一种包含斜交网格工业构筑物的光热发电系统

1.本发明涉及一种包含斜交网格工业构筑物的光热发电系统，属于土木工程和能源与动力工程技术领域。


背景技术：

2.塔式光热发电技术是使用塔式聚光集热系统的太阳能热发电技术。塔式系统运行时，定日镜光场内的所有定日镜通过双轴追踪系统调整姿势，将太阳辐射反射到安装于太阳塔的接收器上，加热接收器内的吸热流体，直接驱动汽轮机/燃气轮机发电，或是通过换热器产生高温高压水蒸气进行发电。常见的塔式光热发电区一般由聚光系统、吸热系统、热力循环系统、发电系统和蓄热系统共同组成。
3.由于水冷方式需要消耗大量水资源，现有冷却设施多采用空冷方式。空冷系统可以分为直接空冷系统和间接空冷系统。直接空冷系统是直接采用空气来冷却散热的系统，间接空冷系统先使用设备冷却水来冷却设备，再采用空冷器冷却设备冷却水，使冷却水得以循环利用。传统的空冷塔采用混凝土修建，施工周期较长，整体施工较困难，且报废后将变为固体废物，环保性能较差。
4.吸热塔是塔式光热发电系统重要构筑物之一，由于功能需求，吸热塔结构高度高、顶部存在大质量吸热装置，因此，结构既应满足抗风和抗震安全性能要求。也应满足塔顶聚光位移要求。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种包含斜交网格工业构筑物的光热发电系统，系一方面采用斜交网格主体构筑物的特殊结构形式替代空冷塔的功能，另一方面采用斜交网格主体构筑物支撑塔顶熔盐吸热器，实现一种空冷塔与吸热塔合二为一的构筑物方案，解决了多塔同时作用影响塔式光电发热区生产效率、冷却系统耗电量大或占地面积广和施工周期长等问题。
6.本发明提供了如下的技术方案：
7.一种包含斜交网格工业构筑物的光热发电系统，包括光热塔和发电系统，两者一体化集成设计；
8.所述光热塔采用斜交网格工业构筑物，包括主体、上桁架梁、下桁架梁、组合底板、组合顶板和表面蒙皮；
9.所述发电系统包括出风层、进风层、设备层、吸热器、热熔盐管道、冷熔盐管道、热熔盐罐、冷熔盐罐、蒸汽发生器、汽轮机；
10.所述主体采用本技术领域成熟的斜交网格工业构筑物；所述下桁架梁设置于出风层顶部，并支撑组合底板；所述上桁架梁设置于设备层顶部，与主体顶部共同支撑组合顶板；所述熔盐吸热器设置于设备层顶部，与组合顶板固接；所述表面蒙皮设置在进风层以上至出风层以下的构筑物外表面范围内，与中空的主体构成气体循环通路。
11.所述热熔盐管道和冷熔盐管道设置于斜交网格工业构筑物内部，所述热熔盐罐和冷熔盐罐设置于斜交网格工业构筑物外部；
12.所述熔盐吸热器与热熔盐罐通过热熔盐管道连接，所述熔盐吸热器与冷熔盐罐通过冷熔盐管道连接；热熔盐罐与蒸汽发生器通过热盐泵连接，蒸汽发生器通过管道与汽轮机连接，而汽轮机再通过蒸汽管道与斜交网格工业构筑物内部连接；
13.优选的，所述斜交网格工业构筑物，主体由若干斜交成网格状的柱构成并贯通整体构筑物，采用钢管混凝土作为主体柱材料，主体柱倾斜角度为45度，沿高度方向网格状的主体截面从大到小变化。主体塔身横截面呈圆形，斜柱环绕塔身，抵抗各个方向的水平作用力。其几何构成决定了抵抗水平力的独特优点，斜交网格主体一方面能够承载竖向荷载，另一方面可以提供巨大水平刚度，构筑物安全性能得到保障，同时塔顶位移得到限制。
14.优选的，所述斜交网格工业构筑物，上桁架梁和下桁架梁均采用箱型钢构件平面斜交而成，采用高强螺栓连接，外围分别连接主体顶部节点，并在内部对角斜交连接，可实现稳定地支承顶部大质量熔盐吸热器，进一步满足太阳光聚集对塔顶部构筑物位移的限值。
15.优选的，所述斜交网格工业构筑物，组合底板和组合顶板采用压型钢板和钢筋混凝土板组合截面，并设置型钢抗剪连接件，其中压型钢板材料均采用耐候结构钢材，防止顶部水蒸气对构筑物性能的影响，提高了出风层顶板的耐蒸汽腐蚀性能。
16.优选的，所述斜交网格工业构筑物，表面蒙皮可采用由龙骨支撑、附件连接的高强玻璃幕墙构成，纵向立柱和横档支撑高强玻璃，利用膨胀螺栓，铝拉钉、射钉等实现龙骨与构筑物主体的连接，高强玻璃幕墙具有良好的耐腐蚀性能和透光性。
17.优选的，所述斜交网格工业构筑物内部设置表面散热器，并与外部的回热系统和循环水泵等装置连接，共同构成表面式间接空冷系统。
18.本发明所述的包含斜交网格工业构筑物的光热发电系统具有如下有益效果：
19.(1)本发明的包含斜交网格工业构筑物的光热发电系统，内部实现一种空冷塔与吸热塔合二为一的构筑物方案，解决了吸热塔、空冷塔共同作用对塔式光热发电区生产效率的影响，传统间接冷却系统和吸热塔分别建设带来的占地面积大、初期投资高等问题，较大程度地降低工程造价，具有广阔的应用前景。
20.(2)本发明的包含斜交网格工业构筑物的光热发电系统，采用间接空冷系统代替机械通风空冷系统，大量降低冷却所消耗的电力，且不会带来机械通风的噪声污染，降低厂区用电率和运行成本。
21.(3)本发明的包含斜交网格工业构筑物的光热发电系统，光热塔采用钢管混凝土柱设置斜交网格主体，混凝土用量小，较传统钢筋混凝土结构施工方便、周期短，构筑物表面蒙皮采用高强玻璃幕墙，组合底板和顶板采用压型耐候结构钢材，在整体构筑物达到使用周期后，这些板材仍可重复利用，进一步提高了工程的环保性能和耐腐蚀性能，同时该构筑物的环境敏感性小，工程选址较传统钢筋混凝土结构更为广泛，工程适用性强。
22.(4)本发明的包含斜交网格工业构筑物的光热发电系统，通过设置斜交网格工业构筑物，提高了光热塔的侧向刚度，且风荷载和地震荷载作用下通过斜交耗散外界能量，较传统钢筋混凝土结构耗能能力强，抗风和抗震安全性能优良，可应用于风荷载较大的地震高烈度地区。
23.(5)本发明的包含斜交网格工业构筑物的光热发电系统，光热塔整体刚度较大，稳定性能好，可支撑顶部大质量的熔盐吸热器，在风荷载和地震荷载作用下构筑物顶部侧移较传统钢筋混凝土结构小，易满足塔顶部太阳光聚集对塔顶部构筑物位移的限值。
附图说明
24.图1为本发明光热发电系统内部附属构筑物布置-立面示意图；
25.图2为本发明光热发电系统内部附属构筑物布置-俯视示意图；
26.图3为图1中a-a截面示意图；
27.图4为图1中b-b截面示意图。
28.图中标号：
29.光热塔结构构件：主体1、上桁架梁2、下桁架梁3、组合底板4、组合顶板5；
30.非结构构件：表面蒙皮6、熔盐吸热器7；
31.特殊层：出风层8、设备层9、进风层10。
32.附属构筑物与相应构件：热熔盐管道11、冷熔盐管道12、热熔盐罐13、冷熔盐罐14、蒸汽发生器15、汽轮机16、需冷却的蒸汽17。
具体实施方式
33.下面通过实施例、附图进一步说明本发明。
34.本发明公开了一种包含斜交网格工业构筑物的光热发电系统，包括：采用斜交网格工业构筑物体系的光热塔、蒸汽发生器、汽轮机、热熔盐罐、冷熔盐罐和连接管道等。所述光热塔顶部支承熔盐吸热器，与结构内部的冷热熔盐管道连接，并连接结构外部的冷熔盐罐、热熔盐罐和蒸汽发生器，通过汽轮机做功发电；所述光热塔设置进出风层，与结构内部的表面散热器、外部的回热系统和循环水泵等装置连接，构成表面式间接空冷体系。综上形成了一种高效率的光热发电系统，该系统具有光热发电与散热间冷功能，解决了传统的直接冷却系统耗电量大、间接冷却系统占地面积大、施工周期长和初期投资高等问题，同时该系统内部的光热塔耐腐蚀性能强、使用周期长，易满足塔顶部太阳光聚集对结构位移的限值。可广泛应用于不同风荷载、高地震烈度的塔式光热发电区。
35.实施例1：
36.参见图1、图2、图3和图4，仅作为例子。
37.如图1～2所示，一种包含斜交网格工业构筑物的光热发电系统，包括支撑熔盐吸热器(7)的斜交网格工业构筑物、热熔盐管道(11)、冷熔盐管道(12)、热熔盐罐(13)、冷熔盐罐(14)、汽轮机(15)、蒸汽发生器(16)和其他连接管道等；所述熔盐吸热器(7)连接斜交网格工业构筑物内部的热熔盐管道(11)和冷熔盐管道(12)，并分别与斜交网格工业构筑物外部的热熔盐罐(13)和冷熔盐罐(14)连接，热熔盐罐(13)与蒸汽发生器(15)通过热盐泵连接，蒸汽发生器(15)通过管道与汽轮机(16)连接，而汽轮机(16)再通过蒸汽管道与斜交网格工业构筑物内部连接。
38.所述采用斜交网格工业构筑物作为光热塔，该结构包括主体(1)、上桁架梁(2)、下桁架梁(3)、组合底板(4)、组合顶板(5)和表面蒙皮(6)，并设置熔盐吸热器(7)；所述主体(1)由以一定角度倾斜相交的柱形成，所述下桁架梁(3)设置于出风层(8)顶部，并支撑组合
底板(4)，所述上桁架梁(2)设置于设备层(9)顶部，主体(1)顶部共同支撑组合顶板(5)，所述熔盐吸热器(7)设置于设备层(9)顶部，与组合顶板(5)固接，所述表面蒙皮(6)设置在进风层(10)以上至出风层(8)以下的构筑物外表面范围内。
39.所述斜交网格工业构筑物，主体(1)由若干斜交成网格状的柱构成并贯通整体构筑物，采用钢管混凝土作为主体柱材料，主体柱倾斜角度约45度，沿高度方向网格状的主体截面从大到小变化。
40.所述斜交网格工业构筑物，下桁架梁(3)设置于出风层(8)顶部，并支撑组合底板(4)，所述上桁架梁(2)设置于设备层(9)顶部，与主体(1)顶部共同支撑组合顶板(6)，上下桁架梁均采用箱型钢构件平面斜交而成，采用高强螺栓连接，外围分别连接主体(1)顶部节点，并在内部对角斜交连接，组合底板和顶板采用压型钢板和钢筋混凝土板组合截面，并设置型钢抗剪连接件，其中压型钢板材料均采用耐候结构钢材，提高出风层顶部的耐蒸汽腐蚀性能；
41.所述斜交网格工业构筑物，表面蒙皮(6)设置在进风层(10)以上至出风层(8)以下的构筑物外表面范围内，采用高强玻璃幕墙，纵向立柱和横档支撑高强玻璃，利用膨胀螺栓，铝拉钉、射钉等实现龙骨与构筑物主体的连接，提高整体构筑物内外表面的耐腐蚀性能及透光性；
42.所述斜交网格工业构筑物，熔盐吸热器(7)设置于设备层(9)顶部，与组合顶板(5)固接，连接斜交交网格构筑物内部的熔盐管道、冷熔盐罐、热熔盐罐和蒸汽发生器，定日镜群将太阳光能反射至顶部的熔盐吸热器(7)，吸热器吸热后温度上升至1000华氏度，冷熔盐从冷熔盐罐中通过冷盐泵送至熔盐吸热器(7)，并吸收能量后加热，被加热的熔盐流入热熔盐罐中被存储下来，热熔盐罐中的热熔盐通过热盐泵送入蒸汽发生器，给水被给水泵送到蒸汽发生器，熔盐与给水在蒸汽发生器中充分换热，产生过热蒸汽，送至汽轮机做功发电；
43.所述斜交网格构筑物内部设置空冷系统的表面散热器，汽轮机尾部排气后进入进风层(10)，经循环水换热，由凝结水泵升压至回热系统，换热后的循环水回至表面散热器内，与空气换热后，经循环水泵升压，送至汽机房循环使用。
44.以上是本发明的典型实例，本发明的实施不限于此。
45.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。