[发明专利]一种塔式太阳能电站发电用逆流式高温粒子吸热器

说明书

本发明公开了属于太阳能热发电领域的一种塔式太阳能电站发电用逆流式高温粒子吸热器，吸热器顶部装有粒子储料槽（1），颗粒（3）自上而下沿吸热器（2）流动。吸热器底部有布风室（4），颗粒从布风室侧面流出，空气自下而上流动，从顶部空气出流段（12）流出。吸热器气固体系逆向流动，颗粒无序碰撞，传热系数大、混合度高。通过控制气体流量调节颗粒下降速度和有效停留时间。此外，空气自下而上流动过程先吸热后对颗粒放热，可以减少流出系统的能量损失。本发明一种塔式太阳能电站发电用逆流式高温粒子吸热器具有操控性强、壁面与颗粒的传热系数高、热损失小的特点，展现了良好的应用前景。

技术领域

本发明属于太阳能热发电领域，特别涉及一种塔式太阳能电站发电用逆流式高温粒子吸热器。

背景技术

太阳能是作为清洁高效的可再生能源，近年来在我国太阳能资源丰富的地区获得了广泛采用。塔式太阳能热发电技术因集热效率高、热功转换效率高、系统综合效率高、成本降低空间大，以及适合大规模应用等优点，代表了聚焦型太阳能热发电技术的发展趋势。塔式太阳能电站主要由定日镜场、吸热器、储热系统和汽轮发电机组所组成，其中吸热器系统作为实现太阳能向热能转换的关键部件，保证其高性能安全运行是太阳能热发电研究与应用的重要环。

传统太阳能吸热器多采用二元硝酸盐(NaNO3-KNO3，也被称为太阳盐)作为传热介质，当工作温度超过550℃时，太阳盐的化学惰性减弱，易分解腐蚀金属管壁，当温度低于250℃时，熔盐凝固，影响系统安全运行，需启动伴热系统。为提高太阳能热发电效率，降低发电成本，研究新型高温太阳能吸热器结构尤为重要。近年来，国内外学者先后提出了多种高温吸热器结构：中科院电工所提出的固体颗粒堆积床式空气吸热器，其目的是为了加热高温空气，但存在能量存储问题；北京化工大学研究的水平式粒子高温粒子吸热器，其结构为狭长矩形通道，粒子不容易实现塔式吸热器结构，而且常伴有热应力问题；法国研究人员提出了悬浮上升式鼓泡流化床粒子吸热器，粒子在空气流化的作用下悬浮上升，但是在上升过程中很容易出现气栓现象，从而堵塞粒子上升；美国桑迪亚实验室发明的下降粒子帘式吸热器，这种结构可以直接接收太阳辐射，辐射损失小，但是粒子在重力的作用下加速下落，很难保证粒子充分的吸热时间，因此粒子出口温度较低。综上所述，虽然目前的太阳能吸热器多种多样，都有其各自优点，但运行过程中总会出现其固有的缺陷。

本发明总结前人研究的基础上，提出一种新型塔式太阳能电站发电用逆流式高温粒子吸热器，可以兼具集热和储热功能，克服了熔融盐吸收太阳能方法短板，提高了集热温度和后续换热效率。本发明的效益效果在于：1、增加粒子在吸热器内的停留时间，获得较高的粒子出口温度；2、气固逆向流动，增加粒子与粒子和粒子与壁面之间的碰撞频率，增加粒子与管壁的传热性能；3、太阳能非均匀辐射能流容易使管壁温度分布均匀，常出现局部超温现象。该吸热器结构使管内粒子混合度较高，有效缓解由于非均匀辐射能流带来的管壁局部超温；4、粒子下降速度通过布风空气量控制，调节灵活；5、吸热器内部气固两相逆向流动，空气温度呈先增加后减小的过程，具有较小的空气进出口温差，减少了吸热器的能量损失。

发明内容

一种塔式太阳能电站发电用逆流式高温粒子吸热器，其特征在于，所述吸热器由粒子槽1、吸热器管2、固体吸热颗粒3、布风室4、吸热器出口段5以及相连接管路阀门组成。固体粒子从粒子槽1内进入，自上而下流动，受热后的高温粒子由吸热器出口段5流出进入热粒子储罐。空气通过空气进口总管7进入底部布风室4，然后进入管内自下而上与粒子形成逆向流动，后从吸热器顶部出流段12排出。

所述一种塔式太阳能电站发电用逆流式高温粒子吸热器，其特征在于吸热器管2采用合金耐高温金属材料。粒子下落过程，固相体积份额为25%-55%，颗粒直径为μm或mm级别的耐高温粒子；粒子形状为近球颗粒，减少颗粒和构件磨损。