分段再热的光热电站油水换热蒸汽发生系统及其发生方法技术领域
本发明涉及一种蒸汽发生系统，具体涉及一种分段再热的光热电站油水换
热蒸汽发生系统及其发生方法。
背景技术
槽式光热发电技术在国际领域已经充分商业化，抛物面槽式CSP电站的导热
油-水换热型蒸汽发生系统(SGS)的技术已日益成熟。
如图1所示，为常规导热油-水换热型槽式光热电站蒸汽发生系统的结构示意
图，槽式光热电站蒸汽发生系统包括：过热器、再热器、蒸汽发生器和预热器；
其在换热过程中遵循双路独立的导热油分配原则，即：来自太阳岛的热导热油
分为两个支路，一个支路进入到产生主蒸汽的过热器-蒸汽发生器-预热器设备序
列；另一个支路进入到用于加热冷再热蒸汽的再热器。
经发明人研究发现，图1所示的蒸汽发生系统中，再热器体积非常大，因此，
一方面，加大了再热器的制备工艺，提高了整个蒸汽发生系统的成本；另一方
面，占据了较大了空间。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种分段再热的光热电站油水换热
蒸汽发生系统及其发生方法，可有效解决上述问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种分段再热的光热电站油水换热蒸汽发生系统，包括：预热
器、蒸汽发生器、过热器、第1再热器和第2再热器；
其中，所述预热器的管侧为受热侧，壳侧为传热侧；所述预热器具有管侧
进水口、壳侧进油口、管侧排水口和壳侧排油口；
所述蒸汽发生器的管侧为传热侧，壳侧为受热侧；所述蒸汽发生器具有壳
侧进水口、管侧进油口、壳侧排蒸汽口和管侧排油口；
所述过热器的管侧为受热侧，壳侧为传热侧；所述过热器具有管侧进蒸汽
口，壳侧进油口、管侧排蒸汽口和壳侧排油口；
所述第1再热器的管侧为受热侧，壳侧为传热侧；所述第1再热器具有管侧
进蒸汽口，壳侧进油口、管侧排蒸汽口和壳侧排油口；
所述第2再热器的管侧为受热侧，壳侧为传热侧；所述第2再热器具有管侧
进蒸汽口，壳侧进油口、管侧排蒸汽口和壳侧排油口；
则：
所述预热器的管侧进水口通过高压给水管道与外部高压给水端连通；所述
预热器的管侧排水口与蒸汽发生器的壳侧进水口连通；所述蒸汽发生器的壳侧
排蒸汽口与所述过热器的管侧进蒸汽口连通；所述过热器的管侧排蒸汽口通过
主蒸汽管道与汽轮机高压缸的进口连接；
所述第2再热器的管侧进蒸汽口通过冷再热蒸汽管道与汽轮机高压缸排汽
口连通；所述第2再热器的管侧排蒸汽口与所述第1再热器的管侧进蒸汽口连接；
所述第1再热器的管侧排蒸汽口通过热再热蒸汽管道与汽轮机低压缸的进蒸汽
口连通；
外界来自太阳岛的热导热油输送管道分为两个支路，一个支路连通到过热
器的壳侧进油口；另一个支路连通到第1再热器的壳侧进油口；所述过热器的壳
侧排油口和所述第1再热器的壳侧排油口均连通到所述蒸汽发生器的管侧进油
口；所述蒸汽发生器的管侧排油口与两个支路连通，一个支路连通到预热器的
壳侧进油口；另一个支路连通到第2再热器的壳侧进油口；所述预热器的壳侧排
油口和所述第2再热器的壳侧排油口连通到油循环系统冷油侧端，而所述
经第三次换热后的导热油(约290℃)回到油循环系统冷油侧，所述油循环
系统冷油侧通过导热油循环泵与储热岛连通。
优选的，所述预热器为U型管换热器；所述蒸汽发生器为汽包独立的U型管
换热器或釜式蒸发器；所述过热器为U型管换热器；所述第1再热器和所述第2
再热器为U型管换热器或回弯管壳式换热器。
本发明提供一种分段再热的光热电站油水换热蒸汽发生方法，在进行分段
再热的光热电站油水换热蒸汽发生过程中，共同时发生以下三个换热过程：
高压给水-主蒸汽侧换热过程为：
S1.1，高压给水通过高压给水管道进入预热器管侧，与来自蒸汽发生器的导
热油进行换热；
S1.2，高压给水加热至近饱和水后，从预热器管侧排出并进入到蒸汽发生器
的壳侧，与来自过热器和第1再热器的导热油进行换热；
S1.3，近饱和水加热至饱和蒸汽后，从蒸汽发生器上部的汽水分离器排出并
进入到过热器的管侧，与来自集热场的热导热油进行换热；
S1.4，饱和蒸汽加热至过热蒸汽，过热蒸汽从过热器管侧排出后，通过主蒸
汽管道输送到汽轮机高压缸做功；
冷再热蒸汽-热再热蒸汽侧换热过程为：
S2.1，汽轮机高压缸排汽经冷再热蒸汽管道进入第2再热器的管侧，与来自
蒸汽发生器管侧的导热油进行第一次换热，形成再热蒸汽；
S2.2，步骤2.1形成的再热蒸汽从第2再热器管侧排出后，进入到第1再热器
的管侧，在第1再热器管侧，与来自集热场的热导热油进行第二次换热，形成过
热蒸汽；
S2.3，步骤2.2形成的过热蒸汽从第1再热器管侧排出后，通过热再热蒸汽管
道进入到汽轮机低压缸中；
导热油侧换热过程为：
S3.1，在槽式光热发电系统中，导热油经太阳岛集热场加热到指定温度后，
分为两路，其中一路进入到过热器壳侧，与来自蒸汽发生器的饱和给水进行第1
次换热；另一路进入第1再热器的壳侧，与来自第2再热器的再热蒸汽进行第1次
换热；
S3.2，导热油在过热器中经第1次换热后，得到降温的导热油，并从过热器
壳侧排出；导热油在第1再热器中经第1次换热后，得到降温的导热油，并从第1
再热器壳侧排出；
S3.3，过热器所排出的降温导热油和第1再热器所排出的降温导热油均进入
到蒸汽发生器管侧并在蒸汽发生器管侧混合；
或者，过热器所排出的降温导热油和第1再热器所排出的降温导热油首先混
合后，再进入到蒸汽发生器管侧；
S3.4，进入到蒸汽发生器管侧的导热油与进入到蒸汽发生器壳侧的饱和水进
行第2次换热，将饱和水加热至饱和蒸汽，同时，进入到蒸汽发生器管侧的导热
油再一次降温；
S3.5，进一步降温的导热油从蒸汽发生器管侧排出，并再次分为两个支路，
其中一个支路进入到预热器壳侧，与预热器管侧的高压给水进行第3次换热，将
高压给水加热为近饱和水；导热油在预热器壳侧经换热后，温度进一步降低，
得到再次降温的导热油；另一支路进入到第2再热器壳侧，与第2再热器管侧的
汽轮机高压缸排汽进行第3次换热，将汽轮机高压缸排汽加热为再热蒸汽；导热
油在第2再热器壳侧换热后，温度进一步降低，得到再次降温的导热油；
S3.6，来自预热器壳侧排油口的导热油和来自第2再热器壳侧的导热油混合
后，均进入到油循环系统冷油侧，并通过导热油循环泵再次进入太阳岛或储热
岛吸收热量进行循环。
优选的，S3.1中，所述指定温度为大于等于390℃。
本发明提供的分段再热的光热电站油水换热蒸汽发生系统及其发生方法具
有以下优点：
本发明采用两台较小的再热器代替常规槽式光热电站中单台较大的再热
器，一方面，可减小单台再热器尺寸，降低其设计计算难度和制造技术要求；
另一方面，在相同的输出蒸汽参数和条件下，可降低传热流体(HTF，槽式光热
电站常用为导热油)流量而提升系统效率。
附图说明
图1为现有技术提供的光热电站油水换热蒸汽发生系统的结构示意图；
图2为本发明提供的分段再热的光热电站油水换热蒸汽发生系统的结构示
意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明：
本发明涉及一种聚光太阳能热发电(CSP)系统中蒸汽发生系统(SGS)的
再热器分段设计，用于抛物面槽式CSP电站的导热油-水换热型SGS。该设计形
式相比目前国际主流光热电站的常规油水换热器，在相同的输出蒸汽参数和条
件下，可减小单台再热器尺寸，降低其设计计算难度和制造技术要求，并降低
传热流体(HTF，槽式光热电站常用为导热油)流量而提升系统效率。
具体的，如图2所示，为本发明提供的分段再热的光热电站油水换热蒸汽发
生系统的结构示意图，包括：预热器、蒸汽发生器、过热器、第1再热器和第2
再热器；本发明采用两台较小的再热器，代替常规槽式光热电站中单台较大的
再热器。
其中，预热器的管侧为受热侧，壳侧为传热侧；预热器具有管侧进水口、
壳侧进油口、管侧排水口和壳侧排油口；
蒸汽发生器的管侧为传热侧，壳侧为受热侧；蒸汽发生器具有壳侧进水口、
管侧进油口、壳侧排蒸汽口和管侧排油口；
过热器的管侧为受热侧，壳侧为传热侧；过热器具有管侧进蒸汽口，壳侧
进油口、管侧排蒸汽口和壳侧排油口；
第1再热器的管侧为受热侧，壳侧为传热侧；第1再热器具有管侧进蒸汽口，
壳侧进油口、管侧排蒸汽口和壳侧排油口；
第2再热器的管侧为受热侧，壳侧为传热侧；第2再热器具有管侧进蒸汽口，
壳侧进油口、管侧排蒸汽口和壳侧排油口；
则：
预热器的管侧进水口通过高压给水管道与外部高压给水端连通；预热器的
管侧排水口与蒸汽发生器的壳侧进水口连通；蒸汽发生器的壳侧排蒸汽口与过
热器的管侧进蒸汽口连通；过热器的管侧排蒸汽口通过主蒸汽管道与汽轮机高
压缸的进口连接；
第2再热器的管侧进蒸汽口通过冷再热蒸汽管道与汽轮机高压缸排汽口连
通；第2再热器的管侧排蒸汽口与第1再热器的管侧进蒸汽口连接；第1再热器的
管侧排蒸汽口通过热再热蒸汽管道与汽轮机低压缸的进蒸汽口连通；
外界来自太阳岛的热导热油输送管道分为两个支路，一个支路连通到过热
器的壳侧进油口；另一个支路连通到第1再热器的壳侧进油口；过热器的壳侧排
油口和第1再热器的壳侧排油口均连通到蒸汽发生器的管侧进油口；蒸汽发生器
的管侧排油口与两个支路连通，一个支路连通到预热器的壳侧进油口；另一个
支路连通到第2再热器的壳侧进油口；预热器的壳侧排油口和第2再热器的壳侧
排油口连通到油循环系统冷油侧端，而
经第三次换热后的导热油(约290℃)回到油循环系统冷油侧，油循环系统
冷油侧通过导热油循环泵与储热岛连通。
实际应用中，预热器通常为U型管换热器(管壳式)。管侧为来自常规太阳
岛高压加热器的高压给水(受热侧)，壳侧为来自蒸汽发生器的导热油(传热侧)；
蒸汽发生器通常为汽包独立的U型管换热器或釜式蒸发器。管侧为来自过热
器和第1再热器的导热油(传热侧)，壳侧为来自预热器的饱和给水(受热侧)；
过热器通常为U型管换热器。管侧为来自蒸汽发生器的饱和蒸汽(受热侧)，
壳侧为来自太阳岛的热导热油(传热侧)；
第1再热器通常为U型管换热器或回弯管壳式(Hairpin式)换热器，管侧为
来自第2再热器的再热蒸汽(受热侧)，壳侧为来自太阳岛的热导热油(传热侧)
第2再热器通常为U型管换热器或回弯管壳式换热器，管侧为来自汽轮机高
压缸的冷再热蒸汽(受热侧)，壳侧为来自蒸汽发生器的导热油(传热侧)
采用图2所示的分段再热的光热电站油水换热蒸汽发生系统，本发明还提供
一种分段再热的光热电站油水换热蒸汽发生方法，在进行分段再热的光热电站
油水换热蒸汽发生过程中，共同时发生以下三个换热过程：
(一)高压给水-主蒸汽侧换热过程为：
在槽式光热发电系统中，高压给水经过高压加热器序列后，进入本发明涉
及范围。流程如下：
S1.1，高压给水通过高压给水管道进入预热器管侧，与来自蒸汽发生器的导
热油进行换热；
S1.2，高压给水加热至近饱和水后，从预热器管侧排出并进入到蒸汽发生器
的壳侧，与来自过热器和第1再热器的导热油进行换热；
S1.3，近饱和水加热至饱和蒸汽后，从蒸汽发生器上部的汽水分离器排出并
进入到过热器的管侧，与来自集热场的热导热油进行换热；
S1.4，饱和蒸汽加热至过热蒸汽，过热蒸汽从过热器管侧排出后，通过主蒸
汽管道输送到汽轮机高压缸做功；
(二)冷再热蒸汽-热再热蒸汽侧换热过程为：
在槽式光热发电系统中，来自汽轮机高压缸的排汽进入本发明涉及范围进
行再热，形成热再热蒸汽去往汽轮机低压缸。流程如下：
S2.1，汽轮机高压缸排汽经冷再热蒸汽管道进入第2再热器的管侧，与来自
蒸汽发生器管侧的导热油进行第一次换热，形成再热蒸汽；
S2.2，步骤2.1形成的再热蒸汽从第2再热器管侧排出后，进入到第1再热器
的管侧，在第1再热器管侧，与来自集热场的热导热油进行第二次换热，形成过
热蒸汽；
S2.3，步骤2.2形成的过热蒸汽从第1再热器管侧排出后，通过热再热蒸汽管
道进入到汽轮机低压缸中；
(三)导热油侧换热过程为：
在槽式光热发电系统中，导热油经太阳岛集热场加热到指定温度(≥390℃)
后，进入本专利涉及范围。流程如下：
S3.1，在槽式光热发电系统中，导热油经太阳岛集热场加热到指定温度(通
常为大于等于390℃)后，分为两路，其中一路进入到过热器壳侧，与来自蒸汽
发生器的饱和给水进行第1次换热；另一路进入第1再热器的壳侧，与来自第2再
热器的再热蒸汽进行第1次换热；
S3.2，导热油在过热器中经第1次换热后，得到降温的导热油，并从过热器
壳侧排出；导热油在第1再热器中经第1次换热后，得到降温的导热油，并从第1
再热器壳侧排出；
S3.3，过热器所排出的降温导热油和第1再热器所排出的降温导热油均进入
到蒸汽发生器管侧并在蒸汽发生器管侧混合；
或者，过热器所排出的降温导热油和第1再热器所排出的降温导热油首先混
合后，再进入到蒸汽发生器管侧；
S3.4，进入到蒸汽发生器管侧的导热油与进入到蒸汽发生器壳侧的饱和水进
行第2次换热，将饱和水加热至饱和蒸汽，同时，进入到蒸汽发生器管侧的导热
油再一次降温；
S3.5，进一步降温的导热油从蒸汽发生器管侧排出，并再次分为两个支路，
其中一个支路进入到预热器壳侧，与预热器管侧的高压给水进行第3次换热，将
高压给水加热为近饱和水；导热油在预热器壳侧经换热后，温度进一步降低，
得到再次降温的导热油；另一支路进入到第2再热器壳侧，与第2再热器管侧的
汽轮机高压缸排汽进行第3次换热，将汽轮机高压缸排汽加热为再热蒸汽；导热
油在第2再热器壳侧换热后，温度进一步降低，得到再次降温的导热油；
S3.6，来自预热器壳侧排油口的导热油和来自第2再热器壳侧的导热油混合
后，均进入到油循环系统冷油侧，并通过导热油循环泵再次进入太阳岛或储热
岛吸收热量进行循环。
为了便于比较，在保证水-蒸汽侧参数统一下，以50MW级槽式光热电站的
并联两列25MWe级蒸汽发生系统为例，对导热油侧参数进行计算，设计计算结
果如下：
表1 本发明图2所示换热器的设计参数与图1所示常规方案对比(25MWe级SGS参数)
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表2 本申请图2所示换热器的结构参数与图1所示常规方案对比(25MWe级SGS参数)
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对比表1和表2，可以看出：
造价方面：预热器、蒸汽发生器以及过热器设备较常规设计方案重量、面
积略有增加；再热器设备面积减少。总体设备造价预估相差不大。虽然预热器、
蒸汽发生器及过热器造价提升，但两台再热器串联的方式使设备加工工艺(相
比单台大型再热器)较为简单，而且面积有所减少。
运行控制方面：运行控制方面将更加复杂。重点是在两路导热油的汇合与
分开过程。需要考虑设备及管路的压损及不同压力油的混合问题。在光热电站
连续变化的不同负荷运行时，需分别计算总油量及油量分配。如控制不好会导
致合成油路进口温度与设计温度不符，造成蒸发器过蒸或少蒸，影响系统的稳
定运行。
导热油流量：以50MW级CSP电站配置的2列25MWe级蒸汽发生系统为例，
常规方案导热油流量为每列1059.3t/h，而本专利设计方案为每列993.6t/h，油系
统的运行流量降低可达6.2％。
系统阻力：总体估算后，系统阻力不会与常规方案有较大差异，因阻力导
致的导热油循环泵运行电耗变化基本忽略不计。
由此可见，本发明提供的分段再热的光热电站油水换热蒸汽发生系统及其
发生方法具有以下优点：
本发明采用两台较小的再热器代替常规槽式光热电站中单台较大的再热
器，一方面，可减小单台再热器尺寸，降低其设计计算难度和制造技术要求；
另一方面，在相同的输出蒸汽参数和条件下，可降低传热流体(HTF，槽式光热
电站常用为导热油)流量而提升系统效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通
技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，
这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。