[发明专利]多模式塔式太阳能热发电装置

摘要

本发明多模式塔式太阳能热发电装置在传统流沙或固体颗粒塔式太阳能热发电技术的基础上，采用创新的陶瓷型砖构建太阳能接收墙体，使用固体颗粒和粉末混合后的流沙做传热储热介质，在继续应用闭式布雷顿热循环发电装置的同时，增加了使用开式布雷顿热发电装置或固体氧化物燃料电池实现互补，尽可能利用生物质燃料等可再生能源，在降低成本、延长发电时数、扩大使用范围上均有较大技术突破。该装置属太阳能热发电技术领域。

主权项

1.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，陶瓷换热管、储热保温材料，闭式和开式燃气布雷顿循环热发电装置、动力工质、储气罐；流沙传热储热介质；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、空气冷却器、生物质发生装置，互补供热发电系统，其特征在于：塔式太阳能接收器位于太阳能接收塔顶部；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、流沙提升装置安装于太阳能接收塔塔身内；流沙热交换器出口连接闭式布雷顿循环热发电装置进口；闭式布雷顿循环热发电装置通过涡轮动力机、乏气换热器、冷凝散热器、压气机经补热器与流沙热交换器进口连接，完成闭式布雷顿热循环发电；在无光照时启动互补供热发电系统为闭式布雷顿热发电机组和储热装置提供互补储热发电；定日镜聚光阵列围绕太阳能接收塔布置；1)所述太阳能接收器是由陶瓷型砖构筑的太阳能接收墙体，该陶瓷型砖太阳能接收墙体光照一面涂覆耐高温热吸收涂料，另一面加装涂覆耐高温隔热涂料的储热保温材料；陶瓷换热管安装在陶瓷型砖墙体预留的墙孔内；以及用来固定太阳能接收器的金属框架；控制流沙进出口量和速度的控制端口组成；由陶瓷型砖构筑的太阳能受热墙体可高效率吸收光热辐照并转化成热能，同时兼具受热储热以及缓冲保温作用；2)所述陶瓷型砖是指由导热性能优异的碳化硅类陶瓷、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、或倾斜的圆筒状；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；圆筒型流沙管道上下连接后成“之”字状，其作用是在流沙下降时减缓流沙降落速度，用以增加流沙受热辐射量；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，安装在陶瓷型砖预留的孔道内；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可对应连接的螺旋槽口或卡口；4)所述流沙传热储热介质是指石英砂粒、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、陶瓷砂粒及其上述物质粉末的混合体；或按比例调配的混凝土粉末熟料、燃煤电厂废弃物粉煤灰；5)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；或使用改型的流化床锅炉直接替代；6)所述闭式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；动力工质；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；所述开式布雷顿循环热发电装置包括燃气、燃油储罐，生物质气阀门和空气进口，涡轮机和压气机、补热器、燃烧室，开式布雷顿循环热发电装置使用燃气或燃油运行，排出的高温乏气进入流沙热交换器补热、或为储热装置补热后排至大气，实现布雷顿热循环发电双模式互补高效运行；7)所述动力工质根据动力模式确定，其中闭式布雷顿循环热发电装置使用的动力工质为二氧化碳气、或一氧化氮气、或氦气；固体燃料电池和开式布雷顿循环热发电装置使用的动力工质为生物质气化气、沼气；或天然气、可燃冰气或液化石油气；或醇类燃料甲醇、乙醇、二甲醚；或柴汽油、煤油、重油；8)所述储气罐是用来储存二氧化碳气、或氮气、或一氧化氮气、或氦气；生物质气化气、沼气、天然气、可燃冰气的储气容器；或改为储液罐，储存醇类燃料或燃油；9))所述生物质气发生装置是指生物质气化发生装置，或沼气发生装置；或用天然气、液化石油气供气装置替代；10)所述互补供热发电系统包括采用固体燃料电池如固体氧化物燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池、或开式布雷顿热发电装置，光照充足时选择太阳能超临界布雷顿循环发电；无光照或储热温度低于一定值时选择互补供热发电系统使用生物质燃料提供外燃高温热源。