一種槽式真空集熱管直流大電流熔鹽解凍預熱裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種槽式真空集熱管直流大電流熔鹽解凍預熱裝置,屬于熱力設備【技術領域】,由兩部分組成:管路系統(tǒng):包括限壓閥V1,限壓閥V2,用于連接吸熱器支撐機構的陶瓷電絕緣結構,膨脹罐,限壓閥V3。直接電加熱系統(tǒng):包括現場變壓器,備用交流發(fā)電機,用于交直流轉換的AC/DC模塊,連接銅纜,接線端子以及用于控制的T1,T2,T3三個Pt100溫度傳感器;本發(fā)明利用真空集熱管不銹鋼內管的本體電阻作為電加熱的發(fā)熱體,解決了槽式系統(tǒng)真空集熱管內熔鹽凍堵、啟動預熱的難題,具有實施方便,節(jié)省真空集熱管內空間,加熱周向均勻,傳熱熱阻小,解凍、預熱時間短的特點。
【專利說明】一種槽式真空集熱管直流大電流熔鹽解凍預熱裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明專利是針對槽式聚光太陽能熱發(fā)電系統(tǒng),用于真空集熱管內熔鹽解凍、預熱的一種裝置。是基于熔融鹽作為槽式太陽能聚光熱發(fā)電系統(tǒng)的傳熱工質時的一種啟動預熱、凍堵排除裝置。當熔融鹽在真空集熱管內發(fā)生凍堵現象時,可以快速方便的解凍,且不占用集熱管內部空間。可以為熔鹽作為集熱傳熱工質的槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)提供凍堵排除以及啟動預熱,提高系統(tǒng)的運行效率及安全性能。
【背景技術】
[0002]當前,世界各國加強了對清潔能源技術的研究開發(fā),把太陽能與環(huán)境保護緊密結合在一起,使太陽能的開發(fā)利用逐步得到重視和加強,特別是對大規(guī)模太陽能聚光熱發(fā)電的研究與應用。
[0003]大規(guī)模聚光太陽能熱發(fā)電(CSP)技術的主要工作原理是利用光一熱一電轉換,即利用太陽輻射所產生的熱能發(fā)電。這些系統(tǒng)中的工作介質,水、油或熔鹽,吸收聚集后的太陽能,溫度升高,直接或通過間壁換熱后產生蒸汽,然后由蒸汽驅動氣輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。
[0004]槽式系統(tǒng)是當前CSP技術中的一種,也是目前最為成熟的太陽能熱發(fā)電技術,擁有最多的商業(yè)運行電廠。目前槽式系統(tǒng)中的傳熱工作介質以合成油為主,合成油價格昂貴、工作上限溫度低,使用壽命短是制約該類系統(tǒng)減少成本、提高效率的瓶頸。以水作為工作介質的系統(tǒng)目前仍在實驗研究階段,主要困難在于直接用水作為傳熱做功工質存在系統(tǒng)水力動力裝置上的復雜性以及蓄熱方面的困難。所以,用熔融鹽作為集熱、傳熱、蓄熱工質已經提上日程,可以解決低成本、高效率、系統(tǒng)裝置簡潔的問題,但是容易發(fā)生凍堵的安全問題也顯得尤為重要。
[0005]熔融鹽的凍堵問題在系統(tǒng)循環(huán)管路中可以通過電伴熱裝置予以解決,但是在槽式系統(tǒng)的應用中,由于使用玻璃-金屬真空集熱管,使得真空集熱管路的熔鹽解凍較為困難,目前一般使用陶瓷電加熱管的裝置解決,即在真空集熱管熔鹽流動腔內,同心布置具有外部電絕緣的電加熱絲,當管內發(fā)生凍堵時,給電加熱絲通以交流電,使電加熱絲發(fā)熱,然后將熱量傳遞給熔鹽,使其達到熔點溫度解凍。這種裝置雖然行之有效,但是給系統(tǒng)的設計、施工帶來較大的困難,并且電加熱系統(tǒng)布置在管內占據一定空間,減少了集熱工質的容積,一旦損害,維修更換非常困難。
【發(fā)明內容】
[0006]針對上述現象,本發(fā)明專利直接利用玻璃-金屬真空集熱管的不銹鋼金屬管壁作為電加熱元件,在整個槽式集熱回路上加上低壓大電流直流電,使金屬管壁升溫,解凍管內凍結的熔融鹽。
[0007]本發(fā)明專利的目的在于提供一種用于槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)真空集熱管路解凍及預熱的裝置及具體組成結構。解決了槽式系統(tǒng)真空集熱管內熔鹽解凍問題,提供了一種真空集熱管內防熔鹽凍堵的技術手段,同時,由于系統(tǒng)充鹽之前需要對集熱器及其管路進行預熱,以減少管路的熱應力損壞,本發(fā)明也是真空集熱管路充鹽預熱的技術裝置。該發(fā)明可以提高系統(tǒng)的安全性、改善系統(tǒng)的性能、同時降低系統(tǒng)維護運行成本。
[0008]一種槽式真空集熱管直流大電流熔鹽解凍預熱裝置,其包括:
[0009]環(huán)路連接管路系統(tǒng):包括閥門VI,閥門V2,真空集熱器R,用于連接集熱器與支撐機構的陶瓷電絕緣組件Cl、陶瓷電絕緣組件C2、陶瓷電絕緣組件C3、陶瓷電絕緣組件C4,膨脹罐Al,限壓閥V3,溫度傳感器Tl,溫度傳感器T2,溫度傳感器T3;膨脹罐Al的輸入口與低溫熔融鹽總管連接,膨脹罐Al的輸出口與高溫熔融鹽總管連接,在膨脹罐Al與低溫熔融鹽總管之間、膨脹罐Al與低溫熔融鹽總管之間有真空集熱管R,真空集熱管R的兩端的管路上分別套有陶瓷電絕緣組件Cl、陶瓷電絕緣組件C2、陶瓷電絕緣組件C3和陶瓷電絕緣組件C4,與低溫熔融鹽總管和高溫熔融鹽總管連接處分別裝有溫度傳感器Tl,閥門Vl和溫度傳感器T2、閥門V2。膨脹罐Al的入口處連接有溫度傳感器T2。管路在膨脹罐Al附近以及閥門Vl和V2的前端分別設置有接線端。
[0010]直接電加熱系統(tǒng):包括現場變壓器B,備用交流發(fā)電機G,用于交直流轉換的AC/DC模塊及控制系統(tǒng)P,所述的溫度傳感器Tl,溫度傳感器T2,溫度傳感器T3分別連入到控制系統(tǒng)P的輸入端,控制系統(tǒng)P的輸出端連接到環(huán)路連接管路位于膨脹罐端Al處的接線端。現場變壓器B,備用交流發(fā)電機G均與控制系統(tǒng)P連接。閥門Vl和V2的前端的接線端分別接地。
[0011]所述的陶瓷電絕緣組件Cl、瓷電絕緣組件C2、陶瓷電絕緣組件C3、陶瓷電絕緣組件C4和連接真空集熱管吸熱器相連,其所用材料除陶瓷材料外,也可采用其它耐高溫電絕緣材料。
[0012]槽式系統(tǒng)的鏡場 通常由多個并聯的閉合聚光集熱環(huán)路系統(tǒng)組成,各個環(huán)路具有相同的特性。針對不同容量的槽式電站裝置,環(huán)路的長度有所不同,真空集熱管R與聚光系統(tǒng)支撐機構的連接之間,通過耐高溫陶瓷組件C進行電絕緣,使整個環(huán)路的集熱器金屬內管與聚光器金屬結構之間電絕緣。從環(huán)路中間到兩端VI,V2由不銹鋼內管R形成的電阻相等,這樣就可以在環(huán)路中間的位置引出電接線端子,連接至低壓直流電的正端,在集熱環(huán)路的始末端,連接低壓直流電的負端并同時接地。這樣,就可以給回路的金屬內管通以低壓直流電,利用金屬管路自身的電阻發(fā)熱,同時通過兩端接地的裝置屏蔽總管路或其它環(huán)路。
[0013]加熱電功率可由下式給出:
me M I2 nL
[0014]-1-= ~~
τA
[0015]m為金屬管路與熔鹽的綜合質量,Cp為金屬管路與熔鹽的綜合比熱,Λ T溫度的變化量,τ為預熱時間,I為電流,P金屬管路的電阻率,L為吸熱器長度m,A為金屬橫截面積。
[0016]槽式系統(tǒng)的一個環(huán)路通常由幾個聚光集熱模塊(SCA)組成,每個SCA由多個聚光集熱單元(HCE)組成。每個HCE長度為12m,其金屬內管電阻為0.007歐姆。對于低熔點熔鹽,當加熱溫度到100°C時,集熱管的總熱損失為30W/m,每個HEC需要加熱電功率為360W,相應的電流為230A,電壓降為1.6V。對于16V~80V的直流電,本專利可以處理120m~600m環(huán)路系統(tǒng)的解凍、預熱問題。
[0017]對于高熔點熔鹽,一般安全溶解溫度在220°C以上,如普通的二元鹽,安全溫度一般設為290°C左右,此時集熱管的總熱損失為200W/m,每個HEC需要加熱電功率為2400W,相應的電流為585A,電壓降為4.1V,對于80V直流電壓,只能處理19個HCE即228m。所以,對于高熔點熔鹽,若要處理19個HCE以上的系統(tǒng),可以采用對環(huán)路中每個SCA并聯加熱的方式解凍預熱,
[0018]槽式系統(tǒng)的真空集熱管R—般通過金屬支撐結構與聚光金屬框架連接到一起,所以該裝置必須將集熱器與聚光器進行電絕緣處理,
[0019]本發(fā)明專利的特點是實施方便,節(jié)省真空集熱管內空間,加熱周向均勻,傳熱熱阻小,解凍、預熱時間短。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1本發(fā)明專利的槽式系統(tǒng)聚光集熱回路直接電加熱解凍、預熱示意圖
[0021]圖2高熔點熔鹽,SCA并聯解凍預熱方式示意圖
[0022]圖3真空集熱管與聚光結構陶瓷環(huán)片電絕緣示意圖
[0023]圖4真空集熱管與聚光結構陶瓷柱電絕緣結構圖
【具體實施方式】
[0024]結合圖1,對本專利的具體實施作進一步說明:
[0025]現場變壓器B提供整個電廠集熱器解凍、預熱所需電源,備用發(fā)電機G僅在系統(tǒng)掉電或需特殊處理時提供單個回路集熱器的解凍、預熱所需的電源。
[0026]AC/DC變換模塊及控制系統(tǒng)P負責提供低壓大電流的直流電并可針對不同SCA長度調節(jié)輸出電壓值,以提供相應的電功率,直流最大輸出電壓80V。
[0027]根據AC/DC變換模塊輸出電流的能力決定其能夠處理的環(huán)路數,每個AC/DC變換模塊可處理I?2個環(huán)路。
[0028]Tl,T2,T3作為回路頭尾及中部的溫度傳感器,用于進行系統(tǒng)解凍及預熱控制。
[0029]VI,V2閥門用于將集熱管與總管路隔離。膨脹罐用于緩解熔鹽熱脹冷縮對集熱管路的應力。
[0030]當系統(tǒng)檢測到Tl,T2,T3中有溫度低于熔鹽安全溫度時,控制系統(tǒng)開啟直接電加熱系統(tǒng),直到Tl,T2,T3檢測到溫度正常,關閉電加熱系統(tǒng)。
[0031]當系統(tǒng)需要啟動運行,空的集熱管路注鹽時需要對管路進行預熱,只有管路溫度達到安全溫度時,才可以充注,并對充注全過程進行防凍堵測控。
[0032]對于預熱充注時,閥門VI,V2應打開。
[0033]對于集熱管凍堵解凍時,閥門VI,V2應關閉,到完全解凍后再開啟VI,V2。
[0034]如圖2所示,圖中集熱系統(tǒng)由4個SCA模塊組成,直流電源P用并聯方式對每個SCA模塊加熱。
[0035]本發(fā)明裝置采用耐高溫陶瓷組件進行絕緣。附圖3,4給出兩種絕緣結構方式。圖3中是耐高溫陶瓷環(huán)片結構,環(huán)片Cl內徑與真空集熱管R外徑相同,圖中H為與聚光器連接的金屬支撐結構,L為集熱器鎖緊機構。圖4為耐高溫陶瓷柱結構,通過耐高溫陶瓷柱與金屬支撐結構電絕緣。
[0036]對于系統(tǒng)停電或單獨對某一個故障環(huán)路解凍時,可以利用備用現場發(fā)電機G供電,將備用電源車停在環(huán)路終端,將電纜連接至固定的接線端,啟動備用發(fā)電機,環(huán)路或SCA加電使其升溫至安全解凍溫度。
【權利要求】
1.一種槽式真空集熱管直流大電流熔鹽解凍預熱裝置,其特征在于:其包括: 環(huán)路連接管路系統(tǒng):包括閥門VI,閥門V2,真空集熱器R,用于連接集熱器與支撐機構的陶瓷電絕緣組件Cl、陶瓷電絕緣組件C2、陶瓷電絕緣組件C3、陶瓷電絕緣組件C4,膨脹罐Al,限壓閥V3,溫度傳感器Tl,溫度傳感器T2,溫度傳感器T3;膨脹罐Al的輸入口與低溫熔融鹽總管連接,膨脹罐Al的輸出口與高溫熔融鹽總管連接,在膨脹罐Al與低溫熔融鹽總管之間、膨脹罐Al與低溫熔融鹽總管之間有真空集熱管R,真空集熱管R的兩端的管路上分別套有陶瓷電絕緣組件Cl、陶瓷電絕緣組件C2、陶瓷電絕緣組件C3和陶瓷電絕緣組件C4,與低溫熔融鹽總管和高溫熔融鹽總管連接處分別裝有溫度傳感器Tl,閥門Vl和溫度傳感器T2、閥門V2。膨脹罐Al的入口處連接有溫度傳感器T2。管路在膨脹罐Al附近以及閥門Vl和V2的前端分別設置有接線端; 直接電加熱系統(tǒng):包括現場變壓器B,備用交流發(fā)電機G,用于交直流轉換的AC/DC模塊及控制系統(tǒng)P,所述的溫度傳感器Tl,溫度傳感器T2,溫度傳感器T3分別連入到控制系統(tǒng)P的輸入端,控制系統(tǒng)P的輸出端連接到環(huán)路連接管路位于膨脹罐端Al處的接線端?,F場變壓器B,備用交流發(fā)電機G均與控制系統(tǒng)P連接。閥門Vl和V2的前端的接線端分別接地。
2.根據權利要求1所述的一種槽式真空集熱管直流大電流熔鹽解凍預熱裝置,其特征在于:所述的陶瓷電絕緣組件Cl、瓷電絕緣組件C2、陶瓷電絕緣組件C3、陶瓷電絕緣組件C4和連接真空集熱管吸熱器相連,其所用材料除陶瓷材料外,也可采用其它耐高溫電絕緣材料。
【文檔編號】F24J2/46GK103712358SQ201310745104
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權日:2013年12月30日
【發(fā)明者】杜春旭, 吳玉庭, 馬重芳, 張業(yè)強 申請人:北京工業(yè)大學