两步双循环太阳能直接蒸汽发电系统探究

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1、两步双循环太阳能直接蒸汽发电系统探究　　【摘要】本文首先对太阳能直接蒸汽产生（DSG）技术中集热器已有的三种水循环方式进行分析探讨，在此基础上提出了两步双循环方式的太阳能直接蒸汽产生技术。在本次研究中，集热系统采用较为成熟的槽式集热系统。集热管采用压力泵雾化器喷雾给水方式，提高了集热管加热的效率，同时克服了水汽两相流问题以及很好的调整和平衡了不同时段内管道压力。【关键词】两步双循环；DSG；饱和蒸汽；过热蒸汽；雾化器Abstract：Inthispaper，Basedonsolardirectsteam（D

2、SG）ofthreekindsofwatertechnologyinheatexchangerhasbeenanalyzed，Onthebasisoftheproposedsolardirectsteamtwodoublecyclegenerationtechnology.Inthisstudy，Thecollectorsystemadoptstroughmaturesolarheatingsystem，Heatpumpwithpressureatomizerspraywatersupplysystem，I

3、mprovetheefficiencyofheatpipeheating.Atthesametimetoovercometheproblemsofwatervaportwo-phaseflowandbalancethedifferentperiodofpipelinepressure.7Keywords：twostepdoublecirculation；DSG；saturatedsteam；superheatedsteam；atomizer1.前言直接蒸汽发电（directsteamgener-ation，

4、DSG）太阳能热发电系统，是利用聚光器（蝶式、槽式、线性菲涅尔式和塔式）将太阳光聚焦到集热器上，直接加热集热器内的工质水，产生的蒸汽推动汽轮发电机组发电的系统与工质为导热油的蒸汽发电系统相比，DSG系统具有以下优势：第一用水替代导热油消除了对的环境污染风险；第二省略了油到蒸汽换热器及其附件等简化了系统结构，大幅降低了电站投资和运营成本；第三用直接蒸汽产生代替了导热油使的集热气出口蒸汽具有了更高的温度，提高了电站发电效率。2.两步双循环太阳能直接蒸汽产生（DSG）技术7太阳能直接蒸汽热发电系统（DSG）主要由

5、两个部分组成，一个部分是太阳能镜场蒸汽产生部分，主要功能是把太阳能转化成可以利用的热能。另一部分则是常规的郎肯循环发电系统，可以把前部分由太阳能镜场聚集得到的热能转化为电能。整个系统研究的重点和技术核心是太阳能聚光器镜场蒸汽产生部分。本次研究中，我们以目前利用最多和技术最为成熟的槽式直接蒸汽发电系统为研究对象。目前槽式直接蒸汽太阳能发电系统镜场分为三种基本的循环模式，依次是一次通过式、注入式和再循环方式。采用一次通过方式中的水经过预热，蒸发和过热后直接推动汽轮机发电，该模式的优点是结构简单、性能优越、投资少

6、。但集热管中的水和蒸汽两相流的流动状态不确定，流动的稳定性较差，瞬态流动蒸汽温度的变化较大，增加了系统的控制难度。逐次注入方式中水分别从集热管不同的地方注入，该模式的正常运行需要增加测试系统。该系统的优点是集热管内气液两相流体流动较稳定，控制难度不大。但系统复杂系统中增了许多控制阀、测量设备等装置因而投资成本加大不具有竞争力。再次循环模式是目前最有竞争力的方式，在集热管的蒸发段的末端安装一个水汽分离装置，注入到蒸发段的水量大于系统可以蒸发的水量，过量的水就通过分离器被循环泵送到集热环路的进水入口段。而蒸汽经

7、过水汽分离器进入到集热管的过热段，这种模式具有高度可控性集热管内气、液两相流体流动较稳定。但也存在系统复杂以及需要水汽分离装置等增加了系统的投资。2010年，M.K.Gupta等对直接蒸汽式电站的不同组成部分进行了调查和能质分析，发现最大的能量损失是在冷凝器，而最大的能质损失是在太阳能镜场，并指出使用三个或以上的回水加热器能大大提高电厂的效率。本次研究我们将结合以上三种循环方式的优点，设计了两步双循环太阳能直接蒸汽发电系统，如图4所示。7根据直接蒸汽式发电系统汽轮机入口蒸汽状态可以分为，过热蒸汽发电和饱和蒸

8、汽发电两种形式。目前，大量的研究都是基于过热蒸汽发电技术的，而本次研究针对饱和蒸汽发电技术进行了探讨分析，图1和图2分别给出了DSG过热蒸汽发电和饱和蒸汽发电的示意图。可以看出饱和蒸汽发电的投入成本较高。但根据M.Eck等人的研究显示：一定规模的饱和蒸汽发电站要比过热蒸汽初期投资高出5%维护费用也相对较高。但采用饱和蒸汽发电可以使电站的年净发电量提高4%；同时饱和蒸汽发电电站的太阳能发电场的维护比较简单，并且在发