[发明专利]一种被动式熔融盐吸热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能塔式热发电系统的装置，特别涉及一种被动式熔融盐吸热器。

背景技术

太阳能塔式热发电站是利用众多定日镜将太阳直射辐射反射并聚集到置于吸热塔上的太阳能吸热器中，然后借助传热工质水、空气、液态金属或熔融盐等将辐射能转变为吸热器输出的热能。吸热器是塔式热发电系统的核心部件，其年安全工作时数决定了整个电站的年工作时间和年发电量。吸热器可以是平板式或者柱体式。已有吸热器的吸热壁面一般是由列管组成，内有传热流体对流换热。列管的表面覆盖有高太阳能吸收率的膜层。列管之间可以是串连的也可以是并联的。由于定日镜存在光学误差，以及太阳位置随时间的变化，投射到吸热体表面的太阳辐射在吸热体表面分布是不均匀的且还随时间变化。这种非均匀的反射太阳辐射使得吸热体存在大的热应力，对吸热器的安全性和使用寿命造成直接影响。改善这些不利因素一般有如下方法：一是利用调整定日镜来使投射到吸热器表面的能流密度分布均匀；二是在吸热器的太阳辐射能流入口处安装一个二次聚光器，该聚光器通过特殊曲面对光的二次反射将入射的光流变的均匀；三是采用吸热管内强化换热方式将高温消除，使得吸热管各处温度均匀。世界各国对此展开了诸多研究。美国专利US5850831公开了一种以熔融盐为传热流体的，管内缠绕金属带来强化换热的管式吸热器，该吸热器采取的强化换热措施可以使得吸热面可以用直径较大的管子，这样一来，吸热器的用钢量就比密排小的光滑管时有所减少，可以降低成本。但是由于采用这种方法带来的不利因素是导致吸热管内流动阻力显著增加。美国专利US5862800公开了一种以熔融盐为传热流体的，使用625合金钢作为吸热体的吸热器。由于金属的膨胀系数低，耐高温(在605℃下长期工作)，耐热疲劳性能好。因此可以提高吸热器表面的热流密度，提高吸热器的寿命，降低成本。美国专利US6701711B1公开了一种以熔融盐为传热流体的吸热器的冷却系统。该系统用于防止过热等事故发生。美国专利2006/0179840A1公开了一种用于碟式聚光器的熔融盐吸热器。多个碟/吸热器的组合，给盐罐中加注热盐。中国发明专利公开号101050355公开了一种熔融盐传热蓄热介质及其制备方法。所述熔融盐传热蓄热介质包括硝酸钾、硝酸钠、亚硝酸钠和添加剂，其中，所述添加剂由质量比为(0.1～0.8)∶1的硝酸铯和氯化钾组成。上述专利均是在熔融盐材料的制备，吸热体金属材料的选取和吸热管强化换热方式等方面的发明，且高温的熔融盐换热循环都需要用到熔融盐泵，并消耗泵功。

发明内容

本发明的目的是克服太阳能塔式热发电技术中，由于太阳能非稳态、非均匀分布，且高热流密度的特点，而致使吸热器表面形成局部“热斑”的问题，提出一种采用被动式自然循环方式运行的熔融盐吸热器。本发明取消换热回路的高温熔融盐循环泵，利用换热工质熔融盐的密度差，采自然循环方式来加热熔融盐，被动式自动适应和改善吸热器表面局部“热斑”的现象。本发明也可以克服现有技术中高温熔融盐泵的技术难题。

本发明的被动式熔融盐吸热器由吸热管、耐热保温层、高温熔融盐罐、上集联管、下集联管等主要部件组成。吸热管在吸热器中的布置形式可以是腔体式也可以是柱体式，吸热管表面有耐高温太阳能选择性吸收涂层。高温熔融盐罐位于吸热管组成的吸热单元上方。由多支吸热管组成的吸热单元正面朝向定日镜场，吸热单元背后装有耐热保温层。高温熔融盐罐的外侧装有耐热保温层。吸热单元上部为上集联管，上集联管与高温熔融盐罐靠上升管连接。吸热单元下部为下集联管，下集联管与高温熔融盐罐靠回流管连接，形成熔融盐自然循环回路。熔融盐填充于吸热管与高温熔融盐罐中。