真空泵應(yīng)用到分散式低溫太陽能熱力發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電工藝

分散式低溫太陽能熱力發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電工藝，是按發(fā)電容量配備太陽能集熱加熱器及其循環(huán)管路；安裝并連接好板式熱交換器、凝汽器、儲液器、汽液分離器、工質(zhì)加壓泵、儲熱罐、冷卻水循環(huán)泵、冷卻塔及閥門等設(shè)備、配件；根據(jù)管路容積計(jì)算工質(zhì)充注量，將正戊烷(C5H12)或正己烷(C6H14)計(jì)量充入循環(huán)管路中。

 

電力生產(chǎn)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中扮演著越來越重要的角色，可以說電力供應(yīng)是整個(gè)社會發(fā)展的瓶頸。一個(gè)世紀(jì)以來，電力工業(yè)都是嚴(yán)重地依賴于煤等化石燃料，雖然近年來隨著超臨界朗肯循環(huán)等技術(shù)的應(yīng)用，煤電效率逐步提高(現(xiàn)在世界上最新技術(shù)已經(jīng)能達(dá)到近50％的熱效率)，但電力工業(yè)依然是二氧化碳及二氧化硫嚴(yán)重環(huán)境污染物主要的排放源，同時(shí)隨著化石燃料的枯竭，開采的成本和難度會越來越大，因此加大對新能源開發(fā)的力度，從而逐漸減輕國民生產(chǎn)及生活過程對化石燃料的依賴程度，是人類必然面臨的唯一選擇。太陽是一切能量的源泉，解決人類能源危機(jī)的關(guān)鍵無疑是對太陽能直接的高效開發(fā)和利用，海外已在這方面做了一些工作，但主要是在工質(zhì)為水蒸汽的高溫太陽能熱力發(fā)電系統(tǒng)方面的研究：大致可分為槽式聚焦、塔式聚焦及牒式聚焦太陽能熱力發(fā)電三大系統(tǒng)。

分散式低溫太陽能熱力發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電工藝可以直接將低密度的太陽能高效地轉(zhuǎn)換為高品位的電能，實(shí)現(xiàn)真正零排放的潔凈發(fā)電過程，避免了傳統(tǒng)區(qū)域集中大型發(fā)電系統(tǒng)的電力線損及巨大的輸配電系統(tǒng)的投資和維護(hù)。

 

分散式低溫太陽能熱力發(fā)電系統(tǒng)及發(fā)電工藝，是采用正戊烷(C5H12)或正己烷(C6H14)純工質(zhì)作為循環(huán)工質(zhì)的分散式低溫太陽能熱力發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可最大限度將低密度的太陽能轉(zhuǎn)換為高品位的電能，該工藝在系統(tǒng)中設(shè)置了儲熱措施，使之更能適應(yīng)太陽能強(qiáng)度的變化需要，對于推動分散式低溫太陽能熱力發(fā)電技術(shù)有著重大的意義。

解決本發(fā)明的技術(shù)問題所采用的方案是：

 

本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)包括四個(gè)回路，首先是太陽能儲熱回路，里面是導(dǎo)熱油(或水)，之后是中間熱媒回路，里面是油(或水)，它的作用是把熱量傳輸給下面回路中的循環(huán)工質(zhì)，再下來是低沸點(diǎn)工質(zhì)動力循環(huán)回路，這個(gè)回路中的循環(huán)工質(zhì)與中間熱媒中的熱油(水)通過板式換熱器來交換熱量，最后是冷卻水回路，這個(gè)回路的主要作用是將透平排汽的凝結(jié)熱排除。

太陽能儲熱回路為儲熱罐的底部通過太陽能熱油循環(huán)管及電控閥V3接入熱油循環(huán)泵，再接到太陽能集熱加熱器的進(jìn)口，太陽能集熱加熱器的出口通過管道接到儲熱罐的上部；V1、V2、V3為電控閥，當(dāng)陽光充足時(shí)，V2關(guān)閉，V1、V3開啟，可以同時(shí)發(fā)電及儲熱，當(dāng)陽光不足時(shí)，V2開啟，V1、V3關(guān)閉，可以利用儲熱器中的熱量對熱油進(jìn)行再熱。即中間熱媒回路分有兩種情況：

 

第一種情況，在太陽能集熱加熱器的出口溫度達(dá)到或超過設(shè)計(jì)值時(shí)，此時(shí)太陽強(qiáng)度充足，電控閥V1和V3開啟，V2關(guān)閉，從太陽能加熱器來的熱油：一路通過管道接到板式換熱器的熱油進(jìn)口相連，板式換熱器的熱油出口接至循環(huán)泵的入口，在板式換熱器中把熱量傳遞給循環(huán)工質(zhì)，再被循環(huán)泵通過管道送到太陽能加熱器的回油接口，另外一路接入儲熱罐的上部進(jìn)行儲熱，再從儲熱罐的出口通過V3到循環(huán)泵的入口；

 

第二種情況是在太陽能集熱加熱器的出口溫度低于設(shè)計(jì)值時(shí)，此時(shí)太陽強(qiáng)度不夠，電控閥V1和V3關(guān)閉，V2開啟，此時(shí)從太陽能加熱器初步加熱出來的熱油再經(jīng)過儲熱罐的再次加熱，經(jīng)過V2進(jìn)入板式換熱器；低沸點(diǎn)工質(zhì)動力循環(huán)回路為透平排汽出口通過排汽管道與水冷凝汽器相連，水冷凝汽器出口通過管道接至工質(zhì)儲液器入口，工質(zhì)儲液器出口接到工質(zhì)加壓泵的入口，工質(zhì)加壓泵的出口通過管道接到板式換熱器的冷流體入口處，板式換熱器的冷流體出口又通過管道接入汽液分離器的入口處，汽液分離器的干飽和蒸汽出口通過管道與有機(jī)透平膨脹機(jī)的主蒸汽入口相連，有機(jī)透平通過聯(lián)軸及變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動發(fā)電機(jī)；冷卻水回路為經(jīng)過冷卻塔的降溫后的水儲存在集水池中，用管道接入冷卻水循環(huán)泵，由泵加壓送入水冷凝汽器，吸收了工質(zhì)的凝結(jié)熱之后的熱水，重新用管道送到冷卻塔的布水管入口。

 

該發(fā)電系統(tǒng)動力循環(huán)使用正戊烷(C5H12)或正己烷(C6H14)純工質(zhì)；

該發(fā)電系統(tǒng)使用常壓或低壓(≤0.6MPa)太陽能熱油(水)系統(tǒng)(太陽能集熱器可為板式或真空管式)，太陽能熱油(水)系統(tǒng)中的循環(huán)工質(zhì)可以采用導(dǎo)熱油或者水，其出口溫度在60℃以上；

該發(fā)電系統(tǒng)能蓄存太陽能的熱能，通過在太陽能儲熱管路上設(shè)置控制閥門，可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)蓄熱器的蓄熱與放熱運(yùn)行模式的轉(zhuǎn)換。

該發(fā)電系統(tǒng)用于容量在100Kw之內(nèi)的分散式發(fā)電場合。

該發(fā)電系統(tǒng)的凝汽器采用水冷凝汽器的間接冷卻方式。

該發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置了蓄熱器，可以對太陽能集熱器的熱量進(jìn)行蓄存，在需要的時(shí)候蓄熱器又可以轉(zhuǎn)換到放熱運(yùn)行模式。

該發(fā)電工藝為：

(1)按需要的發(fā)電容量配備太陽能集熱器及其循環(huán)管路；

(2)根據(jù)朗肯循環(huán)系統(tǒng)所需的工質(zhì)的循環(huán)量及管道壓降要求安裝好動力循環(huán)所需要的銅管路；

(3)安裝并連接好有機(jī)透平機(jī)(或膨脹機(jī))、板式熱交換器(加熱蒸發(fā)器)、凝汽器、儲液器、汽液分離器、工質(zhì)加壓泵、儲熱罐、EVP冷卻水循環(huán)泵/干式真空泵、冷卻塔及閥門等設(shè)備、配件；

(4)根據(jù)管路容積計(jì)算工質(zhì)充注量，將正戊烷(C5H12)或正己烷(C6H14)計(jì)量充入循環(huán)管路中。

工作原理為：

太陽能熱油(水)循環(huán)泵將從板式換熱器回來的溫度較低的熱油(水)，送入太陽能集熱加熱器里加熱，加熱后的熱油(水)用管道輸送到板式換熱器和儲熱器中換熱，通過在熱油(水)管路上設(shè)置電控閥實(shí)現(xiàn)在太陽光強(qiáng)度大的時(shí)候同時(shí)發(fā)電及儲熱，在太陽能集熱器加熱量不足時(shí)從集熱器出來的熱油通過儲熱器的再熱，之后送到板式換熱器中去加熱工質(zhì)流體；

溫度較高的熱油(水)從儲熱油(水)箱的上部接出到板式換熱器，在板式換熱器中把熱量傳遞給熱動發(fā)電回路中的循環(huán)工質(zhì)，使其蒸發(fā)汽化，降溫后的熱媒油(水)被循環(huán)泵加壓送回太陽能集熱器加熱；

板式換熱器加熱產(chǎn)生的循環(huán)工質(zhì)蒸汽流入汽液分離器，液體被分離下來，重新被板式換熱器加熱汽化，干蒸汽順主蒸汽管導(dǎo)入透平(或膨脹機(jī))膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)工作發(fā)電，膨脹做功后的低壓蒸汽被排汽管輸送到空冷凝汽器中凝結(jié)為液體，再流入工質(zhì)儲液器中，再被工質(zhì)加壓泵吸入加壓成為蒸發(fā)壓力下的高壓液體，通過管路送到板式換熱器中被太陽能的熱油(水)加熱蒸發(fā)，完成一個(gè)循環(huán)。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)直接將低密度的太陽能產(chǎn)生的200℃以內(nèi)的熱油(或水)具有的熱量高效地轉(zhuǎn)換為高品位的電能。

(2)實(shí)現(xiàn)了清潔發(fā)電過程的真正零排放；

(3)實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化的分散式發(fā)電，可以作為陽光充足的邊遠(yuǎn)山區(qū)或者無法取得集中電力的地區(qū)的電力保障系統(tǒng)。

(4)可以實(shí)現(xiàn)太陽能熱量的儲存調(diào)節(jié)作用，更能滿足太陽能發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用。

附圖說明

具體實(shí)施主要配置：

有機(jī)透平(或膨脹機(jī))1、

勵(lì)磁交流發(fā)電機(jī)2、

空冷式凝汽器3、

工質(zhì)儲液器4、

工質(zhì)加壓泵5、

板式換熱器6、

汽液分離器7、

進(jìn)汽調(diào)節(jié)裝置8、

緊急減壓裝置9、

太陽能真空管集熱加熱器10、

EVP熱油(水)液環(huán)真空泵/干式真空泵11、

太陽能儲熱罐12、

太陽能熱油(水)循環(huán)管13、

銅管14、

EVP冷卻水液環(huán)真空泵/干式真空泵15、

冷卻塔16。

太陽能熱油(水)循環(huán)管13從儲熱罐12的底部接出，接入EVP液環(huán)真空泵11的進(jìn)口，再接入太陽能加熱器10的進(jìn)口，加熱后的熱油(水)用管道接到儲熱罐12的上部及板式換熱器6的入口位置，在油(水)管路上設(shè)置電控閥V1、V2、V3，可以實(shí)現(xiàn)利用儲熱罐12進(jìn)行儲熱及加熱熱媒油(水)的轉(zhuǎn)換功能。

中間熱媒油(水)從儲熱罐12的下部接出到板式換熱器6，在板式換熱器中把熱量傳遞給熱動發(fā)電回路中的循環(huán)工質(zhì)，降溫后的熱媒油(水)被EVP液環(huán)真空泵11加壓送回太陽能集熱器加熱。

 

EVP高性能液循環(huán)真空泵或者干式螺桿真空泵：

 

EVP 液環(huán)真空泵參考圖片

干式螺桿真空泵

板式換熱器6加熱產(chǎn)生的循環(huán)工質(zhì)蒸汽流入汽液分離器7，液體被分離下來，重新被板式換熱器6加熱汽化，干蒸汽順主蒸汽管導(dǎo)入透平(或膨脹機(jī))1膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)2工作發(fā)電，膨脹做功后的低壓蒸汽被排汽管輸送到空冷凝汽器3中凝結(jié)為液體，再流入工質(zhì)儲液器4中，再被工質(zhì)加壓泵5吸入加壓成為蒸發(fā)壓力下的高壓液體，通過管路送到板式換熱器6中被太陽能的熱油(水)加熱蒸發(fā)，完成一個(gè)循環(huán)。

經(jīng)過冷卻塔16的降溫后的水儲存在集水池中，用管道接入冷卻水循環(huán)泵15，由泵加壓送入水冷凝汽器，吸收了工質(zhì)的凝結(jié)熱之后的熱水，重新用管道送到冷卻塔16的布水管入口。

昆明建一個(gè)低溫太陽能熱力發(fā)電樣機(jī)，容量為3KW，經(jīng)熱力計(jì)算，在屋面安裝870根58U型真空管(d58x2100)太陽能集熱加熱器(按600-700w/m2的集熱強(qiáng)度計(jì)算)，中間熱媒采用水，太陽能儲熱罐的容積為3.5m3，集熱器的出水溫度為93℃，回水溫度為83℃，太陽能熱水循環(huán)管及中間熱媒管路采用50mm厚發(fā)泡橡塑管殼保溫，中間熱媒水與動力循環(huán)工質(zhì)間采用板式換熱器，采用將正戊烷(C5H12)作為動力循環(huán)的工質(zhì)，工質(zhì)循環(huán)回路采用銅管d12x1，換熱器到透平間的工質(zhì)銅管采用50mm厚發(fā)泡橡塑管殼保溫絕熱，工質(zhì)加壓泵采用流量為1500kg/h的屏蔽泵，排出壓力為0.4MPa，采用水冷凝結(jié)器，配一個(gè)機(jī)械通風(fēng)冷卻塔，EVP高性能水循環(huán)真空泵采用管道泵，采用特制螺桿膨脹動力機(jī)及勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。

 

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