[发明专利]线性菲涅尔式太阳能集热反应装置

说明书

技术领域

本发明属于太阳能光-热利用技术领域，具体涉及一种线性菲涅尔式太阳能集热反应装置。

背景技术

由于社会发展对于能源需求日益增加，加之化石能源对于环境污染问题的日益加剧，大力发展可再生能源已经成为我国当前的迫切需求。

中温太阳能光热利用是可再生能源利用领域的重要组成部分，主要包括太阳能热化学利用与太阳能热发电利用等，具体是指将太阳辐射聚焦成为300～500℃的热源，通过热化学转化为燃料或者加热蒸汽通过汽轮机发电进行利用。

目前，抛物槽式是最为成熟的一种中温太阳能热利用技术，已在热化学与热发电领域有所应用。其聚焦形式属于线聚焦，光学聚光比范围大致为20～90。该技术用于热化学领域，多涉及醇类或烷类的重整与热解反应，制取合成气后再进行进一步分离或直接使用，重整与热解反应均需要催化剂参与。但由于反应物沿管程逐渐减少，分压力降低、导致反应趋缓问题；同时，聚焦太阳能热量消耗减少，反应温度逐渐上升，催化剂性能降低，进一步导致反应效率降低。该技术用于热发电时多采用导热油作为传热工质，但导热油高温分解限制(＜400℃)限制了过热蒸汽参数，进而制约了系统发电效率；也有直接采用水作为工质的，但该新型技术尚未成熟，存在系统可靠性差、汽-液两相流动控制难度大以及集热管周向热应力等问题。另外，槽式集热器还存在风阻过大、抗风性差的问题。目前，上述涉及到的集热反应问题在抛物槽式技术中均未得到完善解决。

线性菲涅尔聚焦技术是近年来快速发展的一种新型聚焦形式，其利用菲涅尔反光镜组进行聚光后集热。由于抛物槽式及线性菲涅尔式在聚焦形式上同属线聚焦，工作原理相同，因而具有相似的性能和应用场合。同时，该种技术又具有独特优势：一方面，与抛物槽式集热器相比，线性菲涅尔式集热器的集热管固定不动，反光镜组置于近地面位置，因而具有运行可靠性高、抗风性好的显著优点；另一方面，由于菲涅尔反光镜组由面积较小的平面镜平行阵列组成且成组联动工作，因而调整流程前后的反光镜组平面镜个数原则上不会增加任何成本，所以可以通过灵活调节聚光比及接收辐照量沿管程分布，使之与管内具体反应特性、工质状态等参数合理匹配，实现能量高效转化及传递，减少损失。

鉴于此，本发明将线性菲涅尔技术进行变反光镜面积与变集热管管经的改进，并推广至太阳能热化学/热发电应用领域。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明提供了一种线性菲涅尔式太阳能集热反应装置，以拓展线性菲涅尔聚焦技术的应用范围，并解决常规线性菲涅尔聚焦技术在热化学/集热过程中局部能量供给与需求不匹配的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种线性菲涅尔式太阳能集热反应装置，包括变面积线性菲涅尔反光镜组1与变径集热反应管2，其中：该变径集热反应管2固定于该变面积线性菲涅尔反光镜组1中各反光镜的焦线位置，该变径集热反应管2沿管程进行变管径布置，该变面积线性菲涅尔反光镜组1的镜面积沿管程非均匀布置。

上述方案中，所述变面积线性菲涅尔反光镜组1和所述变径集热反应管2的沿管程变化规律相互匹配，共同实现沿管程调节聚光比及接收辐照量。

上述方案中，所述变面积线性菲涅尔反光镜组1的镜面积，是通过改变一组内反光镜个数实现镜面积沿管程非均匀布置的。

上述方案中，当应用于太阳能热化学系统时，该线性菲涅尔式太阳能集热反应装置作为反应装置。该线性菲涅尔式太阳能集热反应装置中，变面积线性菲涅尔反光镜组1的线性菲涅尔反光镜的面积沿管程逐渐减少，且该变径集热反应管2的管径沿管程逐渐减小，以适应局部反应速率沿管程逐渐减小的特点。

上述方案中，当应用于太阳能直接蒸汽热发电系统时，该线性菲涅尔式太阳能集热反应装置作为集热装置。该线性菲涅尔式太阳能集热反应装置中，变面积线性菲涅尔反光镜组1的线性菲涅尔反光镜的面积沿管程先增大后减少，且该变径集热反应管2的管径沿管程先增大后减小，以适应局部换热系数在预热段、蒸发段及过热段沿管程先增大后减小的特点。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的线性菲涅尔式太阳能集热反应装置，其线性菲涅尔反光镜面积和集热反应管管径可沿管程变化，从而调节聚光比及接收辐照量沿管程分布，与管内具体反应特性、工质状态等参数合理匹配，实现能量高效转化及传递，减少损失。