设置在给水旁路管道4上，给水旁路管道4的进水口与给水管道102的出水口连接，给水旁路管道4的出水口与文丘里喷嘴8的喷嘴入口801连通。

文丘里喷嘴8的喷嘴出口803经所述蒸发器9与所述汽包10的上升管相连；所述汽包10的下降管分别与文丘里喷嘴8的喷嘴混合入口802和启动循环管1104的入水口相连，启动循环管1104的出水口分别与预热器6的进水管5的进水口或/和给水旁路管道4的进水口或/和给水管道102相连，本实施例对启动循环管1104的出水口连接在哪里不做具体限制，当所述蒸汽发生系统冷态启动时，只要能保证水工质依次在给水调节阀2、预热器6、文丘里喷嘴8、蒸发器9、汽包10、启动循环泵入口开关阀1101、启动循环泵1102和启动加热器1103中形成闭式循环即可。

当所述蒸汽发生系统冷态启动时，如蒸汽发生系统首次启动时或者长时间停机后启动时，此时因蒸汽发生系统内已经不含有任何工作介质，需要将水工质填充进所述蒸汽发生系统中并经加热至熔盐工质凝固点(对于目前塔式光热电站，其熔盐工质凝固点一般认为是240℃)以上后才可进一步接受熔盐的流通，否则熔盐将有凝固风险，此时的启动运行流程为：

首先，开启给水单元1，关闭所述给水旁路调节阀3，打开所述给水调节阀2和启动循环泵入口开关阀1101，给水管道102中流动有经增压后的水工质，水工质依次流入预热器6、文丘里喷嘴8、蒸发器9、汽包10、启动循环泵入口开关阀1101、启动循环泵1102和启动加热器1103，当汽包10中的水工质液位达到启动液位(达到启动液位时，预热器6和蒸发器9中都装满了水工质，本实用新型对汽包10中的启动液位不做具体限制，只要汽包10中有水位即可)时，给水管道102便不再提供额外的水工质，通过开启的启动循环泵1102和启动加热器1103使蒸汽发生系统中的水工质开始循环和加热，直至所述蒸汽发生系统中的水工质温度高于熔盐工质凝固点，至此所述蒸汽发生系统启动完成。

当所述蒸汽发生系统启动完成后，关闭启动循环泵入口开关阀1101，所述启动循环泵1102和启动加热器1103不再工作，此时，所述蒸汽发生系统正常运行，给水管道102继续给水。

蒸汽发生系统正常运行时，又分为以下两种情况：

1、若所述给水管道102中的水工质温度低于熔盐工质凝固点时，关闭所述给水调节阀2，开启所述给水旁路调节阀3，此时，给水管道102中的水工质经所述给水旁路管道4从所述喷嘴入口801进入所述文丘里喷嘴8中，所述汽包10中的水工质经所述下降管从所述喷嘴混合入口802进入所述文丘里喷嘴8中，因汽包10中的水工质温度相较于给水管道102中的水工质温度更高，且该部分的水工质流量更大，故经所述给水旁路管道4从所述喷嘴入口801进入所述文丘里喷嘴8中的所述给水管道102中的水工质(温度较低、流量较小的水工质)，与经所述下降管从所述喷嘴混合入口802进入所述文丘里喷嘴8中的所述汽包10中的水工质(温度较高、流量较大的水工质)，在所述文丘里喷嘴8中进行混合，从所述喷嘴出口803出来的混合水工质进入蒸发器9中，由于从所述喷嘴出口803出来的混合水工质温度高于熔盐工质凝固点，因此，不会引起蒸发器9遭受水工质的热冲击，同时，又因为在文丘里喷嘴8中，流经文丘里喷嘴8的混合水工质的动能加速了汽包10至蒸发器9的水工质循环速率，进而实现相较于自然循环更大的循环倍率。

2、若所述给水管道102中的水工质温度高于熔盐工质凝固点时，开启所述给水调节阀2，关闭所述给水旁路调节阀3，此时，给水管道102中的水工质进入预热器6中经预热器6加热后，再经文丘里喷嘴8的喷嘴入口801流入文丘里喷嘴8中，又由于在文丘里喷嘴8中，汽包10中的水工质经所述下降管从所述喷嘴混合入口802进入所述文丘里喷嘴8中，即经所述预热器6加热后从所述喷嘴入口801进入所述文丘里喷嘴8中的所述给水管道102中的水工质，以及经所述下降管从所述喷嘴混合入口802进入所述文丘里喷嘴8中的所述汽包10中的水工质，在所述文丘里喷嘴8混合，因此，流经文丘里喷嘴8的水工质的动能加速了汽包10至蒸发器9的水工质循环速率，进而实现相较于自然循环更大的循环倍率。

实施例2

本实施例提供的蒸汽发生系统与实施例1提供的蒸汽发生系统的区别点在于，实施例1中的预热器6通过其出水管7与文丘里喷嘴8的喷嘴入口801相连，而本实施例的预热器6通过其出水管7与汽包10的给水管相连，请参考图2。

在本实施例中，当所述蒸汽发生系统冷态启动时，启动运行流程为：

首先，开启给水单元1，关闭所述给水旁路调节阀3，打开所述给水调节阀2和启动循环泵入口开关阀1101，给水管道102中流动有经增压后的水工质，水工质依次流入预热器6、汽包10、文丘里喷嘴8、蒸发器9、汽包10、启动循环泵入口开关阀1101、启动循环泵1102和启动加热器1103，当汽包10中的水工质液位达到启动液位(达到启动液位时，预热器6和蒸发器9中都装满了水工质，本实用新型对汽包10中的启动液位不做具体限制，只要汽包10中有水位即可)时，给水管道102便不再提供额外的水工质，通过开启的启动循环泵1102和启动加热器1103使蒸汽发生系统中的水工质开始循环和加热，直至所述蒸汽发生系统中的水工质温度高于熔盐工质凝固点，至此所述蒸汽发生系统启动完成。

当所述蒸汽发生系统启动完成后，关闭启动循环泵入口开关阀1101，所述启动循环泵1102和启动加热器1103不再工作，此时，所述蒸汽发生系统正常运行，给水管道102继续给水。

蒸汽发生系统正常运行时，又分为以下两种情况：

1、若所述给水管道102中的水工质温度低于熔盐工质凝固点时，此时的运行流程与实施例1一致，因此，此时的文丘里喷嘴8可以作为当给水温度低于熔盐工质凝固点时的一种汽水混合加热设备。

2、若所述给水管道102中的水工质温度高于熔盐工质凝固点时，开启所述给水调节阀2，关闭所述给水旁路调节阀3，此时，所述给水管道102中的水工质经所述预热器6加热后进入所述汽包10中，由于此时的预热器6内的水工质未直接进入文丘里喷嘴8，因此，文丘里喷嘴8无法实现加速汽包10与蒸发器9之间的汽水循环速率。

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