[发明专利]一种塔式太阳能热发电用板式吸热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种塔式太阳能热发电用高温吸热器，尤其涉及一种板式吸热器。

背景技术

太阳能聚光热发电技术一般包括槽式、菲涅耳式、塔式和碟式技术，其中塔式技术由于可以实现较高的吸热温度继而产生较高的运行参数，电站的总体效率较高。塔式太阳能热发电中目前使用的吸热器按照工质区分主要有水/水蒸汽、导热油、熔融盐、空气及液态金属等。其中水/水蒸汽吸热器结构类似于电站燃煤锅炉，通常由水冷壁、过热器和再热器等组成，主要由不锈钢列管排列组成，过冷水在吸热器内被加热到饱和蒸汽或过热蒸汽状态。

使用导热油或熔融盐的吸热器内不存在吸热工质的相变过程，其吸热器也主要是利用锅炉换热原理，吸热工质通过接收太阳聚光辐射不锈钢列管被从低温加热到高温，如美国公开专利US6701711，US5862800提到的熔融盐吸热器。

此种由不锈钢列管排列组成的吸热器设备结构复杂，成本较高，对于抗腐蚀性及运行的温度范围有着严格的要求，导致系统控制十分复杂，这会严重影响吸热器的安全稳定运行。此外，塔式吸热器分布在采光口内的聚光太阳辐射近似高斯分布：中心最高，然后向四周逐渐降低。这也导致了不锈钢列管的温度分布严重不均匀，使得不锈钢列管面临因多次起停带来的蠕动疲劳失效。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述现有塔式太阳能热发电吸热器的缺点，提供一种结构简单、成本较低、疲劳失效风险低的塔式太阳能热发电用板式吸热器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明的一种塔式太阳能热发电用板式吸热器，包含一个吸热板，吸热板为平板或槽式弯板，还包括至少一个非直接吸收辐射的平板或槽式弯板。所述的吸热板与非吸收辐射的平板或槽式弯板平行近距离布置，两者之间形成距离在1mm-200mm范围内的狭长夹缝，作为吸热工质的通道。此狭长通道在吸热工质上游的一端通过一个渐扩的扁平管道与吸热器的进口管连接；此狭长通道在吸热工质下游的一端通过一个渐缩的扁平管道与吸热器的出口管连接。吸热器工作时，吸热工质从吸热器的进口管进入吸热器，经过渐扩扁平管道的流动导向，进入吸热工质的狭长通道，并在狭长通道内被吸热板加热或直接吸收太阳辐射被加热，然后经过吸热器出口处的渐缩的扁平管道的汇集后从吸热器的出口管流出，完成吸热工质在塔式吸热器的吸热过程。

所述吸热板为耐高温不锈钢板，吸热板的吸热面与聚光太阳辐射垂直，吸热板在面向太阳辐射一面涂有一层高吸收率涂层，以增加吸热板吸收太阳辐射的能力，涂层的可见光谱吸收率一般大于90％。

所述吸热器根据吸热板布置位置的不同有两种吸热方式。当吸热板直接布置在吸热器采光口上时，所述的非直接吸收辐射的平板或槽式弯板布置在吸热板的背部，为不锈钢平板或槽式弯板，不直接吸收辐射。吸热工质流经狭长通道时通过对流换热方式被高温的吸热板加热。当吸热板布置在远离采光口一侧的吸热器内部时，吸热板的面向太阳辐射的一侧布置一块平板或槽式弯板耐高温的透明玻璃板，与吸热板平行近距离布置，作为吸热器采光口。聚光太阳辐射透过透明玻璃板后，部分辐射被狭长通道内流动的吸热工质直接吸收，剩余的辐射被吸热板吸收。此时吸热工质流经狭长通道时通过两种方式被加热：直接吸收太阳辐射被加热，同时被吸热板通过对流换热方式加热。当采取上述第二种布置方式时，吸热板背部也可以平行近距离布置一块非直接吸收辐射的平板或槽式弯板，以在吸热板背部形成狭长通道，此时吸热工质按照U型方向，先流经吸热板背面的狭长通道被吸热板预热，然后折回流经吸热板正面的狭长通道被继续加热。

所述狭长通道的横截面为扁平形状，如大高宽比的长方形，或者中间宽两边窄的月牙形等。采用中间宽两边窄的扁平截面，是为了使吸热流体在流道中能被均匀的加热。塔式吸热器分布在采光口内的聚光太阳辐射近似高斯分布：中心最高，然后向四周逐渐降低。这也同时导致了吸热板在中心位置温度最高。当采用中间宽两边窄的扁平界面时，中心处的吸热工质流量比两边大，可以更有效的吸收中心处较大的太阳辐射带来的热量。这既可以保证吸热流体在吸热通道内被均匀的加热，又可以有效的降低吸热板的温差，降低热疲劳风险。

所述吸热板在面向吸热工质流通的狭长通道的一面可以布置不同类型的扰流元件，比如在吸热板上焊接一系列条状扰流单元。所述扰流元件可以在吸热工质流经吸热通道时引起吸热工质的紊流扰流，强化吸热工质与吸热板的对流换热，从而增加吸热工质的吸热能力。