一種再熱太陽能熱利用系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種再熱太陽能熱利用系統，進一步提高了太陽能熱利用效率。本裝置的蓄熱裝置設有多組，單組蓄熱裝置包括過熱蓄熱器、再熱蓄熱器和蒸發(fā)蓄熱器，過熱蓄熱器和再熱蓄熱器并聯后與蒸發(fā)蓄熱器串聯，放熱循環(huán)傳熱介質取熱過程中先從蒸發(fā)蓄熱器、過熱蓄熱器取熱對高壓缸做功，再從再熱蓄熱器取熱對中低壓合缸做功。本實用新型太陽能熱利用系統優(yōu)勢在于：放熱過程中進行二次取熱做功，熱量得到更高的利用。同時利用三個蓄熱器的并聯和串聯將蓄熱溫度區(qū)間劃分成兩段，提高了再熱過程的熱利用率。
【專利說明】一種再熱太陽能熱利用系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能熱利用系統，尤其涉及一種再熱太陽能熱利用系統。
【背景技術】
[0002]太陽能是一種儲量近乎無限、分布廣泛、清潔的新能源，太陽能的開發(fā)利用越來越受到重視。同時，太陽能也具有能量密度較低，隨季節(jié)、天氣情況變化的特點，導致太陽能利用過程能量輸出不穩(wěn)定。通過蓄熱，將太陽能轉化成可以儲存的形式是解決這個問題的主要方法，采用合適的系統高效的儲存并利用能量是關鍵問題。
[0003]傳統的太陽能熱利用系統采用熔鹽介質，熔鹽需要在熔融狀態(tài)下進行循環(huán)，熔鹽使用量大，也熱利用率低。而目前還有一種熱效率高的具有溫度梯度的相變蓄熱器，可以利用水作為傳熱介質，利用熔鹽作為蓄熱介質，有效的轉化并儲存太陽能。如中國專利CN102829661A,該專利公開了一種分級相變蓄熱系統,蓄熱介質中設有供傳熱介質通過的管道，并在管道壁兩側進行熱交換，實現傳熱介質和蓄熱介質的分離，同時將蓄熱介質劃分若干區(qū)域，按照傳熱介質流經的區(qū)域，依次進行蓄熱，只有當前一區(qū)域蓄熱接近飽和，才會進行下一區(qū)域的蓄熱；對應放熱過程是蓄熱的逆變過程，當前一區(qū)域熱量接近取空，才會到下一區(qū)域取熱。因此上述裝置具有熱量可用率(Exergy)高,熱量可用率(Exergy)損失小，放熱過程取熱溫度穩(wěn)定，熔鹽使用量小，施工難度低等方面的優(yōu)點。該裝置還利用了蓄熱介質固液轉換的相變蓄熱，如果將蓄熱溫度范圍設定到蓄熱介質熔點以上，雖然無法利用蓄熱介質相變蓄熱，但是同樣能在蓄熱過程中具備溫度梯度，實現高熱量可用率和穩(wěn)定的取熱溫度。
[0004]但是，僅僅將上述具備溫度梯度的蓄熱裝置結合到太陽能熱利用系統中的話，放熱過程取熱做功為單循環(huán)，水從蓄熱裝置取熱后轉化為高溫高壓蒸汽，做功后蒸汽直接進入冷凝器。由于取熱后的蒸汽溫度-壓力高，導致從高壓缸出來的過熱蒸汽依然具備較高的熱量和壓力，卻沒辦法再次進入溫度梯度相變蓄熱器取熱，變成可供中、低壓合缸利用的過熱蒸汽，從而使系統熱能沒有被最大限度的利用，因此系統效率還有進一步提升的空間。
[0005]此外，一般的相變蓄熱器儲熱介質溫度較高，換熱管需要使用不銹鋼制造，設備成本也較高。

【發(fā)明內容】

[0006]本實用新型的目的在于針對現有太陽能熱利用系統取熱做功后熱能損失較大，存在進一步提升的空間的問題，提出一種再熱太陽能熱利用系統。
[0007]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0008]一種再熱太陽能熱利用系統，包括蓄熱循環(huán)和放熱循環(huán)，蓄熱循環(huán)回路包括水箱，水箱通過回水循環(huán)泵連接汽包，汽包出水口經強制循環(huán)泵連接太陽能蒸發(fā)加熱器、并回流至汽包形成蒸發(fā)循環(huán)，汽包出汽口連接太陽能過熱加熱器繼而連接蓄熱裝置蓄熱進口，蓄熱裝置蓄熱出口連接至水箱回流，所述蓄熱裝置至少并聯設置兩組，單組蓄熱裝置包括過熱蓄熱器、再熱蓄熱器和蒸發(fā)蓄熱器，過熱蓄熱器和再熱蓄熱器并聯后與蒸發(fā)蓄熱器串聯，過熱蓄熱器和再熱蓄熱器位于蓄熱進口一側，蒸發(fā)蓄熱器位于蓄熱出口一側；
[0009]完成蓄熱后的蓄熱裝置參與放熱循環(huán)，放熱循環(huán)沿循環(huán)方向依次串聯凝汽器、凝結水泵、低壓加熱器、除氧器，給水泵、高壓加熱器、蒸發(fā)蓄熱器、過熱蓄熱器、高壓缸、再熱蓄熱器、中低壓合缸、然后回流至凝汽器；
[0010]蓄熱裝置中的過熱蓄熱器、再熱蓄熱器和蒸發(fā)蓄熱器在蓄熱循環(huán)和放熱循環(huán)中進出口方向相反。
[0011]汽包中的水利用輸水管道經過太陽能蒸發(fā)加熱器加熱，產生的汽水混合物再回到汽包，汽包出汽進入太陽能過熱加熱器進一步加熱形成高溫蒸汽進入蓄熱裝置，蓄熱完成后重新變?yōu)橐合嗷亓髦粱厮洹Ｏ到y至少包括兩組蓄熱裝置，當其中一組蓄熱裝置蓄熱完畢，則切換到另一蓄熱裝置進行蓄熱。此時，可以根據需要對蓄熱完畢的蓄熱裝置進行熱利用。每組蓄熱裝置在蓄熱和放熱這兩個狀態(tài)間切換運行。多組蓄熱裝置可以交替進行蓄熱和放熱，保證熱能的持續(xù)供應。每組蓄熱裝置分為過熱蓄熱器、再熱蓄熱器和蒸發(fā)蓄熱器分別蓄熱，效果如下:1、放熱過程中過熱蒸汽可以從過熱蓄熱器一次取熱對高壓缸做功后，再從再熱蓄熱器進行再熱對中低壓合缸進行二次做功，提高了系統的熱利用率；2、利用過熱蓄熱器、再熱蓄熱器進行高溫蓄熱，蒸發(fā)蓄熱器進行低溫蓄熱，將整組蓄熱裝置的溫度跨度分為兩段，能提高二次做功過程中熱量利用率，例如整組蓄熱裝置蓄熱前后溫度變化區(qū)間為180?560°C，過熱蓄熱器和再熱蓄熱器溫度變化區(qū)間為330?560°C，蒸發(fā)蓄熱器溫度變化區(qū)間為180?330°C，而過熱蒸汽對高壓缸做功后溫度下降至315°C，無法從溫度低于自身的蓄熱介質中取熱，此時從再熱蓄熱器取熱時，能使再熱蓄熱器在設定的溫度變化區(qū)間內運行，完全利用蓄熱過程儲存的熱量，如果直接從溫度跨度為180?560°C的蓄熱器中取熱，蓄熱器儲存的熱量就無法完全利用，造成能量利用率降低，同時蒸發(fā)蓄熱器的運行溫度低，對材料和結構要求也較低，能降低整組蓄熱裝置的運行成本。
[0012]作為優(yōu)選，所述過熱蓄熱器、再熱蓄熱器和蒸發(fā)蓄熱器均為具有溫度梯度的蓄熱器，分別分隔成依次串聯的若干蓄熱區(qū)域。采用具有溫度梯度的蓄熱器，能提高熱利用率，并保持穩(wěn)定的取熱溫度。
[0013]作為優(yōu)選，所述蒸發(fā)蓄熱器還并聯有從過熱蓄熱器和再熱蓄熱器出口直聯水箱的旁路。蓄熱過程中完成過熱蓄熱器和再熱蓄熱器換熱的過熱蒸汽可以直接從旁路回到水箱，保證水箱中的水具有足夠的初始溫度，保證整個蓄熱循環(huán)的正常運行。
[0014]作為優(yōu)選，蓄熱循環(huán)和放熱循環(huán)的傳熱介質為水，蓄熱介質為熔鹽，蓄熱進口的傳熱介質溫度高于熔鹽的熔點、蓄熱出口的傳熱介質溫度低于熔鹽的熔點。保證整組蓄熱裝置中，或者是過熱蓄熱器和再熱蓄熱器，或者是蒸發(fā)蓄熱器，能利用熔鹽的相變進行蓄熱，提聞畜熱量。
[0015]作為優(yōu)選，所述過熱蓄熱器和再熱蓄熱器設有換熱管，換熱管內流通傳熱介質，換熱管外為蓄熱介質，過熱蓄熱器和再熱蓄熱器換熱管使用不銹鋼材料。
[0016]作為優(yōu)選，所述蒸發(fā)蓄熱器設有換熱管，換熱管內流通傳熱介質，換熱管外為蓄熱介質，蒸發(fā)蓄熱器換熱管使用碳鋼材料。
[0017]一種再熱太陽能熱利用系統的運行方式，蓄熱過程為:水箱中水經過回水循環(huán)泵加壓后進入汽包，和汽包中的循環(huán)水混合后再經強制循環(huán)泵加壓進入蒸發(fā)加熱器加熱成汽水混合物后回到汽包進行汽水分離，分離后的飽和蒸汽進入過熱加熱器加熱為過熱蒸汽，過熱蒸汽進入其中一組蓄熱裝置，先給該蓄熱裝置的過熱蓄熱器和再熱蓄熱器蓄熱后降溫，降溫后的過熱蒸汽再給蒸發(fā)蓄熱器蓄熱，蓄熱后凝結為熱水回到水箱，一組蓄熱裝置蓄熱完成后切換另一組蓄熱裝置進行蓄熱；
[0018]完成蓄熱后的其中一組蓄熱裝置進行放熱循環(huán)，放熱過程為:凝汽器中出來的水，經過凝結水泵、低壓加熱器、除氧器、給水泵、高壓加熱器處理后的熱水，進入蒸發(fā)蓄熱器取熱，接著進入過熱蓄熱器再加熱形成高壓過熱蒸汽，進入高壓缸做功過熱蒸汽壓力降低，過熱蒸汽再進入再熱蓄熱器取熱升溫形成中低壓過熱蒸汽，進入中低壓合缸做功，中低壓合缸做功后的蒸汽壓力再次降低最后回到凝汽器。
[0019]作為優(yōu)選，蓄熱過程中，給過熱蓄熱器和再熱蓄熱器蓄熱后降溫的過熱蒸汽其中一部分給蒸發(fā)蓄熱器蓄熱，另一部分降溫的過熱蒸汽從旁路直接回流到水箱保持水箱中的初始水溫。
[0020]作為優(yōu)選，蓄熱過程和放熱過程分別在不同組的蓄熱裝置中同時進行。
[0021]本實用新型太陽能熱利用系統優(yōu)勢在于:1、放熱過程中進行再熱做功，二次做功完成后的蒸汽壓力和溫度低，熱量得到更高的利用。2、蓄熱裝置中設置三個不同作用的蓄熱器，使傳熱介質在兩次做功過程中從不同的蓄熱器進行取熱，兩次取熱互不干擾，運行穩(wěn)定；同時利用三個蓄熱器的并聯和串聯將蓄熱溫度區(qū)間劃分成兩段，提高了再熱過程的熱利用率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型一種結構示意圖。
[0023]圖2是本實用新型A組蓄熱裝置蓄熱過程示意圖。
[0024]圖3是本實用新型B組蓄熱裝置放熱過程示意圖。
[0025]圖中:1一水箱，2—回水循環(huán)泵，3—汽包，4一強制循環(huán)泵，5—太陽能蒸發(fā)加熱器，6—太陽能過熱加熱器，7—A過熱蓄熱器，8—A再熱蓄熱器，9一A蒸發(fā)蓄熱器，10—凝汽器，11—凝結水泵，12—低壓加熱器，13—除氧器，14一給水泵，15—高壓加熱器，16—B蒸發(fā)蓄熱器，17—B過熱蓄熱器，18—B再熱蓄熱器，19—高壓缸，20—中低壓合缸。
【具體實施方式】
[0026]下面通過具體實施例并結合附圖對本實用新型進一步說明。
[0027]實施例:一種再熱太陽能熱利用系統，如圖1所示。本裝置采用水作為傳熱介質，采用熔鹽作為蓄熱介質(主要成分為硝酸鈉)，熔點為308°C。本裝置連接結構如圖1所示，包括蓄熱循環(huán)和放而循環(huán)。蓄熱循環(huán)連接關系如下，水箱I通過回水循環(huán)泵2連接汽包3，汽包通過強制循環(huán)泵4連接太陽能蒸發(fā)加熱器5，并回流至汽包形成蒸發(fā)循環(huán)，汽包出汽口連接太陽能過熱加熱器6，太陽能過熱加熱器連接至蓄熱裝置蓄熱進口，蓄熱裝置蓄熱出口連接回水箱；蓄熱裝置設有兩組以上并相互并聯，依次為A組蓄熱裝置、B組蓄熱裝置等。各組蓄熱裝置結構相同，內部與外部的連接關系也相同。以A蓄熱裝置為例，包括A過熱蓄熱器7、A再熱蓄熱器8和A蒸發(fā)蓄熱器9。沿蓄熱過程循環(huán)方向，A過熱蓄熱器7和A再熱蓄熱器8并聯，然后與A蒸發(fā)蓄熱器9串聯，A蒸發(fā)蓄熱器9還并聯有從A過熱蓄熱器7和A再熱蓄熱器8直聯水箱I的旁路。B組蓄熱裝置于A組蓄熱裝置連接關系相同。
[0028]放熱循環(huán)和蓄熱循環(huán)過程中，蓄熱裝置的進出口方向相反。放熱循環(huán)以B組蓄熱裝置舉例，循環(huán)回路依次為:凝結水泵11、低壓加熱器12、除氧器13、給水泵14、高壓加熱器15、B蒸發(fā)蓄熱器16、B過熱蓄熱器17、高壓缸19、B再熱蓄熱器18、中低壓合缸20，最后回到凝汽器10。[0029]蓄熱過程如圖2所示，圖2中實線表示蓄熱相關的回路，虛線為放熱相關但與蓄熱不相關的部分回路。蓄熱過程以A組蓄熱裝置為例，水箱I中305°C熱水經過回水循環(huán)泵2加壓后進入汽包3，和汽包中循環(huán)水混合后再經強制循環(huán)泵4加壓后進入蒸發(fā)加熱器5加熱成318°C汽水混合物后回到汽包3進行汽水分離，之后318°C的飽和蒸汽進入過熱加熱器6加熱成560°C的過熱蒸汽，再進入A過熱蓄熱器7和A再熱蓄熱器8，給液態(tài)熔鹽蓄熱后降溫成330°C的過熱蒸汽，該參數的蒸汽一部分進入A蒸發(fā)蓄熱器9，給熔鹽蓄熱后降溫變成180°C的熱水回到水箱I ;為了使水箱I中水溫度達到305°C，另一部分蒸汽通過旁路直接到水箱I。A組蓄熱裝置蓄熱完成后切換B組蓄熱裝置蓄熱，同時A組蓄熱裝置可進行放熱過程。
[0030]放熱過程如圖3所示，圖3中實線部分為放熱相關回路，虛線部分為蓄熱相關但與放熱無關的部分回路。放熱過程以B組蓄熱裝置為例:凝汽器10中出來的0.005MPa凝結水，經過凝結水泵11、低壓加熱器12、除氧器13、給水泵14、高壓加熱器15處理后變成
8.83MPa、180°C熱水，進入B蒸發(fā)蓄熱器16取熱變成8.83MPa、315°C過熱蒸汽，接著進入B過熱蓄熱器17取熱變成8.83MPa、535°C過熱蒸汽，進入高壓缸19做功后變成2MPa、310°C過熱蒸汽，再次進入B再熱蓄熱器18取熱變成2MPa、535°C過熱蒸汽，進入中、低壓合缸20做功后變成0.005MPa濕蒸汽，最后回到凝汽器10。B組蓄熱裝置放熱完成后切換A組蓄熱裝置放熱，同時B組蓄熱裝置可進行蓄熱過程。
[0031]過熱蓄熱器和再熱蓄熱器溫度變化區(qū)間為330~560°C，蒸發(fā)蓄熱器溫度變化區(qū)間為180~330 0C ο
[0032]A組蓄熱裝置完成蓄熱，B組蓄熱裝置完成放熱后，可進行蓄熱、放熱功能轉換，達到持續(xù)蓄熱和持續(xù)放熱的目的，同時可以并聯C組蓄熱裝置，D組蓄熱裝置……等更多的蓄熱裝置組，滿足蓄熱放熱不平衡狀態(tài)下的使用需求。
【權利要求】
1.一種再熱太陽能熱利用系統，包括蓄熱循環(huán)和放熱循環(huán)，其特征在于:蓄熱循環(huán)回路包括水箱，水箱通過回水循環(huán)泵連接汽包，汽包出水口經強制循環(huán)泵連接太陽能蒸發(fā)加熱器、并回流至汽包形成蒸發(fā)循環(huán)，汽包出汽口連接太陽能過熱加熱器繼而連接蓄熱裝置蓄熱進口，蓄熱裝置蓄熱出口連接至水箱回流，所述蓄熱裝置至少并聯設置兩組，單組蓄熱裝置包括過熱蓄熱器、再熱蓄熱器和蒸發(fā)蓄熱器，過熱蓄熱器和再熱蓄熱器并聯后與蒸發(fā)蓄熱器串聯，過熱蓄熱器和再熱蓄熱器位于蓄熱進口一側，蒸發(fā)蓄熱器位于蓄熱出口一側； 完成蓄熱后的蓄熱裝置參與放熱循環(huán)，放熱循環(huán)沿循環(huán)方向依次串聯凝汽器、凝結水泵、低壓加熱器、除氧器，給水泵、高壓加熱器、蒸發(fā)蓄熱器、過熱蓄熱器、高壓缸、再熱蓄熱器、中低壓合缸、然后回流至凝汽器； 蓄熱裝置中的過熱蓄熱器、再熱蓄熱器和蒸發(fā)蓄熱器在蓄熱循環(huán)和放熱循環(huán)中進出口方向相反。
2.根據權利要求1所述的一種再熱太陽能熱利用系統，其特征在于:所述過熱蓄熱器、再熱蓄熱器和蒸發(fā)蓄熱器均為具有溫度梯度的蓄熱器，分別分隔成依次串聯的若干蓄熱區(qū)域。
3.根據權利要求1或2所述的一種再熱太陽能熱利用系統，其特征在于:所述蒸發(fā)蓄熱器還并聯有從過熱蓄熱器和再熱蓄熱器出口直聯水箱的旁路。
4.根據權利要求1或2所述的一種再熱太陽能熱利用系統，其特征在于:蓄熱循環(huán)和放熱循環(huán)的傳熱介質為水，蓄熱介質為熔鹽，蓄熱進口的傳熱介質溫度高于熔鹽的熔點、蓄熱出口的傳熱介質溫度低于熔鹽的熔點。
5.根據權利要求1或2所述的一種再熱太陽能熱利用系統，其特征在于:所述過熱蓄熱器和再熱蓄熱器設有換熱管，換熱管內流通傳熱介質，換熱管外為蓄熱介質，過熱蓄熱器和再熱蓄熱器換熱管使用不銹鋼材料。
6.根據權利要求1或2所述的一種再熱太陽能熱利用系統，其特征在于:所述蒸發(fā)蓄熱器設有換熱管，換熱管內流通傳熱介質，換熱管外為蓄熱介質，蒸發(fā)蓄熱器換熱管使用碳鋼材料。
【文檔編號】F28D20/02GK203395898SQ201320409940
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年7月11日 優(yōu)先權日:2013年7月11日
【發(fā)明者】朱亞農, 顧向明, 姚利森, 彭才元 申請人:杭州工電能源科技有限公司