[发明专利]一种气固两相换热储热型太阳能集热系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能及蓄热技术，尤其设计一种气固两相换热储热型太阳能集热系统及方法。

背景技术

太阳能作为地球上储量最丰富的可再生能源，其高效、经济利用一直是人类能源可持续发展的战略选择之一。

光热太阳能发电技术是太阳能高效利用的主流技术之一，目前主要包括槽式、塔式、碟式和菲涅耳聚光四种技术。与光伏太阳能技术相比，光热太阳能技术通过储能技术的结合可以实现连续稳定的供能(发电)，因此一直受到青睐和关注。现有的储热型太阳能集热系统主要采用加热-蓄热-加热的二次换热方式。例如，对于塔式、槽式、菲涅耳系统而言，通常是将熔盐(导热油)直接输送到吸热腔(集热管)加热后再流入蓄热罐储存，在通过蓄热罐与交换器之间的热交换产生蒸汽最终满足发电所需要的功率，这种方式的难点在于在夜间等太阳辐照低的工况下需要维持管道内的熔盐和导热油的温度，以保证流体状态防止管道堵塞；而且二次加热的形式也导致换热系统比较复杂。

因此，如何实现光热系统的蓄热与换热系统的高效化和结构的简单化一直是光热发电系统优化发展的重点之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提出一种气固两相换热储热型太阳能集热系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种气固两相换热储热型太阳能集热系统，包括风机、主送风道阀、主送风道、颗粒给料机、聚光吸热腔、主热风道、主热风道阀、送风旁路管道、送风旁路阀、分离蓄热器、分离蓄热器出口阀、热风连接管、热风旁路阀、热风旁路连接管、主换热器；分离蓄热器包括热风进口、换热管束、风门、换热管束进口连接管、蓄热颗粒填充床、旋风分离器、热风出口、换热管束出口连接管、围护结构和颗粒卸料口。风机经主送风道与聚光吸热腔相连，主热风道的进出口分别与聚光吸热腔出口和分离蓄热器的热风进口相连，热风连接管的进出口分别与分离蓄热器的热风出口和主换热器相连构成主换热通路；主送风道上安装有主送风道阀，聚光吸热腔的顶端与颗粒给料机相连，主热风道的末端安装有主热风道阀，分离蓄热器的出口安装有分离蓄热器出口阀；送风旁路管道的两端分别与主热风道和分离蓄热器的换热管束进口连接管相连，热风旁路连接管的进出口分别与分离蓄热器的换热管束出口连接管和热风连接管相连构成蓄热换热通路；送风旁路管道的末端安装有送风旁路阀，热风旁路连接管的末端安装有热风旁路阀。

分离蓄热器的主体蓄热颗粒填充床，蓄热颗粒填充床依次设有旋风分离器和热风出口，热风进口经蓄热颗粒填充床与旋风分离器和热风出口相通；蓄热颗粒填充床的外围由围护结构支撑，蓄热颗粒填充床的内部布置有换热管束，换热管束的两端分别与换热管束进口连接管和换热管束出口连接管相连，换热管束进口连接管和换热管束出口连接管上分别设有风门；分离蓄热器底部设有颗粒卸料口。

所述的颗粒给料机和蓄热颗粒填充床内的颗粒为石墨、碳化硅或金属粉末，其粒径范围为20～200微米。

一种利用所述系统的气固两相换热储热型太阳能集热换热方法，当太阳光辐照净加热功率大于主换热器需求功率时，主送风道阀、主热风道阀和分离蓄热器出口阀开启，其他阀门关闭，风机经主送风道将冷风送入聚光吸热腔内与颗粒给料机投入的蓄热颗粒混合后，被聚焦太阳光加热升温后，经主热风道进入分离蓄热器，气固两相流体通过分离蓄热器的旋风分离器实现气体与颗粒的分离，热风气体经热风出口流入热风连接管流入主换热器实现最终的热交换，颗粒则落入蓄热颗粒填充床逐渐将换热管束之间的间隙填充覆盖形成蓄热堆，实现对多余热能的存储；此时，当辐照出现波动时，则通过控制颗粒给料机中蓄热颗粒的流量，调节蓄热量实现进而保证进入主换热器的热风的温度和流量；当太阳能辐照净加热功率小于主换热器需求功率时，关闭颗粒给料机，吸热腔仅加热空气达到设计温度后经分离蓄热器和热风连接管流入主换热器实现最终的热交换；当太阳能辐照净加热功率小于主换热器需求功率时，空气经聚光吸热腔加热后已无法达到设计的温度参数要求，颗粒给料机不再投放蓄热颗粒，同时开启送风旁路阀和热风旁路阀，关闭调节主热风道阀和分离蓄热器出口阀并调节风门的开度，使得经聚光吸热腔加热的热风在蓄热颗粒填充床(20)内被进一步升温后，再经旁路和热风连接管流入主换热器实现热交换。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明的吸热腔采用一种气固两相换热方式，通过调节颗粒浓度改变换热系数方法实现不同辐照条件下的集热器腔内的换热平衡的调节优化。