[发明专利]多模式塔式太阳能热发电装置有效

专利信息
申请号: 201310180471.0 申请日: 2013-05-16
公开(公告)号: CN104153954A 公开(公告)日: 2014-11-19
发明(设计)人: 张建城 申请(专利权)人: 张建城
主分类号: F03G6/06 分类号: F03G6/06;F24J2/48
代理公司: 代理人:
地址: 050051 河北省石家庄*** 国省代码: 河北;13
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摘要: 发明的多模式塔式太阳能热发电装置采用特种陶瓷太阳能接收器,以“流沙”替代导热油或熔盐等传热储热介质,借助流沙携带的显热和高温辐射实现超临界二氧化碳布雷顿热发电;在创新熔盐储热技术的基础上,实现了与有机郎肯热发电、溴化锂空调、生物质能等技术互补,在减少冷却用水、降低成本、延长发电时数、扩大使用范围上做了大胆尝试,为最终替代化石能源发电奠定技术基础。该装置属太阳能热发电技术领域。
搜索关键词: 模式 塔式 太阳能 发电 装置
【主权项】:
多模式塔式太阳能热发电装置包括定日镜聚光阵列,太阳能接收塔,太阳能接收器,金属换热管、催化器、涂覆耐高温隔热涂料的保温材料,动力工质、储气罐,燃气燃油锅炉、动力发电装置;流沙、流沙热交换器、流沙储热室、流沙控制器、储沙室、流沙提升装置、流沙导流器;用来固定太阳能接收器的金属框架,聚光阵列和发电控制装置;储热装置、乏气换热器;空气进、出口;空气冷却装置,有机郎肯发电装置,溴化锂空调机组;其中流沙导流器、太阳能接收器、流沙储热室、流沙热交换器、储沙室、流沙提升装置设置于太阳能接收塔塔身内;太阳能接收器位于太阳能接收塔顶部;太阳能接收器上端连接流沙导流器,下端连接流沙储热室;流沙经太阳能接收器加热后进入流沙储热室,流沙储热室下端连接流沙热交换器,流沙经流沙热交换器进入储沙室;储沙室设置流沙提升装置;流沙提升装置将流沙提升到太阳能接收塔顶部的流沙导流器,经流沙导流器再次进入太阳能接收器完成传热循环;流沙热交换器连接以开式或闭式布雷顿循环原理运行的动力发电装置;动力发电装置通过内部的乏气换热器或冷凝散热器连接有机郎肯热发电装置实现梯级发电,或空气冷却装置;或由溴化锂空调机组直接替代冷凝散热器;将催化器安装在太阳能接收器内,成为太阳能化学重整的高温催化装置,重整产出的合成气可储存,也可用于布雷顿循环发电;定日镜聚光阵列围绕太阳能接收塔布置;1)所述太阳能接收器包括陶瓷型砖,涂覆耐高温隔热涂料的保温材料,陶瓷换热管,用来固定太阳能接收器的金属框架,控制流沙进出口流量和速度的控制端口;由陶瓷型砖构筑的太阳能接收器受热墙体;2)所述陶瓷型砖是指由导热性能优异的特种陶瓷如碳化硅类陶瓷、或氮化硅类陶瓷、或氧化硅类陶瓷、或氧化铝类陶瓷、或氮化铝类陶瓷材料制作的成长方体的型砖;陶瓷型砖面对定日镜光辐照一侧外表面沉积涂覆耐高温热吸收涂层;陶瓷型砖中心制作流沙管道;流沙管道为垂直、或倾斜的圆筒形管道;或为长方形流沙管道,管道内壁设置导热翅板,或垂直、或倾斜排列;倾斜设置圆筒形流沙管道的陶瓷型砖在上下组装后流沙管道成“之”字状;为便于墙体组装,陶瓷型砖左右、上下两端均设立便于整体插装固定的连接隼和隼槽;3)所述陶瓷换热管是由导热性能优异的碳化硅、或氮化硅、或氧化硅、或氧化铝、或氮化铝、或氮化硼制作的陶瓷管,安装在陶瓷型砖的管道内;为便于陶瓷换热管吸热和装配,在陶瓷型砖面对定日镜光辐照面开口,其宽度或等于、或小于陶瓷换热管外径;陶瓷换热管外沉积涂覆热吸收涂层;陶瓷换热管是直管、或“之”字状弯曲管;陶瓷换热管内壁设置若干突起或凹进的螺旋槽线、或若干翅片;在组装太阳能接收器时将陶瓷换热管顺序插装在陶瓷型砖预留的管道内;陶瓷换热管两端设置对应连接的螺旋槽口或卡口;4)所述催化器用于太阳能重整生物质气、二氧化碳气、或水蒸汽;催化器包括金属外管、涂覆多元催化载体的蜂窝陶瓷、进出气口端盖;催化器插入陶瓷型砖预留管道内,催化器在太阳能接收器上或并联、或串联;5)在低纬度地区,太阳能接收器在塔身顶部呈圆周设置,用于圆周安装的陶瓷型砖具有一定弧度;在纬度稍高的地区,太阳能接收器设置在塔身顶部一侧太阳能辐照窗口内;涂覆耐高温隔热涂料的保温材料紧贴陶瓷型砖墙体背面;用来固定太阳能接收器的金属框架安装在太阳能接收塔的塔顶;6)所述流沙是石英砂粒、或玻璃微珠、或碎玻璃砂粒、或碎陶瓷砂粒、或金属珠粒、或陶粒砂、或石墨颗粒、或玄武岩砂粒,或导热球形氧化铝珠粒,或混合了石墨的玻璃、陶瓷砂粒;沙漠流沙;为提高上述砂粒的热吸收性能,对砂粒做黑化处理;7)所述流沙热交换器是管壳式、或板式金属热交换器、或碳化硅陶瓷热交换器;流沙热交换器垂直放置在流沙储热室下端;为保证流沙均匀流经流沙热交换器,流沙热交换器流沙进口端成锅盖状;为防止流沙冲击流沙金属热交换器管道焊接端口,用陶瓷材料整体制作、或分体拼接成对应的成锅盖状的流沙进口端盖,覆盖并套装在流沙金属热交换器进口上端,端盖上的每一个管道进口均成漏斗型与每一个流沙金属热交换器换热管口对应,防止流沙对流沙金属热交换器金属换热管焊口的冲击磨损;流沙热交换器换热端连接动力发电装置;流沙经流沙热交换器流入下方的储沙室;流沙热交换器金属传热管内壁涂覆耐磨涂料以延长使用寿命;8)所述流沙储热室是具有保温功能并存储高温流沙的储藏室,流沙储热室进出口均设置流沙控制器,控制流沙流出速度和流量;9)所述流沙提升装置由动力装置、金属链条、金属链斗和流沙管道组成;流沙下落进入储沙室后由动力装置带动金属链条和金属链斗通过流沙管道将流沙提升至顶部的流沙导流器;或设置电葫芦提升装置;10)所述动力发电装置是开式或闭式布雷顿循环热发电装置,或郎肯循环热发电装置;布雷顿循环热发电装置包括流沙热交换器、补热器、涡轮机、燃烧室、乏气换热器、压气机、发电机、冷凝散热器、气体储罐;空气进、出口;动力工质;优选地,在光照充足时,经压缩的动力工质气体经流沙热交换器升温成超临界气体进入涡轮机膨胀做功,排出的高温乏气进入补热器,经补热器进入冷凝散热器,冷凝后的动力工质气体经压气机进入补热器补热,经压缩和补热的动力工质气体再次进入流沙热交换器,实现布雷顿热发电循环;无光照或光照不足时动力工质气体转换进入储热装置继续保持发电状态;或开启生物质气阀门和空气进口,令开式布雷顿循环热发电装置运行燃气布雷顿循环热发电模式;排出的高温乏气进入流沙热交换器、或储热装置放热后排出至大气,实现布雷顿动力循环双模式共同运行;11)所述动力发电装置上的冷凝散热器冷凝端进出口分别连接有机郎肯热发电装置或溴化锂空调机组的热交换器进出口,或由溴化锂空调机组完全替代冷凝散热器作为冷凝换热终端;或在涡轮机出气口端专门设置乏气换热器连接有机郎肯热发电装置,以实现太阳能热能高效利用;12)所述动力工质为空气、或二氧化碳气、或氮气、或一氧化氮气、或氦气、或烷烃类气体;或生物质气化气、沼气;或天然气、可燃冰气或液化石油气;或醇类燃料如甲醇、乙醇、二甲醚;或燃油如柴汽油、煤油、重油。
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