利用太阳辐射生产蒸汽的系统和方法

专利名称：利用太阳辐射生产蒸汽的系统和方法
技术领域：
本发明涉及生产蒸汽、特别是利用太阳辐射生产蒸汽的方法、系统和装置。所述方法、系统和装置包括控制线路(control scheme)，所述控制线路用于控制输出蒸汽的品质，尤其在热输入(例如由太阳辐射产生的热输入)变化或中断期间控制输出蒸汽的品质。
背景技术：
太阳能热电设备通过利用太阳辐射加热工作流体以驱动连接至发电机的涡轮机(例如蒸汽轮机)从而发电。已开发出多种用于产生蒸汽的太阳能采集系统。太阳能采集系统可包括例如抛物面槽式系统、带双轴定日镜的中央接收器系统或线性菲涅尔反射器(LFR)系统。在某些情况下，可能希望直接利用太阳能产生的蒸汽，例如可用于多种应用的生产用蒸汽，所述应用包括生产用热、提高油采收率、食品加工、农产品加工、制冷、纸浆和纸张加工。在蒸汽的很多应用中(例如用于提高油采收率的油田蒸汽喷射)，知道蒸汽的质量流率和蒸汽品质是很重要的。在2009年4月23日公布的美国专利公告第20090101138号和2008年8月7日公布的美国专利公告第20080184789中描述了可用于太阳能热电设备的控制方法的范例。存在对于改善的方法、系统和装置的需求，所述方法、系统和装置用于以确定的质量流率和蒸汽品质生产蒸汽，尤其是在热输入可能会变化或中断的情况中，例如在使用太阳辐射向蒸汽发生器提供所有或部分热输入的情况中。

发明内容
在一个实施例中，本发明提供了一种运行蒸汽锅炉的方法，所述蒸汽锅炉利用太阳能产生蒸汽。这种方法包括在控制策略(所述控制策略预估将从锅炉输出的蒸汽品质)中利用系统变量(所述系统变量影响蒸汽品质)的信息来调整通过锅炉管道的水的流率(例如质量流率)从而实现该蒸汽品质。在一个实施例中，在沿管道的已知位置处估计了水中的热量，利用水中热量的信息来调整流率控制阀以控制进入该管道或另一管道的水从而提供期望品质的蒸汽。可选地，流率控制节流孔可单独使用或与流率控制阀共同使用以控制进入该管道或另一管道的水量从而提供期望品质的蒸汽。流率控制节流孔可包括限制流率(例如通过具有减少的内径)和/或调整流率(例如用于减少湍流、气泡、涡流，等等)的设备。在另一实施例中，利用管道的延伸率预估将从太阳能锅炉产生的蒸汽的品质，并调节进入锅炉管道的水的流率以生产期望品质的蒸汽。可在管道的一个区域内测量延伸率，在所述区域内在产生蒸汽之前加热水。在另一实施例中，利用在管道过热区域内的一部分管道的延伸率来计算或表示管道过热区域内的过热蒸汽的品质。例如，通过锅炉或接收器的不同管道的流率可故意地相异，以从每个管道提供期望品质的蒸汽。对流率的控制可基于个体管道的长度变化或长度变化的偏差，所述偏差是指偏离了所有管道的长度变化的平均值。多管道阵列或具有两个或多个吸收器管道的多通道阵列的每个管道的长度变化可以是相同的，而阵列的管道中的水流率可受控以提供相同 的管道延伸率。如前文所述，可采用较少的而不是所有的管道的延伸率来控制每个管道中的水流率和/或阵列的每个管道的照度。在另一实施例中，表明蒸汽和任何冷凝水中总热量的一个或多个特征参数(所述蒸汽和任何冷凝水产生于太阳能锅炉的一个管道)被用于预估太阳能锅炉的第二个锅炉管道内将产生的蒸汽和任何冷凝水中的热量。例如，线性菲涅尔反射器阵列的接收器可具有多个平行的锅炉管道，所述多个平行的锅炉管道在接收器内排成阵列，例如平面阵列。从某一管道产生的蒸汽中的热量可用于预估将从阵列的其它管道(例如末端管道)产生的热量，所述某一管道在管道阵列的中心或中心附近，且倾向于比在(例如平面)管道阵列末端的管道更好地受照射，并可通过调节管道的水流率控制阀和/或流率控制节流孔和/或通过移动反射器以更多或更少地照射末端管道而调节至其它管道的水流率和/或热输入。在管道的一部分内的管道延伸率可作为其中一个特征参数，在所述部分内蒸汽为过热蒸汽，所述特征参数表明从管道产生的蒸汽中的总热量。本发明还提供了蒸汽锅炉和控制系统，所述蒸汽锅炉和控制系统构造成如前文所述地运行。在一个实施例中，太阳能锅炉在管道的节热器(省煤器，economizer)区域内具有延伸率测量装置。延伸率测量装置可连接至控制系统，所述控制系统利用信息和延伸率来估计进入管道的水所含的热量，所述信息代表了通过管道的水的质量流率。基于管道延伸率与从管道产生的蒸汽和冷凝水(如果有的话)组合中的热量的相互关系，控制系统驱动用于管道的水流率控制阀的开启和关闭以调节通过管道的水的流率。可选地，流率控制节流孔可单独使用或与水流率控制阀共同使用，以基于管道延伸率与从管道产生的蒸汽和冷凝水(如果有的话)组合中的热量的相互关系而调节通过管道的水的流率。在另一实施例中，太阳能锅炉具有测量仪器，例如一个或多个与控制系统相互配合的压力和/或温度传感器，以估计在多管道接收器或多通道接收器的锅炉管道的末端处的蒸汽品质，所述多通道接收器具有两个或多个吸收器管道，太阳能聚焦于所述吸收器管道。控制系统构造成改变进入多管道或多通道接收器的第二管道的水的流率、改变一个或多个反射器(所述反射器照射接收器的第二管道)的位置，或改变上述两者，以避免因例如阴影或云经过太阳能锅炉的反射器而使蒸汽品质偏离预期或目标品质。
结合至太阳能锅炉内的控制系统以及如前文所述的方法可构造成接受来自一个或多个温度、压力、蒸汽品质、流率、光检测器、反射器位置、管道延伸率、以及测量这些值的其它探测器或仪器的输入，并控制水流率和/或反射器位置。控制系统可包含模拟或数字形式的比例控制器、比例积分(PI)控制器、比例微分(PD)控制器、比例积分微分(PID)控制器、或另一形式的控制线路、或这些控制线路其中之一的变型。本文所述的任一太阳能锅炉的控制系统还可具有两个或多个级联控制器，在所述级联控制器中一个控制器的输出是至第二个控制器的输入。本文论述的方法、装置和控制系统可对一种输入(例如接收器管道的长度变化)作出反应。例如，控制系统可包含查表数据，所述数据代表接收器的每个管道希望的长度变化。设定值可代表特定接收器管道的稳态运行。控制系统可将代表长度变化值的仪器输入与设定值进行比较并调节一个或多个通过管道的水流率和反射器位置以提供希望的长度变化。诸如表示蒸汽品质的仪器输入可用于调整设定值。上述方法、装置和控制系统可用于或构造成产生饱和蒸汽。可选地，方法、装置和控制系统可用于或构造成产生过热蒸汽。 可通过许多方法测量管道延伸率。可选择例如管道紧固至支座所在的点作为参考点。可选地，可在管道上的可移动位置处设置参考点，而且可从该参考点至管道上的另一点测量延伸率。可利用从管道或装置总体损失的热量来使本文所述的装置和控制系统的运行更精确。可模拟、测量或从测量值来计算热量损失。来自多管道接收器、具有两个或多个吸收器管道的多通道接收器、或多管道太阳能锅炉的第一管道的数据可用于调整通过第二管道的水的流率、或热量输入的速率、或上述两者，相对于接收器或锅炉的其它管道，水和蒸汽快速通过所述第一管道。由此，所获得的例如关于第一管道产生的蒸汽品质的数据可用于调节流率和/或热量输入，以影响第二管道内的蒸汽品质，从而补偿来自第一管道的蒸汽遇到的任何偏差，所述偏差是指偏离期望的蒸汽品质。这种类型的构型和方法的一个好处是，仅需获得多管道太阳能锅炉、多管道接收器、或具有两个或多个吸收器管道的多通道接收器的某些但不是全部管道的数据，以控制产生于接收器或锅炉的每个管道的蒸汽品质。这减少了运行系统所需的部件的数量，使得系统更可靠和成本更低。流体通过细长管道的输送时间可在几分钟或甚至几小时的量级；利用数据(所述数据来自那些表现出最快的流体输送时间的管道)来控制蒸汽品质(所述蒸汽产生于接收器内的每个管道)可改善系统的响应时间，所述系统采用了多管道接收器或具有两个或多个吸收器管道的多通道接收器，这可导致更快的稳定化和对热输入的瞬态变化(例如由于云或阴影)的更快响应。在另一实施例中，方法和锅炉构造成从太阳能锅炉管道的输入端提供初始沸腾点的位置，所述位置对于具有两个或多个吸收器管道的多通道接收器或多管道接收器中的某些或所有管道或对于太阳能锅炉内的某些或所有管道都是一样的。在另一实施例中，方法和锅炉构造成从太阳能锅炉管道的输入端提供过热现象开始的位置，所述位置对于具有两个或多个吸收器管道的多通道接收器或多管道接收器中的某些或所有管道或对于太阳能锅炉内的某些或所有管道都是一样的。
在某些实施例中，从太阳能锅炉和/或太阳能锅炉的个体管道输出的蒸汽品质不大于70% (0.70)。在其它实施例中，蒸汽品质大于I。从系统输出的蒸汽的压力可分别由控制器控制，所述控制器检测出在蒸汽锅筒(汽包，steam drum)或其它蒸汽蓄积器处或来自蒸汽锅筒或其它蒸汽蓄积器的蒸汽的压力，并调节在蒸汽锅筒处或在蒸汽线路内的阀以增加或降低压力，所述蒸汽线路通往或来自蒸汽锅筒。可选地，流率控制节流孔可单独使用或与所述阀共同使用以调节压力。上述系统和方法可根据需要构造在线性菲涅尔反射器阵列中或槽式采集器阵列中。本文还包括用于太阳能锅炉的多种启动方法。本发明不限于在本发明内容中描述的装置、方法和控制系统，而是另外在下文的文本、图例和权利要求书的各个部分内描述了 本发明。沿一段管道的太阳能输入可能是或可能不是均匀的。例如，在晴天一个或多个反射器沿一段管道聚焦阳光时太阳能输入可能是均匀的。在例如云阻碍了阳光到达该段管道的某些部分但不是阻碍阳光到达在晴天受照射的整段管道时，太阳能输入可能是不均匀的。在例如来自太阳能阵列的各结构的光阻碍了阳光到达该段管道的某些部分但不是整段管道时，太阳能输入可能是不均匀的。由此，本文提供了利用太阳能产生蒸汽的方法和系统。该方法和系统可用于产生期望品质的蒸汽，例如约70%、或过热蒸汽。由本文所述的方法和系统产生的蒸汽可直接使用或用于驱动涡轮机以产生电力，所述直接使用例如用作生产用蒸汽，所述生产用蒸汽用于例如食品加工、提高油采收率、农产品加工、纸浆和纸张加工、工业加工、加热和制冷等等的应用。本文所述的控制输出蒸汽品质的多种方法和系统适用于采用单个吸收器管道、采用多个吸收器管道、以及采用多通道吸收器管道的太阳能热力系统，所述多个吸收器管道可并联连接。方法和系统允许改进期望的蒸汽品质或过热蒸汽的生产，其中即使在日照发生有规则的或瞬态的变化的情况下蒸汽品质和蒸汽输出也可控制在期望的范围内，所述日照的有规则的或瞬态的变化导致至吸收器管道的热输入的有规则的或瞬态的变化。本文所述的控制输出蒸汽品质的多种方法和系统适用于采用单个吸收器管道、采用多个并联连接的吸收器管道、以及采用多通道吸收器管道的太阳能热力系统。方法和系统允许改进期望的蒸汽品质或过热蒸汽的生产，其中即使在日照发生有规则的或瞬态的变化的情况下蒸汽品质和蒸汽输出也可控制在期望的范围内，所述日照的有规则的或瞬态的变化导致至吸收器管道的热输入的有规则的或瞬态的变化。在某些变型中，方法和系统可允许降低对水的库存的要求和/或减少启动损失。生产期望品质的蒸汽的某些方法包括在压力下，使水流动通过入口以进入细长管道，并用太阳辐射沿管道长度辐照管道，从而使管道吸收的太阳辐射产生沿其长度的热输入，水在沿管道的一个边界处开始沸腾，而蒸汽离开管道。方法还包括利用管道长度的变化作为至控制器的输入，所述控制器控制进入管道入口的水的质量流率，由此控制离开管道的蒸汽品质。例如，管道可安装成使得它在入口处可相对自由地膨胀。在某些变型中，管道在管道入口和管道出口之间的位置P处被固定，其中位置P距离入口的距离比沸腾边界更远，而位置P和入口之间的管道长度的变化可用于控制进入该管道的水的质量流率。
生产期望品质的蒸汽的某些方法包括使水流入线性菲涅尔反射器系统的接收器的入口，其中接收器包括并联连接的多个平行管道i = 1，...，k，并用太阳辐射沿各自的长度Li辐照每个管道从而使每个管道处吸收的太阳辐射产生沿其长度的热输入，并使得水在至少一个管道内沿其长度的点Xi处开始沸腾。方法包括利用管道\的节热器区域内的一个或多个温度测量结果Ti作为至控制器的输入，所述控制器控制进入多个管道的每一个的水的质量流率，由此控制离开接收器的蒸汽品质。生产期望品质的蒸汽的某些方法包括在压力下，使水流入入口以进入长度为L的细长管道，沿管道的长度L辐照管道，从而使蒸汽离开管道，并用控制系统来控制进入管道的水流率，所述控制系统利用管道的节热器区域内的温度测量结果作为控制变量。控制系统的设定值取决于相对于入口的测量温度的位置、管道长度L、以及期望的输出蒸汽品质。
生产期望品质的蒸汽的某些方法包括使水流动通过入口以进入在压力下的细长管道(该管道具有长度L和正交于L的横切尺寸W)，并绕平行于管道的一个轴旋转反射器 以引导太阳辐射沿管道的长度L辐照管道，从而沿其长度L为管道提供热输入，并从而使蒸汽离开管道。方法包括i)控制进入管道入口的水的质量流率；以及ii)通过将反射器的位置进行旋转而调节至管道的热输入从而控制离开管道的蒸汽品质。生产期望品质的蒸汽的某些方法包括使水流动通过入口以进入细长架高的接收器(所述接收器包括多个在压力下的平行管道或一个或多个在压力下的多通道管道，且具有长度L和正交于L的横向尺寸W)，并在包括多行线性菲涅尔反射器的场中绕平行于接收器的轴旋转一个或多个线性菲涅尔反射器以引导太阳辐射沿长度L辐照管道，从而沿长度L为管道提供热输入，并从而使蒸汽离开接收器。方法还包括通过绕平行于细长接收器的轴旋转一个或多个反射器行从而沿接收器的横向尺寸W调整至多个平行管道、多通道管道的多个区段、或多个多通道管道的热输入，并通过下述步骤控制离开接收器的蒸汽品质i)控制进入多个平行管道、单个多通道管道、或多个多通道管道的水的流率；以及ii)沿横向尺寸W调节至多个平行管道、多通道管道的多个区段、或多个多通道管道的热输入。生产期望品质的蒸汽的某些方法包括使水流动通过入口以进入长度为L的在压力下的管道，并沿管道的长度辐照管道以向管道提供热输入，从而使蒸汽离开管道。方法包括利用预估的热输入作为至控制线路的输入以控制离开管道的蒸汽品质。在某些变型中方法包括利用控制系统(例如前馈控制)来调节进入入口的水的质量流率，所述控制系统利用估计的热输入来控制离开管道的蒸汽品质。在某些变型中，预估的热输入可包括经模拟、列表、测量或估计的随时间变化的热输入。例如，由于太阳的周日运动、日照的季节变化、或在一天的过程中经过太阳能阵列的阴影而引起的热输入的日变化的任意一个或任意组合，都可被查找(例如在数据表中)或测量并作为输入提供给控制线路。在另一范例中，预估的热输入可包含对热损失的估计，所述估计是基于测量到的过程温度和热损失模型，所述模型可以是分析性的或经验推导的两者任一。在多管道太阳能锅炉、多管道接收器、或具有两个或多个吸收器管道的多通道接收器中，来自一个管道的热输出(例如温度测量结果或蒸汽的输出)可用作至第二管道的预估的热输入。在某些变型中，方法包括利用分离器(例如蒸汽锅筒或蒸汽蓄积器)将水从离开管道的蒸汽/水混合物中分离出来，并利用从分离器出来的蒸汽流率估计至管道的热输入。在某些变型中，蒸汽锅筒中的压力、蒸汽锅筒中的液位、来自蒸汽锅筒的蒸汽质量流率、以及来自蒸汽锅筒的液体质量流率可用于估计热输入。在某些变型中，方法包括利用预估的热输入和来自一个或多个其它控制变量的输入(例如节热器区域内的温度、入口处的温度、管道出口处或附近的温度、压力、光学输入例如DNI (直达日照强度)、管道长度的变化、或经估计或测量的蒸汽品质)作为至控制系统的输入以控制蒸汽品质。例如，某些方法采用一种控制线路，在所述控制线路中节热器区域内的温度和预估的热输入被用作控制变量，以调整进入管道的水的质量流率，从而控制蒸汽品质。某些方法采用一种控制线路，在所述控制线路中管道长度的变化(例如入口和固定位置P之间的长度的变化，所述位置P距离入口的距离比沸腾边界更远)和预估的热输入被用作控制变量，以调节进入管道的水的质量流率。本文描述了用于生产蒸汽的多种太阳能锅炉和系统。太阳能锅炉的某些变型包括管道、控制阀、以及控制器，所述管道具有用于接纳水的入口以及出口，所述控制阀能够调节进入入口的水的质量流率，所述控制器用于控制所述控制阀的状态。可选地，流率控制节流孔可单独使用或与控制阀共同使用以调节进入管道入口的水的质量流率。在某些变型中，管道在入口和出口之间的位置P处固定，其中位置P从入口处沿管道延伸得远于在使用 中出现的沸腾边界。在太阳能锅炉中，将管道长度(例如入口和位置P之间)的变化的测量结果作为输入提供至控制器，而控制器控制进入入口的水的质量流率以控制离开管道的蒸汽品质。太阳能锅炉的变型包括接收器、一个或多个线性菲涅尔反射器、一个或多个温度传感器TCp以及控制器，所述接收器包括沿接收器的长度延伸的多个平行管道或多个多通道管道\，其中i = 1，...，k，所述线性菲涅尔反射器构造成绕平行于接收器的一个轴旋转以追踪太阳的周日运动，所述温度传感器布置成检测每个管道\的节热器区域内的流体温度，其中来自每个温度传感器TCi的输出作为输入提供至控制器，并被控制器利用以调整与管道ti相关联的控制阀的状态，从而控制进入管道ti的水的质量流率，并控制离开接收器的蒸汽品质。可选地，流率控制节流孔可单独使用或与阀共同使用以控制进入管道ti的水的质量流率并控制离开接收器的蒸汽品质。任何本文所述的方法、系统或太阳能锅炉可用于生产具有最多约70%、或约70%或更高品质的蒸汽，或用于生产过热蒸汽。任何用于控制蒸汽品质的方法可用于供应生产用蒸汽、或用于供应过热蒸汽。在某些变型中，由本文所述方法、系统和太阳能锅炉产生的蒸汽(例如过热蒸汽)可用于产生电力。任何本文所述的方法、系统或太阳能锅炉可用于生产具有约为70%或更高(70%±10%，或70% ±5%)的品质的蒸汽，或用于生产过热蒸汽(例如约为10、约为20、约为30、约为49、约为50、约为60、约为70、约为80、约为90、约为100的过热度)。任何本文所述的用于控制蒸汽品质的方法可用于供应生产用蒸汽、或用于供应过热蒸汽。在某些变型中，由本文所述方法、系统和太阳能锅炉产生的蒸汽(例如过热蒸汽)可用于产生电力。任何本文所述的用于控制蒸汽品质的方法可用于独立的蒸汽发生器或独立的发电机中，或用于与其它蒸汽源或其它能量源组合使用的蒸汽发生器中。例如，任何本文所述的方法可适用于太阳能促使的蒸汽发生，或适用于太阳能/煤混合或太阳能/天然气混合设备。本文所述的控制蒸汽品质的方法可适用于具有多种构型的多种太阳能锅炉。例如，可在单管道太阳能锅炉(例如抛物面槽或LFR阵列中的单管道接收器)、多管道系统(例如多行抛物面槽、或具有多管道接收器的太阳能阵列)、或多通道吸收器管道系统中使用控制蒸汽品质的多种方法。控制蒸汽品质的多种方法可适用于包括再循环系统的太阳能锅炉。控制蒸汽品质的多种方法可适用于不采用再循环系统的单程(once-through)蒸汽发生器。


图I示出太阳能锅炉管道，所述管道包括节热器区域、蒸发器区域、以及过热蒸汽区域。图2示出包括太阳能锅炉管道的蒸汽发生系统的一个范例。
图3A至图3D示出LFR系统的范例，在所述LFR系统中可通过控制反射器来改变跨越接收器宽度的横向热输入和/或沿接收器长度的纵向热输入。图4A示出控制系统的一个范例，所述控制系统利用任何合适的过程控制变量来控制进入太阳能锅炉管道的质量流率；图4B示出控制系统的一个范例，所述控制系统利用节热器区域内的温度作为过程控制变量来控制进入太阳能锅炉管道的质量流率；图4C示出用于多管道系统(例如多管道接收器)的控制系统的一个范例；图40示出控制系统的一个范例，所述控制系统利用管道长度的变化作为过程控制变量，通过控制进入太阳能锅炉管道的质量流率来控制蒸汽品质。图5A至图5C示出控制系统的一个范例，所述控制系统用于多管道接收器并利用温度作为过程控制变量。图6A至图6C示出控制阀组的多种构型。图7示出控制系统的一个范例，所述控制系统包含预估器，例如Smith预估器。图8示出控制系统的一个范例，所述控制系统利用预估的热输入作为至控制线路的输入。在该特定范例中，控制线路构造成使得预估的热输入作为前馈输入。图9A示出用于太阳能阵列的控制系统的一个范例，在所述太阳能阵列中多个接收器布置成并联的构型，其中每个接收器包含一个锅炉管道；图9B示出用于太阳能阵列的控制系统的一个实施例，在所述太阳能阵列中多个接收器布置成并联的构型，其中每个接收器包含多个并联连接的锅炉管道。图IOA至IOB示出用于太阳能锅炉管道的控制系统的范例，所述控制系统可用在预热期间。图11示出构造成用于利用过热蒸汽的LFR系统的一个范例，所述范例包括加热系统、用于接收过热蒸汽的蒸汽轮机、以及与蒸汽轮机相联的发电机，电力从所述发电机产生，所述加热系统包括LFR系统和具有一个或多个太阳能锅炉管道的反射器系统。图12示出电力设备可能包括的多个方面，包括例如冷凝器、热能储存系统、以及再循环系统，所述电力设备构造成用于利用过热蒸汽。图13A至13B示出利用至少两个串联的接收器产生过热蒸汽的系统的范例，所述接收器的每一个包含一个或多个锅炉管道，且串联的第一接收器产生饱和蒸汽，所述饱和蒸汽送入串联的第二接收器系统，从所述第二接收器系统产生过热蒸汽从而例如驱动蒸汽轮机。分离器和再循环系统可配置在第一接收器出口处并可选地配置在第二接收器处。在一个变型中第二接收器可被外部热源(例如燃煤或燃天然气的锅炉)代替以产生过热蒸汽。图14示出利用包括一个或多个锅炉管道的单个接收器产生过热蒸汽的系统的一个范例，其中将水引入接收器系统的入口，所述水在接收器出口之前转化成饱和蒸汽并随后转化成过热蒸汽。可选地，过热蒸汽被蒸汽轮机利用。图15A至图MD示出位于包括多个吸收器管道的接收器之内的示例性的传感器位置。图16示出LFR的一个范例，所述LFR包括安装于地面的反射器场，以及架高的接 收器，所述反射器排列成平行的行，所述接收器布置成接收并吸收来自反射器的反射辐射。图17示出LFR系统的终端的俯视图。图18示出在LFR系统内太阳辐射从四个反射器反射至两个接收器。图19示出吸收器管道的管路构型的一个范例，所述构型包括容许热膨胀的上导管和下导管设计。图20示出包括一个或多个锅炉管道的接收器的一个范例，其中仅出于图示的目的，接收器内并联连接的管道的数量为5。锅炉管道罩装在接收器内。可选地，如在接收器的末端处所示，锅炉管道可支承在辊子上，所述辊子允许管道因热变化而膨胀和收缩而不会导致损害管道自身或接收器的其它部分。图21示出反射器阵列，其中直线连接的反射器的每一行的成角度的位置由位于该行末端处的驱动器控制。图22示出反射器阵列，其中直线连接的反射器的每一行的成角度的位置由位于该行中央区域的驱动器控制。图23示出各单独的反射器组成的场，其中每个反射器由位于末端处的驱动器各自控制。图24示出用于太阳能采集器系统内的再循环泵的控制系统的一个范例。图25示出用于一个系统的控制线路的一个范例，在所述系统内饱和蒸汽产生于第一太阳能锅炉中，且饱和蒸汽供应至与第一锅炉串联的第二太阳能锅炉以产生过热蒸汽。图26示出用于在太阳能锅炉内产生过热蒸汽的控制线路的一个范例。
具体实施例方式本文描述了利用太阳能产生蒸汽的方法和系统。所述方法和系统可用于产生在输送压力下的期望品质的蒸汽，例如具有约30 %、约40 %、约50 %、约60 %、约70 %、约80 %、或约90%的品质的饱和蒸汽，或过热蒸汽。由本文所述方法和系统产生的蒸汽可直接使用或用于驱动涡轮机以产生电力，所述直接使用例如用作生产用蒸汽，所述生产用蒸汽用于例如食品加工、提高油采收率、农产品加工、纸浆和纸张加工、工业加工、加热和制冷等等的应用。可为特定的应用选择所产生的蒸汽的输送压力，例如约600-2800psi(磅/平方英寸)。但是，应理解其它应用可能要求其它输送压力。
本文所述的控制输出蒸汽品质的多种方法和系统适用于采用单个吸收器管道、采用多个并联连接的吸收器管道、以及采用多通道吸收器管道的太阳能热力系统。方法和系统允许改进期望的蒸汽品质或过热蒸汽的生产，其中即使在日照发生有规则的或瞬态的变化的情况下蒸汽品质和蒸汽输出也可控制在期望的范围内，所述日照的有规则的或瞬态的变化导致至吸收器管道的热输入的有规则的或瞬态的变化。方法和系统可允许充分地控制以生产具有目标出口品质(例如约30%、约40%、约50%、约60%、约70%、约80%、或约90%，诸如70% ±10%，或70% ±5%的蒸汽品质)的蒸汽而同时以足够的流率运行以避免系统中的任何管道内发生干涸，并避免发生太阳能锅炉到达跳闸条件(例如由于在低的热输入时的低流率)的情况。任何本文所述的系统和方法可与太阳能采集器系统共同使用，所述太阳能采集器用作独立的蒸汽发生器或发电机，或与另一蒸汽发生设备或发电机组合使用。例如，方法和系统可与在相对较强日照时间段期间使用的太阳能采集器系统共同使用以增加现有蒸汽设备或发电设备(例如采用煤、天然气、生物质能、油或核能作为燃料源的设备)的输出。在某些变型中，本文所述方法和系统可用在一种构型中，在所述构型中天然气、煤、核能或另一类型的燃料用于增加太阳能热力蒸汽设备或发电设备的输出。在某些情况下，本文所述 方法和系统可与设计成使得输出(电或蒸汽)可切换的混合蒸汽设备或发电设备共同使用从而使得输出完全由太阳能产生、完全由另一燃料源(例如煤、天然气、或核能)产生、或由太阳能和非太阳能燃料源的组合产生。本文所述方法和系统的变型包括利用开环或闭环控制系统通过控制进入吸收器管道的质量流率来控制吸收器管道的出口蒸汽品质，在所述控制系统内一个或多个过程变量的测量结果作为反馈和/或前馈而输入至控制器，所述控制器例如通过控制阀的状态和/或利用各种固定尺寸的节流孔来控制进入吸收器管道的质量流率。例如，过程变量中的任意一个或任意组合的测量结果可用作至控制器的输入，所述过程变量包括给水温度、吸收器管道的节热器区域内的温度、管道出口处或附近的温度、经测量或估计的离开吸收器管道的蒸汽品质、管道或一小段吸收器管道的长度变化、诸如直达日照强度(DNI)之类的太阳能输入、对吸收器管道的热输入(例如经预估、测量、模拟、列表或估计的热输入)以及压力，所述控制器控制进入吸收器管道的质量流率。在一个范例中，预估的热输入可包含对热损失的估计，所述估计是基于测量的过程温度和热损失模型，所述模型可以是分析性的或经验推导的两者任一。本文还描述的是用于控制蒸汽品质的方法和系统，所述方法和系统包括i)利用来自如前文所述过程变量的反馈和/或前馈输入控制进入吸收器管道的水的质量流率；以及ii)通过调节一个或多个反射器来控制至一个或多个吸收器管道的热输入，所述反射器通过散焦、抖动和/或使接收器处的辐射改变方向而将太阳辐射引导至吸收器管道。本文所述方法和系统的变型包括预估控制，在所述预估控制中探测到的或预期的热输入变化作为输入提供给前馈或反馈控制环路。这种预估控制可用在多管道接收器或具有两个或多个吸收器管道的多通道接收器中、以及多行系统中，在所述接收器内从一个管道收集的关于热输入的信息被作为输入以控制另一管道，在所述多行系统内从一行收集的关于热输入的信息被用在对另一行的控制。例如，可由已发生在管道的出口处或附近的温度变化表征热输入的变化，并可提供该信息以调节进入该管道或另一管道的质量流率。在多管道接收器或具有两个或多个吸收器管道的多通道接收器内，一个管道(例如由于最高的热输入而沿管道长度具有最快输送时间的管道)内表征的热输入变化可作为信息以调节另一管道内的质量流率，所述另一管道由于较低的热输入而具有较慢的输送时间。本文所述的方法和控制系统的变型可适用于单管道系统(例如LFR系统内的单管道接收器或单行抛物面槽式系统)、在单个接收器内包括多个并联连接管道的系统(例如包括一行的LFR太阳能阵列，在所述一行内接收器包括多个平行管道)、包括多个单管道行的系统(例如包括多个单管道接收器的LFR太阳能阵列或多行抛物面槽式系统)、包括多个接收器且每个接收器包括多个并联连接管道的LFR系统、或具有一个或多个吸收器管道的多通道系统。在本文所述的任一范例中，可由一个或多个流率控制设备(例如阀和/或流率控制节流孔)来控制进入管道的质量流率和压力，并可由一个或多个流率控制设备(例如阀和/或流率控制节流孔)来控制从管道出来的流率。流率控制节流孔可以是限制流率(例如通过具有减少的内径)和/或调整流率(例如用于减少湍流、气泡、涡流，等等)的设备。流率控制设备可以是主动式的(例如可调节的阀)或被动式的(直径固定的节流孔或固定的阀)。在某些情况下，阀可用于确定希望的节流孔尺寸或用在系统的安装期间，随后可由 节流孔来替代阀。本文所述的方法和系统可用在任何太阳能热力系统中，例如线性菲涅尔反射器(LFR)太阳能阵列或抛物面槽式系统，在所述系统中在细长的管道内产生蒸汽。LFR系统采用反射器场，所述反射器将入射太阳辐射引导至一个或多个架高、细长的接收器。架高的接收器包括一个或多个吸收器管道以输送热交换流体，例如水和/或蒸汽。一个或多个吸收器管道吸收入射太阳辐射从而将热能传送至热交换流体。在某些变型中，LFR系统内的接收器可包括多个沿吸收器的长度延伸的平行吸收器管道。在2005年2月17日提交的国际专利申请第PCT/AU2005/000208号中和2008年2月5日提交的美国专利申请第12/012，829号中描述了多管道接收器的范例，每个所述申请都通过引用整体结合入本文。在某些变型中，LFR系统内的接收器可包括布置成多通道构型的一个或多个吸收器管道。在2010年2月11日提交、标题为“Multi-Tube Solar Thermal Receiver (多管道太阳能热接收器)”、申请序列号 61/303, 615、发明人 Peter L. Johnson、Robert J. Hanson、以及 WilliamM. Conlon的美国临时专利申请中描述了多通道太阳能热力系统，所述申请通过引用整体结合入本文。在2004年7月I日提交的国际专利申请第PCT/AU2004/000883号、2004年7月I日提交的国际专利申请第PCT/AU2004/000884号、以及2008年2月5日提交的美国专利申请第12/012，829号中提供了用于LFR系统的合适的反射器和反射器系统的范例，所述反射器和反射器系统绕一个轴旋转以追踪太阳的运动，所述LFR系统利用单吸收器管道接收器、多管道接收器、或多通道吸收器管道系统的任一种，每个所述申请都通过引用整体结合入本文。在某些变型中，在吸收器管道上可布置有太阳能选择性涂层，例如这样的太阳能选择性涂层该涂层已被设计成增加所接收的太阳光谱(例如在大气质量I. 5处的DNI)的吸收率，同时减少通过热福射损失的热量。在授予Maloney等人的美国专利第6，632，542号和授予Zhang等人的美国专利第5，523，132号中描述了合适的太阳能选择性涂层的范例，每个所述申请都通过弓I用整体结合入本文。—方面，提供了太阳能热力蒸汽发生器，所述蒸汽发生器能够产生过热蒸汽(所述过热蒸汽可进而用于驱动涡轮机以产生电力)或期望的蒸汽品质的饱和蒸汽，且包括线性菲涅尔反射器场，所述反射器将太阳辐射引导至架高的接收器，所述接收器包括一个或多个吸收器管道(例如罩装在单个架高的接收器内的多个并联连接的吸收器管道)或布置成多通道构型的一个或多个吸收器管道。优选地，LFR系统允许控制饱和或过热蒸汽的量和/或品质。这种控制可包括进行调整以优化输出(蒸汽品质和/或量)从而响应一个或多个系统参数的测量结果，所述测量结果表明需要和/或可以进行优化，或预测将需要和/或将可以进行优化。一方面，提供了包括线性菲涅尔反射器场的系统并描述了控制系统，所述反射器构造成将太阳辐射引导至架高的接收器，所述接收器包括多个并联连接的吸收器管道或多通道构型的吸收器管道，所述控制系统构造成减少接收器内的至少两个吸收器管道之间的温度差。在一个变型中，控制系统构造成通过调整进入吸收器管道的水的质量流率和/或使得反射器场内的一个或多个反射器增加反射器运动和/或通过将调温喷射引至至少一个吸收器管道内而减少至少两个吸收器管道之间的温度差和/或长度差。在一个变型中， 控制系统构造成响应任意一个或多个以下变量的测量结果给水温度、节热器区域内的吸收器管道温度、管道出口处或附近的吸收器管道温度、质量流率、压力、经测量或估计的蒸汽品质、热输入(经预估、测量、估计、模拟或列表)以及太阳能输入(例如DNI)。在管道布置包括多个平行输出管道和/或多个平行返回管道的情况中，单个流率控制设备可用于控制进入多个平行管道的质量流率，和/或单个流率控制设备可用于控制从多个平行返回管道出来的流率。在其它变型中，可在每一输出管道和/或每一返回管道上使用独立的流率控制设备(例如阀或节流孔)。在某些情况中，多于一个的流率控制设备可组合使用，例如流率控制节流孔可与阀串联使用。在上游回路中的多个管道分叉流入下游回路中的多个管道的涡轮机配置中，流率控制设备可用在上游回路和下游回路之间(例如在回转区域)以减少或防止下游回路中发展的流率不平衡或控制所生产的蒸汽的量和/或品质。在某些情况中，可在上游回路内的管道上(例如在上游回路的入口处)采用流率控制设备以控制下游回路内的流率，例如该管道通至单一的管道从而减少了流率不平衡发展的可能性或从而控制所生产的蒸汽的量和/或品质。对于系统压力达到约5000psi的情况，可选择阀来调整对低流率的控制的方式。可采用任何合适的阀，例如尺寸为1/2英寸、3/4英寸、或I英寸的标准球形控制阀。但是，本领域技术人员应理解，可采用其它类型和尺寸的阀。蒸汽品质X为x = (h-hf) /hfg，其中h是所生产的流体的焓，hf是饱和液的焓，而hfg = hg_hf，即饱和蒸汽的焓hg与hf之间的差。对于饱和蒸汽，蒸汽品质是水和蒸汽的两相混合物中蒸汽的质量分数。对于饱和蒸汽，蒸汽品质为I表明没有液体，而蒸汽品质为零表明没有蒸汽。对于过热蒸汽，X将大于或等于一。蒸汽品质的控制对于任何类型的锅炉都是重要的。例如，蒸汽品质可在部分程度上决定锅炉管路的某些等级，所述等级对于某些应用、期望的运行条件、以及设备寿命来说都是必须的。蒸汽品质的控制对于蒸汽的有计划使用(例如驱动涡轮机或用于提高油采收率)是重要的。蒸汽品质可受以下参数的任意一个或任意组合的影响通过锅炉管道的流率、沿锅炉管道的压力降、以及锅炉管道的热通量。蒸汽品质可能难以测量，尤其是在高压蒸汽系统中。在某些情况下，利用分离器将蒸汽从水中分离以确定蒸汽品质。在某些情况下，可采用成像技术例如X射线计算机断层扫描。在某些情况下，可通过比较热输出和热输入来确定或估计蒸汽品质。在某些情况下，入口和出口之间溶解的固体的浓度可用于估计蒸汽品质。尽管以上论述了确定蒸汽品质的具体方法，但本领域技术人员应理解，可采用任何确定或测量蒸汽品质的方法或装置。在太阳能锅炉中，一个或多个细长的锅炉管道可布置在一个或多个镜子之上。每个锅炉管道都被供应给水，所述给水通常作为过冷液体进入管道。当阳光反射至锅炉管道上时，通过吸收在管道处的太阳辐射而产生的热量被传送至流体内。参考下文的图1，对于长度为L的锅炉管道，在锅炉管道内可确定三个不同的区域A)节热器区域；B)蒸发器区域；以及C)过热蒸汽区域。所有蒸汽发生器都包括A)和B);仅某些蒸汽发生器会包括C)。在这些区域的任一个中，锅炉壁的外部温度Twall可由么=HTC*(Twall-Tflmd)确定，其中是进入的热通量，而HTC是传热系数。节热器或等湿加热区域(A)出现在刚过入口处，在所述入口处给水被供入管道。在节热器区域，流体的温度从给水温度(Tfw)增加直至其达到对应于管道内压力的饱和温度Tsat。尽管在节热器区域内可能会出现过冷泡核沸腾，但在节热器区域内的任何横截面处的流体平均焓仍然是过冷的。节热器区域在位置X处结束，在主流流体为饱和液时出现所 述位置X，在所述位置\处含有沸腾之前可能有的最大量的热能。蒸发器区域(标记为B)在位置\之后开始。在那里，增加的热能使流体沸腾，增加了混合物的蒸汽品质X。在蒸发器区域内温度可如图所示地保持相对恒定，或可因能量被蒸发的热吸收而略为降低。在某些变型中，热输入、管道压力、流率、以及管道长度可使得出现基本全部蒸发的情形从而使蒸汽品质在管道内的干涸点Y处接近I。在某些情况中，前述因素(热输入、管道压力、流率、以及管道长度)的任何一个或任何组合可使得蒸汽出口品质小于I。在后一种情况中，希望将出口蒸汽品质控制在例如约0. 3、约0. 4、约0. 5、约
0.6、约0. 7、约0. 8、或约0. 9。例如，可能希望将蒸汽品质控制在约0. 7，例如0. 7±10%或
0.7 + 5%以供某些应用，例如提高油采收率。在某些变型中，热输入、管道压力、流率以及管道长度可使得出现过热蒸汽区域(标记为C)，所述区域起始于点Y。在过热区域，增加的热输入使得对气相等湿加热。尽管上文针对单通道管道描述了锅炉管道的各区域，但应理解在具有全长L的多通道管道中，各区域可位于多通道管道的任何区段上(对应于每个通道)，且可从管道的入口并沿每个区段测量距离入、Y和L。现在参考图2，它示出了蒸汽发生器的一个变型。蒸汽发生器100包括细长管道101，所述管道具有末端到末端的实际长度L。在某些变型中，蒸汽发生器100是任何类型的蒸汽发生器，在所述发生器内施加至管道101的热通量沿被照射的长度Lillun相对均匀，其中Lilluffl包括管道101的实际长度L的大部分。例如，蒸汽发生器100可包括在LFR太阳能阵列中的单个吸收器管道或多管道接收器，其中Lilluffl可基本等于L，或Lilluffl可因管道101的进口端121和/或出口端123处可能的阴影影响而略小于L。在其它变型中，蒸汽发生器100可包括由一系列末端对末端连接的抛物面槽区域形成的细长管道，其中Lilluffl可基本等于L。在还有另一变型中，蒸汽发生器100可包括在LFR太阳能阵列中的一个或多个多通道吸收器管道，其中每个管道具有末端到末端的实际长度L，且穿过太阳辐射密集区域的管道的每个区段具有长度Lsegment。在该变型中，Lillun可基本等于Lsesnent,或Lillun可因管道101的进口 121和/或出口端123处可能的阴影影响而略小于LS6g_t。如前文所述，蒸汽发生器100可以是独立的蒸汽发生器，可用于增加由另一蒸汽源产生的蒸汽，或可与来自另一蒸汽源的蒸汽并联使用。在某些变型中，LillmA的比率可为约70%、约75%、约80%、约85%、约90%、或约95%。管道的实际长度L可以是任何合适的长度。例如，L可由以下因素的任意一个或任意两个或多个的组合来确定管径、运行压力/温度、管道成分(例如不锈钢或碳钢)、生产或安装期间操作的简易度、太阳能场的大小、管道的直径、期望的蒸汽品质，等等。在某些变型中，管道可包括多个以末端对末端的方式串联连接在一起的管道部分。例如，在LFR太阳能阵列中，接收器内的吸收器管道可包括标准的可商购的各长度的管道，所述管道连接在一起以达到约300米至约400米的实际长度，例如约384米。可选择管道材料和结构以满足针对蒸汽发生器的特定运行条件(例如温度和压力)的当地或行业标准或法规，例如当地或国家锅炉法规。吸收器管道的照射长度Lilluffl可经测量、计算、或估计。计算Lillun的一个范例如下。可确定太阳位置以便管道的定位，包括方位角az和天顶ze。可确定管道相对于正北的旋转角度rot。可确定管道相对于一个或多个反射器的焦点的高度htube，所述反射器将 太阳能引导至管道。例如，在LFR系统中，ht-可以为约10米、约12米、约15米、约18米、约20米、或约25米。直接布置在管道之下的反射器的遮阴部分的长度Idarit估算为=Idarit =htubetan (ze) cos (az-rot+180)。照射长度可估算为Lillum = L-Idarko布置在反射器场内离接收器距离较远的反射器会具有较长的遮阴部分。可计算这种较长遮阴长度的影响，相同的遮阴长度可用于所有反射器而不考虑距接收器的距离，或可对场内某些反射器(例如布置得离接收器最远的最外侧的反射器)计算实际遮阴长度，而利用直接布置在接收器之下的反射器的Idarit估算的遮阴长度可用于场内的某些反射器(例如布置得最靠近接收器的反射器)。再次参考图2，在管道101内包括节热器区域103和饱和蒸汽区域105。由此，在运行时有沸点边界117，所述沸点边界出现在距入口 121长度为\处。在管道101内形成过热蒸汽的某些变型中，有干涸点128，所述干涸点出现在距入口 121长度Y处。如箭头119所示，沿管道101的照射长度Lilluffl提供热输入众n。再次地，照射长度Lilluffl可以是或可以不是与实际长度L相同，这取决于是否有阴暗区域，例如前文所述的遮阴影响。可利用任何合适的反射器构型来将太阳辐射引导至管道101，例如抛物面槽、定日镜反射器、或诸如本文所示的线性菲涅尔反射器或其它已知的反射器。在某些变型中，热输入么n可相对均匀地沿长度Lillun分布；即Lillun可例如代表管道101的相对均匀辐照的部分，例如，当管道101安装在抛物面槽式系统中或在线性菲涅尔反射器太阳能阵列的接收器中时。热输入么1可随时间变化。例如，在太阳能阵列中，太阳相对于地球的运动可导致有规则的一日间和各日间的辐照变化，并因此导致热输入么^勺变化。在某些情况下，一个或多个瞬态因素例如云的遮盖、阴影(例如来自太阳能阵列自身的阴影)或其它因素(例如镜子的对齐问题)可导致热输入的间歇或不规则变化。供应至管道101的入口 121内的水具有温度Tin、焓hin和质量流率力m。可由控制阀115调节至管道101内的质量流率。可选地，流率控制节流孔(未示出)可单独使用或与流率控制阀115共同使用以控制进入管道101的质量流率。可选地，离开管道101的蒸汽可进入分离器113 (例如蒸汽蓄积器或压力为Pdraffl的蒸汽锅筒)，具有质量流率也,_和焓hg的干蒸汽流125可从所述分离器抽取。可采用其它类型的分离器，例如挡板或旋风式分离器。在过热蒸汽产生于管道101内的情况中，可无需分离器。可选地，从分离器113回收的水可用于再循环系统。例如，若采用蒸汽锅筒作为分离器，则回收的水可在蒸汽锅筒内具有液位Ldram。可从分离器提取出质量流率为和焓为hf的再循环水流107。质量流率和焓hfeed的给水流109可与再循环水流107混合以输入至管道101内。如前文所述，在LFR太阳能阵列中，架高的接收器可以是单管道接收器、多管道接收器、或多通道接收器。对于单管道接收器，管径可以在约I英寸至约12英寸的范围内，或在约12英寸至24英寸的范围内，其中管径的选择可取决于诸如以下的因素所采用的反射器场的大小、运行期间的压力、运行期间的温度、管道的材料和成分、蒸汽量、以及所期望的蒸汽品质。对于多管道接收器，管径可以在约0. 5英寸至约6英寸的范围内(例如约0. 5英寸、约I英寸、约I. 25英寸、约I. 5英寸、约I. 75英寸、约2英寸、约2. 5英寸、约3英寸、约
3.5英寸、约4英寸、约4. 5英寸、约5英寸、约5. 5英寸、或约6英寸)，并同样取决于诸如以下的因素所采用的反射器场的大小、运行期间的压力和温度、管道的材料成分和结构、 所需的蒸汽流率、以及所期望的蒸汽品质。任何合适数量的管道可用于接收器，例如2、3、4、
5、6、7、8、9、10、11、或12根管道，或更多。对于多通道接收器，返回管的直径可选择成大于输出管的直径，例如，输出管可具有从I英寸至6英寸范围的内径或外径,例如为I. 5英寸、I. 66英寸、2. 0英寸或2. 5英寸，而返回管可具有从I英寸至9英寸范围的内径或外径，例如比输出管的直径大0. 5英寸、I. 0英寸或I. 5英寸。在某些变型中，2英寸内径或外径的输出管与3英寸内径或外径的返回管共同使用，而在某些变型中，I. 66英寸内径或外径的输出管与3. 5英寸内径或外径的返回管共同使用。尽管已提供了范例性的直径，但本领域技术人员应理解，可使用具有其它直径的管道。单管道、多管道或多通道接收器可具有各种特性以改善效率或性能，例如涂敷至管道和/或空腔的太阳能选择性涂层、布置在管道的不受照射区域附近或周围的隔热材料以减少热损失、以及顶盖等等以减少热损失和/或保护管道不受环境影响，所述空腔用于捕捉热能，例如在美国专利申请序列号12/012,829中描述的用于罩装一个或多个管道的倒槽腔，所述申请通过引用整体结合入本文。在多管道或多通道接收器内的管道可布置成并排式的一行(例如平面阵列)或多于一行(非平面阵列)。管道可从下部由一个或多个辊子支承以适应管道长度的热膨胀，诸如在国际专利申请第PCT/AU2005/000208号和美国专利申请序列号12/012，829中所述，每个所述申请通过引用整体结合入本文。入射在吸收器管道上的太阳辐射的量以及因而产生的热输入量会变化。在某些变型中可能希望调节整个系统的热输入同时维持沿管道的照射长度的热输入分布。在图3A中示出了利用多管道太阳能吸收器的LFR太阳能阵列的范例。接收器300包括沿接收器长度延伸的多个细长管道301。许多排成行的细长反射器306将太阳辐射引导至管道301，所述反射器可绕平行于细长接收器300的一个轴旋转。通过调节一个或多个反射器的角度从而使被反射的太阳辐射散焦、移位、抖动、或者部分或完全地错过接收器，可改变接收器300的横向尺寸305上的热输入。在某些变型中，可改变横向尺寸305上的热输入而同时沿每一接收器管道301的照射长度保持相对恒定的热输入。类似地，对于多通道吸收器管道系统，通过调节一个或多个反射器的角度从而使被反射的太阳辐射散焦、移位、抖动、或者部分或完全地错过接收器，可改变多通道接收器的横向尺寸上的热输入。在某些变型中，可改变横向尺寸上的热输入而同时沿每一多通道管道的每一接收器区段的照射长度保持相对恒定的热输入。类似地，对于单管道系统例如单管道LFR太阳能采集器系统，可通过绕平行于管道的一个轴旋转一个或多个细长反射器而实现单管道的横向尺寸上的热输入变化(例如同时维持相对恒定的纵向热输入)，所述反射器将太阳辐射引导至单管道。图3B示出了一种情况的范例，在该情况中通过旋转线性菲涅尔反射器而在管道的横向尺寸上传递热输入。其中，接收器320包括多个并联连接的并排管道321。一个或多个反射器行(未示出)反射太阳辐射以提供入射在管道321上的照射带322。如箭头323所示，照射带322可在横向尺寸324上前后平移，例如从而使照射带相对于管道321居中或相对于管道321偏置。图3C示出了一种情况的范例，在该情况中将照射散焦或聚焦以改变热输入。其中，接收器340包括一堆多个并联连接的管道341。一个或多个反射器行(未示出)反射太阳辐射以提供入射在管道341上的照射带342。通过使照射带散焦以形成由虚线343表示的拓宽带，可改变至管道341的热输入。例如在具有平行的多行反射器的LFR阵列内可通过绕平行于管道341的一个轴旋转一行反射器以将光线引导至沿接收器340的横断方向334的一个位 置而实现散焦，所述位置与其它行反射器引导光线所至的位置略为不同。在某些情况下，反射器的位置可在相对快速的时间尺度上抖动以调整横向热通量，所述时间尺度例如为I个频率，该频率选择为可适应反射器结构的质量和结构但足够快从而使对管道的辐照模糊化以避免局部加热，所述频率可以为约0. 01至约50Hz (例如约0. 1Hz、约0. 5Hz、约1Hz、或约IOHz) 0也就是说，可在递增的第一和第二位置之间前后调整反射器。尽管图3A至图3C中的接收器示为包括多个管道，但应理解图3A至图3C所示的概念和相关讨论及描述适用于具有单管道以及一个或多个多通道管道的接收器。作为对调整接收器横断方向上的热输入(例如如图3A至图3C所示地同时维持相对恒定的纵向热输入)的替代或增补，可利用反射器纵向调节热输入。图3D示出了一个范例。其中，细长反射器行360将太阳辐射引导至架高的细长接收器363，所述接收器363包括一个或多个管道。反射器行360内的反射器由支座361支承。一个或多个驱动机构(未示出)允许反射器行360内的反射器绕一个轴362旋转，所述轴平行于架高的接收器内的管道。反射器行360的一个或多个区段364可独立于反射器行360内其它区段地旋转。例如，区段364内的反射器可旋转以将辐射引导至接收器，而其它反射器区段则反转或以其它方式旋转以使得形成接收器363内的一个或多个吸收器管道的选择性辐照长度365，由此形成吸收器管道相应的选择性受热纵向区域。热输入可例如图3A至图3C所示地在接收器(多管道、多通道管道、或单管道)的横向变化，并与例如图3D所示的热输入沿接收器长度纵向变化相结合(并行或交替)。可通过利用调温喷射来改变热输入。用以调节热输入的调温喷射可与调节反射器位置相结合(例如同时或交替进行)，或可利用调温喷射而不用调节反射器位置。可通过调节进入一个或多个管道的水的质量流率而控制由多管道太阳能接收器、多通道太阳能接收器、或单管道太阳能接收器(例如线性菲涅尔太阳能接收器或抛物面槽)生产的蒸汽品质(例如约30 %、约40 %、约50 %、约60 %、约70 %、约80 %、约90 %、或过热蒸汽)。在控制系统内用于调节进入一个或多个管道的水流率的过程控制变量可以为在管道的节热器区域内的温度、给水温度、在管道出口处或其附近的温度、太阳能输入(例如DNI)、管道或管道一部分的长度变化、经测量或估计的蒸汽品质、热输入(例如经预估、测量、列表或估计的热输入)、压力、或前述变量的两个或更多个的组合。控制系统可包括任何合适的控制线路，例如仅包括反馈控制、仅包括前馈控制、或包括反馈和前馈控制组合的控制线路。可利用来自仅一个过程变量、或来自多个过程变量的信息而建立控制系统以进行控制。在某些变型中，可采用级联控制系统，在所述级联控制系统中一个控制器的输出是至第二个控制器的输入。控制系统可包含模拟或数字形式的比例控制器、比例积分(PI)控制器、比例微分(PD)控制器、比例积分微分(PID)控制器，或另一形式的控制线路、或这些控制线路其中之一的变型。某些控制系统包括结合前馈控制的反馈控制。在某些变型中，可采用预估控制从而可将即将发生的变量变化(例如因日照的瞬变或其它变化而导致热输入的变化)的估计或征兆考虑进去以改进对该变化的响应时间。这种预估控制可在具有相对较长管道(例如，在所述管道内从管道入口至管道出口的输送时间是在一分钟、或几分钟或更长、例如一小时或更多的时间量级上)的系统内改善对蒸汽品质的控制。在某些变型中，可通过检测在管道末端附近的过程变量的变化，并利用该信息作为对管道更上游处所发生情况的预估信息，并将该预估信息作为输入提供至控制系统而实现预估控制。在某些变型中，可利用从一个管道收集的信息，并在控制另一管道的控制系统内利用该信息而实现预估控制，所述一个管道具有相对较快输送时间，所述另一管道 具有相对较慢输送时间。在某些变型中，预估器(例如Smith预估器)可用于补偿管道入口和管道内下游点之间的时间延迟，在所述下游点处测量过程变量。在某些变型中，管道的节热器区域内的温度、管道或管道一部分的长度变化、经估计或测量的蒸汽品质、或热输入(例如经测量、估计、列表或计算)可用作过程变量或用于向控制线路提供预估信息，所述控制线路调节阀的状态以控制进入一个或多个管道的水的质量流率。在某些变型中，利用热输入(例如经估计、测量、列表或计算的热输入变化)向控制器提供预估输入(例如前馈输入)，所述控制器操作阀以控制进入一个或多个管道的水的质量流率。在某些变型中，探测到的或预期的热输入变化用于提供预估输入(例如在前馈控制中)，而一个或多个其它过程变量(例如节热器区域内的温度、给水温度、太阳能输入(例如DNI)、压力、管道出口附近的温度、管道或管道一部分的长度变化、或经估计或测量的蒸汽品质)用于向控制器提供输入(例如反馈)，所述控制器操作阀以控制进入一个或多个管道的水的质量流率。在某些变型中，固定直径的流率控制节流孔可单独使用或与阀共同使用。在某些变型中，控制进入一个或多个管道的水的质量流率的控制系统结合至控制反射器位置的系统，从而使反射器位置可用于调节至一个或多个管道内的横向和/或纵向的热输入，例如前文所述并结合图3A至图3D。如前文所述，本文所述方法和系统的变型包括预估控制，在所述预估控制中探测到的或预期的热输入变化或本文所述其它过程变量的变化作为输入提供至前馈或反馈控制环路。这种预估控制可用于多管道接收器或具有多个管道的多通道接收器中、以及多行系统中，在所述多管道接收器或多通道接收器中将从一个管道收集的关于热输入或另一过程变量的信息作为输入以控制另一管道，在所述多行系统中从一行收集的关于热输入或另一过程变量的信息用于控制另一行。例如，可通过发生在管道出口处或附近的温度变化而表征热输入的变化，并可提供该信息以调整进入该管道的质量流率。在多管道接收器或具有多个管道的多通道接收器内，一个管道内(例如，因最高热输入而沿管道长度具有最快输送时间的管道)表征的热输入变化可作为预估信息以调节另一管道内的质量流率，所述另一管道因较低的热输入而具有较慢的输送时间。图4A示出了控制系统的一个范例。其中，蒸汽发生系统400包括蒸汽设备401，所述蒸汽设备包括至少一个或多个如图2所示的太阳能锅炉管道，并可选地可包括分离器和再循环回路，从分离器回收的温水可经由所述再循环回路而与给水混合以便随后引入锅炉管道并在其中再次加热。与一个或多个锅炉管道相关联的是控制阀组(示为CVk)和/或固定直径的流率控制节流孔，所述节流孔调节进入管道的水的质量流率。每个锅炉管道可具有可控制进入多于一个管道的水的质量流率的专用的控制阀和/或固定直径的流率控制节流孔或者一个控制阀和/或固定直径的流率控制节流孔。在设备内测量了与第kth个管道相关联的过程变量PRk(由方框403代表)。可测量或估计的过程变量的范例包括热输入、给水温度、管道的节热器区域内的水温、管道出口附近的流体(水、饱和蒸汽、或过热蒸汽)的温度、在管道的节热器区域内或出口附近的管道表面的外部温度、经测量或估计的出口处蒸汽品质、压力、太阳能输入(例如DNI)、或管道或管道一部分(例如入口和沸腾边界入之间的管道部分，或管道的不固定入口端和一个位置之间的管道部分，在所述位置处管道被固定在适当位置，且所述位置可选择在从入口延伸得比沸腾边界X更远处)的实际 长度变化。将第kth个管道的过程参数PRk403提供给控制器的运算器部分405，例如诸如加法器之类的运算器。将第kth个管道的物理参数的设定值PRsrt,k也提供给运算器部分405。设定值可以例如是温度设定值或长度的目标变化，所述温度设定值用于管道的节热器区域内的温度测量结果、管道出口附近的温度测量结果。由控制器的运算器部分405(例如由加法器)进行设定值PRset,k和经测量的物理过程变量PRk403之间的定性或定量比较，而该比较的结果被送入控制器的主要部分407，所述主要部分采用任何合适的控制算法，例如提供比例积分(PI)控制、比例积分微分控制(PID)、比例微分控制(PD)等等。从控制器407的输出被提供给阀组内的一个或多个控制阀CVk以调节阀的状态从而控制进入管道的水的质量流率。尽管图4A所示范例示出控制系统为反馈控制环路，但应理解可考虑其它控制构型。在采用多管道接收器或具有多个管道的多通道接收器的某些变型中，可实现控制从而使接收器内的所有管道在稳态运行中在管道出口处或出口附近达到近似相同的长度和/或温度。对于本文所述的任一多管道或多通道接收器蒸汽发生系统，可考虑将测量的第kth个管道的过程变量用作对另一管道(非第kth个管道)的控制输入。例如，诸如节热器区域内的温度、管道末端处或附近的流体温度、经估计或测量的蒸汽品质、经估计或测量的热输入、或第kth个管道的管道长度变化之类的过程变量可用在另一管道的控制系统内。在某些变型中，若第一管道比第二输送管道具有更快的输送时间，则可能希望例如作为预估控制算法的一部分而将信息作为输入提供至第二管道的控制系统中，所述信息是来自第一管道的关于一个或多个过程变量的信息。采用这种跨管道信息的控制系统在多管道或多通道接收器中可能是有用的，在接收器中居中布置的管道可接受较高水平的辐照而因此比布置在边缘附近的管道表现出更快的输送时间。图4B示出了控制系统的一个范例，所述控制系统可用于控制LFR太阳能阵列中的蒸汽品质，所述LFR太阳能阵列包括架高的接收器，所述接收器相应地包括多个并联连接的吸收器管道。反射器场(未示出)向太阳能接收器450提供热输入。接收器的节热器区域451内的一个或多个太阳能锅炉管道的温度作为输入被提供给控制器的运算器部分452。第kth个管道的温度设定值Tset, k被提供给运算器452。来自运算器部分的输出被提供至控制器455的主要部分，在所述主要部分内，如前文所述地，基于温度设定值和经测量的节热器温度之间的定性或定量的比较(例如测量值和设定值之间的计算差)，控制器455使得用于第kth个管道的控制阀453调整以控制第kth个管道内水的质量流率。节热器区域内的温度测量结果可单独使用或与任何其它过程变量结合使用，例如结合管道出口处或出口附近的一个或多个温度、经估计或测量的热输入、经估计或测量的蒸汽品质、太阳能输入(例如DNI)、给水温度、管道长度变化、以及压力。在某些变型中，第kth个管道的节热器区域内的温度测量结果可用作另一管道(非第kth个管道)的过程控制变量。例如，若第一管道内的输送时间比第二管道内快，则可能希望利用具有相对较快输送时间的第一管道的节热器区域内温度或长度变化作为至控制系统的输入，所述控制系统用于具有相对较慢输送时间的第二管道，例如第一管道内的温度或长度变化的测量结果为用于第二管道的控制系统的预估信息。尽管图4B所示范例示出反馈控制环路，但应理解可考虑其它控制构型以便利用管道的节热器区域内的温度来控制进入管道的质量流率，例如前馈控制系统或级联控制。此外，尽管图4B所示范例包括具有多个并联连接的吸收器管道的接收器，但应理解前 文所述的控制系统可类似地应用于具有两个或多个吸收器管道的多通道接收器。可利用任何合适的方法测量管道的节热器区域内或出口处或出口附近的温度，例如，利用焊接或热耦合至管道的金属外表面的热电偶或其它热传感器、红外温度传感设备、经由套管(热电偶套管)插入管道的温度传感器(例如热电偶)，等等。可利用任何合适的方法确定温度设定值Tsrt。(注意Tsrt代表由控制器采用的温度设定值，而在某些变型中各个管道可采用不同的设定值，因此第kth个管道的设定值表示为Tsrt,k)。在某些情况下，可基于相对于管道入口的温度测量位置(例如热电偶的位置)、离开管道的流体的目标热焓值htmgrt、以及管道的照射长度Lillun(如前文所述，在某些变型中所述照射长度可与管道的实际长度L基本相同)而确定温度设定值。温度设定值Tsrt可满足
c (T -T ) (U -C TA
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-，其中 htarget — hf+xtargethfg Xtarget — x+x—bias，且 hfg 代表从
1TCLillum
和液变为饱和蒸汽所需的焓(hg-hf)，hg代表饱和蒸汽的焓，Cp代表流体在运行条件下的热容，Tin是水在管道入口处的温度，Itc代表温度传感器相对于管道入口的位置，而X_bias代表补充偏置(手动或自动的)。应注意在某些变型中，可在节热器区域内的两个或多个位置处(I1和I2)测量温度，而在位置I1和I2之间的温度变化可用作过程控制变量和/或用在温度设定值的设定中。如前文所述，可为单个管道设定温度设定值(Tsrt,k)，相同的设定值可用于多个管道(例如相邻的管道、或相对于彼此对称地布置在接收器内的管道诸如末端的两个管道)，或相同的设定值可用于所有管道。由此，在某些变型中，可为单个管道设定补充偏置，在该情况下该单个管道的x_biask可用于确定设定值。图4C示出控制系统的一个范例，所述控制系统用于多管道太阳能阵列(例如包括一个多管道接收器、或多个单管道接收器的多管道太阳能阵列)或包括接收器的多通道太阳能阵列，所述接收器具有两个或多个吸收器管道。蒸汽发生系统430包括设备424，并可选地可包括分离器(例如蒸汽锅筒)和本文所述的再循环系统，所述设备424包括多个太阳能锅炉管道。其中，第kth个管道的过程控制变量PRk425作为输入提供至控制器的运算器(例如加法器)部分420，所述运算器部分的输出提供至控制器的主要部分421。过程控制变量PRk可以是任何合适的变量，例如以下变量的任意一个或任意组合给水温度、管道的节热器区域内的温度、管道出口处或附近的温度、管道或管道一部分长度的变化、经测量或估计的蒸汽品质、经测量或估计的太阳能输入(例如DNI)、经测量或估计的热输入、以及压力。控制器利用任何合适的算法(例如PI、PD、或PID控制)以确定第kth个管道的比例常数a k。随后可利用乘法器422确定进入单个管道的质量流率/'An,k = ，所述乘法器可与控制器集成或可以是单独的设备。利用一个函数，从乘法器的输出随后可用于调节阀的状态和/或流率控制节流孔的直径，所述函数建立了质量流率与阀位置和/或流率控制节流孔直径的相互关系。在某些变型中，来自一个管道的关于一个或多个过程控制变量的信息可用作至控制器或控制通道的输入，所述控制器或控制通道控制进入另一管道的质量流率。这种跨管道的控制可例如适用于多管道接收器或具有两个或多个吸收器管道的多通道接收器。尽管图4C的控制系统示为反馈控制，但可利用任何合适的控制构型，例如前馈控制或级联控制。图4D示出了控制系统的另一范例，所述控制系统可用于控制单管道、多管道、或 多通道太阳能阵列(例如抛物面槽或单管道或多管道或多通道LFR阵列)内的蒸汽品质。当锅炉管道被加热时，它经历了热膨胀，所述热膨胀为温度的函数dL/dT = La TE，其中dL/dT是单位温度变化时管道长度的变化，而a TE是管道材料的线性热膨胀系数，所述材料可以是为锅炉的特定运行条件(压力、温度、环境、等等)而选择的一种类型的钢材，例如碳钢或不锈钢。管道的一部分的管长变化可用于代表该部分上的温度的整体变化。可测量管道长度的变化，或可测量管道一部分的长度的变化，并用作控制系统的过程控制变量，所述控制系统控制蒸汽输出的品质，而在某些变型中一个管道的长度变化可用作第二管道的预估控制信息(例如在多管道接收器中)。例如，若锅炉管道在中央区域内固定在适当位置，并允许在每个末端处膨胀，则管道相对于固定位置的长度变化的测量结果可用作过程控制变量。例如，若锅炉管道在蒸发器区域内固定或紧固在适当位置，则可随时间变化而测量在入口和紧固位置之间的管道长度。通过忽略发生在相对恒温的蒸发器区域内的任何温度变化，管道长度的变化可归因于节热器区域内的温度的整体变化。通过利用入口和超过沸腾边界X的一点之间的管道长度作为衡量标准，实现了节热器区域内所有温度点的积分。重新参考图4D，吸收器管道470在其入口端471处相对自由地未固定，但在入口 471和出口472之间的点473处固定在适当位置。在冷态时，管道具有实际的终端至终端长度LMld。可测量在入口 471和紧固位置473之间的管道长度Lsesrat的长度变化AL。可利用任何合适的技术测量长度变化，例如利用光学探测器、直尺或比例尺、应力或应变指示器、或任何类型的测量物理位移的设备诸如卡钳、传感器(例如线性可变位移传感器)、可压缩弹簧、等等。在某些变型中，可包括极限指示器，从而使得若长度达到某一极限时，可驱动极限指示器以减少热输入。这种极限指示器可改善安全性。经测量的长度变化AL可作为过程变量提供至控制器输入端480内，在所述控制器输入端处长度变化的测量值和第kth个管道的设定值ALsrt, k之间的定性或定量的比较(例如测量值和设定值之间的差值计算)被提供给控制器482内用于适当的算法，所述控制器使得控制阀483的状态发生改变以调节进入第kth个管道的水的质量流率。可在控制蒸汽品质的控制系统内单独利用管道长度的变化或与一个或多个其它变量组合使用，例如与以下变量的一个或多个组合使用节热器区域内的温度、出口处的温度、经估计或测量的热输入、经估计或测量的蒸汽品质、压力、太阳能输入例如DNI、以及给水温度。例如，在某些变型中，经测量的管道或管道的一部分的长度变化可与该管道在其节热器区域内的温度测量结果组合而用作至控制器的输入，所述控制器控制至该管道的水的质量流率。在某些变型中，经测量的管道或管道的一部分的长度变化可与估计的蒸汽品质组合以用作至控制器的输入，所述控制器控制至该管道的水的质量流率。在某些变型中，经测量的管道或管道的一部分的长度变化、该管道在其节热器区域内的温度测量结果、以及估计的蒸汽品质可用作至控制器的输入，所述控制器控制至该管道的水的质量流率。在多管道系统和多通道系统(所述多通道系统包括具有两个或多个吸收器管道的接收器)的某些变型中，一个管道内的长度变化可用作至控制系统或通道的输入，所述控制系统或通道用于系统内的另一管道(例如，当采用多管道接收器或具有两个或多个管道的多通道接收器时)。例如，一个管道内的长度变化可用作预估信息并作为输入提供至另一管道的控制系统，所述一个管道具有相对较快的响应时间，所述另一管道具有相对较慢的响应时间。尽管图4D的控制系统示为反馈控制系统，但可采用任何合适的控制构型，例如前馈控制或级联控制，所述控制构型利用管道长度的变化作为过程变量。在某些变型中，可能希望估计蒸汽品质x(例如X =，其中.为来自蒸汽 mrnmStearn
锅筒或蒸汽蓄积器的蒸汽的质量流率，而化 是进入蒸汽发生器的水的质量流率，将这种经估计的蒸汽品质与目标蒸汽品质Xtmget比较，并利用目标和估计的蒸汽品质之间的比较作为至控制系统(例如反馈控制环路或前馈控制系统)内的控制器的输入，以调整进入一个或多个管道的质量流率。经估计的蒸汽品质可单独使用或与一个或多个其它过程变量(例如给水温度、节热器区域内的温度、管道出口处或附近的温度、太阳能输入例如DNI、经估计或测量的热输入、管道长度的变化、或压力)组合使用。图5A至图5C提供了控制系统的一个范例，所述控制系统与多管道接收器或包括两个或多个吸收器管道的多通道接收器共同使用，在所述接收器中k个管道并联地布置。接收器内的管道数量可以为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或更多，例如15或20。在接收器500中，每个管道501(1)，...，501(k)包括热传感器TCk，所述传感器布置在管道之上或之内(例如利用热电偶套管)并距每个各自的入口 512(1)，...，512 (k)距离为1TC, k。距离Ixc k选择为在每个管道的节热器区域之内，即在每个管道各自的沸点边界(如前文的图2所示)之前。温度测量设备可以是任何合适的设备，例如焊接或热耦合至管道的金属外表面的热电偶、红外温度传感设备、经由套管(热电偶套管)插入管道的热传感器(例如热电偶)，等等。在某些变型中，设备TCk可布置在距各自的入口 512 (k)同一距离处。例如，若所有管道具有同一长度L，则位置1TC, k可以为约1/10L、约1/8L、或约1/6L(所有距离都相对于管道入口而言)。在其它变型中，设备TCk可布置在距各自的入口 512 (k)不同距离处。例如，若多管道接收器或包括两个或多个吸收器管道的多通道接收器的中央附近的管道由于在接收器横断方向上的热通量特征而趋向于接受更多的热输入，则这些管道内的沸腾边界会出现得更靠近入口，而温度测量装置的位置可相应调整以相对地更靠近入口。如前文所述，在某些变型中，可在节热器区域内布置多个温度传感器，而在节热器区域内的这些温度传感器的其中两个之间的温度变化可用作过程变量，和/或用于设定温度设定值。在某些变型中，每个管道的热输入设置为使其沿管道长度相对均匀。如图所示，每个管道501 (k)具有实际长度Lk，以及照射长度Lillun,k，由于诸如在管道末端处的阴影之类的影响，所述照射长度可能与实际长度Lk相同或不同。在某些变型中，在一个接收器内的所有管道可具有同一实际长度Lk。但是，如前文所述，照射长度大致为实际长度Lk的
至少约80%、至少约90%、至少约95%。输入至多管道接收器的总热量由下式给出

权利要求
1.一种生产蒸汽的方法，所述方法包括 使水流动通过入口以进入在压力下的长度为L的管道； 利用太阳辐射沿管道长度辐照管道，使得在管道处吸收的太阳辐射沿管道的长度产生至管道的热输入，并使得蒸汽离开管道；并且 向控制器提供控制变量作为输入，所述控制器控制通过入口的水的质量流率，由此控制离开管道的蒸汽品质。
2.根据权利要求I所述的方法，其中控制变量包括管道长度的变化。
3.根据权利要求I所述的方法，其中控制变量包括管道的节热器区域内的温度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中控制系统的温度设定值取决于相对于管道入口的温度测量位置、管道长度L、以及期望的输出蒸汽品质。
5.根据权利要求I所述的方法，其中 管道具有正交于长度L的横向尺寸W ； 对管道的辐照包括将反射器旋转以引导太阳辐射沿管道的长度L辐照管道；并且 方法还包括通过旋转反射器的位置来调节至管道的热输入以控制离开管道的蒸汽品质。
6.根据权利要求I所述的方法，其中控制变量包括与热输入相关的预估信息。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括利用分离器将离开管道的水从蒸汽中分离，且其中预估信息包括基于从分离器流出的蒸汽流率的热输入。
8.根据权利要求7所述的方法，其中分离器包括蒸汽锅筒。
9.根据权利要求I所述的方法，其中期望的蒸汽品质是70%或更高。
10.根据权利要求I所述的方法，所述方法适于生产过热蒸汽。
11.一种生产蒸汽的方法，所述方法包括 使水流入线性菲涅尔反射器系统内的太阳能接收器的入口，其中接收器包括并联连接的多个管道； 利用太阳辐射沿各管道的长度辐照每个管道，使得由每个管道吸收的太阳辐射产生沿其长度的热输入，并使得蒸汽离开管道；以及 利用与一个或多个管道相关的一个或多个控制变量作为至控制器的输入，所述控制器控制进入多个管道中的每一个的水的质量流率，由此控制离开接收器的蒸汽品质。
12.根据权利要求11所述的方法，其中一个或多个控制变量包括在一个或多个管道的节热器区域内测量的一个或多个温度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中一个或多个控制变量包括一个或多个管道的管长变化。
14.根据权利要求11所述的方法，其中一个或多个控制变量包括与热输入相关的预估信息。
15.根据权利要求11所述的方法，其中 接收器具有长度L和正交于L的横向尺寸W ； 利用太阳辐射沿各管道的长度辐照每个管道包括绕轴旋转反射器场内的一行或多行线性菲涅尔反射器以引导太阳辐射沿长度L辐照管道；并且 方法还包括通过绕轴旋转一个或多个反射器行而沿横向尺寸W调节至多个平行管道的热输入以控制蒸汽品质。
16.一种太阳能锅炉，所述太阳能锅炉包括 具有入口和出口的管道，所述入口用于接收水； 控制阀，所述控制阀能 够调节进入入口的水的流率；以及 控制器，所述控制器用于至少部分地基于控制变量对控制阀的状态进行控制以控制水进入入口的流率从而控制出口处的蒸汽品质。
17.根据权利要求16所述的太阳能锅炉，其中控制变量包括管道的节热器区域内的温度。
18.根据权利要求16所述的太阳能锅炉，其中控制变量包括与热输入相关的预估信肩、O
19.根据权利要求16所述的太阳能锅炉，其中 管道在入口和出口之间的位置P处被固定，所述位置P从入口处延伸并比管道内的沸腾边界距离入口更远； 管道在入口处可相对自由地膨胀；并且 控制变量包括在入口和位置P之间的管长变化的测量结果。
20.一种太阳能锅炉，所述太阳能锅炉包括 架高的接收器，所述接收器包括沿接收器的长度延伸的多个平行管道； 多个线性菲涅尔反射器，所述反射器构造成绕轴旋转以追踪太阳的周日运动； 控制阀，所述控制阀与每一管道相关联以调节进入管道的水的质量流率；以及控制器，所述控制器用于至少部分地基于与一个或多个管道相关联的一个或多个控制变量来调节与每个管道相关联的控制阀的状态，从而控制进入每个管道的水的质量流率并控制从接收器输出的蒸汽品质。
21.根据权利要求20所述的太阳能锅炉，还包括一个或多个温度传感器，所述温度传感器布置成检测一个或多个管道的节热器区域内的流体温度，其中一个或多个控制变量包括一个或多个温度传感器的输出。
22.根据权利要求20所述的太阳能锅炉，其中一个或多个控制变量包括与热输入相关的预估信息。
23.根据权利要求20所述的太阳能锅炉，其中一个或多个控制变量包括一个或多个管道的长度变化。
全文摘要
本发明涉及利用太阳辐射产生蒸汽的方法和系统。方法和系统可用于产生期望品质(例如约70％)的蒸汽、或过热蒸汽。某些生产期望品质的蒸汽的方法包括使水流入线性菲涅尔反射器系统内的接收器的入口，其中接收器包括多个并联连接的平行管道ti，且i＝1，...，k，并用太阳辐射沿各管道的长度Li辐照每个管道ti，使得在每个管道处吸收的太阳辐射产生沿其长度的热输入，并使得水在至少一个管道的沿其长度的点λi处开始沸腾。方法包括利用管道ti的节热器区域内的一个或多个温度Ti或管道长度的一个或多个变化作为至控制器的输入，所述控制器控制进入多个管道的每一个水的质量流率，由此控制离开接收器的蒸汽品质。
文档编号F24D1/02GK102741616SQ201080031596
公开日2012年10月17日 申请日期2010年5月14日 优先权日2009年5月15日
发明者M·韦内托斯, P·M·坦纳, R·J·汉森, W·M·康伦 申请人:阿海珐太阳能公司