一种直接产生稳定过热蒸汽的方法和设备与流程

本发明涉及太阳能光热利用技术，尤其涉及一种直接产生稳定过热蒸汽的方法和设备。

背景技术：

太阳能光热发电技术路线中，线性太阳能光热发电已应用以水直接作为换热介质的直接蒸汽发生(dsg)技术多年，利用dsg技术产生蒸汽的装置为直接蒸汽发生装置，其包括蒸发管和过热管，其基本原理为换热介质(水)流经蒸发管的过程中吸收太阳光能量，升温形成水蒸汽，该水蒸汽再进入过热管中继续吸收太阳光能量，产生过热蒸汽。可利用该过热蒸气驱动汽轮机带动发电机组发电或输送至其他的蒸汽利用装置进行后续利用。

光热电站一般由太阳岛、储热岛和常规岛组成，如果太阳岛产生的过热蒸汽不稳定，可能会造成如下问题：1)如太阳岛产生的过热蒸汽直接进入汽轮机发电，过热蒸汽的不稳定性，必然会对汽轮机的寿命和发电的品质造成恶劣的影响；2)如太阳岛产生的过热蒸汽进入储热岛进行储热，当蒸汽参数过高时，会对储热岛的稳定性和寿命造成不可修复的损坏。

申请号为“201520843563.7”，发明名称为“一种直接蒸气发生装置”的实用新型专利，公开了一种蒸发管可自由伸缩的直接蒸气发生装置，该装置有效地避免了由于弹性伸缩膨胀对蒸发管结构稳定性的影响。但是该申请未解决目前存在的制约dsg技术大范围应用的关键问题---如何能够直接生产出稳定的过热蒸汽，超温严重的情况很可能对整个系统造成破坏，轻微的情况也会影响系统中装置的寿命。一般情况下，会采用喷水减温的方式对超温的过热蒸汽进行降温处理，但是对于几百米长的线性聚光集热管道来说，进行喷水减温的装置设计比较复杂，欠缺实用性，控制效果差。

显然，寻找一种能够解决线性聚光光热电站直接产生稳定过热蒸汽的生成方法，成为太阳能发电行业亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种简单可靠、操作便捷的安全产生稳定蒸汽过热蒸汽方法，及与该方法对应的设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种直接产生稳定过热蒸汽的方法，包括：

按设定布局布置的若干线性反射镜阵列；

在线性反射镜阵列的焦线位置设置吸热器，用于接收所述线性反射镜阵列汇聚的太阳光，将光能转化为热能，所述吸热器包括蒸发管、汽水分离器和过热管，所述汽水分离器可以将汽水混合物进行分离；

所述蒸发管入口为进水口，所述蒸发管的出口与所述汽水分离器入口相连接，所述汽水分离器的出口与过热管的入口相连接；

水进入吸热器后，经所述汽水分离器分离出的蒸汽进入所述过热管进行过热形成过热蒸汽，所述过热蒸汽输出至耗功设备做功，所述汽水分离器分离后的水再次进入所述蒸发管中进行循环；

通过控制所述蒸发管产生的蒸汽量来调节过热管的产汽温度。所述蒸发管产生的蒸汽量增加，所述过热管出口的过热蒸汽温度降低；所述蒸发管产生的蒸汽量减少，所述过热管出口的过热蒸汽温度提高。

进一步地，调节所述蒸发管入口的给水流量来调节所述蒸发管产生的蒸汽量。所述给水流量越大，所述蒸发管产生的蒸汽量越少；所述给水流量越小，所述蒸发管产生的蒸汽量越多。

进一步地，调节所述蒸发管入口的给水温度来调节所述蒸发管产生的蒸汽量。所述蒸发管入口的给水温度越高，所述蒸发管产生的蒸汽量越多；所述给水温度越低，所述蒸发管产生的蒸汽量越少。

当所述过热管出口过热蒸汽温度偏高时，减少所述蒸发管入口的给水流量，增加所述蒸发管产生的蒸汽量，降低所述蒸发段的给水循环倍率；当所述过热管出口过热蒸汽温度偏低时，增加所述蒸发管入口的给水流量，减少所述蒸发管产生的蒸汽量。

进一步地，当所述过热管出口过热蒸汽温度偏高时，通过所述耗功设备的热量提高所述蒸发段入口的给水温度，增加所述蒸发管产生的蒸汽量；当所述过热管出口过热蒸汽温度偏低时，通过降低所述蒸发段入口的给水温度，减少所述蒸发管产生的蒸汽量。

进一步地，所述蒸发管入口的给水流量不低于所述蒸发管的安全流量，以防止流量过小，导致所述蒸发管温度超温带来管道膨胀等一系列问题。

进一步地，所述线性反射镜阵列包括若干列反射镜条、驱动所述反射镜阵列跟踪太阳的第一驱动装置和第二驱动装置。

进一步地，所述第一驱动装置驱动所述蒸发管对应的线性反射镜阵列跟踪太阳；所述第二驱动装置驱动所述过热管对应的线性反射镜阵列跟踪太阳。

进一步地，所述第二驱动装置驱动所述线性反射镜阵列焦线偏离所述过热管，避免所述过热管启动过程中被干烧或运行过程中超温风险。

根据本发明的另一个方面，提供了一种直接产生稳定过热蒸汽的设备，包括

若干线性反射镜阵列，按设定布局布置；

吸热器，设置在线性反射镜阵列的焦线位置；

所述吸热器包括蒸发管、汽水分离器和过热管；

所述蒸发管内部还布置有蒸发内管，所述蒸发内管上靠近所述蒸发管的出口的一端形成第一封闭端，所述蒸发内管的另一端形成第一开口，并且所述蒸发内管通过所述第一开口与所述蒸发管的内部相连通；

所述蒸发管入口为进水口，所述蒸发管出口与汽水分离器入口相连，所述汽水分离器出口与所述过热管入口相连。

进一步地，所述蒸发管入口与流量调节装置相连接，所述流量调节装置用于调节所述蒸发管入口的给水量。

进一步地，所述线性反射镜阵列包括若干列反射镜条、驱动所述反射镜阵列跟踪太阳的第一驱动装置和第二驱动装置。

进一步地，所述蒸发管对应的线性反射镜阵列与所述第一驱动装置相连，所述过热管对应的线性反射镜阵列与所述第二驱动装置相连。

进一步地，还包括与所述吸热器出口相连接的耗功设备；连接所述吸热器入口和所述耗功设备出口的管道。

优选地，所述线性反射镜阵列为菲涅尔反射镜阵列或槽式反射镜阵列。

由以上技术方案可知，本申请中控制过热蒸汽温度摒弃了喷水减温的常规减温方式，而是通过控制蒸发段产生的蒸汽量进而调节过热蒸汽的温度，简化了系统的复杂程度，同时单个线性反射镜阵列采用双驱动的结构，分别控制蒸发管和过热管对应的反射镜，能够有效避免过热管干烧，同时也能控制热蒸汽超温，使系统更加安全可控。故本申请中的直接产生稳定过热蒸汽的方法及设备既取消了原有的喷水减温装置，又不会产生集热管干烧或系统超温导致的系统安全问题，能够安全稳定输出设计参数的过热蒸汽，简化光热电站的整体运行，节约设备成本和运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为根据本申请一优选实施例示出的太阳能电站直接产生过热蒸汽的流程图；

图2为根据一优选实施例示出的太阳能电站直接产生稳定过热蒸汽的流程图；

图3为直接产生稳定过热蒸汽设备结构示意以及工作时传热介质的流向示意图。

图中，1为线性反射镜阵列，3为蒸发管，4为过热管，5为汽水分离器，71为第一驱动装置，72为第二驱动装置。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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，都属于本发明保护的范围。

本发明的发明人注意到，线性聚光集热的光热电站中，由于太阳光光密度变化、云层遮挡等因素的影响，直接蒸汽发生装置产生的过热蒸汽的品质难以控制，超温运行可能会导致部分设备的损坏或寿命降低，传统对蒸汽降温的方式是对蒸汽管道进行喷水减温，但是在长达几百米的蒸汽管道上安装喷水减温装置，系统会比较复杂，运行成本较高。基于上述情况，本发明的发明人提出一种构想，突破现有蒸发管道通过喷水减温装置进行降温的模式，从而提出一种全新的太阳能直接产生稳定过热蒸汽的方法和设备。

下面对本申请中提出的线性聚光太阳能电站直接产生稳定过热蒸汽的方法进行详细阐述。

图1为根据本申请一优选实施例示出的太阳能电站直接产生过热蒸汽的流程图，如图1所示，包括如下步骤：

s101向吸热器打水。

按设定布局布置的若干线性反射镜阵列；

优选地，所述线性反射镜阵列为菲涅尔反射镜阵列或槽式反射镜阵列；

所述线性反射镜阵列包括若干列反射镜条、驱动所述反射镜阵列跟踪太阳的第一驱动装置和第二驱动装置。

在线性反射镜阵列的焦线位置设置吸热器，向所述吸热器中打水。

s102所述吸热器用于接收所述线性反射镜阵列跟踪太阳汇聚的太阳光，将光能转化为热能。所述吸热器包括蒸发管、汽水分离器和过热管，所述蒸发管入口为进水口，所述蒸发管的出口与所述汽水分离器入口相连接，所述汽水分离器的出口与过热管的入口相连接；水流经所述蒸发管，吸热后水温升高进行蒸发，转化为汽水混合物。

s103所述蒸发管内的汽水混合物进入所述汽水分离器，所述汽水分离器可以将汽水混合物进行分离。

s104经所述汽水分离器分离出的蒸汽进入所述过热管进行过热。

s105通过控制所述蒸发管产生的蒸汽量来调节所述过热管的产汽温度。

s106所述吸热器产出合格的过热蒸汽。

s107所述过热蒸汽输出至耗功设备做功放热，冷却后再次进入所述吸热器中进行循环。

本实施例中的耗功功设备包括但不限于太阳能电站中的汽轮机、用于供热的热力设备、其他发电设备或储热系统等。

s108经所述汽水分离器分离后的水再次进入所述蒸发管中进行循环。

图2为根据一优选实施例示出的太阳能电站直接产生稳定过热蒸汽的流程图，如图2所示，步骤包括：

s105当所述过热管出口蒸汽参数不合格时，调节所述蒸发管出口的蒸汽量来控制所述过热管出口过热蒸汽的温度。

s231当所述过热管出口过热蒸汽温度偏高时，所述第二驱动装置驱动所述线性反射镜阵列焦线偏离所述过热管，避免所述过热管启动过程中被干烧或运行过程中超温风险。

可以很容易想到的是，在系统启动之初，所述蒸发管内的水未形成蒸汽，此时，仅启动所述第一驱动装置驱动所述线性反射镜汇聚太阳光，即所述过热管无光照，不会造成所述过热管干烧的问题；当所述蒸发管中存在汽水混合物时，启动所述第二驱动装置驱动所述线性反射镜汇聚太阳光，此时所述蒸发管和过热管均有汇聚太阳光的照射。或者在系统正常运行时，为了响应突发状况或过热管出口蒸汽温度超温不可控时，可以使第二驱动装置驱动所述线性反射镜阵列焦线偏离所述过热管，以保证系统运行的安全性。

s211调节给水流量

调节所述蒸发管入口的给水流量来调节所述蒸发管产生的蒸汽量；

s212当所述过热管出口过热蒸汽温度偏高时，减少所述蒸发管入口的给水流量，增加所述蒸发管产生的蒸汽量，最终获得合格过热蒸汽。

需要注意的是，所述蒸发管入口的给水流量不低于所述蒸发管的安全流量。

s213当所述过热管出口过热蒸汽温度偏低时，增加所述蒸发管入口的给水流量，减少所述蒸发管产生的蒸汽量，最终获得合格过热蒸汽。

s221调节给水温度

调节所述蒸发管入口的给水温度来调节所述蒸发管产生的蒸汽量。

s222当所述过热管出口过热蒸汽温度偏高时，通过所述耗功设备的热量提高所述蒸发段入口的给水温度，增加所述蒸发管产生的蒸汽量，最终获得合格过热蒸汽。

s223当所述过热管出口过热蒸汽温度偏低时，通过降低所述蒸发段入口的给水温度，减少所述蒸发管产生的蒸汽量，最终获得合格过热蒸汽。

图3为直接产生稳定过热蒸汽设备结构示意及工作时传热介质的流向示意图。如图3所示，一种直接产生稳定过热蒸汽设备，其特征在于，包括：若干线性反射镜阵列1，按设定布局布置，所述线性反射镜阵列1为线性菲涅尔反射镜阵列或槽式反射镜阵列，优选文线性菲涅尔反射镜阵列；吸热器，设置在线性反射镜阵列1的焦线位置；用于将所述线性反射镜阵列1汇聚的太阳光转化为热能，通过工质水带走。所述吸热器包括蒸发管3、汽水分离器5和过热管4；所述蒸发管3内液态的水在流动过程中吸收热量升温，发生相变后形成气液两相流。所述蒸发管3内部还布置有蒸发内管，所述蒸发内管用以克服所述蒸发管3内气液两相流的振动等不良现象，起到扰流的左右。所述蒸发内管与所述蒸发管3同轴心布置，所述蒸发内管靠近所述蒸发管的出口的一端形成第一封闭端，所述蒸发内管的另一端形成第一开口，并且所述蒸发内管通过所述第一开口与所述蒸发管3的内部相连通；所述蒸发管3入口为进水口，所述蒸发管3出口与汽水分离器5入口相连，所述汽水分离器5用以将所述蒸发管3输出的气液两相流进行气液分离。所述汽水分离器5出口与所述过热管4入口相连。所述蒸发管3入口与流量调节装置相连接，所述流量调节装置用于调节所述蒸发管入口的给水量，进而控制所述蒸发管3输出的蒸汽量。

所述线性反射镜阵列1包括若干列反射镜条、驱动所述反射镜阵列跟踪太阳的第一驱动装置72和第二驱动装置71。所述蒸发管3对应的线性反射镜阵列与所述第一驱动装置72相连，所述过热管4对应的线性反射镜阵列与所述第二驱动装置71相连。所述直接产生稳定过热蒸汽设备还包括与所述吸热器出口相连接的耗功设备(例如汽轮机系统或者储热系统)以及连接所述吸热器入口和所述耗功设备(例如汽轮机系统或者储热系统)出口的管道。

直接产生稳定过热蒸汽设备工作时传热介质的流动过程如下：通过泵送将低温水泵入所述蒸发管3内，水在所述蒸发管3内流动升温蒸发，形成气液两相流，输送至所述汽水分离器5进行汽水分离，分离出的蒸汽进入所述过热管4内进行过热，分离出的水输送至所述吸热器入口进行再次循环。所述过热管4内的过热蒸汽输出至耗功设备做功，例如汽轮发电机发电或者储热系统进行热量存储。

由以上技术方案可知，本申请采用调整蒸发管产生蒸汽量的多少来控制吸热器出口的温度，相较于现有常规喷水减温方式，省去了喷水减温的设置，因此系统以及系统控制的复杂程度有所降低；另外本申请能够安全控制输出稳定参数的过热蒸汽，增加系统装置的寿命，降低配件的更换频次和系统的控制难度，节约设备成本和人员成本。故本申请中的直接产生稳定过热蒸汽的方法及设备既不会产生对设备本身造成影响和伤害，又简化了系统设置，节约了设备和人员的成本。

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

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