[发明专利]一种太阳能热发电用固体颗粒吸热器

说明书

一种太阳能热发电用固体颗粒吸热器，装有固体颗粒(3)的石英玻璃管束(1)面向辐射能流(4)布置。内保温层(2)位于石英玻璃管束(1)管内的背光侧，调整内保温层(2)的几何形状实现固体颗粒流道截面积的变化。外保温层(11)包围石英玻璃管束(1)的外周，位于背向辐射能流的一面。石英玻璃管束(1)上部的颗粒分配器(15)底部有第一固体颗粒阀门(17)。置于石英玻璃管束(1)下部的颗粒收集器(16)顶部有第二固体颗粒阀门(18)。低温颗粒储罐(5)置于颗粒分配器(15)上方，高温颗粒储罐(10)置于颗粒收集器(16)下方。低温颗粒储罐(5)和颗粒分配器(15)之间及颗粒收集器(16)和高温颗粒储罐(10)之间安装有阀门。

技术领域

本发明涉及一种太阳能热发电用吸热器，特别涉及一种固体颗粒吸热器。

背景技术

塔式太阳能热发电系统的吸热器置于吸热塔的顶部，地面的定日镜自动跟踪太阳，将汇聚的反射光精确地投射到吸热器内。吸热器中传热流体可以是水、熔融盐、液态金属、空气、超临界二氧化碳、固体颗粒等，吸热器中的传热流体被加热后产生的热能进一步转换为汽轮机或者燃气轮机、斯特林机中发电工质的热能，发电工质驱动发电机组，产生电能。2007年以前，美国几乎贡献了全球太阳能热发电的装机容量，约740MW，之后西班牙由于上网电价补贴政策，建成了50多个太阳能热发电项目，总计2300MW，成为继美国之后装机容量最多的国家。当前中国、法国、德国、澳大利亚、以色列、智利、意大利等国也在积极发展太阳能热发电技术。近年来塔式太阳能热发电技术成为太阳能热发电中发展较快，成为未来太阳能热发电的主要技术之一。

固体颗粒具有承受温度高、性能稳定，比热大的优势，为驱动超超临界蒸汽动力循环、超临界CO₂布雷顿循环甚至燃气-蒸汽联合循环提供了可能。此外固体颗粒价格便宜便于获取，易于存储，能够同时作为传热流体和储热介质，因此固体颗粒吸热器成为国际研究热点。当前固体颗粒吸热器主要分为自由下落式、阻碍下落式、旋转窑式、流化床式等几种，各种固体颗粒吸热器都有其优点和缺点。

美国专利US9732986B2公布了一种用多孔介质延缓固体颗粒下落速度并强化换热的方法，但是由于多孔介质材料的孔隙较小，流动的固体颗粒极易在其内拥堵，破坏其流动过程。欧洲专利EP 2630219A2公布了一种利用固体颗粒在不透明金属管里流化吸热的吸热器，能够有效控制颗粒流动和强化吸热，但该专利是利用金属管的间接吸热与换热，同传统的熔融盐吸热器原理相同，同样存在金属管受热不均后的热应力破坏和局部热斑被烧熔的问题，同时由于管内固体颗粒的无序流动，极易造成金属管内壁面的磨损，影响金属管的使用寿命。中国专利CN102679578A公布了一种在石英玻璃管束内自由下落的固体颗粒吸热器，受热颗粒在旋风分离器中将热量传递给空气，但是缺点在于颗粒流速过快，单次下落温升较小，颗粒输运和旋风分离必定要消耗极大的机械功。中国专利CN106524541A公布了一种密集陶瓷颗粒在重力驱动下在竖直或倾斜的圆柱形孔道内下落的固体颗粒吸热器，能够实现颗粒流速的有效控制，但是缺点在于各孔道间热传递没有进行强化，孔道内背光侧颗粒可能无法有效吸热。中国专利CN105135716A公布了一种带内插件的管式固体颗粒吸热器，固体颗粒在管内螺旋旋转插件上自上而下流动，有效地增加了颗粒的辐射停留时间，但是缺点在于存在固体颗粒流动堵塞的不足。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的以下缺点，提出一种太阳能热发电用固体颗粒吸热器：

(1)自由下落式固体颗粒吸热器中颗粒下落速度过快，颗粒温升不高；

(2)固体颗粒吸热器中颗粒流动过程出现颗粒损失；

(3)流化床式固体颗粒吸热器和旋转窑式颗粒吸热器运行时颗粒吸热额外耗功过高；

(4)传统固体颗粒吸热器的颗粒吸热不充分；

(5)阻碍下落式固体颗粒吸热器中出现的堵塞及阻碍物破坏。