一种用于塔式光热电站的增温换热系统
阅读说明：本技术 一种用于塔式光热电站的增温换热系统 (A heat transfer system that heats for tower light and heat power station ) 是由 黄其 章晓敏 宓霄凌 王伊娜 其他发明人请求不公开姓名 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：一种用于塔式光热电站的增温换热系统,包括：熔盐换热器,熔盐换热器将熔盐热量转移至气体工质,熔盐换热器设置有气体工质出口；涡流管装置,涡流管装置的进气口与气体工质出口连通；气体驱动组件,设置在熔盐换热器和涡流管装置之间,以驱动熔盐换热器中的气体工质进入涡流管装置；气体换热组件,气体换热组件的进气口与涡流管装置的热流出口连通,且气体换热组件中设有SCO-(2)换热流道。该增温换热系统可通过现有熔盐换热器加热超临界二氧化碳使其达到工作温度,工程应用适用性强。(A warming and heat exchanging system for a tower type photo-thermal power station, comprising: the molten salt heat exchanger transfers the molten salt heat to a gas working medium and is provided with a gas working medium outlet; the gas inlet of the vortex tube device is communicated with the gas working medium outlet; a gas drive assembly disposed between the molten salt heat exchanger and the vortex tube device to drive the molten saltGas working medium in the heat exchanger enters the vortex tube device; the gas heat exchange assembly is provided with an SCO (silicon controlled oxide) inside, and a gas inlet of the gas heat exchange assembly is communicated with a heat flow outlet of the vortex tube device 2 And a heat exchange flow channel. The temperature-increasing heat exchange system can heat the supercritical carbon dioxide to reach the working temperature through the existing molten salt heat exchanger, and has strong engineering application applicability.)
技术领域
本发明属于光热发电技术领域，尤其涉及一种用于塔式光热电站的增温换热系统。
背景技术
塔式光热发电技术正进入第三代技术的应用研发阶段，其中，采用超临界二氧化碳发电技术成为发电系统的主要选择方向之一。超临界二氧化碳发电技术利用熔盐换热系统加热超临界二氧化碳。
在超临界二氧化碳发电系统中，对于进入透平机前的超临界二氧化碳温度要求较高，需要达到620℃及以上，但是现有的熔盐换热系统(储热温度565℃)无法满足超临界二氧化碳的工作温度要求。
若采用更换前段储热介质以增加储热温度的方法，例如目前选择的采用颗粒或者新型高温熔盐(工作温度达到650℃及以上)，则两者会面临一定的问题：(1)颗粒技术，还处于探索阶段，技术不够成熟；(2)高温熔盐，处于研发阶段，现有高温熔盐具有较强腐蚀性无法满足需求；同时，如将高温熔盐投入使用，预计将造成相关设备成本增加1倍及以上。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于塔式光热电站的增温换热系统，该增温换热系统可通过现有熔盐换热器加热超临界二氧化碳使其达到工作温度，工程应用适用性强。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种用于塔式光热电站的增温换热系统，包括：
熔盐换热器，所述熔盐换热器将熔盐热量转移至气体工质，所述熔盐换热器设置有气体工质出口；
涡流管装置，所述涡流管装置的进气口与所述气体工质出口连通；
气体驱动组件，设置在所述熔盐换热器和所述涡流管装置之间，以驱动所述熔盐换热器中的所述气体工质进入所述涡流管装置；
气体换热组件，所述气体换热组件的进气口与所述涡流管装置的热流出口连通，且所述气体换热组件中设有SCO2换热流道。
根据本发明一实施例，所述涡流管装置的冷流出口、所述气体换热组件的出气口均与所述熔盐换热器的气体工质进口连通。
根据本发明一实施例，包括缓存容器，所述缓存容器的入口与所述涡流管装置的冷流出口连通、所述缓存容器的出口与所述熔盐换热器的所述气体工质进口连通，且所述缓存容器设有半导体温差发电装置，所述半导体温差发电装置与所述气体驱动组件电连接。
根据本发明一实施例，包括混合容器，所述涡流管装置的冷流出口、所述气体换热组件的出气口均与所述混合容器连通，且所述混合容器的出口与所述熔盐换热器的所述气体工质进口连通。
根据本发明一实施例，所述气体换热组件设有若干与所述SCO2换热流道相对设置的喷嘴；所述喷嘴的一端与所述涡流管装置的热流出口连通，另一端深入所述气体换热组件内。
根据本发明一实施例，所述喷嘴垂直于所述SCO2换热流道设置。
根据本发明一实施例，所述气体换热组件包括换热容器和气体换热管，所述SCO2换热流道穿设于所述换热容器。
根据本发明一实施例，所述熔盐换热器中设有若干熔盐换热管，还包括：
气体工质分配器，所述气体工质分配器设有一个进口和若干出口，所述气体工质分配器的进口与所述涡流管装置的冷流出口和所述气体换热组件的出气口均连通、所述气体工质分配器的若干出口分别与一个所述熔盐换热管的进口连通；
集气器，所述集气器设有若干进口和一个出口，所述集气器的若干进口分别与一个所述熔盐换热管的出口连通、所述集气器的出口与所述涡流管装置的进气口连通。
根据本发明一实施例，所述气体驱动组件为气泵。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
(1)本发明实施例中通过涡流管装置结合现有的熔盐换热器可将超临界二氧化碳加热至工作温度，可以使太阳盐储换热系统与超临界二氧化碳发电系统完成匹配使用，不需要更换储换热熔盐介质，使工程应用适用性强。
(2)本发明实施例中通过设置缓存容器和半导体温差发电装置进行半导体温差发电，可提供一定量的电能供气体驱动组件使用。此外，通过半导体温差发电的发电量，可判断气体工质的温度及流量情况，起到一定的调控反馈作用。
(3)本发明实施例中设置混合容器，使得从涡流管装置冷流出口出来的低温气体工质可与从气体换热组件出气口出来的高温气体工质进行中和，中和后再进行循环进入熔盐换热器，避免低温的气体工质进入熔盐换热器而影响换热效率。
(4)本发明实施例中设置喷嘴，在喷嘴作用下，气体工质流速加剧，提升湍流度，形成冲击射流与SCO2换热流道中的超临界二氧化碳换热，换热效率大幅提升；且喷嘴与SCO2换热流道垂直，进一步强化了换热。
附图说明
下面结合附图对本发明的
具体实施方式
作进一步详细说明，其中：
图1为本发明的一种用于塔式光热电站的增温换热系统整体示意图。
附图标记说明：
1：熔盐换热器；2：涡流管装置；3：冷流出口；4：热流出口；5：缓存容器；6：半导体温差发电装置；7：混合容器；8：喷嘴；9：换热容器；10：气体换热管；11：熔盐换热管；12：气体工质分配器；13：集气器；14：气泵；15：熔盐进管；16：熔盐出管；17：涡旋室；18：第一回流管；19：第二回流管；20：第三回流管。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
参看图1，本发明的核心是提供一种用于塔式光热电站的增温换热系统，包括熔盐换热器1、涡流管装置2、气体驱动组件和气体换热组件。
熔盐换热器1为现有的太阳盐储换热系统的装置，熔盐换热器1内充满熔盐且设有熔盐进管15和熔盐出管16。熔盐换热器1将熔盐热量转移至气体工质，熔盐换热器1设置有气体工质出口和气体工质进口。熔盐换热器1内设有若干熔盐换热管11，本实施例中共设置4根，气体工质通过熔盐换热管11与熔盐换热。
具体的，熔盐换热器1上部设有气体工质分配器12、下部设有集气器13。气体工质分配器12设有一个进口和若干出口，气体工质分配器12的进口与涡流管装置2的冷流出口3和气体换热组件的出气口均连通。气体工质分配器12的出口本实施例中设有4个，且分别与一个熔盐换热管11的进口连通。熔盐换热器1的气体工质进口即为气体工质分配器12的进口。
集气器13设有若干进口和一个出口，本实施例中集气器13的进口设有4个，且分别与一个熔盐换热管11的出口连通，集气器13的出口与涡流管装置2的进口连通。熔盐换热器1的气体工质出口即为集气器13的出口。气体驱动组件设置在熔盐换热器1和涡流管装置2之间，具体位于集气器13靠近涡流管装置2的管路中，本实施例中气体驱动组件为气泵14。气泵14驱动熔盐换热器1中的熔盐换热管11和气体工质分配器12内的气体工质进入涡流管装置2。气体工质本实施例中为空气。
涡流管装置2包括涡旋室17以及与涡旋室17连通的进气口、冷流出口3和热流出口4。从进气口进入涡流管装置2的气体工质，流经涡旋室17时会分离出两股流体。其中一股为热流体，在原气体温度基础上将大幅升温；另一股为冷流体，流体温度将远低于刚进入涡流管装置2的原气体温度。热流体从热流出口4流出，冷流体从冷流出口3流出。
气体换热组件的进气口与涡流管装置2的热流出口4连通，气体换热组件中设有SCO2换热流道。涡流管装置2的冷流出口3、气体换热组件的出气口均与气体工质分配器12的进口连通，以实现气体工质的循环。
具体的，气体换热组件包括换热容器9和气体换热管10，气体换热管10和SCO2换热流道穿设于换热容器9内，SCO2换热流道形成于气体换热管10中，SCO2换热流道中通有超临界二氧化碳。
换热容器9内设有若干与气体换热管10相对设置的喷嘴8，喷嘴8的一端与涡流管装置2的热流出口4连通，另一端伸入换热容器9内。本实施中共设置三个喷嘴8，且喷嘴8垂直于气体换热管10以及与其内的SCO2换热流道垂设置，气体工质经喷嘴8进入换热容器9后垂直喷向气体换热管10。采用喷嘴8设计、与气体换热管10垂直布局，形成了冲击射流的状态，有利于强化传热。
涡流管装置2的冷流出口3处还设有缓存容器5，缓存容器5的进口与涡流管装置2的冷流出口3连通、出口与气体工质分配器12的进口连通，缓存容器5设有半导体温差发电装置6，半导体温差发电装置6与气泵14电连接。半导体温差发电装置6通过气体工质与外部环境的温差进行半导体温差发电，提供一定量的电能供气泵14使用。此外，通过半导体温差发电装置6的发电量，可判断气体工质温度及流量情况，起到一定的调控反馈作用。
还包括混合容器7，缓存容器5的出口通过第一回流管18与混合容器7连通，换热容器9的出口通过第二回流管19与混合容器7连通，混合容器7的出口通过第三回流管20与气体工质分配器12的进口连通。从涡流管装置2冷流出口3出来流经缓存容器5的低温气体工质可与从换热容器9出口出来的高温气体工质进行温度中和，中和后再进入气体工质分配器12进行循环，使得可以避免低温的气体工质进入熔盐换热器1中的熔盐换热管11而影响换热效率。
下面对本发明工作过程作进一步说明：
首先将熔盐通入熔盐换热器1中以蓄热，气泵14驱动气体工质分配器12中的气体工质流入各个熔盐换热管11，与熔盐进行热交换以升温。
换热升温后的气体工质流经集气器13、气泵14后进入涡流管装置2。进入涡流管装置2后气体工质进入涡旋室17，分离出热气体工质和冷气体工质两股气流。
热气体工质经热流出口4进入换热容器9中的喷嘴8，在喷嘴8的作用下，热气体工质流速加剧，提升湍流度，并且以冲击射流形式喷向气体换热管10且与其内的超临界二氧化碳换热，使得换热效率大幅提升。同时，热气体工质温度远高于565℃，可达到700℃及以上的温度，满足超临界二氧化碳换热的温度需求。与超临界二氧化碳换热后的热气体工质从换热容器9的出口流经第二回流管19进入混合容器7。
涡流管装置2的冷气体工质经冷流出口3进入缓存容器5，半导体温差发电装置6通过冷气体工质与外部环境的温差进行半导体温差发电，提供一定量的电能供气泵14使用。从缓存容器5出来的冷气体工质经第一回流管18进入混合容器7。
热气体工质和冷气体工质在混合容器7中混合后通过第三回流管20进入气体工质分配器12，进行下一轮循环。
本发明通过涡流管装置2结合现有的熔盐换热器1可将超临界二氧化碳加热至工作温度，使得超临界二氧化碳发电系统的透平进气温度达到620℃及以上。
通过附加的增温装置，实现了现有成熟太阳盐储换热系统与超临界二氧化碳发电系统的匹配使用，沿用太阳盐储换热系统使得不需要更换储换热熔盐介质，技术成熟，工程应用适用性强。且基于涡流管原理的增温装置，结构简洁、紧凑，利于维护。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。