[发明专利]一种高温空气和熔盐复合式吸热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能塔式热发电站用的高温吸热器，特别是涉及到一种高温空气和熔盐复合式吸热器。

背景技术

在现有的各类塔式太阳能热发电试验电站中，定日镜系统和发电系统都基本相同，不同的只是吸热与热能传递系统。在各类吸热与热能传递系统中，最具商业化潜力且研究得最多的是熔盐系统、空气系统和饱和蒸汽系统。以熔盐作为吸热器的工质，系统可以常压运行，安全性提高；传热工质在整个吸热、传热循环中无相变，且熔盐热容大，系统易于实现大容量蓄热，可实现连续、稳定发电。欧洲专利EP1873397和美国专利US6701711均提到了高温熔盐吸热器，这种高温熔盐吸热器采用的是管板式结构，经定日镜场聚光后的光斑直接打在由不锈钢管道组成的吸热板上，管道温度升高后与管内流动的熔盐进行对流换热，通过这样的方式来加热熔盐。熔盐出口的工作温度根据其成分的不同可高达500℃-690℃，可以有效地提高发电效率。美国较早的Solar two电站以及正在建设中的Solar Tres电站也都使用了高温熔盐吸热器，但是无论是公开的专利还是电站中使用的管板式熔盐吸热器都存在两个问题。第一，熔盐的熔点较高，容易发生冻堵问题，所以吸热器和熔盐管道都需要使用电伴热，这样会耗费大量的电能，不容忽视；第二，吸热器表面的光斑的能流密度不均会导致熔盐管道的热应力增大，形成安全隐患。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术熔盐吸热器管道热应力大和需要电伴热、耗费电能的问题，提出一种采用空气和熔盐复合方式构建的高温吸热器。

本发明吸热器主要包括多孔结构吸热体、换热腔、熔盐管道和伴热阀。其中，多孔结构吸热体是泡沫陶瓷、泡沫金属或蜂窝陶瓷等。本发明吸热器整体结构为腔式，多孔结构吸热体安装在吸热器采光口处，吸热器除采光口外其余各面封闭。多孔结构吸热体为正八边形、方形、正六边形或圆形等形状，多孔结构吸热体的正面面向定日镜场，多孔结构吸热体的背面与位于吸热器内部的换热腔连接在一起。换热腔的正面与多孔吸热体相连接，背面与风机管道相连接，其余各面封闭。换热腔是空气与熔盐换热的场所，换热腔中包括熔盐管道和空气流道，对于含热管结构的吸热器，换热腔中则同时包括熔盐管道、空气流道和热管。熔盐管道采取水平方式布置时，换热腔分为上腔与下腔两部分，熔盐管道位于换热腔的上腔，空气流道位于换热腔的下腔，热管的一端位于熔盐管道内，一端位于空气流道内，熔盐与空气的换热由热管进行；熔盐管道采取竖直方式布置时，换热腔是一个整体结构，除了熔盐管道的其他部分都是空气流道，空气与熔盐管道直接进行换热，省去热管结构。熔盐管道采用内外两层套管结构，与水平面呈不小于15°夹角倾斜布置。熔盐在熔盐管道的内管中流动，高温空气在内外管之间的夹层流动。熔盐管道的内管连接有放气阀，放气阀平常处于常闭状态，一旦开通则将熔盐管道的内管的气体与大气连通。风机管道连接有伴热阀，伴热阀关闭状态下，风机管道与换热腔被隔绝；当伴热阀开通时，换热腔与风机管道处于连通状态。风机管道与熔盐管道的内管和外管之间的空间连通。两台引风机分别位于电站中冷盐罐与热盐罐的熔盐管道旁。为了防止热量流失，多孔结构吸热体除了采光面与背面外均包覆有保温层。除了正面与吸热体相连接处和背部与风机管道相连接处外，换热腔的其余各部分均包覆有保温层。熔盐管道和风机管道最外侧均包覆有保温层。

本发明高温复合式吸热器包括带热管管道横排结构与无热管管道竖排结构两种方式。带热管管道横排结构由于使用了热管，使熔盐管道内的温度分布趋于均匀；无热管管道竖排结构由于省却了热管环节提高了换热效率，同时竖排的结构也加快了排盐速度。

本发明有如下的特点：

1、高温空气和熔盐复合式吸热器采用腔式。多孔结构吸热体布置于腔式吸热器采光口处，熔盐吸热管、热管置于换热腔内，换热腔可以是整体结构也可以是分为上、下腔的分体结构；

2、多孔结构吸热体的材料可以是泡沫金属、泡沫陶瓷、蜂窝陶瓷等；

3、熔盐吸热管采用套管结构，倾斜布置，其与水平面的夹角不小于15°。熔盐吸热管的内管走熔盐，套管夹层通高温空气；

4、热管一端安装在换热腔内，另一端插入熔盐吸热管内管中；

5、熔盐吸热管也可以采用普通单层管道结构，即光管结构，交叉排列，整体置于换热腔内；

6、电站中高温空气和熔盐复合式吸热器外部的熔盐管道，即电站中其他部分的熔盐管道采用套管结构，风机管道与熔盐套管相连通，热风在熔盐套管夹层内流动。