全文摘要
本实用新型提供了一种塔式太阳能热发电系统，由超临界二氧化碳循环回路和塔式太阳能聚光集热系统组成。超临界二氧化碳循环回路包括：主压缩机、低温回热器、高温回热器、高温熔盐换热器、透平、低温熔盐换热器、再压缩机、预冷器、发电机；塔式太阳能聚光集热系统包括：镜场、集热塔、热罐、冷罐。本实用新型的超临界二氧化碳循环回路中省去高温回热器高温段，用高温熔盐换热器和低温熔盐换热器来替代，换热过程均为气‑液换热，获得的有益效果是大幅提高传热系数，换热器的造价较低，因此总体上超临界二氧化碳循环系统的造价降低。
主设计要求
1.一种塔式太阳能热发电系统，其特征在于：由超临界二氧化碳循环回路和太阳能聚光集热系统组成；所述的超临界二氧化碳循环回路包括主压缩机(1)，主压缩机(1)出口连接低温回热器(2)高压侧进口，低温回热器(2)高压侧出口连接高温回热器(3)高压侧进口，高温回热器(3)高压侧出口连接高温熔盐换热器(4)工质进口，高温熔盐换热器(4)工质出口连接透平(5)进气口，透平(5)排气口连接低温熔盐换热器(6)工质进口，透平(5)连接发电机(9)，低温熔盐换热器(6)工质出口连接高温回热器(3)低压侧进口，高温回热器(3)低压侧出口连接低温回热器(2)低压侧进口，低温回热器(2)低压侧出口连接预冷器(8)进口和再压缩机(7)进口；预冷器(8)出口连接主压缩机(1)进口；再压缩机(7)出口连接低温回热器(2)高压侧出口；所述的太阳能聚光集热系统包括热罐(10)，热罐(10)出口连接高温熔盐换热器(4)熔盐进口，高温熔盐换热器(4)熔盐出口连接低温熔盐换热器(6)熔盐进口，低温熔盐换热器(6)熔盐出口连接冷罐(11)进口，冷罐(11)出口连接集热塔(12)进口，集热塔(12)出口连接热罐(10)进口。
设计方案
1.一种塔式太阳能热发电系统，其特征在于：由超临界二氧化碳循环回路和太阳能聚光集热系统组成；
所述的超临界二氧化碳循环回路包括主压缩机(1)，主压缩机(1)出口连接低温回热器(2)高压侧进口，低温回热器(2)高压侧出口连接高温回热器(3)高压侧进口，高温回热器(3)高压侧出口连接高温熔盐换热器(4)工质进口，高温熔盐换热器(4)工质出口连接透平(5)进气口，透平(5)排气口连接低温熔盐换热器(6)工质进口，透平(5)连接发电机(9)，低温熔盐换热器(6)工质出口连接高温回热器(3)低压侧进口，高温回热器(3)低压侧出口连接低温回热器(2)低压侧进口，低温回热器(2)低压侧出口连接预冷器(8)进口和再压缩机(7)进口；预冷器(8)出口连接主压缩机(1)进口；再压缩机(7)出口连接低温回热器(2)高压侧出口；
所述的太阳能聚光集热系统包括热罐(10)，热罐(10)出口连接高温熔盐换热器(4)熔盐进口，高温熔盐换热器(4)熔盐出口连接低温熔盐换热器(6)熔盐进口，低温熔盐换热器(6)熔盐出口连接冷罐(11)进口，冷罐(11)出口连接集热塔(12)进口，集热塔(12)出口连接热罐(10)进口。
2.如权利要求1所述的一种塔式太阳能热发电系统，其特征在于：所述主压缩机(1)、再压缩机(7)、透平(5)、发电机(9)同轴布置。
3.如权利要求1所述的一种塔式太阳能热发电系统，其特征在于：所述预冷器(8)为空冷器。
4.如权利要求1所述的一种塔式太阳能热发电系统，其特征在于：所述集热塔(12)内设有传热介质。
5.如权利要求4所述的一种塔式太阳能热发电系统，其特征在于：所述传热介质为熔盐。
6.如权利要求1所述的一种塔式太阳能热发电系统，其特征在于：所述热罐(9)和冷罐(10)内均设有储热介质。
7.如权利要求6所述的一种塔式太阳能热发电系统，其特征在于：所述储热介质为熔盐。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及一种塔式太阳能热发电系统，属于太阳能发电技术领域。
背景技术
当今世界环境问题日益严峻，发展绿色清洁能源成为时代主题，太阳能、风能、生物质能等可再生能源发电技术倍受世界各国关注。太阳能是取之不尽、用之不竭的绿色能源，太阳能热发电是太阳能利用的主要方式之一。近年来这项技术发展十分迅速，较为成熟的技术包括塔式、塔式、菲涅尔式太阳能热聚光集热发电技术。太阳能热发电厂的投资和发电成本较高，需要配备大容量的储热系统。在商业化方面，槽式和塔式太阳能热发电站装机规模最大，经济性优势也更佳。
在动力循环模块方面，槽式和塔式太阳能热发电站目前配备的是汽轮发电机组。近年来，行业内开始将超临界二氧化碳循环作为太阳能热发电站的动力模块，其发电效率显著高于汽轮机组。二氧化碳的临界点为31℃\/7.4MPa，在温度和压力超过临界点时的状态为超临界态。二氧化碳化学性质稳定、密度高、无毒性、低成本，循环系统简单、结构紧凑、效率高、可空冷，超临界二氧化碳循环可以与各种热源组合成发电系统，被认为在火力发电、核能发电、太阳能热发电、余热发电、地热发电、生物质发电等领域均具有良好的应用前景。
然而，超临界二氧化碳循环具有深度回热器的特点，回热器的容量和造价非常高，特别是印刷电路板型高温回热器的造价达到每千瓦热500元以上。现有技术通常采用分流再压缩模式的超临界二氧化碳循环，如图1所示，采用高温回热器用于将透平排气热量传递给低温回热器出口工质，这一换热过程是气-气换热，传热系数小，所以高温回热器换热面积很大，造价就高。因此，超临界二氧化碳循环用于太阳能热发电站还需要进一步优化系统、降低造价。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是如何优化采用超临界二氧化碳循环的塔式太阳能热发电系统，降低造价，发挥超临界二氧化碳循环的优势。
为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种塔式太阳能热发电系统，其特征在于：由超临界二氧化碳循环回路和太阳能聚光集热系统组成；
所述的超临界二氧化碳循环回路包括主压缩机，主压缩机出口连接低温回热器高压侧进口，低温回热器高压侧出口连接高温回热器高压侧进口，高温回热器高压侧出口连接高温熔盐换热器工质进口，高温熔盐换热器工质出口连接透平进气口，透平排气口连接低温熔盐换热器工质进口，透平连接发电机，低温熔盐换热器工质出口连接高温回热器低压侧进口，高温回热器低压侧出口连接低温回热器低压侧进口，低温回热器低压侧出口连接预冷器进口和再压缩机进口；预冷器出口连接主压缩机；再压缩机出口连接低温回热器高压侧出口。
所述的太阳能聚光集热系统包括热罐，热罐出口连接高温熔盐换热器熔盐进口，高温熔盐换热器熔盐出口连接低温熔盐换热器熔盐进口，低温熔盐换热器熔盐出口连接冷罐进口，冷罐出口连接集热塔的集热管进口，集热塔的集热管出口连接热罐进口。
优选地，所述主压缩机、再压缩机、透平、发电机同轴布置。
优选地，所述预冷器为空冷器。
优选地，所述集热塔内设有传热介质。
更优选地，所述传热介质为熔盐。
优选地，所述热罐和冷罐内均设有储热介质。
更优选地，所述储热介质为熔盐。
本实用新型提供的塔式太阳能热发电系统的使用步骤如下：
在超临界二氧化碳循环回路中，二氧化碳工质经主压缩机增压，主压缩机出口的二氧化碳工质经低温回热器，然后与再压缩机出口工质汇合后进入高温回热器，再进入高温熔盐换热器吸收热量，再进入透平做功，透平推动发电机产生电力，透平排气经低温导热油换热器、高温回热器、低温回热器释放热量，再分为两路，一路进入预冷器冷却，再进入主压缩机，另一路进入再压缩机增压至低温回热器出口工质压力。
集热器吸收太阳辐射能量，转化成熔盐中的热量，熔盐一部分输送至热罐用于储热，另一部分再输送至高温熔盐换热器释放热量给二氧化碳工质，再经低温熔盐换热器吸收透平排气余热，再进入冷罐，冷罐输出熔盐至集热塔。在阳光不足时或者夜晚，熔盐从热罐输送至高温熔盐换热器、低温熔盐换热器，再输送至冷罐。
优选地，所述塔式太阳能热发电系统的发电功率为MWe至百MWe等级。
优选地，所述主压缩机出口压力为15～30MPa。
优选地，所述透平排气压力为8～10MPa。
优选地，所述高温熔盐换热器两侧接近温度不超过10℃。
优选地，所述低温熔盐换热器两侧接近温度不超过10℃。
与现有技术相比，本实用新型提供的塔式太阳能热发电系统省去了高温回热器高温段，用高温熔盐换热器和低温熔盐换热器来替代，换热过程均为气-液换热，获得的有益效果是大幅提高传热系数，换热器的造价较低，因此总体上超临界二氧化碳循环系统的造价降低。
附图说明
图1为现有的采用分流再压缩模式的超临界二氧化碳循环系统示意图；
图2为本实施例提供的塔式太阳能热发电系统示意图；
附图标记说明：
1—主压缩机，2—低温回热器，3—高温回热器，4—高温熔盐换热器，5—透平，6—低温熔盐换热器，7—再压缩机，8—预冷器，9—发电机，10—热罐，11—冷罐，12—集热塔，13—镜场。
具体实施方式
图2为本实施例提供的塔式太阳能热发电系统示意图；所述的塔式太阳能热发电系统由超临界二氧化碳循环回路和太阳能聚光集热系统组成。
所述的超临界二氧化碳循环回路包括主压缩机1，主压缩机1出口连接低温回热器2高压侧进口，低温回热器2高压侧出口连接高温回热器3高压侧进口，高温回热器3高压侧出口连接高温熔盐换热器4工质进口，高温熔盐换热器4工质出口连接透平5进气口，透平5排气口连接低温熔盐换热器6工质进口，透平5连接发电机9，低温熔盐换热器6工质出口连接高温回热器3低压侧进口，高温回热器3低压侧出口连接低温回热器2低压侧进口，低温回热器2低压侧出口分为两路，分别连接预冷器8进口和再压缩机7进口；预冷器8出口连接主压缩机1进口；再压缩机7出口连接低温回热器2高压侧出口。
所述的太阳能聚光集热系统包括集热塔13，热罐10和冷罐11。热罐10出口连接高温熔盐换热器4熔盐进口，高温熔盐换热器4熔盐出口连接低温熔盐换热器6熔盐进口，低温熔盐换热器6熔盐出口连接冷罐11进口，冷罐11出口连接镜场13的集热塔12进口，集热塔12出口连接热罐10进口。
系统的各个设备之间通过管道连接，根据系统控制需要，管道上可布置阀门、流体机械、仪表。组成系统的其它部分还有辅助设施、电气系统、仪控系统等，以及为满足安全要求的设施。
上述的塔式太阳能热发电系统的工作方法如下：
在超临界二氧化碳循环回路中，二氧化碳工质经主压缩机1增压至25MPa，主压缩机1出口的二氧化碳工质经低温回热器2，然后与再压缩机7出口工质汇合后进入高温回热器3，再进入高温熔盐换热器4吸收热量，温度达到550℃，再进入透平5做功，透平5推动发电机9产生电力，透平5排气压力约为8.5MPa，经低温熔盐换热器6、高温回热器3、低温回热器2释放热量，再分为两路，一路进入预冷器8冷却至35℃，再进入主压缩机1，另一路进入再压缩机7压缩至约25MPa。
集热塔12吸收太阳辐射能量，转化成熔盐中的热量，温度为565℃的熔盐一部分输送至热罐10用于储热，另一部分再输送至高温熔盐换热器4释放热量给二氧化碳工质，再经低温熔盐换热器6吸收透平5排气余热，再进入冷罐11，冷罐11输出熔盐至集热塔12。在阳光不足时或者夜晚，熔盐从热罐10输送至高温熔盐换热器4、低温熔盐换热器6，再输送至冷罐11。
上述超临界二氧化碳循环的热效率可达45％，具有显著的优势。由于省去了高温段的高温回热器，系统的造价降低。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920039459.0
申请日:2019-01-10
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:31(上海)
授权编号:CN209704778U
授权时间:20191129
主分类号:F03G6/06
专利分类号:F03G6/06;F01K13/00;F01D15/10
范畴分类:28C;22G;
申请人:上海发电设备成套设计研究院有限责任公司
第一申请人:上海发电设备成套设计研究院有限责任公司
申请人地址:201100 上海市闵行区剑川路1115号
发明人:郑开云;黄志强
第一发明人:郑开云
当前权利人:上海发电设备成套设计研究院有限责任公司
代理人:翁若莹;吴小丽
代理机构:31001
代理机构编号:上海申汇专利代理有限公司 31001
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计