CN105276839A - 整合聚光型太阳能发电接收器与加压热交换器的发电设施 - Google Patents

Abstract

一种发电设施，包括太阳能接收器，太阳能接收器加热固体粒子；立管，立管从太阳能接收器接收固体粒子；加压热交换器，加压热交换器通过与从立管底部流出的热固体粒子直接接触的传热而加热工作流体；以及用于固体粒子从立管底部进入加压热交换器内的流动路径，该流动路径由高度H的热固体粒子柱在立管底部处产生的压力而密封。流动路径可以包括筒仓或缓冲槽以及非机械阀，筒仓或缓冲槽包括压力容器，压力容器连接到立管底部。发电设施还可包括：涡轮，涡轮由从加压热交换器排放的热工作流体驱动；以及，由涡轮驱动的压缩机。

Description

整合聚光型太阳能发电接收器与加压热交换器的发电设施

根据在美国能源部与可持续能源联盟LLC之间的合同号DE-AC36-08GO28308，美国政府可能享有本发明的某些权利。根据在合同号DE-AC36-08GO28308下在可持续能源联盟与Babcock&WilcoxPowerGenerationGroup,Inc.之间的子合同ZGJ-3-23315-01发展了本发明。

背景技术

下文涉及发电技术、聚光型太阳能发电技术、加压热交换器技术和相关技术。

一种已知的发电技术是聚光型太阳能发电(CSP)，其在设计上包括定日镜场，定日镜将太阳能聚集到(通常塔架安装的)太阳能接收器上。颗粒固体粒子通过太阳能接收器流动并且从聚集的光中吸取能量并且因此被加热。热流动粒子被馈送到流化床锅炉内以生成高压工作流体来驱动发电机涡轮。某些这样的太阳能聚光器以非限制性说明性示例的方式描述于以下文献：在2013年10月3日公开的Ma的美国公开No.2013/0257056A1(其以全文引用的方式并入到本文中)和在2013年10月3日公开的Ma等人的美国专利No.2013/0255667A1(其以全文引用的方式并入到本文中)，以及在2014年4月10日提交的Maryamchik等人的美国序列号为No.14/250,160的“ConcentratedSolarPowerSolids-BasedSystem”(其以全文引用的方式并入到本文中)。

发明内容

在本文中公开的某些方面，一种发电设施包括：太阳能接收器，其被配置成加热固体粒子；立管，其从太阳能接收器向下延伸以从太阳能接收器接收固体粒子，立管具有足以支承高度H的热固体粒子柱的高度；加压热交换器，其被配置成在大于大气压力的高压操作以通过从立管底部流出的热固体粒子的传热而加热通过加压热交换器流动的工作流体；以及用于固体粒子从立管的底部进入到加压热交换器的流动路径，流动路径被配置成由高度H的热固体粒子柱在立管底部处产生的压力P而密封。加压热交换器可包括加压流化床热交换器。流动路径可以包括筒仓或缓冲槽，筒仓或缓冲槽包括压力容器，压力容器连接到立管底部。流动路径可以包括非机械阀，非机械阀并不具有移动零件并且通过工作流体流动搅动阀中的固体粒子而操作。发电设施还可包括：涡轮，其与加压热交换器操作性地连接以由从加压热交换器排放的热工作流体而驱动；以及，压缩机，其由涡轮驱动以驱动工作流体通过加压热交换器以限定至少部分地由聚光型太阳能发电或聚光光热(CSP)驱动的热力学循环，聚光型太阳能发电包括在太阳能接收器加热的固体粒子中沉积的热能。在某些实施例中，由涡轮驱动以驱动工作流体通过加压热交换器的压缩机限定至少部分地由CSP驱动的布雷登循环，CSP包括在太阳能接收器加热的固体粒子中沉积的热能。在某些实施例中，由高度H的热固体粒子柱在立管底部产生的压力P至少是5atm。

在本文中公开的某些方面，一种方法包括：加热在太阳能接收器中的固体粒子；通过来自太阳能接收器的重力进给而将太阳能接收器排放的热固体粒子形成为高度H的堆叠；将固体粒子从高度H堆叠底部转移到加压热交换器内，其中转移包括由高度H的堆叠重量产生的压力来密封在加压热交换器中的气体压力；以及在加压热交换器中，从固体粒子转移向至少5atm高压的工作流体传热。该方法还可包括使用来自加压热交换器中的固体粒子的传热而加热的工作流体驱动涡轮；以及使用由涡轮驱动的压缩机来循环工作流体通过加压热交换器，由此，限定热力学循环，通过在太阳能接收器中的固体粒子的加热来驱动热力学循环。由从加压热交换器中的固体粒子的传热而加热的工作流体还可以通过燃烧过程而加热，燃烧过程进一步驱动热力学循环。

在本文中公开的另外方面，一种基于固体的聚光型太阳能发电系统，包括：太阳能接收器，其被配置成加热粒状固体介质，包括粒状固体粒子；加压热固体储存装置，其被配置成储存由太阳能接收器加热之后的粒状固体介质；加压热交换器，其被配置成从粒状固体介质向气态介质传热；流动路径，其连接成将由太阳能接收器加热的粒状固体介质进给到加压热交换器；压缩机，其连接成将气态介质供应到加压热交换器；输送器，其被配置成在向加压热交换器中的气态介质传热之后将粒状固体介质从加压热交换器运输到太阳能接收器；燃气涡轮，其操作性地连接成由加压热交换器中加热的气态介质驱动；以及，立管，其安置于从太阳能接收器到加压热固体储存装置的粒状固体介质的路径中。立管具有足以保持高度H的粒状固体介质堆叠的高度，高度H足以提供对抗热固体储存装置中压力的密封。在某些实施例中，立管底端至少部分地被加压热固体储存装置包围，并且至少一个流化喷嘴位于加压热固体储存装置中。在某些实施例中，加压热交换器包括塔盘堆叠，每个塔盘支承固体床，塔盘连接成允许粒状固体介质通过塔盘向下流动并且气态介质通过塔盘向上流动。

在下文中更特定地描述本公开的这些和其它非限制性方面和/或目的。

附图说明

本发明可以呈现各种部件和部件的配置结构，和各种过程操作和过程操作的配置。附图只是出于说明优选实施例的目的并且不应被理解为限制本发明。本公开包括以下附图。

图1至图3示意性地示出了说明性发电设施实施例。

图4至图7示意性地示出了适用于图1至图3中的发电设施中的加压流化热交换器床。

具体实施方式

可以通过参考附图而获得对本文所公开的过程和设备更全面的理解。这些附图仅仅是基于展示现有技术和/或目前发展的方便性和简易性的示意性图示，并且因此并无指示组件或其部件的相对大小和尺寸的意图。

尽管为了清楚起见在下文的描述中使用具体术语，这些术语旨在仅参考被选择用于在附图中说明的实施例的特定结构，并且并无限定或限制本公开的范围的意图。在附图和下文的描述中，应了解相似的附图标记指代相似功能的部件。

单数形式“一”，“该”，和“所述”包括多个参考物，除非上下文清楚地表示为其它情况。

由诸如“大约”和“基本上”的一个或多个术语修饰的值并不限于所规定的精确值。

应当指出的是本文所用的这些术语中的许多术语是相对术语。例如，术语“内部”、“外部”、“向内”和“向外”是相对于中心，并且不应被理解为需要该结构的特定取向或位置。

术语“水平”和“竖直”用于指示相对于绝对参考(例如地平面)的方向。然而，这些术语不应理解为需要结构绝对平行或绝对垂直于彼此。例如，第一竖直结构和第二竖直结构未必彼此平行。

术语“平面”在本文中用于总体上指共同水平，并且应被理解为参考体积，而不是平坦表面。

就太阳能接收器、锅炉和/或蒸汽发生器技术的某些术语或原理的解释可能是理解本公开所必需的而言，读者可参考以下文献：Steam/itsgenerationanduse,第40版，Stultz和Kitto编辑，版权1992,TheBabcock&WilcoxCompany,和参考Steam/itsgenerationanduse,第41版，Kitto和Stultz编辑，版权2005，TheBabcock&WilcoxCompany,其文本通过参考以全文引用的方式并入到本文中。

参考图1，发电设施包括聚光型太阳能发电(CSP)系统，其具有加压流化床热交换器和可选的额外燃烧器以生成用于驱动燃气涡轮的压缩空气(或者高压的其它工作流体，诸如蒸汽)。太阳能接收器1从太阳能接收器1周围的定日镜场接收热通量。为了提供定日镜场的直接视线角，太阳能接收器1可以支承于高位置，例如在塔架16上，塔架16可以例如在数百英尺高度处，但设想到更大或更小的高度。来自定日镜场的热通量加热在太阳能接收器1中的固体粒子。太阳能接收器被设计成将固体粒子加热到所希望的热温度，例如在某些实施例中设想到在大约800℃或更大。例如，在2013年10月3日公开的Ma的美国公开No.2013/0257056A1(该公开以其全文引用的方式并入到本文中)中和在2013年10月3日公开的Ma等人的美国公开No.2013/0255667A1(其以引用的方式并入到本文中)和Maryamchik等人在2014年4月10日提交的美国序列号“14/250,160”(其以全文引用的方式并入到本文中)“ConcentratedSolarPowerSolids-BasedSystem”中以说明性示例的方式公开了某些合适的太阳能接收器设计。在一合适实施例(在图1插图中示出)，太阳能接收器1包括环形体积V_A，颗粒固体粒子能通过环形体积V_A向下流动，这还包括导光管T_L(在插图中以环形体积V_A的局部剖视图示出)，导光管T_L在环形体积的外表面中具有孔口T_A以从定日镜场接收光，并且伸入到环形体积V_A内使得向下流动的颗粒固体粒子经过导光管以吸收太阳热能。在向下通过太阳能接收器1之后，热粒子在固体收集器2中收集。图1示意性地示出了这种收集器2；在某些实施例中，收集器2是环形元件以便从环形太阳能接收器1的整个圆周收集粒子。

太阳能接收器1和收集器2并非加压部件，并且在大气压下操作。收集器2在其下端口处通过重力进给到立管3内，而立管3又通过重力进给到热筒仓4，热筒仓4用作储集器，储集器提供热能储存以在日落后便于设施操作。此外，然而立管3向在其下端即在热筒仓4中的粒子提供加压。由立管3中的固体粒子柱来提供在太阳能接收器1与热固体储存装置(例如，筒仓4)之间的压力密封。压力密封是根据立管3中的固体粒子柱的高度、操作温度、粒子材料和粒子的几何性质(例如，填充因子)决定的。通过确保固体粒子在填充床状态中沿着管向下移动而提供合适密封，即不使立管中的粒子流化。当在固体堆叠下方的气体压力变得等于这些固体重量的压力(这是固体重量与堆叠的设计面积的比例)时流化将开始。因此，用于涡轮操作的所希望的气体(空气)压力越高，用于提供压力密封的固体堆叠就应当越高。

为此目的，粒状固体粒子通过发电设施和特别地在收集器2与热筒仓4之间的流动受到控制以便维持立管3中的固体粒子柱在足以向立管3底部提供所希望的压力的高度(在此处不失广义性地命名为H)。将粒状固体粒子使用为准流体介质(其中，如本文所用的术语“准流体”指示粒状固体粒子像流体那样被处理，例如具有某些压力、流率等，用于描述或分析目的，同时忽略粒子的离散粒状性质)，由P＝g∫_Hρ(h)给出为了提供给定压力所需的高度，其中g是重力加速度(通常为9.81m/s²)并且ρ(h)是沿着柱在标高(即高度)处的固体粒子准流体的密度。一般而言，由于压缩，ρ(h)可以随着高度而变化，如果固体粒子准流体被视作为不可压缩的流体，那么压力P＝ρgH。以此方式，在热筒仓4中的热粒子的储集器维持在所希望的压力P，并且因此热筒仓4被合适地构造为设计成容纳在压力P的热粒子的压力容器。

继续参考图1，在热筒仓4中收集和维持在压力P的热粒子被转移到加压热交换器6，加压热交换器6也被设计成以压力P(或相对接近压力P)操作。一般而言，这种转移可以使用具有马达驱动或气动驱动阀促动器的常规机械阀来实现。然而，这种阀可能表现出较低的可靠性，这归因于诸如固体粒子的高温和压力以及固体粒子准流体的粒状性质等因素。因此，在优选实施例中，热固体粒子从热筒仓4到加压热交换器6的转移使用非机械阀诸如说明性L阀5来执行，其并无移动零件并且基于空气或其它工作流体流动对阀中固体粒子的搅动而操作。作为说明性L阀的替代，也可以使用另一非机械阀，诸如J阀。说明性L阀5有利地允许通过调整曝气空气(aerationair)到L阀5的流率而调节固体粒子通过L阀5的流动同时维持压力密封。L阀5提供对固体通过流体床热交换器6流动的独立控制以优化热交换器6的热性能。而通过热交换器的固体流动控制由设施负荷需求而驱动，与太阳活动性相对应地维持通过太阳能接收器的固体流动。输送器12、13将固体粒子从冷筒仓11的排放口提升到太阳能接收器1的顶部，通过调整输送器12、13的速度来调节这种固体流动。

加压热交换器6从热粒子向通过热交换器6流动的加压空气提取热。在典型流化床中，在固体与诸如蒸汽的热介质之间的传热发生在吸热表面上，诸如管上。提供足够的空间将充分的加热表面放置于床内的要求决定了床高度和设计面积(planarea)。相比而言，在说明性加压热交换器6中，空气与粒子的直接接触以显著更低的床体积要求提供了良好的传热。这允许显著地减小所需床高度，并且排除了与床表面(其中施加间接传热)相关联的设计面积/床体积的需要。这些改型使在成本节省的同时减少了固体遗留。在高压下(即，高于大气压，在某些实施例中，10-20atm，但并不仅限于这个范围)操作热交换器6允许设计面积的额外减少和因此显著的成本降低。

通过经由在空气与热固体粒子之间的直接接触来执行传热，热交换器6升高空气(或者更一般而言，某些其它工作流体诸如气体或蒸汽)温度到所希望的高温(700℃，或者在某些设想到的实施例中更高)而无需成本更高的合金金属床内表面/压力零件。

在说明性实施例中，热交换器6是加压流化床热交换器(PFB-HX)，其包括压力容器，压力容器被设计成在高压下操作以便以所希望的布雷登(Brayton)循环来工作。例如，容器压力可以大约10-20atm(但并不限于此范围)。附随地，由立管3中的固体粒子柱所产生的压力P在相同范围，例如在某些实施例中至少5atm，并且在某些实施例中在范围10-20atm，使得进入的固体粒子准流体在与热交换器6的压力相当的压力。这避免了对于用来在将固体粒子引入到腔室内同时维持压力密封的闭锁料斗型系统的需要，这种闭锁料斗型系统可能难以实施，因为粒子处于高温状态并且优选地具有较大体积流量。为了应对这些温度和流动体积，闭锁料斗的阀将需要处置高温固体并且还需要快速地循环。在说明性图1的发电设施中，避免了在加压热交换器6的入口处使用机械阀(诸如闭锁料斗型系统)。替代地，通过允许系统在立管3中建立固体水平高度以便在立管3底部生成压力P而实现压力密封。

立管3(或至少其下端)、热筒仓4和L阀5处于高压。因此，这些部件3、4、5合适地构造为压力容器，压力容器能够应对设计压力P。使用立管3可实现的压力密封是根据立管3的高度、操作温度和包括粒状固体粒子的(一种或多种)材料决定的。选择一种或多种粒子材料以提供在太阳能接收器1和热交换器6的高操作温度下所希望的传热性质、流动性、流化特征和稳定性。粒子密度也影响由立管3中的高度H的固体粒子柱实现的压力P，这是由于准流体密度ρ取决于固体粒子的密度和粒子的填充因子。(例如，如果粒子具有密度ρ_d，和小于一的填充因子PF，例如对于球形粒子的紧密填充结构而言PF＝0.74，那么固体粒子准流体的密度是ρ＝ρ_d×PF)。用于粒状固体粒子的某些合适材料包括(但不限于)沙，高硅砂，石英，氧化铝，硅铝酸盐，熟硬质耐火土，粘土型材料，诸如赤铁矿、钛铁矿的矿物，诸如含氧化锆、二氧化钛、氧化锆/二氧化钛的粒子的耐火材料等，以及其各种混合物。作为一说明性示例，与沙或高硅砂相比，钛铁矿提供有利的性质同时也具有更高的粒子密度，得到更高的准流体密度ρ和因此更短的柱高度H来实现在立管3底部的给定压力P。

继续参考图1，离开热交换器6的热空气流到涡轮岛。在进入涡轮9之前，可能存在于空气中的微粒优选地在微粒控制部件7处被移除。设计量度也可以用来减小夹带于离开热交换器6的空气中的微粒的浓度。例如，在热交换器6中的空气速度可以被控制，和/或脱离区设置于床上方，以便移除夹带的微粒。对磨损和细粒生成的控制也是针对微粒抑制的设计的一个方面，粒子材料选择同样如此。由离开热交换器6的热空气承载的其余微粒优选地使用粒子控制部件7来清洁，粒子控制部件7可以例如包括旋风分离器、旋液分离器、高温烛状陶瓷烛状过滤器、烧结金属微粒控制装置等。在替代方案中，微粒控制设施，诸如旋风器/旋液分离器或烛状过滤器，可以一体地合并到热交换器6内以利用共同压力边界(压力容器)。

离开微粒控制部件7的热空气随后通过可选的燃烧器8，可选的燃烧器8通过在将加压空气发送到涡轮块9之前燃烧诸如天然气的燃料F来进一步升高加压空气的温度。在常规燃烧器中，诸如燃气涡轮燃烧器或天然气焚烧器中，进入空气的温度相对较低，这可保护燃烧器的金属部件。相比而言，可选的燃烧器8从热交换器6接收高温(在某些设想到的实施例中大约700℃或更高)的进入空气。燃烧器8可以合适地包括催化型燃烧器，其具有安装到适合于高温操作的基板(诸如耐火陶瓷基板)上的催化剂。另一方面，由于空气已经在进入燃烧器8之前已被加热到高温，这减少了需要由燃烧器8提供的额外热量，并且因此需要更少燃料F(例如，在说明性示例中为天然气，或者另一合适可燃燃料，诸如液化石油气、汽油、生物柴油等)来实现在燃烧器8的输出处的所希望的高温。此外，如果在热交换器6的出口处的温度在所希望的高温，那么燃烧器8可以完全省略。虽然图示实施例采用单独于加压热交换器6的燃烧腔室8，在某些替代实施例中，设想到在加压热交换器中直接燃烧燃料以在加压热交换器的出口处实现所希望的高温。

由在热交换器6中进来空气所冷却的微粒被俘获并且由料斗从热交换器6的底部移除，并且使用固体输送系统10而运送到冷筒仓11内。从热交换器6排放的固体被进一步冷却，例如在某些设想到的实施例中，可冷却到大约450℃或更低的温度，其优化热回收并且允许在下游输送部件中使用低成本碳钢。来自冷筒仓11的粒子准备使用斗式提升机12、13或另一固体输送装置递送回到太阳能接收器1顶部。在某些实施例中，在将固体发送回到太阳能接收器1之前(或者在递送到冷储存筒仓11之前)，固体在振动筛上传递以除去任何过大材料，这些过大材料原本可能会堵塞太阳能接收器1中狭窄的流动通路。

立管3合适地被构造为耐火衬里管(或多个这样的管)，其具有数百英尺的高度(更一般而言，大于在立管3的底部获得所希望的压力P所需的固体粒子柱高度H的高度)。立管3可选地包含诸如阀14的内部部件，并且立管13未必需要在其整个高度上具有恒定截面。图示的内部阀14充当“止回阀”，其在立管3下游的任何器械中出现波动或脉冲的情况下防止固体回流，防止热材料溢出到环境内。阀14可以放置于立管中合适的高度，由在阀上方的固体粒子柱在阀14处造成的压力随着阀14放置高度增加而减小。阀14可以以说明性示例的方式为虹膜型陶瓷阀，这种类型的阀在行业中限制载有固体的气体或者固体在移动填充床中流动，因为这些阀能应对高温并且耐腐蚀。说明性阀14并不用于调节固体流量或者提供密闭性关闭，并且因此它们不能代替用于高温操作的非机械阀5来使用。

说明性筒仓4包括用于曝气空气的通风口，曝气空气用来便于固体从立管3流入到热筒仓4内。如果曝气空气被排到大气，通风口可以配备热过滤器15以防止热固体粒子释放到大气。替代地，通风口可以连接到加压热交换器6的顶部。在此情况下，曝气空气将被导向通过热交换器过滤器并且可以省略热过滤器15。立管3的底端浸没于热筒仓4中的固体粒子存货中。如果在立管3底部附近的固体被塌落，即表示填充床，固体不能从立管移动到筒仓内。为了确保粒子从立管3底端顺利流到包含于热筒仓4中的固体粒子存货内，说明性设计包括一个或多个流化喷嘴17，例如，包围立管3底端的流化环17。喷射到流化环17内的曝气流体搅动在立管3底端附近的固体粒子存货以便于流化粒子在这个接合部流动。更一般而言，流化喷嘴可以具有不同于流化环17的环形几何形状的几何形状。曝气流体通常是空气。替代地，曝气流体可以是空气与诸如(但不限于)天然气、甲烷或丙烷的气态燃料易燃混合物，以进一步加热在热筒仓中的固体。在到达太阳能接收器1的低太阳能热通量期间，这种替代方案将特别有效。

发电设施的各种部件需要供应压缩空气(或其它高压工作流体，诸如蒸汽)。压缩空气被输入到热交换器6，并且在某些优选实施例中，热力学循环需要使用作为燃气涡轮发电子系统9的部分的涡轮来驱动(直接地或者经由涡轮所驱动的发电机生成的电力)空气压缩机18并且从空气压缩机18向热交换器6内来进给压缩空气以完成热力学循环。在某些设想到的实施例中，热力学循环接近布雷登循环，并且图示实施例的热力学循环在本文中被称作布雷登循环。布雷登循环型压缩机18也合适地供应用于其它目的的压缩空气(或者其它高温工作流体)，诸如以向热筒仓4中的流化环17提供曝气，以操作L阀5等。同样，在燃气涡轮发电子系统9中例如从高压和高温工作流体生成的动力或者从涡轮的旋转轴获得的机械能或者由可与涡轮联接的可选发电机(未图示)获得的电力等合适地用于操作整合发电设施的太阳能相位的斗式提升机12、13。

现参考图2和图3，描述了某些说明性变型发电设施实施例。

图2示出了一变型配置，其中图1的实施例的加压热筒仓4被放置于较高高度(即，在生成高压P的立管3中的固体粒子柱上方)的未加压热筒仓40和放置于立管3底部的较小的缓冲槽(稳压罐)41替换。由于热筒仓40高于生成压力的固体粒子柱，图2的热筒仓40可以被设计成在大气压力下操作并且因此无需构造为压力容器。缓冲槽41在立管3底部并且因此无需被构造为能够耐受在立管3底部生成的压力P的压力容器。尽管在图2中未示出，参考图1所描述的流化环17可以在立管3底部并入于缓冲槽41中喷射曝气从而搅动固体粒子存货并且防止在立管3底部堵塞从而允许固体从立管3移动到缓冲槽41。替代地，可以完全省略缓冲槽41，并且立管3底部可以直接连接到L阀5的入口。在此实施例中，热筒仓40用作缓冲槽以消除太阳能接收器系统内的流动控制对通向热交换器6的流量的影响。

图3是图2的发电设施的替代实施例，并且包括图2的实施例的提高的并且未加压的热筒仓40和缓冲槽41。图3的实施例还包括固体冷却器50，其中从热交换器6排放的固体粒子的温度在返回到冷筒仓11之前进一步降低。通过在固体冷却器50中设置热交换器而将由固体冷却器50从排放的粒子提取的能量可选地整合到发电设施的燃气涡轮循环内，固体冷却器50与涡轮9联接。在变型实施例中，由固体冷却器回收的热可以用来驱动另一底循环，另一底循环可以选自其它可能动力循环，诸如另一布雷登型循环。

现参考图4至图7，描述了热交换器6的某些说明性实施例，其合适地结合图1至图3的说明性发电设施用作热交换器6。

参考图4，加压流化床热交换器6包括外壳体100，外壳体100具有竖直定向圆筒的形状，外壳体100是限定热交换器6的主要压力边界的压力容器。内容器102安置于容器壳体100内侧，在内容器102与容器壳体100之间设有空气间隙101。自布雷登循环的压缩机18供应空气，空气接触热固体以便向空气传热。这些空气从压缩机18经由穿过加压容器100的容器贯穿件而供应到喷嘴104内。在图4的实施例中，喷嘴104呈同轴管的形式：冷空气通过同轴管喷嘴104的外部环隙(环状空间)而输入到压力容器100内，并且热空气从压力容器100经由同轴管喷嘴104的内管排放。将更冷的空气布置于同轴管喷嘴104的外部环隙中帮助保持压力容器100壁较冷(在某些实施例中低于400℃)。虽然在图4中仅描绘了两个同轴管喷嘴104，可以存在更大数量的喷嘴来提供均匀空气流动。来自压缩机18经由喷嘴104的外环隙的冷空气进入压力容器100与内容器102之间的间隙101，并且通过内容器102中的通路或供应管线110传递，通路或供应管线110与流化床114的分配栅板泡罩112连接。供应管线110贯穿内容器102的内金属壳，内金属壳分隔流化床区域与压力容器100。空气然后贯穿粒子床114并且向上流动。同时，来自太阳能接收器1经由热筒仓4和L阀5接收的热固体粒子借助固体供应喷嘴120进入到热交换器内并且向下流动。从向下流动的固体粒子到向上流动的空气传热使得空气随着其向上流动而被加热。在内容器102的顶部处或附近，热空气从喷嘴104内管收集，热空气贯穿内容器102的顶部。收集的热空气被发送到微粒控制装置7并且随后到布雷登涡轮9(可选地在通过燃烧器8之后)，如已经参考图1所描述。

通过在床设计面积上分布的固体供应喷嘴120来将热固体递送到床114。开放底部流化床布置允许固体粒子通过整个床114向下流动以在料斗122中收集并且离开加压容器100，例如使用闭锁料斗型系统124。如先前所描述那样，使用立管3实现了在热交换器6顶部的压力密封。对于经由料斗122离开的固体而言，温度显著更低(由于向热交换器6中向上流动的空气的传热)并且因此基于机械阀的密封件，诸如说明性闭锁料斗系统124是合适的。虽然每个说明性料斗122被描绘为具有下流管，下流管贯穿压力容器100底部，替代设计可以组合来自多个料斗的流动并且使用共同喷口离开容器以便最小化穿过压力容器的贯穿部。为了获得这种布置，多个喷口可以物理地连接到彼此，或者个别L阀可以用于将来自多个个别料斗的粒子组合进入共同喷口。

图4中示出了床高度130和脱离区132。维持床高度130以允许在向上流动的空气与向下流动的固体之间的良好的接触，并且允许固体充分的停留时间来实现与空气的所希望的热交换。脱离区132提供用于固体粒子的低速区以与空气分离，这减小了从热交换器6离开的空气中的固体粒子浓度和因此必须在微粒控制装置7中移除的固体粒子量。内壳102合适地被耐腐蚀耐火材料加衬以保护壳102避免腐蚀以及提供绝热。内壳102并不充当压力边界，并且因此可以被制成具有相对较薄的壳。说明性内容器102包括外金属壳140、中间绝缘耐火层142和内耐腐蚀耐火层144，但也可设想到其它壳配置。替代地，内壳体102的侧壁可以以上文所描述的耐腐蚀耐火方案加衬并且内壳102的顶部可以被轻质绝缘耐火材料加衬，这是由于顶部并不暴露于在床区130中混合的磨蚀性固体。这将减小内壳102的重量和成本。

说明性空气供应和排出管线被配置为同轴管喷嘴104。这种设计允许在较低温度的进入空气在外侧，提供与压力容器100壁温度更好的匹配，从而减小了在进入管与容器壁之间的热膨胀差异，并且简化了材料选择和外管与容器壁之间的焊接。这也是有利的，因为其允许到压力容器100内的贯穿件与容器在相同温度。

图5描绘了加压热交换器，其中，图4的实施例的竖直定向的圆筒形压力容器100被水平定向的圆筒形压力容器200替换。这允许将较大床面积装配到压力容器100内或者如图5所示，允许插入沿着圆筒轴线布置的两个(或更多个)内部容器102，每个容器102具有其自己的流化床114。水平配置也允许减小容器200直径，从而减小了容器厚度。图5还示出了替代空气联接实施例，其中，图4的同轴管喷嘴104被单独的入口喷嘴204和排放喷嘴205替换。

图6示出了一热交换器的正视图，其与组合的同轴空气入口/排放喷嘴104组合地采用水平定向的圆筒形压力容器200(即，沿着圆柱轴线观看的视图)。如在图6中可以看出，水平圆筒形压力容器200在内部容器102顶部上自然地形成(圆筒形的)拱顶，其可以用来容纳诸如微粒分离器(例如，旋风微粒分离器)的辅助部件以提供某些或全部粒子移除，作为图1所示的单独粒子控制元件7的补充或替代。

图7示出了热交换器实施例，其同样采用水平定向的圆筒形压力容器200(在图7中沿着圆柱轴线观看，如在图6中)，但具有替代内部容器302，替代内部容器302包含由降液管318连接的多个床层314、315、316。这种设计合并了多个床层314、315、316，这些床层允许热交换器在固体与气体(空气或其它高温工作流体)之间形成逆流流型。使用塔盘317、穿孔板或级等实现了沿着竖直方向床314、315、316的物理分隔，并且提供增强的逆流流动和在粒子与气体之间改进的传热。利用单个床层(诸如在图4至图6的实施例中)，热交换器可能倾向于经历显著的竖直混合，这会导致空气和固体达到比利用诸如图7所示的多床设计可实现的共同更低混合温度。多床设计通过在内部容器302内引入多个接触阶段而抑制竖直混合。如在图7中所示，下床高度的截面积可以减小(即，最上部床316的面积大于中间床315的面积，中间床315大于最下部床314；通过内部容器302的图示倾斜侧壁来适应这种几何形状)。在下床高度处空气的较低温度意味着给定截面积的速度更低。这种设计标准合适地使用速度作为设计量度，并且下床的较低温度允许用于给定设计速度的面积减小。这种设计也呈现均匀的固体混合并且因此缓解了对于气体速度的约束。只要满足了固体遗留限制，升高气体速度可以允许在所有级上床面积的进一步减小。竖直堆叠床314、315、316和下床的床面积减小允许图7的热交换器更小/更紧凑，与图4、图5和图6的热交换器相比，其提供诸如下列益处：较低制造成本，减小的重量和减小的部件壁厚，并且能允许使用更少的料斗122和更少的相对应闭锁料斗系统，其也减少了在冷固体粒子移除系统中使用的机械阀的数量。

可以通过将压力容器分成多个容器来进一步减小容器大小，其中每个容器具有其自己的内部容器。多个容器可以被设计成更小以处置更少量的固体和气体，或者热交换器可以分解成使每个容器可以包含热交换器的不同零件(例如，不同的传热级等)。图5示出了处于并流布置中的内部容器102。替代地，内部容器102可以串联，即，其中通过管205离开第一内部容器的热空气被发送到第二内部容器的入口110，而不离开压力容器100。

返回参考图1(或图2或图3)，关于发电设施的控制存在某些限制。为了维持在立管3底部的压力P，在立管3中的固体粒子柱必须维持在高度H，高度H提供该压力P。同时，热固体粒子的足够的流率必须流入到热交换器6内以便维持以所希望的能量输出操作的布雷登(或其它热力学)循环。

在与图1的说明性发电设施组合操作的一说明性控制方案中，监视以下控制参数(输入)并且维持控制点。利用热电偶来监视来自太阳能接收器1的固体温度。确定离开太阳能接收器1的固体温度的设置点。由斗式提升机12的第一级速度来调节固体通过太阳能接收器1的流率，斗式提升机12的第一级将固体从冷筒仓11提升到太阳能接收器1。斗式提升机13的第二级(当以最大固体流率操作时)以显著更高的速度操作以将所有固体从第一斗式提升机12转移。从太阳能接收器1排放的固体被转移到收集器2(或系列收集器)，收集器2将固体排放到立管3，立管3将热固体转移到热筒仓4。热筒仓4配备有内浸入管，内浸入管被同轴管包围，同轴管在基部具有流化环17，并且曝气空气被提供到流化环17使得由收集器2俘获的所有固体可以储存在热筒仓4中。调整曝气空气进入到流化环17中的流率以将收集器2所俘获的过量固体转移到热筒仓4的环形体积，同时维持在立管3中固体的目标固体水平(或高度H)以维持所希望的压力密封。这些控制操作调节太阳能接收器1的操作。

在一说明性设想到的控制方案中，控制被配置为五个主要控制环路或点。在系统中的各种部件被设计成不限制固体从一个子系统或部件到下一个子系统或部件的转移。在第一控制点，在太阳能接收器1(在图1中并未详细地示出)顶部的分配料斗中的粒子高度由斗式提升机12的第一级的速度来调节，斗式提升机12的第一级将固体从冷筒仓11提升到太阳能接收器1。调整斗式提升机12的速度以维持在太阳能接收器1顶部的分配料斗中的目标粒子高度，如由料斗圆周周围的一系列水平检测器测量。

在第二控制点，由绕太阳能接收器1的圆周定位在分配料斗底部上的一系列料斗阀来调节固体通过太阳能接收器1的流率。调整料斗阀的操作以维持在太阳能接收器1排放口处的目标粒子温度，如围绕太阳能接收器1圆周布置的一系列热电偶(或其它温度传感器)测量。可以调整个别料斗阀的操作以调节由特定料斗阀服务的接收器的竖直部段中的粒子的排放温度。

在第三控制点，热筒仓4配备内浸入管，内浸入管被同轴管包围，同轴管具有流化环17。曝气空气被提供给流化环17使得由收集器2俘获的所有固体能储存在热筒仓4中。调整曝气空气的流率以将收集器2俘获的过量固体转移到热筒仓4的环形体积，同时维持立管3中的目标粒子高度以维持压力密封。

在第四控制点，通过响应于来自燃气涡轮发电系统9的电力的需求信号来调整到L阀5的曝气空气流量以维持目标出口温度和空气流率，通过热交换器6的热粒子速率升高或降低。

在第五控制点，热交换器6的床排放阀循环以在粒子通过热交换器6的流量根据电力需求信号增加或减小时维持在热交换器6中的目标床水平。

在第六控制点，空气与天然气(或另一气态燃料)的易燃混合物通过热筒仓曝气环17进给以提供额外固体加热以便实现加压热交换器6的所希望的目标温度。由于固体粒子高于空气与天然气的易燃混合物的自燃温度，天然气将点燃并且向固体粒子提供额外热量。

更特别地，如下来合适地执行涉及热交换器6和燃气涡轮发电子系统9的布雷登循环有关的控制。确定来自该过程的负荷需求。确定来自热交换器6的目标出口温度和空气流率以与负荷需求一致。响应于空气流量需求设置点来增加通过热交换器6的空气流量。通过增加通向L阀5的曝气空气流量来增加通过热交换器6的固体流量以维持目标空气出口温度。热交换器6床排放阀循环以维持在热交换器6中的设计床水平。固体转移系统在单个速度操作以适应将所有固体从热交换器6床排放系统的底部转移到冷筒仓11所需的最大流率。

所公开的发电设施整合聚光型太阳能发电(CSP)与加压热交换器，提供高热电转换效率，热电转换效率可以被调节以减小镜场(定日镜场)的占据面积，并且具有许多其它优点。在由燃烧器8执行天然气燃烧的情况下，由热交换器6和燃烧器8加热的空气允许实现比利用蒸汽和熔融盐作为传热流体操作的典型CSP更高的燃气涡轮入口温度和因此更高的效率。所公开的整合系统也提供储存在热筒仓4中的热固体粒子中储存的热能形式的能量的能力，这些能量随后用于在日落之后或者在缺少太阳能可用性的其它时间发电。所公开的整合的发电设施有利地整合太阳能接收器与涡轮块9，涡轮块9类似于包括布雷登涡轮(循环)和蒸气涡轮循环的天然气组合循环涡轮块。虽然理想的系统将并入蒸气涡轮岛作为布雷登涡轮的补充，如果设施不能支持基于蒸气的系统，该系统提供仅基于布雷登涡轮发电的能力。

用于从热粒子提取热的热交换器6合适地为加压直接接触热交换器，其提供另外的优点。热交换器6为温和流化床，其允许系统实现空气和粒子的总逆流流动以使得从粒子向空气内提取的能量最大。为了维持在热交换器6中的压力，在图1的实施例中，热筒仓4和立管3也处于压力下。设计高度H的固体粒子柱维持在立管3中以在立管3底部提供密封压力P。在立管3中的固体高度H是对抗加压热交换器6中的压力和热筒仓4中的压力的主要密封机构。立管3高度(其对柱高度H施加最大约束)、操作温度和粒子的选择将作为确定固体水平的设计高度H的因素来考虑，维持固体水平的设计高度H以允许在热交换器6给定压力操作。因此，该系统提供用来在流化床热交换器6中实现所希望的压力的手段，而无需对太阳能接收器1输出的热固体粒子进行操作的闭锁料斗设计。

在说明性实施例中，L阀5(或另一非机械、曝气操作阀)用来控制热粒子到热交换器6内的进给。在替代实施例中，闭锁料斗型系统可以用来进给固体粒子并且取出粒子，同时允许热交换器6以所希望的压力操作。设计热筒仓4(在图1的实施例中)以维持压力，在立管3周围形成密封并且允许粒子顺着立管3向下流动并且填充热筒仓4。筒仓可选地包括绕立管3底部周围的一个或多个流化喷嘴17，以便允许粒子从立管3向下流动并且围绕立管3底部周围或者邻近立管3底部向上流动从而填充加压热筒仓4。在图2和图3的替代实施例中，热筒仓40并未被加压并且位于较高的高度，其排除了对于限定图1的实施例的热筒仓4的高体积容量压力容器的需要。在这些替代设计中，更小的缓冲容器41提供对于在太阳能接收器1与热交换器6之间的固体粒子流动的缓存，或者替代地，热筒仓40可以用作缓冲容器。

在热筒仓4或缓冲容器41中的压力可选地由热粒子筒仓4或缓冲容器41的压力调节控制阀(诸如压力调节阀或调节通风阀，具有说明性热过滤器15)进一步维持。这允许系统从流化空气或者从L阀5(或者环路密封件或J阀)进入到筒仓或缓冲容器的空气排出过量空气累积。如果过量空气并未从热筒仓适当地清除，在热筒仓中的压力将增加，从而通过在这些区中的固体上施加背压而抑制了固体顺着立管或者通过热筒仓中的环形区的流动。对于热筒仓内的压力的适当控制便于维持总系统压力平衡以促进粒子围绕系统的平稳流动。压力控制阀可以优先地在热粒子过滤器15(或其它微粒控制装置)之后放置以便在无粒子(低微粒)环境和可能更低温度操作。替代地，这些阀可以放置于微粒装置前方。

在下文中作为另外的示例给出了某些另外的实施例。

在一实施例中，可以提供基于固体的聚光型太阳能电力系统，包括：太阳能接收器、热固体储存装置、加压热交换器、阀，其中阀被布置成将热固体进给到加压热交换器。气态介质被供应到加压热交换器，并且来自加压热交换器的冷固体被运输到太阳能接收器。燃气涡轮由在加压热交换器中加热的气态介质驱动。使用(一个或多个)合适微粒控制部件从离开加压热交换器的气态介质收集细微固体。对固体储存装置进行加压(例如，被配置为加压热筒仓)。立管位于从太阳能接收器到加压热固体储存装置的路径中。立管的高度足以允许维持高度H的固体粒子柱，该高度H的固体粒子柱足以提供对抗热固体储存装置中的压力。在这种系统中，立管可以至少部分地被加压热固体储存装置包围，并且在立管底部附近的固体可以被流化。可以提供连接流化环或其它流化元件与加压热固体储存装置中更高高度的管道。加压热固体储存装置可以配备用于在立管底部附近流化的流化介质(例如空气)的通风口。通风口可以包括过滤器或用来从离开加压热固体储存装置的流化介质收集固体的其它微粒控制装置。通风口可以连接到加压热交换器的上部。加压热交换器可以包括单个床，或者可以包括床或塔盘或类似物的堆叠，每个塔盘支承固体床并且提供气态介质通过床的均匀分布。塔盘由降液管或类似物合适地连接以允许固体通过塔盘堆叠向下流动并且允许高压的空气或其它工作气体向上连续地通过塔盘流动，产生固体对气体逆流。固体在塔盘中至少一个上流化。固体合适地从加压热固体储存装置进给到最上部塔盘中床的顶部。固体可以通过在最上部床的设计面积上均匀分布的至少两个进给点进给。通过位于最下部塔盘的至少一个排放端口来从加压热交换器移除固体。至少一个排放端口可以包括对抗加压热交换器中的压力的密封件。用于从气态介质收集细微固体的微粒控制装置可以包括过滤器，过滤器包括带细孔隙的耐高温材料。系统部件的相应高度被配置成允许固体在重力作用下从太阳能接收器通过加压热交换器。从热固体储存装置到热交换器的固体计量合适地由诸如L阀的非机械阀实现。将热固体进给到热交换器可以包括安全部段，除非在该部段中的固体流化，防止固体通过。聚光型太阳能发电基于固体的系统还可以包括燃烧器，例如焚烧器，以进一步加热在加压热交换器与燃气涡轮之间的管道中的空气或其它气态介质。

在另一实施例中，一种基于固体的聚光型太阳能电力的系统，其包括：太阳能接收器、热固体储存装置、加压热交换器、用于将热固体进给到加压热交换器的器件、用于将气态介质供应到加压热交换器的器件，用于将冷固体从加压热交换器运输到太阳能热接收器的器件，由加压热交换器中加热的气态介质驱动的燃气涡轮，用于从离开加压热交换器的气态介质收集细微固体的器件，以及用于在热固体储存装置与加压热交换器之间提供密封的器件。用于提供密封的器件可以包括机械阀，诸如闭锁料斗、旋转阀或双挡板阀。在某些实施例中，固体粒子可以包括下列中的至少一个：沙、高硅砂、石英、氧化铝、硅铝酸盐、熟硬质耐火土、钛铁矿、矾土、粘土、赤铁矿和钛铁矿。

描述了包括优选实施例的说明性实施例。虽然详细地示出和描述了具体实施例以说明本发明和方法的应用和原理，应了解并无本发明受此限制的意图，并且在不偏离这些原理的情况下可以以其它方式来实施本发明。在本发明的某些实施例中，本发明的某些特点有时可以用来取得某些优点，而不相对应地使用其它特点。因此，所有这些变化和实施例适当地属于所附权利要求的范围内。显然，本领域技术人员在阅读和理解前文的详细描述时可以想到修改和变化。预期本公开被理解为包括所有这些修改和变化，只要这些修改和变化属于所附权利要求或其等效物的范围内。

Claims (30)

1.一种发电设施，包括：

太阳能接收器，所述太阳能接收器被配置成加热固体粒子；

立管，所述立管从所述太阳能接收器向下延伸以从所述太阳能接收器接收固体粒子，所述立管具有足以支承高度H的热固体粒子柱的高度；

加压热交换器，所述加压热交换器被配置成在大于大气压力的高压操作以通过从所述立管底部流出的热固体粒子的传热而加热通过所述加压热交换器流动的工作流体；以及

用于固体粒子从所述立管的底部进入到所述加压热交换器的流动路径，所述流动路径被配置成由所述高度H的热固体粒子柱在所述立管底部处产生的压力P而密封。

2.根据权利要求1所述的发电设施，其特征在于，所述流动路径包括：

筒仓或缓冲槽，所述筒仓或缓冲槽包括压力容器，所述压力容器连接到所述立管底部。

3.根据权利要求2所述的发电设施，其特征在于，所述筒仓或缓冲槽包括：

至少一个流化喷嘴，所述至少一个流化喷嘴安置于所述筒仓或缓冲槽中并且被配置成输出工作流体以搅动在所述筒仓或缓冲槽中的固体粒子存货。

4.根据权利要求3所述的发电设施，其特征在于，所述流化喷嘴包括绕所述立管底部安置的环。

5.根据权利要求2所述的发电设施，其特征在于，所述流动路径还包括：

非机械阀，所述非机械阀并不具有移动零件并且通过工作流体流动搅动阀中的固体粒子而操作。

6.根据权利要求2所述的发电设施，其特征在于还包括：

涡轮，所述涡轮与所述加压热交换器操作性地连接以由从所述加压热交换器排放的热工作流体而驱动；以及

压缩机，所述压缩机由所述涡轮驱动以驱动工作流体通过所述加压热交换器以限定至少部分地由聚光型太阳能发电（CSP）驱动的热力学循环，所述热力学循环包括在由所述太阳能接收器加热的固体粒子中沉积的热能。

7.根据权利要求2所述的发电设施，其特征在于，所述太阳能接收器包括：

环形体积，颗粒固体粒子通过所述环形体积向下流动；以及

导光管，所述导光管在所述环形体积的外表面处具有孔口以从定日镜场接收光并且延伸到所述环形体积内，使得所述向下流动的颗粒固体粒子在所述导光管上传递以吸收太阳热能。

8.根据权利要求1所述的发电设施，其特征在于，所述流动路径包括：

非机械阀，所述非机械阀并不具有移动零件并且通过工作流体流动搅动所述阀中的固体粒子而操作。

9.根据权利要求1所述的发电设施，其特征在于，还包括：

涡轮，所述涡轮与所述加压热交换器操作性地连接以由从所述加压热交换器排放的热工作流体而驱动；以及

压缩机，所述压缩机由所述涡轮驱动以驱动工作流体通过所述加压热交换器以限定至少部分地由聚光型太阳能发电（CSP）驱动的热力学循环，所述热力学循环包括在所述太阳能接收器加热的固体粒子中沉积的热能。

10.根据权利要求9所述的发电设施，其特征在于还包括：

燃烧器，所述燃烧器被配置成在驱动所述涡轮之前向从所述加压热交换器排放的所述热工作流体添加热。

11.根据权利要求9所述的发电设施，其特征在于，所述太阳能接收器包括：

环形体积，颗粒固体粒子通过所述环形体积向下流动；以及

导光管，所述导光管在所述环形体积的外表面处具有孔口以从定日镜场接收光并且延伸到所述环形体积内使得所述向下流动的颗粒固体粒子在所述导光管上传递以吸收太阳热能。

12.根据权利要求9所述的发电设施，其特征在于，由所述涡轮驱动从而驱动工作流体通过所述加压热交换器的所述压缩机限定至少部分地由CSP驱动的布雷登循环，所述布雷登循环包括在所述太阳能接收器加热的固体粒子中沉积的热能。

13.根据权利要求9所述的发电设施，其特征在于，所述加压热交换器包括加压流化床热交换器。

14.根据权利要求1所述的发电设施，其特征在于，所述加压热交换器包括加压流化床热交换器。

15.根据权利要求1所述的发电设施，其特征在于，所述压力P为至少5atm。

16.一种方法，包括：

加热在太阳能接收器中的固体粒子；

通过来自所述太阳能接收器的重力进给而将所述太阳能接收器排放的热固体粒子形成为高度H的堆叠；

将所述固体粒子从所述高度H的堆叠底部转移到加压热交换器内，其中所述转移包括由所述高度H的堆叠重量产生的压力来密封从所述高度H的堆叠底部到所述加压热交换器内的流动路径；以及

在所述加压热交换器中，从所述固体粒子向至少5atm高压的工作流体传热。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括：

使用从所述加压热交换器中的固体粒子的传热而加热的所述工作流体驱动涡轮；以及

使用由所述涡轮驱动的压缩机来循环所述工作流体通过所述加压热交换器，由此，限定热力学循环，通过在所述太阳能接收器中的固体粒子的加热来驱动所述热力学循环。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：

通过燃烧过程进一步加热由从所述加压热交换器中的固体粒子传热而加热的所述工作流体；

其中所述热力学循环进一步由所述燃烧过程的所述进一步加热而驱动。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，由下列中的一个或多个来执行所述燃烧过程：

所述加压热交换器，

独立于所述加压热交换器的燃烧腔室，

在所述高度H的堆叠底部的储存槽；以及

使用从所述加压热交换器中的固体粒子的传热而加热的所述工作流体驱动的涡轮。

20.一种基于固体的聚光型太阳能发电系统，包括：

太阳能接收器，所述太阳能接收器被配置成加热粒状固体介质，包括粒状固体粒子；

加压热固体储存装置，所述加压热固体储存装置被配置成在由所述太阳能接收器加热之后储存所述粒状固体介质；

加压热交换器，所述加压热交换器被配置成从所述粒状固体介质向气态介质传热；

流动路径，所述流动路径连接成将由所述太阳能接收器加热的所述粒状固体介质进给到所述加压热交换器；

压缩机，所述压缩机连接成将所述气态介质供应到所述加压热交换器；

输送器，所述输送器被配置成在向所述加压热交换器中的所述气态介质传热之后将所述粒状固体介质从所述加压热交换器运输到所述太阳能接收器；

燃气涡轮，所述燃气涡轮操作性地连接成由所述加压热交换器中加热的所述气态介质驱动；以及

立管，所述立管安置于从所述太阳能接收器到所述加压热固体储存装置的所述粒状固体介质路径中；

其中所述立管具有足以保持高度H的粒状固体介质堆叠的高度，所高度H足以提供对抗所述热固体储存装置中压力的密封。

21.根据权利要求20所述的基于固体的聚光型太阳能发电系统，其特征在于，所述立管的所述底端至少部分地被所述加压热固体储存装置包围。

22.根据权利要求21所述的基于固体的聚光型太阳能发电系统，其特征在于，至少一个流化喷嘴位于所述加压热固体储存装置中。

23.根据权利要求22所述的基于固体的聚光型太阳能发电系统，其特征在于还包括：管道，所述管道连接所述至少一个流化喷嘴与所述加压热固体储存装置更高的高度。

24.根据权利要求20所述的基于固体的聚光型太阳能发电系统，其特征在于，所述加压热交换器包括塔盘堆叠，每个塔盘支承固体床，所述塔盘连接成允许所述粒状固体介质通过所述塔盘向下流动并且所述气态介质通过所述塔盘向上流动。

25.根据权利要求24所述的基于固体的聚光型太阳能发电系统，其特征在于，所述固体在所述塔盘中至少一个上流化。

26.根据权利要求25所述的基于固体的聚光型太阳能发电系统，其特征在于，所述固体通过位于所述最下部塔盘下方的至少一个排放端口从所述加压热交换器移除，所述最下部塔盘包括对抗所述加压热交换器中的压力的密封件。

27.根据权利要求20所述的基于固体的聚光型太阳能发电系统，其特征在于还包括：非机械阀，所述非机械阀被配置成通过控制所述非机械阀中所述气态介质的流量来计量所述粒状固体介质从所述热固体储存装置到所述热交换器的流量。

28.根据权利要求20所述的基于固体的聚光型太阳能发电系统，其特征在于还包括：燃烧器，所述燃烧器燃烧燃料以进一步加热所述加压热交换器与所述燃气涡轮之间的所述管道中的所述气态介质。

29.根据权利要求20所述的基于固体的聚光型太阳能发电系统，其特征在于，包括粒状固体粒子的所述粒状固体介质包括下列中的至少一种：沙、高硅砂、石英、氧化铝、硅铝酸盐、熟硬质耐火土、钛铁矿、矾土矿、粘土、赤铁矿、钛铁矿。

30.根据权利要求20所述的基于固体的聚光型太阳能发电系统，其特征在于，连接成将所述太阳能接收器加热的所述粒状固体介质进给到所述加压热交换器的流动路径包括安全部段，除非在所述部段中的固体被流化，所述安全部段防止固体通过。