一种太阳能热发电用固体颗粒吸热器制造技术

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。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能热发电用固体颗粒吸热器
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
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EP2630219A2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。
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。本专利技术固体颗粒吸热器包括石英玻璃管束、固体颗粒、内保温层、低温固体颗粒储罐、高温固体颗粒储罐、低温固体颗粒储罐出口阀门、高温固体颗粒储罐入口阀门、颗粒分配器、颗粒收集器、外保温层、输送机和螺旋提升机。石英玻璃管束面向辐射能流布置；内保温层位于石英玻璃管束的每根石英玻璃管内的背光侧，内保温层与石英玻璃管的部分管壁紧密接触，没有与内保温层接触的石英玻璃管内的空间供固体颗粒流动。固体颗粒自上而下流动，流动区域面向投射的太阳光。内保温层由于位于固体颗粒区域的背面，不会直接被太阳光照射。颗粒分配器置于石英玻璃管束的上部，颗粒分配器的底部安装有第一固体颗粒阀门，第一固体颗粒阀门位于颗粒分配器颗粒流出口下部，通过调节第一固体颗粒阀门的开度可以控制颗粒分配器的固体颗粒流出面积，即石英玻璃管束固体颗粒的流入面积，使固体颗粒均匀地流入石英玻璃管束中。颗粒收集器置于石英玻璃管束的下部，颗粒收集器的顶部安装有第二固体颗粒阀门，通过调节第二固体颗粒阀门的开度可以控制颗粒收集器的颗粒流入面积，即调控石英玻璃管束中固体颗粒的流出面积，使固体颗粒均匀地流出石英玻璃管束。低温固体颗粒储罐置于颗粒分配器的上方。高温固体颗粒储罐置于颗粒收集器的下方。低温固体颗粒储罐出口阀门安装在低温固体颗粒储罐与颗粒分配器之间，高温固体颗粒储罐入口阀门安装在颗粒收集器与高温固体颗粒储罐之间。外保温层包围石英玻璃管束的外周，位于背向辐射能流的一面。两台输送机分别安装于低温固体颗粒储罐的上方和高温固体颗粒储罐下方；螺旋提升机安装于两台输送机之间。输送机用于输送固体颗粒，螺旋提升机用于提升固体颗粒，以实现颗粒循环吸热。低温固体颗粒储罐内存储的低温固体颗粒流入石英玻璃管束。石英玻璃管束的每根石英玻璃管内未填充内保温层的区域为固体颗粒的流动通道，通过调整内保温层的几何形状可以实现沿着固体颗粒流动方向的流道截面积的变化。内保温层沿着固体颗粒流动方向的几何截面是变化的，内保温层几何截面面积大于沿着固体颗粒流动方向的固体颗粒流道截面积。固体颗粒在流通方向y上的流道的横截面与石英玻璃管内壁形成劣弧弓形。固体颗粒的流动通道截面积S(y)沿着流道方向自上向下逐渐减小，固体颗粒流道内的颗粒层厚度为劣弧中心到弦中心的距离，即所述劣弧弓形的高h(y)，也在流通方向y逐渐变薄。定义玻璃管内径为R，固体颗粒入口弓形截面的弓形高为h0，H为石英玻璃管长度，则S(y)和h(y)表达式：固体颗粒出口弓形截面的弓形高hH约是固体颗粒平均直径d的5倍左右，即hH≈5d；固体颗粒入口弓形截面的弓形高h0不大于石英玻璃管内径R的一半，即h0≤R/2，保证管壁面颗粒均能接受太阳聚光辐照，k表示倾斜平面的倾斜程度。固体颗粒流道截面除渐缩弓形外，还可设置成为渐缩环形、渐缩扇形等，也可以在内保温层斜切截面上设置减缓颗粒运动的凸起、凹陷或改变流动方向的结构。石英玻璃管内固体颗粒流量qm与颗粒分配器的第一固体颗粒阀门和颗粒收集器的第二固体颗粒阀门的开度，以及石英玻璃管进出口流通截面积之比S(H)/S(0)有关，当调节颗粒分配器的第一固体颗粒阀门和颗粒收集器的第二固体颗粒阀门的开度，使颗粒流道全开时，固体颗粒流量qm仅与S(H)/S(0)有关。S(0)为石英管固体颗粒流入处的截面积，S(H)为石英管固体颗粒流出处的截面积。所述的外保温层包围石英玻璃管束的外周，位于背向辐射能流的一面，同时也起到固定石英玻璃管束的作用，且不影响石英玻璃管束内固体颗粒的流进、流出及吸热。吸热后的颗粒通过输送机和螺旋提升机回到低温固体颗粒储罐，再次进入石英玻璃管束吸收辐射能流，如此依次循环，直至获得理想的高温。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能热发电用固体颗粒吸热器，其特征在于：所述颗粒吸热器包括石英玻璃管束(1)、内保温层(2)、固体颗粒(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)、外保温层(11)、螺旋提升机(12)、输送机(13、14)、颗粒分配器(15)和颗粒收集器(16)；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；固体颗粒(3)装在石英玻璃管束(1)内；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；颗粒分配器(15)置于石英玻璃管束(1)的上部，颗粒分配器(15)的底部设置第一固体颗粒阀门(17)；颗粒收集器(16)置于石英玻璃管束(1)的下部，颗粒收集器(16)的顶部设置第二固体颗粒阀门(18)；低温颗粒储罐(5)置于颗粒分配器(15)的上方；高温颗粒储罐(10)置于颗粒收集器(16)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(15)之间；高温颗粒储罐入口阀门(8)安装在颗粒收集器(16)和高温颗粒储罐(10)之间；输送机(13)安装在低温颗粒储罐(5)的上方；输送机(14)安装在高温颗粒储罐(10)的上方；螺旋提升机(12)安装在第一输送机(13)和第二输送机(14)之间；低温固体颗粒(6)存储于低温颗粒储罐(5)内，高温固体颗粒(9)存储于高温颗粒储罐(10)内。...

【技术特征摘要】
1.一种太阳能热发电用固体颗粒吸热器，其特征在于：所述颗粒吸热器包括石英玻璃管束(1)、内保温层(2)、固体颗粒(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)、外保温层(11)、螺旋提升机(12)、输送机(13、14)、颗粒分配器(15)和颗粒收集器(16)；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；固体颗粒(3)装在石英玻璃管束(1)内；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；颗粒分配器(15)置于石英玻璃管束(1)的上部，颗粒分配器(15)的底部设置第一固体颗粒阀门(17)；颗粒收集器(16)置于石英玻璃管束(1)的下部，颗粒收集器(16)的顶部设置第二固体颗粒阀门(18)；低温颗粒储罐(5)置于颗粒分配器(15)的上方；高温颗粒储罐(10)置于颗粒收集器(16)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(15)之间；高温颗粒储罐入口阀门(8)安装在颗粒收集器(16)和高温颗粒储罐(10)之间；输送机(13)安装在低温颗粒储罐(5)的上方；输送机(14)安装在高温颗粒储罐(10)的上方；螺旋提升机(12)安装在第一输送机(13)和第二输送机(14)之间；低温固体颗粒(6)存储于低温颗粒储罐(5)内，高温固体颗粒...

【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