太陽能光熱轉(zhuǎn)換用吸熱器的過熱保護(hù)裝置和過熱保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能光熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太陽能光熱轉(zhuǎn)換用吸熱器的過熱保護(hù)裝置和過熱保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在太陽能光熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，由于太陽光能的輻射資源的能流密度低，不能進(jìn)行直接的采集利用，往往須將大面積的太陽光能聚集到吸熱器的金屬熱管表面，使金屬熱管內(nèi)部流動的換熱工質(zhì)獲得熱能，并將熱能傳輸給熱電轉(zhuǎn)換裝置，繼而實(shí)現(xiàn)將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能輸出。
[0003]太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，往往是根據(jù)電站擬建地區(qū)的年平均或典型日子數(shù)的太陽直射輻照度值(簡稱DNI，單位W/m2)為額度值，來設(shè)計(jì)光熱發(fā)電系統(tǒng)功率及其吸熱器結(jié)構(gòu)。當(dāng)電站建成后光熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，總會存在一定時(shí)間內(nèi)的DNI值是大于額度值的，尤其是正午的一定時(shí)間段內(nèi)。由于光熱發(fā)電系統(tǒng)的功率是一定的，使得吸熱器的金屬熱管內(nèi)部工質(zhì)換熱帶走的熱量一定且有限，過高的太陽聚集能流密度將可能導(dǎo)致金屬熱管發(fā)生燒蝕或融化等事故，直接影響著光熱發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行安全性。此外，當(dāng)聚光器的存在安裝誤差或跟蹤誤差時(shí)，也容易引起金屬熱管表面形成高熱流區(qū)域，并發(fā)生過熱現(xiàn)象。然而，在金屬熱管出現(xiàn)過熱的情況下直接進(jìn)行避險(xiǎn)停機(jī)或切斷光能輸入，將會影響到電站的年發(fā)電總量，直接影響電站的經(jīng)濟(jì)性能，尤其是在正午的高日照情況下由于聚光能流過高而出現(xiàn)的避險(xiǎn)停機(jī)，這是非常不應(yīng)該的。因?yàn)榇藭r(shí)的太陽光照資源非常豐厚，處理好過熱情況后能夠進(jìn)行滿負(fù)荷的發(fā)電運(yùn)行，價(jià)值很可觀。
[0004]當(dāng)前，現(xiàn)有的吸熱器過熱保護(hù)裝置通常是直接切斷太陽光能的輸入，而使得光熱發(fā)電系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)，并沒有實(shí)現(xiàn)在高日照工況下的正常發(fā)電運(yùn)行。現(xiàn)有技術(shù)1 (CN102758702 A)中公開了一種太陽能斯特林發(fā)動機(jī)吸熱器的保護(hù)裝置、保護(hù)方法，是通過一個可翻轉(zhuǎn)的不透光的罩板來實(shí)現(xiàn)吸熱器采光口太陽光能的直接切斷?，F(xiàn)有技術(shù)2 (CN103604230 A)中公開了一種碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的保護(hù)裝置，是通過控制一個遮光組件在導(dǎo)軌上的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)太陽光能的切斷與否，同技術(shù)1的效果基本一致，均是在過熱情況下直接切斷光能來源，使光熱發(fā)電系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)。上述的現(xiàn)有技術(shù)1和技術(shù)2仍無法滿足在太陽輻照資源超過設(shè)計(jì)值或金屬熱管出現(xiàn)高溫區(qū)域時(shí)的發(fā)電運(yùn)行，不能對正午時(shí)超過設(shè)計(jì)DNI值的高品質(zhì)太陽光能進(jìn)行利用，對電站的經(jīng)濟(jì)性能是影響顯著的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種夠使太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)在太陽輻照資源超過設(shè)計(jì)值或金屬熱管出現(xiàn)過熱區(qū)域時(shí)正常發(fā)電運(yùn)行的太陽能光熱轉(zhuǎn)換用吸熱器的過熱保護(hù)裝置和過熱保護(hù)方法。
[0006]本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是:一種太陽能光熱轉(zhuǎn)換用吸熱器的過熱保護(hù)裝置，包括吸熱器、熱電轉(zhuǎn)換裝置、進(jìn)氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述吸熱器包括一個上部開口的保溫腔體，保溫腔體內(nèi)壁上緊貼有若干熱管集束，熱管集束與吸熱器外部的熱電轉(zhuǎn)換裝置相連，所述保溫腔體圓周方向均勻設(shè)有若干進(jìn)氣導(dǎo)管和第一集氣槽，進(jìn)氣導(dǎo)管的一端伸入保溫腔體內(nèi)部并指向熱管集束，進(jìn)氣導(dǎo)管的另一端與第一集氣槽密封連接，第一集氣槽與進(jìn)氣系統(tǒng)密封連接，所述控制系統(tǒng)包括控制器、熱電偶，所述熱管集束上均勻布設(shè)有多個熱電偶，熱電偶與控制器電連接，所述控制器與進(jìn)氣系統(tǒng)相連，所述控制器接收熱電偶實(shí)時(shí)測量的溫度數(shù)據(jù)，并將接收到的溫度數(shù)據(jù)與設(shè)定的閥值進(jìn)行對比，并發(fā)出相應(yīng)的控制信號至進(jìn)氣系統(tǒng)，控制進(jìn)氣系統(tǒng)的啟動、斷開和流量調(diào)節(jié)。
[0007]上述太陽能光熱轉(zhuǎn)換用吸熱器的過熱保護(hù)裝置中，所述進(jìn)氣系統(tǒng)包括氣栗、過濾器、第一截止閥、儲氣室和第一節(jié)流閥，所述氣栗、過濾器、第一截止閥、儲氣室、第一節(jié)流閥、第一集氣槽采用金屬軟管依次密封連接，所述控制器分別與氣栗、第一截止閥、第一節(jié)流閥電連接。
[0008]上述太陽能光熱轉(zhuǎn)換用吸熱器的過熱保護(hù)裝置中，所述第一節(jié)流閥與第一集氣槽之間設(shè)有用于防止吸熱器保溫腔體內(nèi)部高溫氣體回流的單向閥。
[0009]上述太陽能光熱轉(zhuǎn)換用吸熱器的過熱保護(hù)裝置中，所述保溫腔體上蓋有石英蓋板，石英蓋板上設(shè)有壓板，用螺釘將壓板和石英蓋板固定在保溫腔體上，所述保溫腔體上端的圓周方向上均勻設(shè)有若干出氣導(dǎo)管和第二集氣槽，出氣導(dǎo)管的一端伸入保溫腔體內(nèi)部并靠近石英蓋板，出氣導(dǎo)管的另一端與第二集氣槽密封連接，第二集氣槽向外排出氣體。
[0010]上述太陽能光熱轉(zhuǎn)換用吸熱器的過熱保護(hù)裝置還包括排氣系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)包括第二截止閥、第二節(jié)流閥和換熱器，所述換熱器、第二節(jié)流閥、第二截止閥、第二集氣槽采用金屬軟管依次密封連接，第二節(jié)流閥、第二截止閥分別與控制器電連接，所述控制系統(tǒng)還包括壓力傳感器，壓力傳感器安裝在保溫腔體內(nèi)部并與控制器電連接。
[0011]上述太陽能光熱轉(zhuǎn)換用吸熱器的過熱保護(hù)裝置中，所述換熱器為箱體結(jié)構(gòu)，箱體內(nèi)設(shè)有蛇形銅管，蛇形銅管的一端與第二節(jié)流閥相連，蛇形銅管的另一端作為換熱器的氣體出口，箱體上設(shè)有冷水進(jìn)口和熱水出口。
[0012]上述太陽能光熱轉(zhuǎn)換用吸熱器的過熱保護(hù)裝置中，所述單向閥和第二截止閥均靠近吸熱器設(shè)置，所述吸熱器外包裹有保溫巖棉，且第一集氣槽、第二集氣槽、單向閥和第二截止閥均被保溫巖棉包裹。
[0013]上述太陽能光熱轉(zhuǎn)換用吸熱器的過熱保護(hù)裝置中，所述壓力傳感器與控制器之間設(shè)有壓力表，所述熱電偶與控制器之間設(shè)有溫度表。
[0014]上述太陽能光熱轉(zhuǎn)換用吸熱器的過熱保護(hù)裝置中，所述熱管集束由多個金屬熱管通過總匯端口連通構(gòu)成，所述熱電偶均勻固定在金屬熱管表面。
[0015]一種太陽能光熱轉(zhuǎn)換用吸熱器的過熱保護(hù)方法，包括以下步驟:
1)設(shè)定金屬熱管的過熱溫度閥值T以及吸熱器腔內(nèi)的空氣壓力閥值P;
2)熱電偶實(shí)時(shí)采集金屬熱管的表面溫度并將溫度信號送入控制器，壓力傳感器實(shí)時(shí)采集吸熱器保溫腔體內(nèi)的壓力并將壓力信號送入控制器；
3)控制器判斷溫度測量值是否達(dá)到預(yù)設(shè)閥值T，若是，則控制器判別發(fā)生過熱的金屬熱管所在區(qū)域，并發(fā)出相應(yīng)控制信號至第一截止閥、氣栗和第一節(jié)流閥，打開第一截止閥之后啟動氣栗，并根據(jù)實(shí)時(shí)測量的溫度值來調(diào)節(jié)第一節(jié)流閥，通過調(diào)節(jié)第一集氣槽中的空氣流量來控制金屬熱管的相應(yīng)過熱區(qū)域的溫度；同時(shí)控制器判斷壓力測量值是否達(dá)到預(yù)設(shè)閥值P，若是，則控制器發(fā)出相應(yīng)控制信號至第二截止閥和第二節(jié)流閥，開啟第二截止閥，并根據(jù)實(shí)時(shí)測量的壓力值來調(diào)節(jié)第二節(jié)流閥，通過調(diào)節(jié)熱空氣的排出流量來控制吸熱器保溫腔體內(nèi)的壓力。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
1、本發(fā)明的過熱保護(hù)裝置通過熱電偶能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測金屬熱管的表面溫度，當(dāng)溫度超過金屬熱管的耐溫閥值時(shí)，開啟進(jìn)氣系統(tǒng)以加強(qiáng)對流損失來達(dá)到降低溫度的目的，保證吸熱器的安全運(yùn)行，使光熱發(fā)電系統(tǒng)在太陽DNI值大于額度值時(shí)能有效的發(fā)電運(yùn)行，此外對于安裝誤差，鏡面面型誤差以及跟蹤誤差引起的金屬熱管區(qū)域溫度過高的情況，均能夠有效地降低溫度，而不用將光熱發(fā)電系統(tǒng)處于停機(jī)避險(xiǎn)狀態(tài)，有效地提升了光熱發(fā)電系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境的能力，能適應(yīng)太陽光照資源超過設(shè)定值的正午時(shí)間段進(jìn)行滿負(fù)荷的發(fā)電運(yùn)行，提高了電站的年發(fā)電總量，使得電站的經(jīng)濟(jì)價(jià)值得以提升。
[0017]2、本發(fā)明的過熱保護(hù)裝置在吸熱器外包裹有保溫巖棉，且第一集氣槽、第二集氣槽、單向閥和第二截止閥均被保溫巖棉包裹，減少了吸熱器在非過熱工況下工作時(shí)的熱損失。
[0018]3、當(dāng)保溫腔體上蓋有石英蓋板時(shí)，本過熱保護(hù)裝置對應(yīng)設(shè)有排氣系統(tǒng)，確保了保溫腔體內(nèi)的高溫高壓氣體能及時(shí)排出。
[0019]4、本發(fā)明的過熱保護(hù)方法采集金屬熱管的溫度和吸熱器內(nèi)的壓力，再將采集到的溫度值和壓力值分別與對應(yīng)的溫度閥值和壓力閥值進(jìn)行對比，根據(jù)對比結(jié)果控制進(jìn)氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的啟停，整個保護(hù)過程簡單、智能化程度高，提高了吸熱器運(yùn)行時(shí)的安全性。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明過熱保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為圖1中吸熱器的剖視圖。
[0022]圖3為圖1中吸熱器的主視圖。
[0023]圖4為圖1中吸熱器沒有石英蓋板時(shí)的俯視圖。
[0024]圖5為圖1中熱管集束的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中:1一壓板；2—石英蓋板；3—螺釘；4一第一集氣槽；5—出氣導(dǎo)管；6—熱電偶；7—溫度表；8—熱電轉(zhuǎn)換裝置；9—反射維體；10—吸熱器；11—金屬熱管；12—保溫腔體；13—進(jìn)氣導(dǎo)管；14一第二集氣槽；15—壓力傳感器；16—壓力表；17—控制器；18—?dú)饫酰?9一過濾器；20—第一截止閥；21—儲氣室；22—第一節(jié)流閥；23—單向閥；24—第二截止閥；25—第二節(jié)流閥；26—換熱器；27—進(jìn)氣系統(tǒng)；28—排氣系統(tǒng)；29—控制系統(tǒng)；30—活塞熱腔；31—總匯端口 ；32—活塞冷腔。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明的過熱保護(hù)裝置包括吸熱器10、熱電轉(zhuǎn)換裝置8、進(jìn)氣系統(tǒng)27和控制系統(tǒng)29，所述吸熱器10包括一個上部開口的保溫腔體12，保溫腔體12內(nèi)壁上緊貼有若干熱管集束，如圖5所示，熱管集束由多個金屬熱管11通過總匯端口 31連通構(gòu)成，金屬熱管11接收的太陽光能是聚光器采集的光能，聚光器可以是碟式聚光器、塔式聚光器或其他具有聚光功能的裝置，熱管集束與吸熱器10外部的熱電轉(zhuǎn)換裝置8相連，熱電轉(zhuǎn)換裝置8采用斯特林發(fā)電機(jī)組，金屬熱管11通過總匯端口 31分別連接到斯特林發(fā)電機(jī)組的活塞熱腔30和活塞冷腔32，所述保溫腔體12圓周方向均勻設(shè)有若干進(jìn)氣導(dǎo)管13和第一集氣槽14，進(jìn)氣導(dǎo)管13的一端伸入保溫腔體12內(nèi)部并指向熱管集束的易產(chǎn)生高熱流的區(qū)域，金屬熱管11的高熱流區(qū)域可以根據(jù)設(shè)計(jì)的聚光器和吸熱器10結(jié)構(gòu)采用光線追記方法獲得，進(jìn)氣導(dǎo)管13的另一端與第一集氣槽14密封連接，圖中可以看出，3個進(jìn)氣導(dǎo)管13共用一個第一集氣槽14，第一集氣槽14與進(jìn)氣系統(tǒng)27密封連接，所述控制系統(tǒng)29包括控制器1