[发明专利]塔式太阳能热发电用高温热管中心接收器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温热管接收器，特别涉及一种塔式太阳能热发电用中心接收器。

背景技术

塔式太阳能热发电技术是通过大量的平面反射镜阵列，将太阳光反射到置于一高塔顶部的太阳能接收器上，加热工作流体产生过热蒸汽或高温高压空气，驱动热电转换设备，从而最终将太阳能转化为电能的技术。这一技术由于可以实现大容量的太阳能/电能的转换，因而受到了极大的重视。中心接收器作为塔式太阳能热发电的核心部件，是目前各国关于太阳能热发电关键技术的研究重点。

塔式太阳能热发电系统的接收器有两种类型：空腔型和外部受光型。对于空腔型的接收器，定日镜所反射的太阳光可以照射到空腔内部，因此可以将接收器的热损失控制在最低限度，但是，空腔型接收器所能适应的镜场布置方式比较单一，即不超过180°受光，镜场的规模也因此受到限制，从而阻碍了塔式太阳能热发电系统的容量放大。虽然外部受光型接收器的热损失比空腔型要大，但它可以全周向受光，对镜场的型式和规模适应性强，适用于大容量发电站。

无论空腔型还是外部受光型接收器，都必须适应高温太阳能热发电的各种特殊工况参数。目前主要有：水/蒸汽，熔盐，空气，液态金属等。水/蒸汽接收器的循环过程是过冷水流经接收器直接产生过热蒸汽。其特点为：以水作为传热介质，接收器结构相对简单，容易实现；但热效率较低，接收器体积庞大；吸热管较长，同时吸热管径向和轴向热流密度都不均匀，导致热应力大，影响了接收器的可靠性及寿命；由于水的压力高，需要吸热管的壁厚较厚，厚管壁导致传热系数小并增加吸热管的热应力；过热蒸汽出口温度不稳定，难以控制。熔盐接收器采用熔盐作为传热流体，其特点为：由于熔盐系统压力较低，吸热管的管壁可以更薄，热效率较高，接收器体积较小，成本低，但由于增添了熔盐系统造成整个电站投资成本的增加；熔盐系统对泵、管路、阀门的要求较高；由于热流密度都不均匀，产生热应力，容易导致吸热管扭曲变形。空气接收器则采用空气作为工作流体，用于布雷顿循环发电。由于空气本身热容小、导热系数低，需要高效的强化传热措施来提高接收器的效率，需要强化吸热体对太阳辐射能的吸收和强化工质流体与吸热体之间的传热。因此，空气接收器对材料性能、系统控制等方面要求较高。目前此种类型的接收器尚在试验阶段，仍存在许多难以解决的问题。液态金属接收器则采用液态金属作为传热流体，其特点为：可承受的热流密度高；传热系数高，允许更高的太阳辐射强度，使得接收器的体积大大减小，从而降低了热损失，提高了接收器热效率。但是这种接收器须使用大量的液态金属钠，大量的钠与水或蒸汽一起工作时比较危险，液态金属钠接收器技术已经被放弃。

在本发明之前，申请号为200710065553.5的中国专利公开了一种采用高温热管作吸热单元的空腔型接收器。高温热管优良的传热性能使得接收器的传热能力显著提高；由于每根高温热管是独立工作的，所以使得接收器可靠性大大提高；另外吸热段可自由伸缩，减小了温差应力对接收器结构可靠性的影响。但是，此种结构的接收器仍然存在一些不可忽视的问题，对接收器的工作有着一定的影响：1)接收器为空腔型，这在一定程度上影响了接收器对大容量镜场及全周向镜场的适应性，使得接收器的应用场合受到很大的局限；2)同样由于空腔型的结构特点，其迎光面的宽度不可能做得很大，而高温热管在吸热腔内为横向叉排，接收器工作时，仅有第一第二排高温热管能够受光，其他高温热管则出于空载状态，这样一方面造成高温热管的浪费，另一方面，接收器的传热能力受到了很大的限制。3)冷流体通道结构设计为大空间换热，高温热管的放热段直接插入冷流体所处的大空间，这样的换热结构会使得换热系数较小，换热效果不理想。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，设计一种用于塔式太阳能热发电的外部受光型高温热管中心接收器。

本发明的技术方案是：

塔式太阳能热发电用高温热管中心接收器，接收器包括高温热管，高温热管内的工作介质为液态金属钠或钾或钠钾合金，其主要技术特征在于每二根相邻高温热管的吸热段用直翅片连接并对中均布而成，高温热管呈垂直放置状，吸热段在下、放热段在上，套管套在高温热管的放热段上，每个套管由上联箱管、下联箱管连接形成工作流体通道，上联箱管上设置工作流体进口，下联箱管上设置工作流体出口，高温热管吸热段外表面及连接高温热管用的直翅片表面处于接受器外部的部分涂有耐高温选择性吸收涂层。