一種太陽(yáng)能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的模擬裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工程熱物理領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽(yáng)能直接蒸汽發(fā)生(Direct SteamGenerat1n, DSG)系統(tǒng)的模擬裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為了緩解日益增長(zhǎng)的能源需求及化石能源對(duì)環(huán)境的壓力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，清潔的可再生能源發(fā)展顯得尤為重要。在太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源中，太陽(yáng)能是最普遍、最豐富、最潔凈和安全的能源。因此，太陽(yáng)能集熱發(fā)電技術(shù)被認(rèn)為是最有可能引起能源革命和最有潛力替代常規(guī)能源的技術(shù)之一。
[0003]太陽(yáng)能流密度低，通常采用聚光提高其能量品位后再加以利用。常用形式有槽式、塔式和碟式三類，其中槽式是最為成熟且已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的技術(shù)。槽式中應(yīng)用最廣的是以導(dǎo)熱油為工質(zhì)的單循環(huán)系統(tǒng)。采用直接蒸汽發(fā)生技術(shù)的單循環(huán)槽式太陽(yáng)能系統(tǒng)以水代替昂貴的導(dǎo)熱油，摒棄油-水換熱設(shè)備、儲(chǔ)油罐、導(dǎo)熱油防火等，降低了裝置成本；突破了導(dǎo)熱油最高工作溫度400°C的極限，工作溫度可達(dá)500°C以上，使系統(tǒng)效率大為提高，而且其安全隱患、風(fēng)險(xiǎn)成本都要小得多。因此，太陽(yáng)能DSG技術(shù)得到了廣泛重視。
[0004]太陽(yáng)能DSG技術(shù)工質(zhì)水經(jīng)歷了過(guò)冷水、兩相流和過(guò)熱蒸汽三個(gè)階段，特別是兩相流階段是目前研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。太陽(yáng)能DSG系統(tǒng)由于水要從過(guò)冷水加熱到過(guò)熱蒸汽，其總長(zhǎng)度一般達(dá)到幾百米，導(dǎo)致投資成本巨大，而且產(chǎn)地面積廣，這對(duì)實(shí)驗(yàn)研究帶了極大不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種太陽(yáng)能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的模擬裝置，能在小規(guī)模實(shí)驗(yàn)條件下模擬太陽(yáng)能DSG系統(tǒng)的各階段的傳熱和流動(dòng)情況。
[0007]( 二)技術(shù)方案
[0008]本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的模擬裝置，包括循環(huán)設(shè)備、加熱設(shè)備和控制設(shè)備，其中，循環(huán)設(shè)備向吸熱設(shè)備輸送工質(zhì)，加熱設(shè)備通過(guò)吸收太陽(yáng)能，對(duì)所輸送的工質(zhì)進(jìn)行加熱，同時(shí)，控制設(shè)備根據(jù)加熱設(shè)備中的工質(zhì)狀態(tài)，控制輸送給加熱設(shè)備的工質(zhì)的溫度和流量，循環(huán)設(shè)備還對(duì)加熱完的工質(zhì)進(jìn)行回收。
[0009]本發(fā)明還提供一種太陽(yáng)能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)過(guò)冷水階段的模擬方法，應(yīng)用于上述的模擬裝置，方法包括:
[0010]Sll,向加熱設(shè)備輸入未飽和水；
[0011]S12，測(cè)量加熱設(shè)備輸出的工質(zhì)的溫度和壓力，并將測(cè)量值傳輸給可編程邏輯控制器;
[0012]S13，通過(guò)可編程邏輯控制器控制電加熱器的功率，使輸入到加熱設(shè)備的工質(zhì)的溫度和壓力等于步驟S12中測(cè)量的溫度和壓力；
[0013]S14，重復(fù)步驟S12和步驟S13，直至加熱設(shè)備輸出的工質(zhì)為飽和水。
[0014]本發(fā)明還提供一種太陽(yáng)能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)兩相階段的模擬方法，應(yīng)用于上述的模擬裝置，方法包括:
[0015]S21，向加熱設(shè)備輸入飽和水；
[0016]S22，通過(guò)可編程邏輯控制器控制電加熱器的功率以及電磁閥的開度，以控制輸入吸熱管的飽和蒸汽及飽和水的質(zhì)量流比，從而模擬吸熱管內(nèi)不同組分的傳熱、流動(dòng)、以及相變情況；
[0017]S23，重復(fù)步驟S22，不斷改變加熱設(shè)備入口處飽和蒸汽及飽和水質(zhì)量流率比，直至多根吸熱管輸出的工質(zhì)為飽和蒸汽為止。
[0018]本發(fā)明還提供一種太陽(yáng)能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)過(guò)熱蒸汽階段的模擬方法，應(yīng)用于上述的模擬裝置，方法包括:
[0019]S31，通過(guò)可編程邏輯控制器控制電加熱器的功率，使輸入到加熱設(shè)備的工質(zhì)為飽和蒸汽；
[0020]S32，重復(fù)步驟S31，改變吸熱管入口處蒸汽過(guò)熱度，以模擬不同過(guò)熱度蒸汽的傳熱和流動(dòng)情況，直至加熱設(shè)備輸出的工質(zhì)為理想的過(guò)熱蒸汽。
[0021](三)有益效果
[0022]本發(fā)明提供的太陽(yáng)能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的模擬裝置，在室外正常太陽(yáng)輻照條件下，進(jìn)行太陽(yáng)能聚光吸熱測(cè)試，更能反應(yīng)太陽(yáng)能DSG聚光吸熱系統(tǒng)的真實(shí)情況；另外，基于分段的思想，將吸熱過(guò)程劃分為了過(guò)冷段、兩相段和過(guò)熱段，再通過(guò)調(diào)整工質(zhì)水/蒸汽的流量和入口溫度，可以把原本幾百米長(zhǎng)的太陽(yáng)能DSG系統(tǒng)劃分為幾十米甚至十幾米長(zhǎng)的小型換熱系統(tǒng)進(jìn)行分段研究，從而達(dá)到對(duì)太陽(yáng)能DSG整個(gè)系統(tǒng)研究的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明提供的太陽(yáng)能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的模擬裝置的示意圖。
[0024]圖2是通過(guò)本發(fā)明的模擬裝置模擬得到的吸熱管工質(zhì)溫度分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]本發(fā)明提供一種太陽(yáng)能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的模擬裝置，循環(huán)設(shè)備向吸熱設(shè)備輸送工質(zhì)，加熱設(shè)備通過(guò)吸收太陽(yáng)能，對(duì)所輸送的工質(zhì)進(jìn)行加熱，同時(shí)，控制設(shè)備根據(jù)加熱設(shè)備中的工質(zhì)狀態(tài)，控制輸送給加熱設(shè)備的工質(zhì)的溫度和流量，循環(huán)設(shè)備還對(duì)加熱完的工質(zhì)進(jìn)行回收。本發(fā)明能在小規(guī)模實(shí)驗(yàn)條件下模擬太陽(yáng)能DSG系統(tǒng)的各階段的傳熱和流動(dòng)情況。
[0026]根據(jù)本發(fā)明提供的一種實(shí)施方式，加熱設(shè)備包括串聯(lián)的多個(gè)吸熱管，吸熱管外設(shè)有太陽(yáng)能聚光鏡，吸熱管通過(guò)太陽(yáng)能聚光鏡吸收太陽(yáng)能，以對(duì)工質(zhì)進(jìn)行加熱。在室外正常太陽(yáng)輻照條件下，進(jìn)行太陽(yáng)能聚光吸熱測(cè)試，更能反應(yīng)太陽(yáng)能DSG聚光吸熱系統(tǒng)的真實(shí)情況。
[0027]根據(jù)本發(fā)明提供的一種實(shí)施方式，控制設(shè)備包括測(cè)量器件、可編程邏輯控制器、電加熱器及電磁閥，測(cè)量器件分別設(shè)于多個(gè)吸熱管的入口處和出口處，用于測(cè)量多個(gè)吸熱管的入口處和出口處的工質(zhì)狀態(tài)，電加熱器設(shè)于加熱設(shè)備的入口處，電磁閥設(shè)于電加熱器與加熱設(shè)備之間，可編程邏輯控制器根據(jù)測(cè)量器件測(cè)量的工質(zhì)狀態(tài)，調(diào)整電加熱器的功率及電磁閥的開度，以控制吸熱管中工質(zhì)的溫度和壓力。
[0028]根據(jù)本發(fā)明提供的一種實(shí)施方式，測(cè)量器件包括溫度傳感器、壓力傳感器及流量
i+o
[0029]根據(jù)本發(fā)明提供的一種實(shí)施方式，工質(zhì)為水和/或蒸汽。
[0030]根據(jù)本發(fā)明提供的一種實(shí)施方式，循環(huán)設(shè)備包括汽液分離器、冷凝器、水箱及栗，其中，汽液分離器用于對(duì)加熱設(shè)備輸出的工質(zhì)進(jìn)行汽液分離，水箱用于存儲(chǔ)分離出的水，冷凝器用于冷卻分離出的蒸汽，得到冷卻水，所述栗用于將水箱中的水及冷卻水輸入至加熱設(shè)備。通過(guò)這種循環(huán)設(shè)備，使得加熱過(guò)后的水能夠回收并自動(dòng)投入到下次加熱中，減少了人工向加熱設(shè)備輸水的工序，并節(jié)約了資源。
[0031]根據(jù)本發(fā)明提供的一種實(shí)施方式，循環(huán)設(shè)備還包括過(guò)濾器，用于對(duì)栗輸出的水進(jìn)行過(guò)濾。
[0032]本發(fā)明還提供一種太陽(yáng)能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)過(guò)冷水階段的模擬方法，應(yīng)用于該模擬裝置，方法包括:
[0033]Sll,向加熱設(shè)備輸入未飽和水；
[0034]S12，測(cè)量加熱設(shè)備輸出的工質(zhì)的溫度和壓力，并將測(cè)量值傳輸給可編程邏輯控制器;
[0035]S13，通過(guò)可編程邏輯控制器控制電加熱器的功率，使輸入到加熱設(shè)備的工質(zhì)的溫度和壓力等于步驟S12中測(cè)量的溫度和壓力；
[0036]S14，重復(fù)步驟S12和步驟S13，直至加熱設(shè)備輸出的工質(zhì)為飽和水。
[0037]本發(fā)明還提供一種太陽(yáng)能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)兩相階段的模擬方法，應(yīng)用于該模擬裝置，方法包括:
[0038]S21，向加熱設(shè)備輸入飽和水；
[0039]S22，通過(guò)可編程邏輯控制器控制電加熱器的功率以及電磁閥的開度，以控制輸入吸熱管的飽和蒸汽及飽和水的質(zhì)量流比，從而模擬吸熱管內(nèi)不同組分的傳熱、流動(dòng)、以及相變情況；
[0040]S23，重復(fù)步驟S22，不斷改變加熱設(shè)備入口處飽和蒸汽及飽和水質(zhì)量流率比，直至多根吸熱管輸出的工質(zhì)為飽和蒸汽為止。
[0041]本發(fā)明還提供一種太陽(yáng)能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)過(guò)熱蒸汽階段的模擬方法，應(yīng)用于該模擬裝置，方法包括:
[0042]S31，通過(guò)可編程邏輯控制器控制電加熱器的功率，使輸入到加熱設(shè)備的工質(zhì)為飽和蒸汽；
[0043]S32，重復(fù)步驟S31，改變吸熱管入口處蒸汽過(guò)熱度，以模擬不同過(guò)熱度蒸汽的傳熱和流動(dòng)情況，直至加熱設(shè)備輸出的工質(zhì)為理想的過(guò)熱蒸汽。
[0044]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0045]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的太陽(yáng)能直接蒸汽發(fā)生系統(tǒng)