一种太阳能热发电用延缓下落式固体颗粒吸热器，包括螺旋形石英玻璃管组件(1)，石英玻璃管组件(1)内的固体颗粒(2)，包围石英玻璃管组件(1)外周的外保温层(3)，安装在石英玻璃管组件(1)上部的进口导流段(19)和石英玻璃管组件(1)下部的出口导流段(20)，置于进口导流段(19)上方的颗粒分配器(17)，置于出口导流段(20)下方的颗粒收集器(18)，置于颗粒分配器(17)上方的低温颗粒储罐(5)，置于颗粒收集器(18)下方的高温颗粒储罐(10)，位于低温颗粒储罐(5)和颗粒分配器(17)之间的低温颗粒储罐出口阀门(7)，安装在颗粒收集器(18)和高温颗粒储罐(10)之间的高温颗粒储罐入口阀门(8)，存储于低温颗粒储罐(5)内的低温固体颗粒(6)和高温颗粒储罐(10)内的高温固体颗粒(9)。石英玻璃管组件(1)面向辐射能流(4)。
【技术实现步骤摘要】
一种太阳能热发电用延缓下落式固体颗粒吸热器
本专利技术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。
技术介绍
提高太阳能热发电的效率是降低电站成本的主要方法之一，塔式电站由于聚光比可达1000以上，能够有效提高工质的运行参数，因此在提高发电效率方面具有较大的潜力。传统的吸热工质如水蒸气/导热油、熔融盐/液态金属等受工作温度和化学稳定性所限，在提高发电效率和降低发电成本方面效果有限。固体颗粒由于具有承受温度高、性能稳定、价格低廉、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，可能极大地降低发电成本。当前国内外围绕固体颗粒吸热器进行了诸多研究，主要集中在美国、德国、法国、澳大利亚、沙特阿拉伯、中国等，主要的固体颗粒吸热器型式有自由下落式、延缓下落式、旋转窑式、流化床式等几种，其中延缓下落式吸热器由于能够有效增加固体颗粒受辐射时间，因而被广泛认为是最有前途、最有可能大型化的技术。美国专利US9732986B2公布了一种在流道中使用多孔介质延缓固体颗粒下落速度并强化换热的方法，但是缺点在于会造成多孔介质的堵塞。美国专利US2015300692A1公布了一种用规则排列的六棱柱结构延缓固体颗粒下落的颗粒吸热器，固体颗粒在六棱柱之间的缝隙向下流动，阻碍物的制造方法较为复杂。美国专利US20120132398公布了一种倒V型金属结构延缓固体颗粒下落的颗粒吸热器，但是缺点在于会造成阻碍物的破坏。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，但是存在固体颗粒流动堵塞的不足。
技术实现思路
本专利技术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延缓下落式固体颗粒吸热器：(1)自由下落式颗粒吸热器中固体颗粒辐照停留时间较短，颗粒温升不高；(2)延缓下落式颗粒吸热器中流通通道堵塞，阻碍物破坏。本专利技术以螺旋形石英玻璃管组件作为固体颗粒下落流通通道。与自由下落式颗粒吸热器相比，在相同的下落高度下，螺旋形石英玻璃管组件延长了固体颗粒下落流通通道的长度，降低了固体颗粒下落速度，因此显著地增加固体颗粒的辐照停留时间，提高了固体颗粒单次下落过程的温升。本专利技术包括螺旋形石英玻璃管组件、固体颗粒、外保温层、低温颗粒储罐、低温颗粒储罐出口阀门、高温颗粒储罐入口阀门、高温颗粒储罐、电机、通风机、空气过滤器、主气流调节阀、高温颗粒储罐出口回路气流金属滤网、低温颗粒储罐出口回路气流金属滤网、颗粒分配器、颗粒收集器、进口导流段和出口导流段。固体颗粒装在螺旋形石英玻璃管组件内。外保温层包围螺旋形石英玻璃管组件的外周，位于背向辐射能流的一面。进口导流段安装在螺旋形石英玻璃管组件的上部；出口导流段安装在螺旋形石英玻璃管组件的下部。颗粒分配器置于进口导流段的上方；颗粒收集器置于出口导流段的下方。低温颗粒储罐置于颗粒分配器的上方；高温颗粒储罐置于颗粒收集器的下方。低温颗粒储罐出口阀门安装在低温颗粒储罐和颗粒分配器之间；高温颗粒储罐入口阀门安装在颗粒收集器和高温颗粒储罐之间。通风机置于外保温层的背光侧，通风机的出口通过主气流管道与进口导流段连接，主气流管道位于颗粒分配器的下部。电机与通风机同轴相连，通风机位于电机与主气流管道之间。空气过滤器与通风机的入口相连。通风机的出口和主气流管道之间连接有主气流调节阀。通风机的出口气流在主气流管道中经过主气流调节阀，与在重力驱动下流出颗粒分配器的低温固体颗粒混合。高温颗粒储罐出口回路气流金属滤网、低温颗粒储罐出口回路气流金属滤网分别安装在高温颗粒储罐的出口和低温颗粒储罐的出口。所述的螺旋形石英玻璃管组件由两根以上螺旋形石英玻璃管缠绕组成。单根螺旋形石英玻璃管的螺距l与螺旋形石英玻璃管外径D之间关系为：l/D≥1当两者比值为1时，单根螺旋形石英玻璃管漏光最少，但螺旋升角α较小，固体颗粒下落阻力很大；两者比值越大，螺旋形石英玻璃管漏光越多，螺旋升角α越大，固体颗粒下落阻力越小。因此需采用两根以上螺旋形石英玻璃缠绕组成螺旋形石英玻璃组件，以保证较小的漏光面积。但也需综合考虑颗粒下落流动阻力，l/D也不宜过小。因此螺旋形石英玻璃管的螺距l与螺旋形石英玻璃管外径D还应满足：l/D≤4螺旋形石英玻璃管的回转半径为r，则螺旋升角α可以表示为：r/D≥0.5当螺旋升角α大于休止角θr时，固体颗粒能够仅依靠重力驱动在螺旋形石英玻璃管中下落，但颗粒下落流速过快，在管内受辐射停留时间较短。同时由于颗粒下落流速过快还导致下落过程中固体颗粒无法填满螺旋石英玻璃管，造成透光损失。当螺旋升角α小于休止角θr时，固体颗粒在螺旋形石英玻璃管中下落流速较慢，在管内受辐射停留时间较长，下落过程中能够填满螺旋石英玻璃管，获得较高的吸热效率，但需要借助额外动力驱动固体颗粒下落。螺旋升角α与休止角θr之差越小，所需额外动力驱动能耗越小，因此所选单根螺旋形石英玻璃管的螺旋升角α与固体颗粒休止角θr之间的关系满足：α＝θr-(1°～5°)对平均直径d为1mm的球形玻璃珠而言，休止角θr≈22°，颗粒平均直径d越大，休止角θr越小。螺旋形石英玻璃管的回转半径r过大时，螺旋升角α过小，颗粒下落流动阻力过大；螺旋形石英玻璃管的回转半径r过小时，螺旋流道较短，固体颗粒在管内下落停留时间较短，因此回转半径r的选择需要综合考虑颗粒下落流动阻力和停留时间两方面的因素。本专利技术采用低流量、低压力主气流驱动固体颗粒在螺旋形石英玻璃管组件内下落，以降低气力输运的能耗。但为保证固体颗粒能够在螺旋形石英玻璃管内连续下落，主气流参数也不宜过低；为保证固体颗粒吸热器的系统安全，主气流参数也不能过高。固体颗粒在主气流和重力的共同驱动力下在螺旋形石英玻璃管缓慢下落，有利于固体颗粒充分吸热。为获得较高的出口颗粒温度，螺旋管在高度方向上应处于投射辐射能流分布的范围内。本专利技术采用通风机产生低流量、低压力主气流。使用空气过滤器滤清进入通风机中空气所含机械杂质和水分，防止机械杂质和水分与固体颗粒混合，增加固体颗粒流动阻力致使螺旋形石英玻璃管堵塞。电机为通风机运行提供所需动力，通风机低参数运行，气力输运功耗较小。本专利技术采用颗粒分配器调节进入螺旋形石英玻璃管组件的固体颗粒流量，使固体颗粒均匀地进入螺旋形石英玻璃管组件；采用颗粒收集器调节流出螺旋形石英玻璃管组件的固体颗粒流量，使固体颗粒均匀地流出螺旋形石英玻璃管组件。颗粒分配器和颗粒收集器用于调节石英玻璃管束内的颗粒流动形态、颗粒流量以及固体颗粒在石英玻璃管束内的停留时间，保证固体颗粒的流动形态为密集流，使固体颗粒在连续均匀流动过程中始终填满螺旋形石英玻璃管组件，避免出现稀疏流，造成透光损失。固体颗粒在高温下化学稳定性和流动性良好，其形状可为规则球形、椭球形或其他形状，直径范围为100微米-2毫米。优选的固体颗粒有碳化硅颗粒、烧结铝矾土颗粒、陶瓷颗粒、硅石颗粒等，使用过程中可采用单一粒径也可采用多种粒径。为了提高传热效率，固体颗粒应选用具有较高导热系数的材料。为了降低颗粒的磨损率，固体颗粒应具有较高的硬度，但也需综合考虑与其传输管道间的磨损，其硬度也不宜过大。为增强固体颗粒对太阳光及周围高温颗粒热本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种太阳能热发电用延缓下落式固体颗粒吸热器，其特征在于：所述固体颗粒吸热器包括螺旋形石英玻璃管组件(1)、固体颗粒(2)、外保温层(3)、低温颗粒储罐(5)、低温颗粒储罐出口阀门(7)、高温颗粒储罐入口阀门(8)、高温颗粒储罐(10)、电机(11)、通风机(12)、空气过滤器(13)、主气流调节阀(14)、高温颗粒储罐出口回路气流金属滤网(15)、低温颗粒储罐出口回路气流金属滤网(16)、颗粒分配器(17)、颗粒收集器(18)、进口导流段(19)，以及出口导流段(20)；固体颗粒(2)装在螺旋形石英玻璃管组件(1)内；外保温层(3)包围在螺旋形石英玻璃管组件(1)的外周，位于背向辐射能流的一面；进口导流段(19)安装在螺旋形石英玻璃管组件(1)的上部；出口导流段(20)安装在螺旋形石英玻璃管组件(1)的下部；颗粒分配器(17)置于进口导流段(19)的上方；颗粒收集器(18)置于出口导流段(20)的下方；低温颗粒储罐(5)置于颗粒分配器(17)的上方；高温颗粒储罐(10)置于颗粒收集器(18)的下方；低温颗粒储罐出口阀门(7)安装在低温颗粒储罐(5)和颗粒分配器(17)之间；高温颗粒储罐入口阀门(8)安装在颗粒收集器(18)和高温颗粒储罐(10)之间；通风机(12)置于外保温层(3)的背光侧，通风机(12)出口通过主气流管道与进口导流段(19)连接，主气流管道(19)位于颗粒分配器(17)的下部；电机(11)与通风机(12)同轴相连，通风机(12)位于电机(11)与主气流管道之间；空气过滤器(13)与通风机(12)的入口相连；通风机(12)的出口和主气流管道(19)之间连接有主气流调节阀(14)，通风机(12)的出口气流在主气流管道中经过位于主气流调节阀(14)与在重力驱动下流出颗粒分配器(17)的低温固体颗粒混合；高温颗粒储罐出口回路气流金属滤网(15)安装在高温颗粒储罐(10)的出口；低温颗粒储罐出口回路气流金属滤网(16)安装在低温颗粒储罐(5)的出口。...
【技术特征摘要】
1.一种太阳能热发电用延缓下落式固体颗粒吸热器，其特征在于：所述固体颗粒吸热器包括螺旋形石英玻璃管组件(1)、固体颗粒(2)、外保温层(3)、低温颗粒储罐(5)、低温颗粒储罐出口阀门(7)、高温颗粒储罐入口阀门(8)、高温颗粒储罐(10)、电机(11)、通风机(12)、空气过滤器(13)、主气流调节阀(14)、高温颗粒储罐出口回路气流金属滤网(15)、低温颗粒储罐出口回路气流金属滤网(16)、颗粒分配器(17)、颗粒收集器(18)、进口导流段(19)，以及出口导流段(20)；固体颗粒(2)装在螺旋形石英玻璃管组件(1)内；外保温层(3)包围在螺旋形石英玻璃管组件(1)的外周，位于背向辐射能流的一面；进口导流段(19)安装在螺旋形石英玻璃管组件(1)的上部；出口导流段(20)安装在螺旋形石英玻璃管组件(1)的下部；颗粒分配器(17)置于进口导流段(19)的上方；颗粒收集器(18)置于出口导流段(20)的下方；低温颗粒储罐(5)置于颗粒分配器(17)的上方；高温颗粒储罐(10)置于颗粒收集器(18)的下方；低温颗粒储罐出口阀门(7)安装在低温颗粒储罐(5)和颗粒分配器(17)之间；高温颗粒储罐入口阀门(8)安装在颗粒收集器(18)和高温颗粒储罐(10)之间；通风机(12)置于外保温层(3)的背光侧，通风机(12)出口通过主气流管道与进口导流段(19)连接，主气流管道(19)位于颗粒分配器(17)的下部；电机(11)与通风机(12)同轴相连，通风机(12)位于电机(11)与主气流管道之间；空气过滤器(13)与通风机(12)的入口相连；通风机(12)的出口和主气流管道(19)之间连接有主气流调节阀(14)，通风机(12)的出口气流在主气流管道中经过位于主气流调节阀(14)与在重力驱动下流出颗粒分配器(17)的低温固体颗粒混合；高温颗粒储罐出口回路气流金属滤网(15)安装在高温颗粒储罐(10)的出口；低温颗粒储罐出口回路气流金属滤网(16)安装在低温颗粒储罐(5)的出口。2.按照权利要求1所述的太阳...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂辅亮，白凤武，王志峰，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11
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