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1、(10)申请公布号 CN 103775144 A (43)申请公布日 2014.05.07 CN 103775144 A (21)申请号 201310373199.8 (22)申请日 2013.08.15 F01K 25/00(2006.01) (71)申请人 王天祥 地址 518026 广东省深圳市福田区益田路 3008 号皇都广场 B 座 3304 室 (72)发明人 王天祥 (54) 发明名称 高聚光型太阳能光热直接蒸发式流体正压循 环发电系统 (57) 摘要 一种高聚光型太阳能光热直接蒸发式流体正 压循环发电系统， 一种利用高聚光型太阳能集热 装置聚集阳光， 然后反射到直接蒸发式高压蒸。
2、汽 发生器底部， 产生高压冷媒蒸汽， 进入流体正压循 环发电系统发电。由包括 ： 高聚光型太阳能集热 装置、 直接蒸发式高压蒸汽发生器、 共晶盐蓄热系 统、 流体正压循环发电系统、 变配电系统、 PLC 智 能控制系统等组成。高聚光型太阳能集热装置 的太阳能光热利用率达到 75以上。流体正压 循环发电系统利用流体压力平衡正压循环原理和 0.618黄金分割法， 把有机朗肯循环(ORC)动力涡 轮发电机组的效率由811提高到91.94， 是 世界范围内节能、 减排、 新能源开发利用的重大创 新和技术革命， 将彻底颠覆现代世界上所有太阳 能发电系统。 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明。
3、书 13 页 附图 8 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书13页 附图8页 (10)申请公布号 CN 103775144 A CN 103775144 A 1/3 页 2 1. 一种高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 一种利用高聚光型太阳能 集热装置聚集阳光反射到直接蒸发式高压蒸汽发生器底部， 使环保型有机冷媒受热直接蒸 发， 产生高压冷媒蒸汽， 进入王氏循环发电系统发电， 把太阳热能转换为低价高位电能的太 阳能光热发电系统。由包括 ： 高聚光型太阳能集热装置、 直接蒸发式高压蒸汽发生器、 共晶 盐蓄热系统、 王氏循环发电系统、 。
4、变配电系统、 PLC 智能控制系统等组成。其特征在于， 所述 的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 安装有高聚光型太阳能集热装置。 高聚光型太阳能集热装置是弧形或抛物面反射镜组成的蝶形或抛物线形阳光反射器和阳 光自动跟踪器的组合体。这种阳光反射器的焦距长短由反射镜面弧度大小确定， 焦点温度 高低由焦距长、 短确定， 集热量大小由阳光反射器反射镜面面积的大小确定， 高聚光型太阳 能集热装置的数量由太阳能发电站全天 24 小时发电量确定。多组高聚光型太阳能集热装 置以扇形方阵布置在直接蒸发式高压蒸汽发生器周围， 聚焦点集中在直接蒸发式高压蒸汽 发生器的下部受热区。 阳光自动跟踪器， 安。
5、装在阳光反射器下部， 可以使阳光反射器自动跟 踪太阳光线， 全天侯对准太阳， 提取、 利用最大的太阳辐射量， 光热利用率达到 75以上。 2. 如权利要求 1 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 其特征在 于， 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 安装有直接蒸发式高压蒸 汽发生器。直接蒸发式高压蒸汽发生器安装在钢制或混凝土支架上， 安装高度由高聚光型 太阳能集热装置的焦距长、 短确定。 直接蒸发式高压蒸汽发生器是高压容器， 用不锈钢板或 其它耐压、 耐腐蚀金属材料制作， 承受压力大于5.5mPa。 直接蒸发式高压蒸汽发生器下部是 太阳能热量的受体， 也是高聚。
6、光型太阳能集热装置的光热聚焦区， 吸收太阳能热能。 直接蒸 发式高压蒸汽发生器上部是环保型有机冷媒高压蒸汽聚集区， 环保型有机冷媒 ( 氯乙烷或 R245fa) 在直接蒸发式高压蒸汽发生器下部受热区吸收太阳热量后， 发生液 - 汽相变， 由液 态变为汽态， 产生 4.5-5.5mPa 的环保型有机冷媒高压蒸汽， 高压蒸汽在直接蒸发式高压蒸 气发生器上部聚集后， 进入到共晶盐蓄热系统和王氏循环发电系统蓄热、 发电。 直接蒸发式 高压蒸汽发生器的上部安装有安全阀、 温度表、 压力表、 温度传感器、 压力传感器， 下部安装 有电动比例积分调节阀， 根据直接蒸发式高压蒸汽发生器内的温度和压力， 自动调。
7、节液态 环保型有机冷媒的流量。直接蒸发式高压蒸汽发生器除了下部受热区以外， 全部用耐高温 保温材料保温。 3. 如权利要求 1 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 其特征 在于， 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 选择使用的环保型有机 冷媒介质是霍尼韦尔 245fa( 以下简称 R245fa)， R245fa 的化学名称是五氟丙烷， 分子式是 CF3CH2CHF2， 具有热力学性质稳定、 热传导系数高、 工作温度范围广、 不燃烧、 不破坏臭氧层 等特性。 可用于自然或工业来源的热能转换， 采用有机朗肯循环和王氏循环技术产生电力。 R245fa 受热后产生高。
8、压蒸汽的初始温度为 460 550， 压力为 4.5-5.5mPa。 4. 如权利要求 1 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 其特征 在于， 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 安装有王氏循环发电系 统。王氏循环是专利发明人王天祥自己设计的一种流体循环。王氏循环是在有机朗肯循环 (ORC) 原理的基础上， 创造出的一种新型循环方式， 即流体压力平衡正压循环， 简称王氏循 环 ：“在绝热、 保温的条件下， 同种物质的流体在相同压力下可以平衡流动正压循环” 。王氏 循环发电系统是多级发电系统， 王氏循环发电系统包括多级主级、 次级高压蒸汽发生器和 权 利 要 。
9、求 书 CN 103775144 A 2 2/3 页 3 多级 (ORC) 动力涡轮机和发电机。王氏循环使有机冷媒高压蒸汽多次循环， 在不同温度、 不 同压力下逐级推动有机朗肯循环 (ORC) 动力涡轮机运行， 带动发电机发电。王氏循环发电 系统把冷凝热降低到4.18左右， 把95.82以上的热能利用起来， 彻底解决了(ORC)动力 涡轮机低效率难题， 把有机朗肯循环 (ORC) 动力涡轮机的效率由 8 11提高到 91.94 以上， 提高热能利用率 8 倍以上。王氏循环即流体压力平衡正压循环， 已经应用在本专利发 明人王天祥的另一项发明专利 ： 海军航母、 舰船、 潜艇发动机废热、 余热动力。
10、系统 ( 申请号 201310242926.7) 上。 5. 如权利要求 1 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 其特征在 于， 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的王氏循环发电系统， 采 用 0.618 黄金分割法， 量化直接蒸发式高压蒸汽发生器内 R245fa 产生的热能和发电能力， 用以确定、 选择配置王氏循环发电系统各主级、 次级高压蒸汽发生器和 (ORC) 动力蜗轮机、 发电机的规格、 型号 ； 量化进入各主级、 次级高压蒸汽发生器的 R245fa 的高压蒸汽量和冷 凝蒸汽量， 通过电动比例积分调节阀自动控制进入各主级、 次级高压蒸汽发生器的 R2。
11、45fa 液体流量。同时， 量化各级发电机发电量。是世界上第一个把 0.618 黄金分割法运用到太 阳能光热发电系统的技术创新。 6. 如权利要求 1 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 其特征在 于， 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 选择使用的是有机朗肯循 环 (ORC) 动力蜗轮机 ， 低温有机朗肯循环 (ORC) 是类似于 传统的蒸汽涡轮机循环。低温有机朗肯循环 (ORC) 蜗轮机， 是一种利用环保型低沸点有机 液体如 ： R245fa、 R410A、 R134a、 氯乙烷等制冷剂做为有机工质循环的动力设备。这种 (ORC) 动力蜗轮机可以带动发电。
12、机发电。(ORC) 动力蜗轮机是系列化产品， (ORC) 动力蜗轮机与发 电机组成(ORC)动力蜗轮机发电设备， 单台发电能力为5400KW。 王氏循环发电系统根据 高聚光型太阳能集热装置反射总热量的大小， 选择不同发电能力的 (ORC) 动力蜗轮机发电 组合设备， 建立逐级发电系统太阳能发电站。本发明选择 (ORC) 动力蜗轮机的循环工质为 环保型有机冷媒 R245fa， 本发明是世界上太阳能光热发电领域里， 第一个引进和应用这种 多级低温发电组合设备的太阳能光热发电系统， 是高科技领域里的技术创新。 7. 如权利要求 1 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 其特征在 于，。
13、 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统中， 安装有节流膨胀冷凝器， 用于冷却环保型有机冷媒 R245fa 低压蒸汽。节流膨胀冷凝器上安装有孔板节流器， 和水冷 却设备， 水冷却设备包括冷却水泵和冷却水， 冷却水泵把冷却水送进节流膨胀冷凝器。 根据 “焦耳 - 汤姆逊” 定律的 “节流冷效应” 原理， R245fa 低压冷凝蒸汽经过孔板节流器时， 流量 不变， 流速增大， 压力降低， 进入节流膨胀冷凝器后， 体积突然膨胀、 密度减小， 有利于吸收 冷却水的冷量， 产生汽 - 液相变， 由气态变为液态， 成为 R245fa 低压液体， 进入贮液器。高 聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循。
14、环发电系统安装节流膨胀冷凝器后， 使冷却水用量大 幅减少， 是世界节能领域里一大技术创新。 8. 如权利要求 1 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 其特征在 于， 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 安装有共晶盐相变蓄热系 统。共晶盐相变蓄热系统由共晶盐相变蓄热罐、 共晶盐和各种阀门、 管道组成。共晶盐相变 蓄热罐内安装有不同相变临界温度 (82 164 ) 的共晶盐相变蓄热材料， 分别灌装在 权 利 要 求 书 CN 103775144 A 3 3/3 页 4 密封的球形或矩形容器中， 从低温到高温， 由下到上， 分层安放在共晶盐相变蓄热罐内， 通 过共。
15、晶盐固 - 液相变， 以显热加潜热的方式吸收、 贮存直接蒸发式高压蒸汽发生器产生的 R245fa 高压蒸汽的热量。贮存的热量用于晚间发电和补充连续阴雨天、 冬季发电热源热量 不足时的热量。 共晶盐相变蓄热系统是高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统 全年、 全天侯 24 小时连续发电的保障系统。这种利用不同相变临界温度的共晶盐固 - 液相 变蓄热技术， 是目前世界上共晶盐相变蓄热技术应用领域和太阳能光热发电领域里一大技 术创新。 9. 如权利要求 1 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 其特征在 于， 所述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 安装有 PLC。
16、 智能控制系统。 主控电脑通过温度传感器、 压力传感器检测的信息， 对高聚光型太阳能光热装置的阳光自 动跟踪设备实施控制， 使该装置阳光反射器反射镜面自动跟随太阳转动 ； 对直接蒸发式高 压蒸汽发生器下部安装的电动比例积分调节阀、 共晶盐蓄热装置上、 下部安装的电动比例 积分调节阀、 王氏循环发电系统中多级主级、 次级高压蒸汽发生器上的电动比例积分调进 行监控、 控制和调节， 收集、 记录运行信息， 保证电动比例积分调节阀无故障运行， 自动调节 液态 R245fa 的流量， 以控制冷媒高压蒸汽的发生量 ； 通过对高聚光型太阳能光热直接蒸发 式王氏循环发电系统中的所有电动阀进行控制和调节， 实现。
17、太阳能发电系统蓄热、 放热过 程自动化， 保证全天侯 24 小时发电 ； 通过对王氏循环发电系统中的主级、 次级高压发生器、 (ORC) 动力蜗轮机、 发电机及变配电柜进行实时监控， 随时掌握发电、 变配电、 输电信息， 控 制变配电柜有序工作。主控电脑通过通讯接口与变配电柜连接， 记录王氏循环发电系统中 的运行数据和运行状态。 主控电脑设有报警系统， 可以报警并显示故障位置和故障原因， 实 施远程控制， 关、 停相关部件和设备， 防止重大故障发生， 避免重大事故出现。 权 利 要 求 书 CN 103775144 A 4 1/13 页 5 高聚光型太阳能光热直接蒸发式流体正压循环发电系统 技。
18、术领域 0001 一种高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 一种利用高聚光型太阳 能集热装置聚集阳光反射到直接蒸发式高压蒸汽发生器底部， 使环保冷媒受热直接蒸发， 产生高压冷媒蒸汽， 进入王氏循环发电系统发电， 把太阳热能转换为低价高位电能的太阳 能光热发电系统。 背景技术 0002 在全球气候变暖、 世界不可再生资源日益减少、 环境污染越来越严重的情况下， 利 用可再生的清洁能源发电， 尤其是利用太阳能发电技术发电， 是最有效的解决能源短缺问 题的途径之一。太阳能光伏发电前途已经受到质疑， 因为太阳能光伏发电的源头， 带来了 “高能耗、 高污染” ， 消耗的能量和制造成本终生难以收。
19、回。 0003 世界上已经有利用太阳能光热聚光和融溶盐蓄热技术来实现太阳能光热发电的 案例， 但是， 融溶盐蓄热温度一般不低于 550， 需要强大的光热聚光矩阵系统来加热融溶 盐， 光热聚光矩阵系统造价高昂， 蓄热容器的制造材料和保温条件要求较高。另外， 融溶盐 在低于 250后流动性很差， 需要特殊技术处理， 才能解决融溶盐流动和连续发电问题。由 于成本和技术的限制， 使这项太阳能光热、 融溶盐蓄热发电技术的应用和发展受到限制。 0004 以色列和其他国家采用太阳能光热聚光直接照射光伏板发电， 即聚光型太阳光电 (CPV) 装置， 这种装置只能用于热电联产， 对于高 纬度地区， 适用性不大。。
20、 0005 最近， 国内北京延庆地区建造了具有自主知识产权的定日镜聚光加热水蒸汽推动 汽轮机发电系统， 这是对聚光加热融溶盐蓄热发电技术的一种进步。 但是， 蒸汽轮机要求进 汽温度在 240 435之间， 低于 230的水蒸汽， 因为温度低、 压力小， 不能发电， 而被浪 费。 所以， 以水蒸汽为工质发电的太阳能光热发电系统的总效率不会超过50， 这种光热发 电技术并不理想。 0006 高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统的发明， 是世界上太阳能光热 发电领域里， 第一个利用高聚光型太阳能集热装置聚集阳光热能加热直接蒸发式高压蒸汽 发生器、 第一个使用环保型有机冷媒做为循环工质、 第一。
21、个采用共晶盐相变蓄热技术和王 氏循环发电系统的、 把太阳热能转换为低价高位电能的太阳能光热发电系统。王氏循环发 电系统利用流体压力平衡正压循环(王氏循环)原理和0.618黄金分割法， 把55080 范围内的太阳热能转换为高位电能， 把有机朗肯循环 (ORC) 动力涡轮机的效率由 8 11 提高到 91.94， 使太阳能的光热利用率提高到 95.82， 降低了太阳能发电成本和运行费 用， 把每度电价降低到约0.1元人民币左右， 是光伏发电的10。 无污染、 零排放， 连太阳能 光伏发电初期的能耗都没有。 是世界范围内节能、 减排、 新能源开发利用的重大创新和技术 革命， 将彻底颠覆现代世界上所有。
22、太阳能光伏、 光热发电系统， 让太阳能低成本发电的梦想 变为现实。 发明内容 说 明 书 CN 103775144 A 5 2/13 页 6 0007 一种高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 一种利用高聚光型太阳 能集热装置聚集阳光反射到直接蒸发式高压蒸汽发生器底部， 使环保冷媒受热直接蒸发， 产生高压冷媒蒸汽， 进入王氏循环发电系统发电， 把太阳热能转换为低价高位电能的太阳 能光热发电系统。 0008 本发明的主要目的， 在于提供一种高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电 系统， 利用太阳能这一可再生的清洁能源， 建造世界上最廉价的太阳能光热发电站， 发出最 廉价的电力， 为人。
23、类服务。 0009 为了达到上述目的， 本发明所采用的技术方案为 ： 0010 一种高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 一种利用高聚光型太阳 能集热装置聚集阳光反射到直接蒸发式高压蒸汽发生器底部， 使环保冷媒受热直接蒸发， 产生高压冷媒蒸汽， 进入王氏循环发电系统发电， 把太阳热能转换为低价高位电能的太阳 能光热发电系统。由包括 ： 高聚光型太阳能集热装置、 直接蒸发式高压蒸汽发生器、 共晶盐 蓄热系统、 王氏循环发电系统、 变配电系统、 PLC 智能控制系统等组成。 0011 上述高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 安装有高聚光型太阳能 集热装置。 高聚光型太阳能集热。
24、装置由弧形或抛物面反射镜组成的蝶形或抛物线形阳光反 射器和阳光自动跟踪设备组成。这种阳光反射器的焦距长短由反射镜弧度大小确定， 焦点 温度高低由焦距长短确定， 本发明设计焦点温度为 460 550。集热量大小由阳光反射 器反射镜面积的大小确定， 高聚光型太阳能集热装置的数量由太阳能发电站全天 24 小时 发电量确定。 多组高聚光型太阳能集热装置以扇形方阵布置在直接蒸发式高压蒸汽发生器 周围， 聚焦点聚集在直接蒸发式高压蒸汽发生器的下部受热区。在阳光反射器下部， 安 装 有阳光自动跟踪器， 即使是阴雨天也可以使阳光反射器自动跟踪太阳， 聚集最大的太阳辐 射量， 太阳能光热利用率达到 75以上。 。
25、0012 上述高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 安装有直接蒸发式高压 蒸汽发生器。直接蒸发式高压蒸汽发生器安装在钢制或混凝土支架上， 安装高度由高聚光 型太阳能集热装置的焦距长短确定。直接蒸发式高压蒸汽发生器是高压容器， 用不锈钢板 或其它耐压、 耐腐蚀金属材料制作， 承受压力大于5.5mPa。 直接蒸发式高压蒸汽发生器下部 是太阳能热量的受体， 也是高聚光型太阳能集热装置的光热聚焦区， 吸收太阳能热能 ； 直接 蒸发式高压蒸汽发生器上部是环保型有机冷媒高压蒸汽聚集区， 环保型有机冷媒 ( 本发明 选用 R245fa) 在直接蒸发式高压蒸汽发生器下部吸收高聚光型太阳能集热装置聚集。
26、的太 阳热量后， 发生液 - 汽相变， 由液态变为汽态， 产生 4.5-5.5mPa 的 R245fa 高压蒸汽， 并在直 接蒸发式高压蒸气发生器上部聚集， 一部分 R245fa 高压蒸汽进入共晶盐蓄热系统进行蓄 热， 另一部分进入王氏循环发电系统发电。直接蒸发式高压蒸汽发生器的上部安装有安全 阀、 温度表、 压力表、 温度传感器、 压力传感器， 下部安装有电动比例积分调节阀， 根据直接 蒸发式高压蒸汽发生器内的温度和压力， 自动调节液态 R245fa 的进入量。直接蒸发式高压 蒸汽发生器的外部除了下部受热区以外， 全部用耐高温保温材料保温。 0013 上述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循。
27、环发电系统， 安装有共晶盐相变蓄 热系统。共晶盐相变蓄热系统由共晶盐相变蓄热罐和共晶盐和各种阀门、 管道组成。共晶 盐相变蓄热罐内安装有不同相变 临界温度 (82 164 ) 的共晶盐相变蓄热材料， 分别 灌装在密封的球形或矩形容器中， 由低温到高温， 由下到上， 分层安放在共晶盐相变蓄热罐 说 明 书 CN 103775144 A 6 3/13 页 7 内， 通过共晶盐固 - 液相变， 以显热加潜热的方式吸收、 贮存直接蒸发式高压蒸汽发生器产 生的 R245fa 高压蒸汽的热量。贮存的热量用于晚间发电， 在连续阴雨天和冬季时段， 补充 发电热源热量不足时的热量。 共晶盐相变蓄热系统是高聚光型。
28、太阳能光热直接蒸发式王氏 循环发电系统全年、 全天侯 24 小时连续发电的保障系统。 0014 上述高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 安装有王氏循环发电系 统。王氏循环发电系统是多级发电系统， 由多级主级、 次级高压蒸汽发生器、 多级 (ORC) 动 力蜗轮机与多级发电机组成。王氏循环发电系统的冷媒工质 R245fa 高压蒸汽循环方式， 是 流体压力平衡正压循环， 简称王氏循环。这种流体压力平衡正压循环即王氏循环， 区别于 有机朗肯循环 (ORC) 和卡丽娜循环 (kalian)。王氏循环是在有机朗肯循环 (ORC) 原理的 基础上， 创造出的一种新型循环方式， 即流体压力平衡正。
29、压循环 ：“在绝热、 保温的条件下， 同种物质的流体在同等压力下可以平衡流动正压循环” 。根据 R245fa 的热工特性， 在相同 的临介温度下， 发生液 - 气相变所产生的蒸汽压力是相同的。R245fa 在相同临介温度下产 生的蒸汽压力相同， 在绝热、 保温的条件下， 可以在不同容器之间并平衡流动。王氏循环过 程， 是一个绝热循环过程， 必须在保温、 绝热的条件下进行。R245fa 高压蒸汽和低压冷凝蒸 汽在发电过程中， 温度和压力逐级下降， 王氏循环使 R245fa 高压蒸汽和低压冷凝蒸汽在发 电系统中由高温、 高压到低温、 低压多次循环， 逐级推动有机朗肯循环 (ORC) 动力涡轮机运 。
30、行， 带动发电机发电， 使不同温度、 不同压力的 R245fa 高压蒸汽和低压 冷凝蒸汽得以充分 循环利用。把 R245fa 低压冷凝蒸汽冷凝热的排放量从 90左右减少到 4.18左右， 极大 地减少了热能浪费， 热能利用率达到 95.82。增加了发电能力， 使有机朗肯循环 (ORC) 动 力涡轮机的效率由 8 11提高到 91.94， 提高太阳能热能利用率 8 倍以上。 0015 上述高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的王氏循环发电系统， 采用 0.618 黄金分割法量化直接蒸发式高压蒸汽发生器内产生的 R245fa 高压蒸汽热能和 发电能力， 用以确定、 配置王氏循环发电系统各。
31、主级、 次级高压蒸汽发生器和 (ORC) 动力蜗 轮机、 发电机的规格、 型号。 通过电动比例积分调节阀自动控制进入直接蒸发式高压蒸汽发 生器、 蓄热罐、 各主级、 次级高压蒸汽发生器的液体 R245fa 流量。同时， 采用 0.618 黄金分 割法量化王氏循环发电系统各主级、 次级高压蒸汽发生器产生的 R245fa 高压蒸汽流量和 发电能力。 0016 上述高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的王氏循环发电系统， 选择使用的动力设备是有机朗肯循环 (ORC) 动力蜗轮机 。 低温有机朗肯循环 (ORC) 是类似于传统的蒸汽涡轮机循环。低温有机朗肯循环 (ORC) 蜗轮 机， 是一种。
32、利用环保型低沸点有机液体如 ： R245fa、 R410A、 R134a、 氯乙烷等制冷剂做为有机 工质循环的动力设备。直接蒸发式高压蒸汽发生器中的 R245fa 制冷剂， 受热后在一定的 临介温度下发生液 - 汽相变， 由液态变为汽态， 产生 4.5-5.5mPa 的 R245fa 高压蒸汽， 推动 (ORC) 动力涡轮机运转， 再由 (ORC) 动力涡轮机带动发电机发电， 完成一个热能转换成电能 的过程。R245fa 高压蒸汽推动 (ORC) 动力涡轮机运转后， 体积膨胀、 压力降低， 成为 R245fa 低压冷凝蒸汽， 经节流 膨胀冷凝器冷却后， 释放冷凝热热量， 在 20 25的临介温。
33、度 下， 发生汽-液相变， 变为低温、 低压R245fa液体， 进入贮液罐， 再用冷媒泵、 冷媒输送管、 电 动比例积分调节阀送入直接蒸发式高压蒸汽发生器和王氏循环发电系统各级主级、 次级高 压蒸汽发生器， 吸热后发生液 - 汽相变， 产生 R245fa 高压蒸汽， 继续循环发电， 进行能量转 说 明 书 CN 103775144 A 7 4/13 页 8 换， 从而完成一个有机朗肯循环(ORC)和王氏循环。 (ORC)动力蜗轮机是系列化产品， (ORC) 动力蜗轮机与发电机组成(ORC)动力蜗轮机发电设备， 发电能力为5400KW。 王氏循环发 电系统可以根据高聚光型太阳能集热装置反射总热量。
34、大小， 选择不同发电能力 (ORC) 动力 蜗轮机发电设备， 建立发电能力不同的太阳能发电站。 (ORC)动力蜗轮机的最大缺点就是效 率低下， 只有811， 大约有90左右的热源热能被以冷凝热的形式排放到空间， 造成极 大浪费和热污染。王氏循环发电系统， 利用王氏循环解决了这一世界难题， 把 (ORC) 动力蜗 轮机的效率提高到 91.94。 0017 上述的高聚光型太阳能光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 选择使用的环保型有 机冷媒介质是霍尼韦尔 245fa( 以下简称 R245fa)， R245fa 的化学名称是五氟丙烷， 分子式 是 CF3CH2CHF2， 具有热力学性质稳定、 热传导系数。
35、高、 工作温度范围广、 不燃烧、 不破坏臭氧 层等特性。可用于自然或工业来源的热能转换， 采用有机朗肯循环 (ORC) 和王氏循环技术 产生电力。 0018 上述高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的王氏循环发电系统， 由四级 主级高压蒸汽发生器和四级次级高压蒸汽发生器两大系统组成。四级主级高压蒸汽发生 器循环系统的热源， 来自直接蒸 发式高压蒸汽发生器产生的 R245fa 高压蒸汽 ； 四级次级 高压蒸汽发生器循环系统的热源， 其中前三组采用的是主 1 级 (ORC) 动力涡轮机排出的 R245fa低压冷凝蒸汽的冷凝热 ； 次4级高压蒸汽发生器的热源， 除了有主4级(ORC)动力涡 轮机。
36、排出的R245fa低压冷凝蒸汽的冷凝热外， 还有主4级高压蒸汽发生器出来的的R245fa 低温、 低压蒸汽的热量和次 3 级高压蒸汽发生器排出来的 R245fa 低压冷凝蒸汽的冷凝热， 共三个热源。 这三个热源最后成为高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的需要处 理的冷凝热， 这部分热量约占高聚光型集热装置集热量的 4左右。 0019 高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的王氏循环发电系统的王氏循环 ( 流体压力平衡正压循环 ) 是这样进行的 ： 从直接蒸发式高压蒸汽发生器产生的 R245fa 高 压蒸汽进入主 1 级高压蒸汽发生器后， 使主 1 级高压蒸汽发生器内 R245fa 液体。
37、吸热后发生 液 - 汽相变， 产生 R245fa 高压蒸汽， 进入 1 级 (ORC) 动力涡轮机， 推动 1 级 (ORC) 动力涡轮 机运转， 带动 1 级发电机发电。从 1 级 (ORC) 动力涡轮机排出的 R245fa 低压冷凝蒸汽， 没 有按常规循环方式送到冷凝器冷却， 而是直接进入次 1 级高压蒸汽发生器做为热源， 使次 1 级高压蒸汽发生器内 R245fa 液体吸热后发生液 - 汽相变， 产生的 R245fa 高压蒸汽进入主 2 级高压蒸汽发生器。 0020 直接蒸发式高压蒸汽发生器产生的 R245fa 高压蒸汽从主 1 级高压蒸汽发生器出 来后， 进入主2级高压蒸汽发生器， 做。
38、为热源， 通过输汽管束传递热量， 使主2级高压蒸汽发 生器内的 R245fa 液体吸热后发生液 - 汽相变， 产生 R245fa 高压蒸汽， 因为与从次 1 级高压 蒸汽发生器进入的 R245fa 高压蒸汽压力相等， 所以， 以王氏循环的方式， 两组 R245fa 高压 蒸汽混合后进入2级(ORC)动力涡轮机， 推动2级 (ORC)动力涡轮机运转， 带动2级发电机 发电。 0021 1 级 (ORC) 动力涡轮机排出的低压 R245fa 冷凝蒸汽， 从次 1 级高压蒸汽发生器出 来后， 进入次 2 级高压蒸汽发生器做为热源， 2 级 (ORC) 动力涡轮机排出的低压 R245fa 冷 凝蒸汽，。
39、 也直接进入次 2 级高压蒸汽发生器做为热源， 两个热源使次 2 级高压蒸汽发生器 内 R245fa 液体吸热后发生液 - 汽相变， 产生的 R245fa 高压蒸汽进入主 3 级高压蒸汽发生 说 明 书 CN 103775144 A 8 5/13 页 9 器。直接蒸发式高压蒸汽发生器产生的 R245fa 高压蒸汽从主 2 级高压蒸汽发生器出来后， 进入主3级高压蒸汽发生器做为热源， 通过输汽管束传递热量， 使主3级高压蒸汽发生器内 R245fa 液体吸热后发生液 - 汽相变， 产生 R245fa 高压蒸汽， 因为与同时进入的次 2 级高压 蒸汽发生器产生的 R245fa 高压蒸汽压力相等， 所。
40、以， 以王氏循环的方式混合后， 进入 3 级 (ORC) 动力涡轮机， 推动 3 级 (ORC) 动力涡轮机运转， 带动 3 级发电机发电。 0022 低压 R245fa 冷凝蒸汽从次 2 级高压蒸汽发生器出来后， 进入次 3 级高压蒸汽发生 器做为热源， 3 级 (ORC) 动力涡轮机排出的低压 R245fa 冷凝蒸汽， 也直接进入次 3 级高压 蒸汽发生器做为热源， 两个压力相等的热源， 进入次3级高压蒸汽发生器内， 使R245fa液体 吸热后发生液 - 汽相变， 产生的 R245fa 高压蒸汽进入主 4 级高压蒸汽发生器。直接蒸发式 高压蒸汽发生器产生的 R245fa 高压蒸汽从主 3 。
41、级高压蒸汽发生器出来后， 也进入主 4 级高 压蒸汽发生器做为热源， 通过输汽管束传递热量， 使R245fa液体吸热后发生液-汽相变， 产 生 R245fa 高压蒸汽， 因为与从次 3 级高压蒸汽发生器进入的 R245fa 高压蒸汽压力相等， 所 以， 以王氏循环的方式混合后， 进入 4 级 (ORC) 动力涡轮机， 推动 4 级 (ORC) 动力涡轮机运 转， 带动 4 级发电机发电。 0023 低压 R245fa 冷凝蒸汽从次 3 级高压蒸汽发生器出来后， 进入次 4 级高压蒸汽发生 器做为热源， 4 级 (ORC) 动力涡轮机排出的低压 R245fa 冷凝蒸汽， 也直接进入次 4 级高压。
42、 蒸汽发生器做为热源， 直接蒸发式高压蒸汽发生器产生的高压R245fa蒸汽从主4级高压蒸 汽发生器出来后也直接进入次 4 级高压蒸汽发生器做为热源， 三个压力相等的热源， 通过 输汽管束传递热量， 使次 4 级高压蒸汽发生器内 R245fa 液体吸热后发生液 - 汽相变， 产生 R245fa 高压蒸汽进入 5 级 (ORC) 动力涡轮机， 推动 5 级 (ORC) 动力涡轮机运转， 带动 5 级发 电机发电。 0024 低压 R245fa 冷凝蒸汽通过王氏循环， 冷凝热量被逐级吸收。直接蒸发式高压蒸汽 发生器产生的高压 R245fa 蒸汽从主 1 级到主 4 级高压蒸汽发生器再进入次 4 级高。
43、压蒸汽 发生器， 热量被逐级吸收。三个压力相等的低压 R245fa 蒸汽进入次 4 级高压蒸汽发生器的 温度在 67 85左右， 产生的 R245fa 蒸汽压力约 464 1261KPa。低压 R245fa 低压蒸 汽这次最后循环， 发了少量的电力， 消耗了部分热能， 使 R245fa 蒸汽的温度降到 41.4 52.5左右， 压力也降低到 252 410KPa， 成为低温、 低压 R245fa 蒸汽， 成了高聚光型光热 直接蒸发式王氏循环发电系统中最后的冷凝热， 这部分冷凝热量约占系统总热量的 4.18 左右。所以， 大减少了冷却水水量和水泵功率， 降低了冷却系统的能耗。 0025 低温、 。
44、低压 R245fa 蒸汽从次 4 级高压蒸汽发生器出来后， 从冷凝蒸汽传输总管， 经过孔板节流器进入节流膨胀冷凝器， 经 20 25冷却水冷却后， 温度迅速降低， 发生 汽 - 液体相变， 成为 28 30以下的 R245fa 液体， 进入贮液罐， 再被 R245fa 液体循环泵 经电动比例积分调节阀送入直接蒸发式高压蒸汽发生器、 蓄热罐和王氏循 环发电系统中 的各主、 次级高压蒸汽发生器， 再次吸热、 发生液 - 汽相变， 产生 R245fa 高压蒸汽， 继续循 环， 如此完成一个 R245fa 冷媒有机朗肯循环 (ORC) 和王氏循环。 0026 现在， 世界上所有 (ORC) 动力涡轮机。
45、， 效率只有 8 11， 主要原因是有 90的热 能未被利用， 被以冷凝热的形式排放， 造成浪费和热污染。 王氏循环把冷凝热从降90以上 低到 4.18左右， 把冷凝热能利用起来， 彻底解决了 (ORC) 动力涡轮机低效率难题。 0027 上述的高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统中， 安装有节流膨胀冷凝器。 说 明 书 CN 103775144 A 9 6/13 页 10 节流膨胀冷凝器的作用， 是把低温、 低压 R245fa 冷凝蒸汽通过冷却水冷却， 发生汽 - 液相 变， 由气态变为液态， 成为低温、 低压 R245fa 液体。节流膨胀冷凝器的结构和高压蒸汽发 生器基本相同， 但是功能。
46、和作用不同。节流膨胀冷凝器的上部， 安装有一个孔板节流器， 与 R245fa 低压冷凝蒸汽传输总管相连。孔板节流器是根据 “焦耳 - 汤姆逊” 定律的 “节流冷效 应” 原理设计而成。R245fa 低压冷凝蒸汽经孔板节流后， 流量不变， 流速提高， 压力降低， 进 入节流膨胀冷凝器后体积突然膨胀， 压力陡然降低， 密度减小， 有利于吸收冷却水冷量。节 流膨胀冷凝器的壳体内部， 安装有多根冷却水管组成的冷却管束， 冷却水泵把 20 25 左右的冷却水送进入冷却管束， 通过管壁与 R245fa 低压蒸汽接触， 进行热交换。温度降至 28 30以下， 产生汽 - 液相变， 由汽态变为液态后， 进入 。
47、R245fa 液体贮液器。 0028 上述的高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 安装有变、 配电系统。变、 配 电系统包括与 1 5 级发电机相连的输电电缆、 变配电柜、 电源电缆。输电电缆把 1 5 级 发电机发出的电力传送到变配电柜， 变配电柜把输入的电力转换成用电部门或电力并网所 需要的 电压电力， 提供电力服务。变配电柜上设有通讯接口， 与智能化 PLC 控制系统主控 电脑相连。 0029 上述的高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统， 安装有智能化 PLC 控制系 统。所述的智能化 PLC 控制系统， 包括 ： 主控电脑、 温度传感器、 压力传感器。在高聚光型 太阳能光热装置、。
48、 直接蒸发式高压蒸汽发生器、 共晶盐蓄热系统、 主级和次级高压蒸汽发生 器上， 都安装有控制线、 信号传输线和盘式温度表和压力表以及温度传感器、 压力传感器， 变配电柜上有通讯接口。高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统中的各电动阀门、 电 动比例积分调节阀的控制线、 信号线都与主控电脑相连。 主控电脑根据温度传感器、 压力传 感器、 信号线、 通讯接口传来的 R245fa 高压蒸汽和低压冷凝蒸汽的温度和压力信息， 以及 各设备、 阀门运行状态的信息， 经计算、 分析后， 发出控制信号和指令， 随时监控 R245fa 输 液管上电动比例积分调节阀的运行状态， 使送入直接蒸发式高压蒸汽发生器、 。
49、菜晶盐蓄热 罐和主级、 次级高压蒸汽发生器的R245fa液体流量自动调节， 保证R245fa液体在设定的临 介温度下， 发生液 - 汽相变， 产生压力稳定的 R245fa 高压蒸汽。通过对电动比例积分调节 阀的控制， 能使主级和次级高压蒸汽发生器产生的 R245fa 高压蒸汽压力平衡， 实现王氏循 环。 通过对系统中各电动阀门、 电动比例积分调节阀的控制， 实现共晶盐蓄热系统和王氏循 环发电系统智能化运行， 自动切换。智能化 PLC 控制系统的主控电脑还可以显示、 记录高聚 光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统中， 各系统、 各设备、 各部位、 各部件的运行状况和 运行参数， 以便操作人员实时操控， 确保高聚光型光热直接蒸发式王氏循环发电系统安全 可靠运行。智能化 PLC 控制系统还设计有报警和故障显示系统， 一旦有故障发生， 主控电脑 可以显示故障部位和性质， 提示故障 原因， 并记录和报警。智能化 PLC 控制系统可以远程 控制和复位， 操控人员也可以就地检查和复位。 温度表和压力表显示。