[发明专利]一种塔式太阳能热发电的吸热器颗粒保温方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，特别是一种塔式太阳能热发电的吸热器颗粒保温方法及其装置。

背景技术

全球太阳能辐射总量约1.7×10¹⁷W，其中我国约占1％(1.8×10¹⁵W，相当于1.9万亿吨标煤/年)，是我国目前年能耗总量的680倍。电力是世界上消耗量最大的二次能源，太阳能发电技术是缓解当前能源危机的有效手段，应用前景极广。太阳能热发电主要包括槽式、碟式和塔式三种方式，其中塔式热发电系统主要由定日镜场、吸热器、熔盐储罐、换热器以及发电系统组成。

对于塔式太阳能热发电系统，吸热器是光热转换的关键设备，而且工作环境恶劣，承受高强度辐射能流、高温及温度分布不均。此外由于启停以及云遮挡引起的吸热器材料热疲劳对吸热器寿命有至关重要的影响。

目前大型塔式热发电站的吸热器多为裸露式，即吸热器外壁面同时为聚光接收面和大气交界面。太阳辐射的大小受天气状况和云层等不可控因素的影响，使系统温度不稳定。当发生云遮挡时，吸热器接收太阳辐射能量急剧减小，而此时吸热器的对外散热却一直发生，因此吸热器壁面温度将急剧下降，严重时可能导致吸热器中熔盐工质的凝固，对吸热器造成致命损伤。当云遮挡消失时，吸热器接收太阳辐射能量突然增大，吸热器壁面温度因此也急剧升高。因此云遮挡造成吸热器剧烈的降温和升温，减短寿命，甚至出现损坏，引发安全事故。本发明提出一种塔式太阳能热发电的吸热器颗粒保温方法，当发生云遮挡时可以快速做出反应，将颗粒覆盖于吸热器表面，减少吸热器表面热损失，减缓吸热器温度下降速度，对吸热器起到保温作用；当云遮挡结束时，颗粒层快速降落，吸热器壁面重新接收太阳辐射，因此可以降低吸热器壁面温度波动，延长吸热器寿命，防止发生安全事故。

发明内容

本发明目的在于缓解目前塔式吸热器在云遮挡时造成吸热器壁面剧烈的温度波动，延长寿命，提高运行的安全性，提出一种塔式太阳能热发电的吸热器颗粒保温方法。本发明的具体技术方案如下：

当发生云遮挡，太阳直射辐射低于一定阈值时，从吸热器外壁面顶端释放颗粒，颗粒通过重力作用、电作用或者磁作用，堆积在吸热器外壁面处，由于颗粒导热系数小，从而降低了吸热器的热损失，减小了吸热器壁温度波动，延长吸热器寿命，防止吸热器内熔盐工质发生凝固，提高系统的安全性；当云遮挡消失时，通过震动或者撤销施加的电作用或者施加的磁作用，使得堆积在吸热器外壁面的颗粒落下，将颗粒收集并通过颗粒输送系统返回吸热器顶部，重复利用。

优选的，所述的电作用是指将颗粒带电，并在电场的作用下覆盖于吸热器外壁面。所述的磁作用是指磁性颗粒在磁场的作用下覆盖于吸热器外壁面。

所述的吸热器的管外壁上布置纹路或翅片，当颗粒从顶部落下时，经过导流板引导，落入构件上搁置起来，进而使得颗粒覆盖于吸热器外壁面。

所述的位于吸热器顶端的颗粒利用吸热器出口热工质进行加热，使得颗粒温度与吸热器壁面温度相近，当颗粒下落覆盖吸热器表面时，能够更好地稳定吸热器壁面温度。

本发明还公开了一种塔式太阳能热发电的吸热器颗粒保温装置，在吸热器外壁面顶端上部设有颗粒上储箱，颗粒上储箱下部设有阀门，吸热器外壁面底端设有用于收集颗粒的颗粒下储箱，颗粒下储箱通过颗粒输送系统向颗粒上储箱输送颗粒，颗粒上储箱和颗粒下储箱外部有保温装置，颗粒上储箱和颗粒下储箱之间设置有颗粒覆盖装置，所述颗粒覆盖装置用于在吸热器外壁面上堆积颗粒。

所述的颗粒覆盖装置为布置在吸热器中部的磁铁、使颗粒和吸热器外壁面带异性电荷的电场装置或设置在吸热器外壁面上的机械部件。

所述的机械部件为设置在吸热器外壁面上的纹路或翅片。

本发明的有益效果是：

本发明以颗粒作为保温材料，材料成本低、系统控制简单，可以迅速实现覆盖以及掉落，发生云遮挡时，通过熔盐流速单元以及颗粒覆盖单元协调控制，颗粒以指定的厚度覆盖到吸热器外表面上，减少吸热器温度波动；吸热管外表面覆盖平均1mm-3mm厚度保温颗粒时，吸热管外侧换热壁面平均温度从500℃下降到230℃的时间增加了2-10倍。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明相对于裸露的吸热器，采用颗粒保温措施，可以大幅降低吸热器表面热损失，减小因云遮挡造成吸热器壁面剧烈的温度波动带来的吸热器材料热疲劳，防止吸热器内熔盐工质的凝固，延长寿命，提高运行安全性；