CN101382277B - 太阳能熔盐套管式蒸汽发生方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能熔盐套管式蒸汽发生方法及其装置，其方法为：使用夹套外壁耐高温选择性吸收涂层实时吸收辐射太阳能，并将其热量传递给熔盐套管内的熔盐介质，后又传至蛇形内管中的水或水蒸汽，直至整个装置稳定产生蒸汽；当太阳辐射强度超出设计强度范围，通过熔盐套管内和集盐槽内熔盐介质的熔化吸热或凝固放热进行调节，维持整个装置稳定产生蒸汽。其装置为熔盐套管左右两侧设置集盐槽构成的一个整体式结构；熔盐套管由夹套和蛇形内管组成，夹套与集盐槽连通，蛇形内管上端为蒸汽出口，蛇形内管下端为水流进口；整个装置上端设有通气口。本发明结构简单，出口蒸汽状态稳定，可承受较大的热流密度和频繁的热冲击，且具有较大的温度范围。

Description

太阳能熔盐套管式蒸汽发生方法及其装置

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，特别涉及一种太阳能熔盐套管式蒸汽发生方法及其装置。

背景技术

我国正面临着能源供应总量和生态环境的双重巨大压力。能源问题是制约经济和社会发展的长期瓶颈，始终是必须高度关注的重大问题。因此太阳能的开发利用已成为当今社会能源战略的重要组成部分。利用太阳能产生蒸汽是太阳能高温规模化热利用的主要形式之一。蒸汽由于具有便于输送、便于能量传递等优点而广泛应用于发电、食品、化工、制药、印染、纺织、酿造等行业。因此，对太阳能蒸汽发生技术的研究具有重要意义。

太阳能蒸汽发生系统主要由聚光系统、吸热系统、蓄热系统和蒸汽发生器所构成。根据聚光系统的不同，太阳能中高温热利用模式主要分为碟式、槽式、和塔式；传热介质一般有空气、水(蒸汽)及熔盐等。设计适当的光热转换装置，选取恰当的传热、蓄热介质，以实现太阳能热利用的连续性，增大太阳能的转换效率，是太阳能热利用技术的关键。塔式太阳能蒸汽发生系统因具有聚光比高，易于实现较高的工作温度，系统容量大、效率高的优点而受到广泛关注。在传统的太阳蒸汽发生系统中，传热、蓄热介质主要有空气、水(蒸汽)以及熔盐。以这三种物质作为吸热介质的系统各有其优缺点：(1)在太阳能空气系统中，空气流经吸热器吸热后温度升高至700℃以上，再经风机送入蒸汽发生器制取蒸汽。空气系统无毒、无腐蚀、易于运输，无相变，允许很高的工作温度，易于运行和维护，启动快，无须附加的保温和冷启动加热系统。但空气的比热容较低，系统结构复杂，技术风险高。另外，空气蓄热性能差，故而系统难以连续稳定供汽。因此，这种系统很少得到应用。(2)在太阳能水(蒸汽)系统中，吸热器同时也是蒸汽发生器。水吸热后变成高温水蒸汽。水的比热容比空气大，亦无毒，无腐蚀，易于输运。这些优点使其在塔式太阳能系统中得到了广泛的应用。但是水蒸汽的比热容仍然较小，在蒸汽管段容易发生传热恶化，难以承受较高的聚焦太阳辐射热流密度和频繁的热冲击。另外，水(蒸汽)在高温时有高压问题；工作介质在吸热过程种存在两相流问题；蒸汽段管路易发生过热烧蚀；并且，水蒸汽蓄热技术不成熟，系统较难实现连续稳定供汽。(3)在太阳能熔盐系统中，熔盐在塔顶吸热器中吸热后温度升高，高温熔盐被送至位于地面的高温储热罐中，再经由高温熔盐泵进入蒸汽发生器来制取过热蒸汽；然后，低温熔盐再经低温熔盐泵进入吸热器，循环工作。熔盐系统无压运行，无相变，熔盐热容大，吸热器可承受较高的热流密度，从而使吸热器可做得更紧凑，减少制造成本，降低热损。系统传热、蓄热可共用同一工质，使系统得到简化。但熔盐系统需配置高、低温熔盐罐，系统的循环必须由高、低温熔盐泵来驱动，结构复杂。高、低温熔盐泵长期在高温条件下运行，可靠性低。此外，由于熔盐在低温时会凝固，使系统在夜间停机时必须对高、低温熔盐储罐进行保温处理，清晨开机时也必须对全部管道和阀门等进行预热，以确保系统在重新启动时不至于堵塞。这些都将增加系统的伴生电耗。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作简易，能够实现在高热流密度下产生蒸汽的太阳能熔盐套管式蒸汽发生方法。

本发明的另一目的在于提供一种用于上述方法的太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置，该装置结构简单，安全可靠，出口蒸汽状态稳定且产生的蒸汽温度范围广，适于多种工业应用。

本发明通过以下技术方案实现：一种太阳能熔盐套管式蒸汽发生方法，包括下述步骤：

(1)使用熔盐套管中夹套外壁的耐高温选择性吸收涂层实时吸收辐射太阳能，并将其热量传递给熔盐套管内的熔盐介质；

(2)通过熔盐套管内的熔盐介质将热量传递至蛇形内管中的水或水蒸汽，直至整个装置能稳定产生蒸汽；

(3)当太阳辐射强度产生波动，聚焦于耐高温选择性吸收涂层的太阳辐射热流密度高于或低于设计值时，则通过熔盐套管内和集盐槽内的熔盐介质熔化吸热或凝固放热进行调节，维持整个装置稳定产生蒸汽。

所述步骤(3)具体为：

(3-1)若太阳辐射热流密度高于设计值，则通过熔盐套管内的熔盐介质熔化吸热，蒸汽稳定输出；若太阳辐射热流密度继续上升，则通过集盐槽内的熔盐介质熔化吸热，蒸汽稳定输出；

(3-2)若太阳辐射热流密度低于设计值，则通过集盐槽内的熔盐介质凝固放热，蒸汽稳定输出；若太阳辐射热流密度继续下降，则通过熔盐套管内的熔盐介质凝固放热，蒸汽稳定输出。

一种实现上述方法的太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置，包括熔盐套管和集盐槽，熔盐套管左右两侧设置集盐槽且构成一个同时作为吸热器和蒸汽发生器的整体式结构；所述熔盐套管由夹套和蛇形内管组成，夹套与集盐槽连通，蛇形内管上端为蒸汽出口，蛇形内管下端为水流进口。

所述太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置上端设有用于保持整个装置内压力平衡的通气口，防止熔盐介质的体积因温度改变而发生变化时整个装置内压力不平衡。

所述集盐槽为用于充填熔盐介质的罐体结构，且其外壁包有隔热层。该隔热层对集盐槽起保温作用，使集盐槽内的熔盐介质与外界的换热减少到最低，从而维持整个装置内部的热量。

所述夹套外壁涂有耐高温选择性吸收涂层，以提高对太阳辐射能的吸收率，夹套内部充填与集盐槽内相同的熔盐介质。

所述集盐槽及熔盐套管采用316L不锈钢或耐腐蚀性能比316L不锈钢更好的不锈钢材料。

所述熔盐套管中蛇形内管的直径为10～20mm，壁厚为1～2mm；熔盐套管中夹套的外径为25～50mm，壁厚为1～2mm。

本发明一种太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置，其工作原理为：稳态或者非稳态且非均匀聚焦太阳能照射熔盐套管，其辐射太阳能经夹套外壁的耐高温选择性吸收涂层被吸收后，热量被传递给熔盐套管内的熔盐介质后又传递至蛇形内管中的水或水蒸汽，当熔盐介质温度达到熔点后，整个装置能稳定产生蒸汽。此时，若太阳辐射热流密度高于设计值，熔盐套管内的熔盐介质吸收热量逐渐熔化，其吸热作用维持整个装置的稳定工作，若太阳辐射热流密度持续上升，熔盐套管内已经熔化的熔盐在温差的驱动下形成对流，在熔盐的温差对流与熔盐套管导热的共同作用下，集盐槽内的熔盐吸收过量的太阳辐射热而熔化，使整个装置稳定产生蒸汽；若太阳辐射热流密度由于云的遮挡等原因而低于设计值，集盐槽内的熔盐及熔盐套管内的熔盐依次逐渐凝固放出热量，从而维持整个装置的稳定工作。

本发明相对于现有技术具有以下优点和效果：

(1)出口蒸汽状态稳定。当该装置在非稳态且非均匀聚焦太阳能照射下，由于熔盐热容大、传热性能好，可以使太阳辐射热被均匀的吸收和传递给水或水蒸汽。在熔盐的吸热熔化和放热凝固过程中，熔盐的温度变化较小，通过热传导吸收热量的水蒸汽的温度变化也较小，从而达到稳定的输出。

(2)可以承受较大的热流密度和频繁的热冲击。当太阳辐射强度剧烈变化的时候，由于熔盐介质可以承受较高的工作温度且热容大，熔盐起到了缓冲高热流密度变化或冲击的作用，故该装置可以实现出口蒸汽状态稳定，并防止出现局部高温而使装置破裂的问题。

(3)结构简单。该熔盐套管式蒸汽发生装置把熔盐的吸热与熔盐对水或水蒸汽的传热有效的结合在一个装置中，简化了结构，使系统便于控制和维护。

(4)较大的蒸汽工作温度范围。当工业生产需要较低温度的蒸汽时，可选用熔点较低的熔盐，当需要较高温度的蒸汽时，可选用熔点较高的熔盐，从而满足不同工业用途的需要。

附图说明

图1是本发明太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置的结构示意图。

图2是本发明太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置中熔盐套管的剖视图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

参见图1、图2，本发明太阳能熔盐套管式蒸汽发生方法，包括下述步骤：

(1)使用熔盐套管3中夹套7外壁的耐高温选择性吸收涂层实时吸收辐射太阳能，并将其热量传递给熔盐套管3内的熔盐介质8；

(2)通过熔盐套管3内的熔盐介质8将热量传递至蛇形内管9中的水或水蒸汽，直至整个装置能稳定产生蒸汽；

(3)当太阳辐射强度产生波动，聚焦于耐高温选择性吸收涂层的太阳辐射热流密度高于或低于设计值时，则通过熔盐套管3内和集盐槽5内的熔盐介质8熔化吸热或凝固放热进行调节，维持整个装置稳定产生蒸汽。

其中，步骤(3)具体为：

(3-1)若太阳辐射热流密度高于设计值，则通过熔盐套管3内的熔盐介质8熔化吸热，蒸汽稳定输出；若太阳辐射热流密度继续上升，则通过集盐槽5内的熔盐介质8熔化吸热，蒸汽稳定输出；

(3-2)若太阳辐射热流密度低于设计值，则通过集盐槽5内的熔盐介质8凝固放热，蒸汽稳定输出；若太阳辐射热流密度继续下降，则通过熔盐套管内的熔盐介质凝固放热，蒸汽稳定输出。

参见图1、图2，本发明用于上述方法的太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置，包括熔盐套管3和集盐槽5，熔盐套管3左右两侧分别设置集盐槽5且构成一个同时作为吸热器和蒸汽发生器的整体式结构；整个装置上端设有通气口2，用于保持整个装置内压力平衡；其中集盐槽5为罐体结构，用于充填熔盐介质8，其外壁包有隔热层6；熔盐套管3由夹套7和蛇形内管9组成，夹套7与集盐槽5连通，蛇形内管9内部为蒸汽通道10，蛇形内管9上端为蒸汽出口4，下端为水流进口1；夹套7外壁涂有耐高温选择性吸收涂层，夹套7内部充填熔盐介质8，

集盐槽5采用316L不锈钢材料或其它耐腐蚀性能更好的不锈钢材料；熔盐套管3中蛇形内管9的直径为10～20mm，壁厚为1～2mm；熔盐套管3中夹套7的外径为25～50mm，壁厚为1～2mm。

参见图1、图2，本发明太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置的工作过程为：稳态或者非稳态且非均匀聚焦太阳能照射熔盐套管3，其辐射太阳能经夹套7外壁的耐高温选择性吸收涂层被吸收后，热量被传递给熔盐套管3内的熔盐介质8后又传递至蛇形内管9中的水或水蒸汽，当熔盐介质8温度达到熔点后，整个装置能稳定产生蒸汽。此时，若太阳辐射热流密度高于设计值，熔盐套管3内的熔盐介质8吸收热量逐渐熔化，其吸热作用维持整个装置的稳定工作，若太阳辐射热流密度持续上升，熔盐套管3内已经熔化的熔盐在温差的驱动下形成对流，在熔盐的温差对流与熔盐套管导热的共同作用下，集盐槽5内的熔盐吸收过量的太阳辐射热而熔化，使整个装置稳定产生蒸汽；若太阳辐射热流密度由于云的遮挡等原因而低于设计值，集盐槽5及熔盐套管3内的熔盐介质8依次逐渐凝固放出热量，从而维持整个装置的稳定工作。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (8)

1.一种太阳能熔盐套管式蒸汽发生方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)使用熔盐套管中夹套外壁的耐高温选择性吸收涂层实时吸收辐射太阳能，并将其热量传递给熔盐套管内的熔盐介质；

(2)通过熔盐套管内的熔盐介质将热量传递至蛇形内管中的水或水蒸汽，直至整个装置能稳定产生蒸汽；

(3)当太阳辐射强度产生波动，聚焦于耐高温选择性吸收涂层的太阳辐射热流密度高于或低于设计值时，则通过熔盐套管内和集盐槽内的熔盐介质熔化吸热或凝固放热进行调节，维持整个装置稳定产生蒸汽。

2.根据权利要求1所述太阳能熔盐套管式蒸汽发生方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：

(3-1)若太阳辐射热流密度高于设计值，则通过熔盐套管内的熔盐介质熔化吸热，蒸汽稳定输出；若太阳辐射热流密度继续上升，则通过集盐槽内的熔盐介质熔化吸热，蒸汽稳定输出；

(3-2)若太阳辐射热流密度低于设计值，则通过集盐槽内的熔盐介质凝固放热，蒸汽稳定输出；若太阳辐射热流密度继续下降，则通过熔盐套管内的熔盐介质凝固放热，蒸汽稳定输出。

3.一种用于权利要求1～2任一项所述方法的太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置，其特征在于，包括熔盐套管和集盐槽，熔盐套管左右两侧设置集盐槽且构成一个同时作为吸热器和蒸汽发生器的整体式结构；所述熔盐套管由夹套和蛇形内管组成，夹套与集盐槽连通，蛇形内管上端为蒸汽出口，蛇形内管下端为水流进口。

4.根据权利要求3所述太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置，其特征在于，所述太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置上端设有用于保持整个装置内压力平衡的通气口。

5.根据权利要求3所述太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置，其特征在于，所述集盐槽为用于充填熔盐介质的罐体结构，且其外壁包有隔热层。

6.根据权利要求3所述太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置，其特征在于，所述集盐槽采用316L不锈钢材料。

7.根据权利要求3所述太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置，其特征在于，所述夹套外壁涂有耐高温选择性吸收涂层，其内部充填熔盐介质。

8.根据权利要求3所述太阳能熔盐套管式蒸汽发生装置，其特征在于，所述熔盐套管中蛇形内管的直径为10～20mm，壁厚为1～2mm；熔盐套管中夹套的外径为25～50mm，壁厚为1～2mm。

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