[发明专利]一种太阳能水工质腔式吸热器

说明书

技术领域

本发明属于聚光太阳能热发电装置技术领域，具体涉及一种改进的太阳能水工质腔式吸热器。

背景技术

由于化石燃料的不断消耗和国家环保意识的提高，太阳能热发电引起了全球的热点关注。目前聚光太阳能热发电技术(CSP)主要有塔式、槽式和碟式热发电三种，其中塔式太阳能热发电系统因其聚焦比高，可实现大规模发电并且发电效率高等优点而受到国内外广泛关注。塔式太阳能热发电系统的基本原理是利用定日镜矩阵将太阳能聚焦到置于高空中的吸热器中，工作介质吸收吸热器中的辐射热量来产生高温高压蒸汽从而驱动汽轮机组发电，从而将太阳能转换为电能。

在塔式太阳能热发电系统中，吸热器是一种置于中心聚焦高塔(太阳塔)顶部的光热转换装置，其主要功能是将经聚光装置(定日镜阵列)聚焦后的高聚光比太阳能转化为流经布置于吸热器上的吸热面(管束)的吸热介质(水/水蒸气、熔融盐等)的热能，因而吸热器性能决定了整个系统的热发电效率。随着塔式太阳能热发电系统容量的提高，太阳塔的高度也大幅度增加(>100米)，百米高空的气象条件(风速、温度等)使得吸热器的热效率大幅度减小，其中腔式吸热器的设计构思也是为在一定程度上为较少高空中高风速、低温度对吸热器热效率的影响而产生的。所谓腔体吸热器是一个一面开口(采光口)的多面立方体，其中多面立方体的构建与取向是为了满足光学上的黑体结构而设计，聚光后的太阳能由采光口射入腔体内部，并被布置在腔体内表面的吸热面中的吸热工质所吸收，完成关键的光热转换过程。这种腔式吸热器可接收特定角度、特定镜场区域的太阳能辐射，可适当减小应高空气象条件造成的对流和开式采光口引起的辐射热损失，西班牙的PS-10、PS-20和北京延庆亚洲首座MW级示范电站均采用了此类吸热器。

总体上来说，腔式吸热器由于其结构简单，经济性好，技术成熟而被许多商业电站采用。塔式太阳能热发电将向高参数、大规模方向发展，在吸热器的应用方面有两个问题显得尤为突出。第一，太阳塔高度和采光口开口造成对流热损失和辐射热损失。随着太阳能热电厂的容量向几十甚至上百MW的发电，太阳塔的高度和吸热器的采光口面积也随之增加。有资料表明，高空中的风速近似与高度平方关系成正比，因此，太阳塔高度引起的对流热损失，以及吸热器采光口造成的高温辐射热损失对吸热器效率的影响变得尤为关键。第二，高聚光比的定日镜场引起的吸热器表面的热流密度不均匀。随着发电容量的增加，定日镜阵列的聚光比也显著增加。通常情况下，定日镜阵列聚焦的太阳能呈现中心最高、周围由里到外热流密度依次降低的光斑，有资料表明，聚光光斑的中心和最外围的热流密度之比可高达9:1，而且这种现象会随着定日镜场的聚光比的提高而变得尤为突出。这样高度不均匀的热流密度投射至腔体表面上，会造成吸热器不同吸热面间工质流量分配不均匀及倒流、停滞等严重水动力不稳定问题，严重时导致吸热面灼烧及系统失效的安全问题。如何有效合理地降低吸热器热损失和克服吸热器表面热流密度不均性是制约塔式太阳能向大容量、高参数发展的关键技术性问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种太阳能水工质腔式吸热器，该腔式吸热器能够有效解决现有腔室吸热器吸热面上热流密度不均匀及热损失较大的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种太阳能水工质腔式吸热器，包括供气单元、换热单元及腔体；供气单元包括与腔体相连的CO₂气体储气罐，在与腔体相连的管路上还气体泵，在CO₂气体储气罐的排气口处设置第一阀门，在腔体的进气口处设置第二阀门；换热单元包括与腔体相连的换热器，换热器通过旁路管道与CO₂气体储气罐的排气管道相连通，且在旁路管道上设置旁路阀门；在腔体的顶部设有空气排出阀及CO₂气体排出阀。

在腔体的开口处装有玻璃盖板。

所述玻璃盖板由抗高压、耐高温且透光率大于90％的石英玻璃制成。

在空气排出阀上方还设有CO₂气体检测器。

把供气单元、换热单元及腔体相连的所有管道均由带保温层的圆形钢管制成。

所述的第一阀门、第二阀门、旁路阀门、CO₂气体排出阀及空气排出阀为球阀或闸阀。

所述气体泵为能够提供至少1.5MPa压力气体的气体泵。

在腔体的吸热面上设置竖直水管。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：