[发明专利]一种直接产生蒸汽的高温混凝土储热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高温储热器，特别涉及使用高温混凝土作为储热材料的直接产生蒸汽的储热器。

背景技术

太阳能热发电站通常包括4个部分：聚光系统、吸热系统、储热系统以及热功转换系统，其中储热系统是太阳能热发电站实现大规模商业化运行的关键部分。按储热原理划分，储热分为显热储热、潜热储热和化学反应储热三种主要形式，其中显热储热由于技术简单成熟，成本较低，因此在太阳能热发电系统中应用最为广泛。潜热储热的单位体积热容量较大，相变时温度基本保持不变，是目前研究最多的储热方式，但潜热储热在换热器的设计及储热材料的选择上存在较大困难，而且经多次循环后储热材料的相变性能会发生退化，因而在太阳能电站中尚未得到应用。化学反应储热由于技术较为复杂，成本较高，工业上尚无大规模应用实例。用于太阳能热发电站中的显热储热材料包括液体材料(如水，导热油和熔融盐等)和固体材料(如铸铁、铁矿石、卵石、砂石、陶瓷，高温混凝土等)。熔融盐具有较强的腐蚀性，对储热系统中的换热管道有非常强的破坏性，同时熔融盐的凝固温度较高，需要增加额外的设施防止熔融盐凝固，提高了系统的成本。导热油由于使用温度限制，无法用于400℃以上温度的热量储存，且工质造价和系统成本均较高，大规模应用的经济性不佳。高温混凝土具有高温性能稳定、投资成本低、运行维护方便、使用寿命长等优点，具有广阔的应用前景。国内外已开展了诸多高温混凝土储热技术方面的研究，中国专利CN200610112004.4提出将热管埋置于混凝土储热块中，热管的冷热端分别浸入冷热流体池中，利用热管为混凝土储热块进行充放热。中国专利CN200910272709.6提出了一种新的混凝土储热块管道布置方式，其换热管道的按正方形排列，并从混凝土储热材料的制备方面提出了提高混凝土材料热传导率的材料配方及浇注方法。美国专利US20090294092提出在以导热油为传热工质的混凝土蓄热器的换热钢管外涂上一层低熔点的涂料，解决混凝土与换热钢管热膨胀率不匹配的问题。德国专利DE102009036550将混凝土浸泡在一种传热工质中，充放热管路中的流体通过换热钢管以及传热工质与混凝土储热块进行热交换，该蓄热器的特点是拆卸方便，同时可有效避免换热钢管与混凝土储热块间出现开裂的问题。这些关于混凝土储热专利均采用充热流体和放热流体为同一工质的储热系统，需要另设蒸汽发生器以产生蒸汽，使得系统较为复杂，系统热效率较低，成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有高温混凝土储热系统充热与放热过程使用同一工质的不足，提供一种结构简单，成本低廉的可直接产生蒸汽的高温混凝土储热器。本发明采用高温混凝土作为储热材料，工作温度为400-600℃。充热流体可以为熔融盐、导热油、高压水、过热蒸汽等工质，放热流体为水/蒸汽，可以直接产生蒸汽，储热器可实现充热与放热过程同时运行和充热、放热过程单独运行。

本发明的高温混凝土储热器包括高温混凝土储热块、充热管路和放热管路。充热管路和放热管路相互独立，采用两种不同的传热流体进行充热和放热。

所述的高温混凝土储热块由高温混凝土材料浇注而成，是高温混凝土储热器的主体部分，位于储热器的中心位置。

所述的高温混凝土储热器包括充热和放热两套相互独立的管路，采用两种不同的传热流体进行充热和放热。所述的充热管路主要由充热管组成，充热管水平埋置于高温混凝土储热块中，呈正三角形排列。充热管可以是金属管、陶瓷管或预成型的高温混凝土流道，充热流体可以是熔融盐、导热油、高压水、过热蒸汽等。放热管路由给水管、给水阀、给水泵、给水进口阀、水进口管、放热循环管、竖直放热管、蒸汽出口阀、蒸汽出口管、汽水分离母管、循环水泵、回流水罐、回流进口管、回流进口阀、回流出口管、回流出口阀等部件组成。汽水分离母管安装于高温混凝土储热块的顶部，竖直放热管竖直埋置于高温混凝土储热块中，与充热管呈平行交叉排列，放热循环管位于高温混凝土储热块的左侧，与竖直放热管的一端相连。竖直放热管和放热循环管的另一端与汽水分离母管的底部相连，形成连通的U型管。竖直放热管和放热循环管为承压钢管，放热流体为水/蒸汽。循环水泵位于放热循环管的中部，通过放热循环管与汽水分离母管相连。蒸汽出口管位于汽水分离母管的顶部，通过蒸汽出口阀与汽水分离母管相连。水进口管与汽水分离母管的底部相连，放热流体水依次经过给水管、给水阀、给水泵、给水进口阀、水进口管后进入到汽水分离母管中。回流进口管位于回流水罐的顶部，通过回流进口阀与放热循环管的底部相连，回流出口管位于回流水罐的底部，通过回流出口阀与给水泵相连。