一种太阳能直接蒸汽发生系统的模拟装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工程热物理领域，尤其涉及一种太阳能直接蒸汽发生(Direct SteamGenerat1n, DSG)系统的模拟装置。
【背景技术】
[0002]为了缓解日益增长的能源需求及化石能源对环境的压力，实现可持续发展，清洁的可再生能源发展显得尤为重要。在太阳能、风能、生物质能等可再生能源中，太阳能是最普遍、最丰富、最洁净和安全的能源。因此，太阳能集热发电技术被认为是最有可能引起能源革命和最有潜力替代常规能源的技术之一。
[0003]太阳能流密度低，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、塔式和碟式三类，其中槽式是最为成熟且已实现商业化的技术。槽式中应用最广的是以导热油为工质的单循环系统。采用直接蒸汽发生技术的单循环槽式太阳能系统以水代替昂贵的导热油，摒弃油-水换热设备、储油罐、导热油防火等，降低了装置成本；突破了导热油最高工作温度400°C的极限，工作温度可达500°C以上，使系统效率大为提高，而且其安全隐患、风险成本都要小得多。因此，太阳能DSG技术得到了广泛重视。
[0004]太阳能DSG技术工质水经历了过冷水、两相流和过热蒸汽三个阶段，特别是两相流阶段是目前研究的难点和热点。太阳能DSG系统由于水要从过冷水加热到过热蒸汽，其总长度一般达到几百米，导致投资成本巨大，而且产地面积广，这对实验研究带了极大不便。
【发明内容】
[0005](一 )要解决的技术问题
[0006]本发明的目的在于，提供一种太阳能直接蒸汽发生系统的模拟装置，能在小规模实验条件下模拟太阳能DSG系统的各阶段的传热和流动情况。
[0007]( 二)技术方案
[0008]本发明提供一种太阳能直接蒸汽发生系统的模拟装置，包括循环设备、加热设备和控制设备，其中，循环设备向吸热设备输送工质，加热设备通过吸收太阳能，对所输送的工质进行加热，同时，控制设备根据加热设备中的工质状态，控制输送给加热设备的工质的温度和流量，循环设备还对加热完的工质进行回收。
[0009]本发明还提供一种太阳能直接蒸汽发生系统过冷水阶段的模拟方法，应用于上述的模拟装置，方法包括:
[0010]Sll,向加热设备输入未饱和水；
[0011]S12，测量加热设备输出的工质的温度和压力，并将测量值传输给可编程逻辑控制器;
[0012]S13，通过可编程逻辑控制器控制电加热器的功率，使输入到加热设备的工质的温度和压力等于步骤S12中测量的温度和压力；
[0013]S14，重复步骤S12和步骤S13，直至加热设备输出的工质为饱和水。
[0014]本发明还提供一种太阳能直接蒸汽发生系统两相阶段的模拟方法，应用于上述的模拟装置，方法包括:
[0015]S21，向加热设备输入饱和水；
[0016]S22，通过可编程逻辑控制器控制电加热器的功率以及电磁阀的开度，以控制输入吸热管的饱和蒸汽及饱和水的质量流比，从而模拟吸热管内不同组分的传热、流动、以及相变情况；
[0017]S23，重复步骤S22，不断改变加热设备入口处饱和蒸汽及饱和水质量流率比，直至多根吸热管输出的工质为饱和蒸汽为止。
[0018]本发明还提供一种太阳能直接蒸汽发生系统过热蒸汽阶段的模拟方法，应用于上述的模拟装置，方法包括:
[0019]S31，通过可编程逻辑控制器控制电加热器的功率，使输入到加热设备的工质为饱和蒸汽；
[0020]S32，重复步骤S31，改变吸热管入口处蒸汽过热度，以模拟不同过热度蒸汽的传热和流动情况，直至加热设备输出的工质为理想的过热蒸汽。
[0021](三)有益效果
[0022]本发明提供的太阳能直接蒸汽发生系统的模拟装置，在室外正常太阳辐照条件下，进行太阳能聚光吸热测试，更能反应太阳能DSG聚光吸热系统的真实情况；另外，基于分段的思想，将吸热过程划分为了过冷段、两相段和过热段，再通过调整工质水/蒸汽的流量和入口温度，可以把原本几百米长的太阳能DSG系统划分为几十米甚至十几米长的小型换热系统进行分段研究，从而达到对太阳能DSG整个系统研究的目的。
【附图说明】
[0023]图1是本发明提供的太阳能直接蒸汽发生系统的模拟装置的示意图。
[0024]图2是通过本发明的模拟装置模拟得到的吸热管工质温度分布图。
【具体实施方式】
[0025]本发明提供一种太阳能直接蒸汽发生系统的模拟装置，循环设备向吸热设备输送工质，加热设备通过吸收太阳能，对所输送的工质进行加热，同时，控制设备根据加热设备中的工质状态，控制输送给加热设备的工质的温度和流量，循环设备还对加热完的工质进行回收。本发明能在小规模实验条件下模拟太阳能DSG系统的各阶段的传热和流动情况。
[0026]根据本发明提供的一种实施方式，加热设备包括串联的多个吸热管，吸热管外设有太阳能聚光镜，吸热管通过太阳能聚光镜吸收太阳能，以对工质进行加热。在室外正常太阳辐照条件下，进行太阳能聚光吸热测试，更能反应太阳能DSG聚光吸热系统的真实情况。
[0027]根据本发明提供的一种实施方式，控制设备包括测量器件、可编程逻辑控制器、电加热器及电磁阀，测量器件分别设于多个吸热管的入口处和出口处，用于测量多个吸热管的入口处和出口处的工质状态，电加热器设于加热设备的入口处，电磁阀设于电加热器与加热设备之间，可编程逻辑控制器根据测量器件测量的工质状态，调整电加热器的功率及电磁阀的开度，以控制吸热管中工质的温度和压力。
[0028]根据本发明提供的一种实施方式，测量器件包括温度传感器、压力传感器及流量
i+o
[0029]根据本发明提供的一种实施方式，工质为水和/或蒸汽。
[0030]根据本发明提供的一种实施方式，循环设备包括汽液分离器、冷凝器、水箱及栗，其中，汽液分离器用于对加热设备输出的工质进行汽液分离，水箱用于存储分离出的水，冷凝器用于冷却分离出的蒸汽，得到冷却水，所述栗用于将水箱中的水及冷却水输入至加热设备。通过这种循环设备，使得加热过后的水能够回收并自动投入到下次加热中，减少了人工向加热设备输水的工序，并节约了资源。
[0031]根据本发明提供的一种实施方式，循环设备还包括过滤器，用于对栗输出的水进行过滤。
[0032]本发明还提供一种太阳能直接蒸汽发生系统过冷水阶段的模拟方法，应用于该模拟装置，方法包括:
[0033]Sll,向加热设备输入未饱和水；
[0034]S12，测量加热设备输出的工质的温度和压力，并将测量值传输给可编程逻辑控制器;
[0035]S13，通过可编程逻辑控制器控制电加热器的功率，使输入到加热设备的工质的温度和压力等于步骤S12中测量的温度和压力；
[0036]S14，重复步骤S12和步骤S13，直至加热设备输出的工质为饱和水。
[0037]本发明还提供一种太阳能直接蒸汽发生系统两相阶段的模拟方法，应用于该模拟装置，方法包括:
[0038]S21，向加热设备输入饱和水；
[0039]S22，通过可编程逻辑控制器控制电加热器的功率以及电磁阀的开度，以控制输入吸热管的饱和蒸汽及饱和水的质量流比，从而模拟吸热管内不同组分的传热、流动、以及相变情况；
[0040]S23，重复步骤S22，不断改变加热设备入口处饱和蒸汽及饱和水质量流率比，直至多根吸热管输出的工质为饱和蒸汽为止。
[0041]本发明还提供一种太阳能直接蒸汽发生系统过热蒸汽阶段的模拟方法，应用于该模拟装置，方法包括:
[0042]S31，通过可编程逻辑控制器控制电加热器的功率，使输入到加热设备的工质为饱和蒸汽；
[0043]S32，重复步骤S31，改变吸热管入口处蒸汽过热度，以模拟不同过热度蒸汽的传热和流动情况，直至加热设备输出的工质为理想的过热蒸汽。
[0044]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0045]图1是本发明实施例提供的太阳能直接蒸汽发生系统