[发明专利]一种直接接触式高温颗粒流化蒸气发生器

说明书

技术领域

本发明涉及高温储能、太阳能热发电、工业余热发电和高温化学反应储能等领域，尤其适用于颗粒流化太阳能热发电系统，是一种利用存储的高温流化颗粒与工作介质流体直接接触换热产生高压过热蒸气，并输出过热蒸气进行热利用或发电的装置。 

背景技术

太阳能热发电技术利用太阳能集热装置(塔式、槽式或蝶式)聚集太阳光并加热吸热介质，通过换热器/蒸发器将吸热介质存储的热量传递给发电工质来进行发电。在太阳能热发电系统中为了提高热利用效率，同时也实现在晚上或者太阳辐射不足时候的持续稳定发电过程，常采用高温储热装置存储富余的热量并在需要的时候释放出来。当前的太阳能热发电技术主要吸热介质主要采用空气、水、导热油和熔融盐等，而储热材料主要为熔融盐、水/水蒸汽、耐高温混凝土等，然而这些材料在工程应用过程中都存在各自的缺陷，如空气储能密度低，导热油成本较高且易燃，耐高温混凝土最高储热温度低、导热系数低且与换热管道间膨胀系数差别大，水的高蒸汽压限制了其储热温度，目前已成功应用的熔融盐则存在成本高、腐蚀性强以及因熔点高导致的辅助热源热损失问题，并且在高温容易分解。在换热过程中，大多数设计都采用间接换热过程，不仅增加了系统复杂度，设备成本，同时由于换热温差大，降低了换热效率。这些储热材料和换热过程中存在的问题都制约了太阳能热发电的效率提高和大规模推广应用。 

砂粒作为一种成本低廉易得、能耐1000℃以上高温、储热密度高、大规模 存储结构简单的储热材料，开始引起越来越多的关注。现有技术中，比较多的涉及颗粒流化吸热器的设计，而对于如何将高温颗粒内储存的大量热量传递到发电工质上则很少涉及，多是采用目前火电技术中现有的间接接触式饱和蒸汽发生器和过热蒸汽发生器，其设计主要目的是用于两种流体之间的换热。而对于高度离散不连续的高温流化颗粒来说，该设计对于如何克服磨损，如何保证稳定高效运行，如何提高换热效率，如何克服离散颗粒换热带来的局部过热问题是一个很大的挑战。另外，用于流化高温颗粒的气体进一步增加了电力损耗以及能量损耗，这些因素都直接影响了高温颗粒流化技术在太阳能热发电领域的成功应用和推广。因此，专门设计一个高效稳定运行的颗粒流化蒸气发生器是非常迫切的。 

发明内容

为克服现有技术的缺点和不足，本发明旨在提供一种直接接触式高温颗粒流化蒸气蒸气发生器，其带有高温颗粒预储罐、低温颗粒预储罐、高压蒸气发生器、工质预热装置、颗粒分流装置、液态工质分流器、喷淋装置、高温阀门等部件，可以将常压下大规模储存的高温颗粒在高压小容积蒸气发生器内与喷淋水直接接触换热产生过热蒸气，并从过热蒸气出口输出，从而推动蒸气透平发电或者用于其他热利用。 

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种直接接触式高温颗粒流化蒸气发生器，包括通过连接管道依次连接的高温颗粒预储罐、高压蒸气发生器和低温颗粒预储罐，设置在所述高温颗粒预储罐和低温颗粒预储罐的进、出口处的连接管道上均设置有用于控制高温颗粒进出的高温阀门，其特征在于，所述高温颗粒预储罐、高压蒸气发生器和低温颗粒预储罐在空间布置上高度依次降低，所述高温颗粒预储罐中的颗粒可依靠重力掉落至所述高压蒸气发生器内，所述高压蒸气发生器中的低温固体颗粒可 依靠重力掉落至所述低温颗粒预储罐内； 

--所述高压蒸气发生器包括蒸气发生器本体、颗粒分流装置、液态工质喷淋装置、液态工质预热装置和颗粒减速装置，其中，所述颗粒分流装置设置在所述蒸气发生器本体内腔顶部的颗粒进口位置处，并基本覆盖所述蒸气发生器本体的整个顶部，使得从所述高温颗粒预储罐内掉落的常压高温固体颗粒在蒸气发生器本体内均匀洒落；所述液态工质喷淋装置设置于所述蒸气发生器本体的顶部或靠近顶部的侧壁上，所述液态工质喷淋装置的进水口与所述液态工质预热装置的出水口连通；所述液态工质预热装置布置在所述蒸气发生器本体底部的低温颗粒层内，其进水口与外部供水装置连通；所述颗粒减速装置在空间上分布在所述蒸气发生器本体的内腔中。 

本发明的直接接触式高温颗粒流化蒸气发生器，在蒸气发生的过程中，高温颗粒预储罐内的高温固体颗粒在高温阀门控制下经颗粒分流装置均匀落入高压蒸气发生器内，液态工质预热装置布置于高压蒸气发生器底部的低温颗粒层内，高压低温工质通过预热装置预热以后从液态工质喷淋装置中喷出，与高温颗粒直接接触换热产生蒸气，蒸气在向上运动过程中继续与高温颗粒交换热量形成过热蒸气然后输出。在蒸气发生器内部还包括了减缓颗粒下落速度的颗粒减速装置以提高换热效果。 

进一步地，整个直接接触式高温颗粒流化蒸气发生器的容器和连接管道外部均包覆保温层。