CN108036522A - 一种内循环式流化床-太阳能颗粒接收器 - Google Patents

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陈巨辉
史笑
殷维杰
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    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

一种内循环式流化床‑太阳能颗粒接收器，本发明涉及一种流化床太阳能接收装置（1）。本发明中所述的流化床接受器，也可作为反应器，同时还作为储存装置，解决了太阳能聚光发电装置效率低的缺点，同时还提高了气固换热效率。所述的流化床固体颗粒接收器（4）由内置的束口管和外部的束口反应腔体构成，反应器外部腔体采用束口型减少了热损，增强了换热，内置的束口圆管使固体颗粒在流化时在接收器内部形成内循环，颗粒的平均直径为500微米。高速气流在进出口之间流动，被加热后的高温气体进入气轮机用作发电。

Description

一种内循环式流化床-太阳能颗粒接收器
技术领域
本发明涉及集中式太阳能发电技术和流化床领域，具体涉及一种内循环式流化床-太阳能颗粒接收器。
背景技术
内循环式流化床颗粒热接收器是在聚光式太阳能发电的基础上发展起来的一种新型聚光太阳能发电装置，与传统的聚光式太阳能发电系统和颗粒接收器相比，其具有热传递性能好、热储存时间长和发电效率高等优点，因而在太阳能热发电领域有着广阔的开发和应用前景。聚光式太阳能热发电系统通过集中太阳辐射能进行发电，整个过程零污染、零排放、清洁环保。而将聚光式太阳能发电系统和流化床相结合的内循环式流化床太阳能颗粒收器应用还不是很广泛，对于热量转换中辐射热的利用率还不够充分。
发明内容
本发明为了进一步提高流化床太阳能颗粒接收器的光-热-电转化效率，增强流化床颗粒接收器内气-固之间的能量传递，减少辐射热损，提供了一种内循环式的流化床-太阳能固体颗粒接收器。
本发明的技术方案是:所述内循环式流化床-太阳能颗粒接收器（4）由一个束口型的接收腔体构成，其外部包有绝热保温材料。所述接收器腔体内部有一圆形束口管；所述接收器顶部为半透明的玻璃盖板；所述接收器对称轴底部为一风扇，底部左下端设有冷空气进口，与其成空间对称的右上端为气体出口；所述的接收器内部装有一定高度的高太阳辐射吸收系数的惰性颗粒，其主要成分为三氧化二铝，平均粒径为500微米。
所述的流化床-太阳能颗粒接收装置（1）中主要能量来源是聚光器，聚光器（3）收集的太阳能经过反射镜（2）从顶部的半透明玻璃窗口进入到流化床内为惰性固体颗粒提供热量，所述的惰性固体颗粒在风扇的作用下随着高速流动的气流在束口管的作用下在接收器内部进行左右对称的内循环，过程中与进入的冷空气进行换热。在整个内循环过程中无颗粒溢出，接收器又相当于是颗粒储存器，使得颗粒一直存储在接收器内，无其他外置存储器中间过程热量的损失。
所述的颗粒采用的是具有高太阳能辐射吸收系数、密度相对较低的直径为500微米的三氧化二铝金属颗粒作为传热介质，循环过程进行前固体颗粒以固定床的形式被放置到腔体底部，体积分数为10%，其高度以不高于内置束口管最低端为宜。开始阶段由底部风扇产生速度较高的气流带动其流化，随着时间的推移由于内部束口圆管和颗粒重力等作用，颗粒在接收器腔内形成左右对称的流态。在流化过程中固体颗粒到达接收器上端时吸收来自顶部穿透进来的太阳辐射能，吸收辐射后的高温颗粒在流动过程中与进入接收器内的冷空气进行辐射-对流-导热换热，底部进入的冷空气在不断循环的颗粒加热后形成高温气体，最终高温气体从右上端的出口处输出到汽轮机中进行发电。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明通过将流化床与聚光太阳能相结合，使聚光太阳能集热、流化床传热的过程同时进行，高温的太阳辐射通过半透明玻璃进入反应接受器内，加热流化的颗粒介质，高温的颗粒介质在流动过程中加热冷空气，被加热后的高温气体通过输出管道进入汽轮机中进行发电。该发明的特点是利用粒子在束口型的太阳能接收器内循环流动的特点加热来自外界的冷空气，在粒子与空气传热的过程中，内循环模式加强了气-固-壁的辐射-对流过程，使得接收器内温度分布更加均匀，减少颗粒团聚的现象，一定程度上增加了颗粒吸热和储热的时长，提高了太阳能的利用率。
附图说明
图1是流化床-太阳能接收器发电系统，图2是流化床-太阳能热接收器三维图，图3是接收器内颗粒速度矢量图。
具体实施方式
内循环式流化床-太阳能颗粒接收器工作原理如下：
所述聚光器（3）聚集太阳光，通过反射镜（2）投入到放置在光线聚焦处的流化床固体颗粒接收器内（4），其中光线经过接受器顶部半透明玻璃进入集热接收器内后与颗粒、气体和内壁面进行换热的能量主要有：进入接收器内的辐射热（玻璃盖板得到的热量）；颗粒吸收热量；壁面吸收热量；壁面热损。
太阳光经过半透明的玻璃盖板进入集热接收器内，由于玻璃盖板的折射、反射、和吸收作用会使辐射能有所衰减，而本发明中采用的是透射率为0.9直径为200mm的石英玻璃，接收器顶部采用的是束口型，与玻璃盖板相结合的接收器壁面倾角为124度（相对于上水平面）高为225mm，采用这种设计加强了接收器腔体内部壁面、气体、颗粒之间的辐射-对流换热，而且可以将进入接收器内的辐射热近似的等于高度聚光光束所投入的能量。接收器束口下端设计成高为625mm,直径为500mm的圆柱。圆柱的左下侧为开口直径为40mm的进气口，与其成空间斜对角的右上端为开口直径为40mm的气体出口，这种斜对称结构的设计可以延长冷空气与颗粒之间热传递时间，以提高空气的出口温度。
所述接收器腔体内部的束口型圆管的倾角为64度，上端倾斜部分与下端圆柱形部分高比例为31：30，所述的束口管结构使固体颗粒在流动过程中在接收器内部形成内循环形式，加快和强化了粒子与气体之间的传热。颗粒在流动开始前就堆积在接收器内，强力的风扇带动气流的扰动使得颗粒在接收器内流动起来，内部的束管使得颗粒在流动中形成左右循环形式，加强了传热，同时粒子在内部不停地流动吸收来自顶部的太阳辐射热，增加了粒子的储热时长使得在多云天气供给热量。

Claims (6)

1.一种内循环式流化床-太阳能颗粒接收器（4），其特征在于：
所述接收器（4）也可作为反应器和颗粒存储装置，在所述的内循环式流化床-太阳能颗粒接收器（4）中底部存有一种体积分数为10%的惰性固体颗粒三氧化二铝，颗粒的平均粒径为500微米，密度为3200kg/m³，该固体颗粒在接收器内部不断循环流动，气体在出入口之间流动。
2.所述内循环式流化床-太阳能颗粒接收器（4）为束口型，束口部分与桶身夹角为56°，桶身的直径为500mm 。
3.如权利2所述的束口型流化床接收器内部放置一束口型的圆管，内置束口管筒身直径为260mm，上部束口倾角为64°。
4.如权利要求1所述接收器内底部存放的颗粒是被高速转动的内置风扇吹动，随着气流的扰动进行流化。
5.所述接收器（4）进出口截面为直径为20mm的圆，冷空气从左端进口进入，颗粒在反应器内部流化自上而下形成内循环的模式，加热后的热空气从右上端出口输出，输出的高温热空气供给给气轮机（6）。
6.一种用于储存太阳能的方法：
所述方法包括如下步骤：聚光定日镜（3）聚集的太阳能经过反射镜（2）透过束口型流化床太阳能接收器（4）顶部的玻璃进入到接收器内部，由气流流化的固体颗粒在接收器内部形成内循环模式吸收来自顶部射入的太阳辐射能，气流在空间流动中被内循环的颗粒加热，最终热空气输出到汽轮机进行发电。
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