CN202883280U - 采用流沙储热传热的一体化塔式太阳能热发电装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型采用流沙储热传热的一体化塔式太阳能热发电装置采用“流沙”替代导热油、熔盐或气体等传热储热工质建立的塔式太阳能热发电装置。该装置充分利用“流沙”的流体特性，兼顾“流沙”具有的耐高温、无压力、热阻小和成本低的特点，借助流沙携带的显热和高温空气在流经蒸汽发生器时生成过热蒸汽推动蒸汽涡轮发电机发电，通过一体化设计降低塔式太阳能热发电装置建造成本，为最终实现平价发电奠定技术基础。该装置属太阳能热发电技术领域。

Description

采用流沙储热传热的一体化塔式太阳能热发电装置
技术领域
本实用新型涉及一种采用“流沙”替代导热油、熔盐或气体等传热储热工质建立的塔式太阳能热发电装置。该装置充分利用“流沙”的流体特性，兼顾“流沙”具有的耐高温、无压力、热阻小和成本低的特点，通过一体化设计降低塔式太阳能热发电装置建造成本，为最终实现平价发电奠定技术基础。该装置属太阳能热发电技术领域。
背景技术
太阳能热发电技术主要有四种，目前应用最多的是槽式太阳能热发电技术，但其他技术如塔式、线聚焦菲涅尔式和利用斯特林机发电以及采用高温气体传热的碟式热发电技术也取得了很大进步。特别是随着西班牙Gemasolar塔式热发电站的成功发电，塔式热发电技术有了前所未有的发展。目前在建的大型塔式电站主要分布在美国，如BrightSource能源公司建造的Ivanpah电站和SolarReserve太阳能技术公司建造的Crescent Dunes太阳能热电站。在这些塔式太阳能热发电站中主要应用直接蒸汽发电(DSG)和熔盐传热储热发电两种技术，储热方法均选择了熔盐储热。由于熔盐的结晶点较高，为防止熔盐凝固造成设备损坏，必须配备天然气等辅助加热系统以降低系统运行风险，因而导致建造成本居高不下。为克服熔盐的缺陷，美国可再生能源实验室(NREL)率先提出在塔式太阳能热发电站中采用固体颗粒以替代熔盐，在他们的专利US8109265B1中，设想利用太阳能直接加热固体颗粒然后间接加热空气，再利用高温空气加热流化床锅炉产生过热蒸汽，推动涡轮蒸汽发电机发电。从这些设想中不难看出，直接通过太阳辐射加热散落的固体颗粒的方法其实很不切实际，特别是塔式接收器的窗口设计的很小，将光线汇聚到足够小其技术难度很大，再由于接收器开口本身固有的热损失就很大，如果通过加热固体颗粒间接转换成高温空气只能加剧热损失，因此采用这些方法欲实现设计目标将会很困难。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是采用流沙作为储热传热工质建立一体化塔式太阳能热发电装置，主要技术措施有三顶，一是利用太阳能管式接收器直接加热流沙，借助流沙的流动特性替代导热油、熔盐等储热传热工质；二是在一个相对密闭的空间里利用流沙直接储热，尽可能减少系统热损失和降低制作成本；三是借助流沙自身携带的显热和高温空气在流经蒸汽发生器时生成过热蒸汽推动蒸汽涡轮发电机发电，特别是选择多种锅炉排管方式可进一步提高蒸汽发生器的热转换效率。
本实用新型所称问题是由以下技术方案解决的：
所述采用流沙储热传热的一体化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、流沙、流沙储热室、蒸汽发生器、汽水分离装置、储沙室、流沙提升装置、流沙导流器、水泵、散热装置、涡轮蒸汽发电装置，其特征在于：流沙导流器、太阳能接收器、储热室、蒸汽发生器、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，太阳能接收器管道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蒸汽发生器，流沙经蒸汽发生器进入储沙室；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，经流沙导流器进入太阳能接收器；定日镜聚光阵列围绕太阳能接收塔布置；蒸汽发生器进出口分别连接涡轮蒸汽发电装置和水泵及散热装置。
所述太阳能接收器是由涂覆了热吸收涂层的耐高温、耐磨损的高强度金属管，或陶瓷管，或高硼硅玻璃管，或石英玻璃管并列组成；在低纬度地区，太阳能接收器在塔身顶部呈圆周设置；在纬度稍高的地区，太阳能接收器在塔身顶部一侧设置。
所述流沙是滤除粉尘后的石英砂粒、或玻璃微珠、或玻璃砂粒、或金属珠粒、或陶瓷砂粒、或石墨颗粒、或玄武岩微珠，或上述沙粒的混合物。
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，流沙储热室出口设置流沙控制器，控制流沙流出速度。
所述蒸汽发生器包括饱和蒸汽发生器和过热蒸汽发生器，还包括流沙进出口和水汽分离装置；其中蒸汽管道呈纵向设置，或横向、或对称倾斜设置；水汽分离装置设置在饱和蒸汽发生器和过热蒸汽发生器之间；除氧去离子水经管道进入饱和蒸汽发生器，产生的饱和汽经过水汽分离后进入过热蒸汽发生器；产生的过热蒸汽通过蒸汽管道连接涡轮蒸汽发电装置；流沙进口设置在蒸汽发生器上端，采用流沙直接灌注方式需设置单个或多个流沙进口；采用纵向设置锅炉蒸汽管道时需配置旋转流道，流沙经旋转流道进入储沙室；储沙室出口设置流沙控制器。
所述流沙提升装置由金属链斗和流沙管道组成；从蒸汽发生器流出的流沙进入储沙室，由设置在储沙室的金属链斗通过流沙管道从太阳能接收塔底部将流沙提升至顶部的流沙导流器，完成流沙的储热传热循环流程；
本发明的新颖之处在于，采用流沙作为储热传热工质其原料来源广泛，具有储热温度高、热阻小、成本低的特点，不存在遇高温气化、压力增大、体积膨胀和遇冷凝固的后顾之忧；其次是采用管式太阳能接收器可增大热辐射接收面积，减少热损失；再次是利用流沙及其携带的高温气体直接加热蒸汽发生器，既保留了传统工质的优势，又可提高换热效率。最重要的是在实现高温储热的有利条件下可延长发电时数，最终降低发电成本，为实现平价发电，替代化石能源创造条件。本装置可实现模块化设计和布局，即可建立小型太阳能热发电站，也可建立规模化太阳能热发电站。
附图说明
图1是本实用新型一体化塔式太阳能热发电装置示意图
其中：1定日镜聚光阵列、2太阳能接收塔、3太阳能接收器、4流沙、5流沙导流器、6流沙储热室、7蒸汽发生器、8储沙室、9流沙提升装置、10金属链斗、11流沙管道、12水汽分离装置、13涡轮蒸汽发电装置、14散热装置、15水泵
具体实施方式
采用流沙传热储热的一体化塔式太阳能热发电装置的定日镜聚光阵列1布置在太阳能接收塔塔身2周边，太阳能接收器3设置在塔身顶部的圆周或一侧；采用流沙4做传热和储热工质，流沙4经流沙导流器5进入太阳能接收器3，经太阳能辐照加热至500至900度的流沙4进入流沙储热室6，流沙储热室6出口设置控制阀，控制流沙向下流动速度。流沙4进入蒸汽发生器7，然后经蒸汽发生器7进入储沙室8，水汽分离装置12设置在蒸汽发生器7上；流沙4经蒸汽发生器7之后进入储沙室8，通过流沙提升装置9配置的金属链斗10和流沙管道11提升至塔身顶部的流沙导流器5，然后再次进入太阳能接收器3，完成流沙储热传热的整个循环流程。水泵15、散热装置14和涡轮蒸汽发电装置13为常规郎肯循环热发电装置。

Claims (6)

1.采用流沙储热传热的一体化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、流沙、流沙储热室、蒸汽发生器、汽水分离装置、储沙室、流沙提升装置、流沙导流器、水泵、散热装置、涡轮蒸汽发电装置，其特征在于：流沙导流器、太阳能接收器、储热室、蒸汽发生器、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蒸汽发生器，流沙经蒸汽发生器进入储沙室；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，经流沙导流器进入太阳能接收器；定日镜聚光阵列围绕太阳能接收塔布置；蒸汽发生器进出口分别连接涡轮蒸汽发电装置和水泵及散热装置。
2.根据权利要求1所述的采用流沙储热传热的一体化塔式太阳能热发电装置，其特征在于：所述太阳能接收器是由涂覆了热吸收涂层的耐高温、耐磨损的高强度金属管，或陶瓷管，或高硼硅玻璃管，或石英玻璃管并列组成；在低纬度地区，太阳能接收器在塔身顶部呈圆周设置；在纬度稍高的地区，太阳能接收器在塔身顶部一侧设置。
3.根据权利要求1所述的采用流沙储热传热的一体化塔式太阳能热发电装置，其特征在于：所述流沙是滤除粉尘后的石英砂粒、或玻璃微珠、或玻璃砂粒、或金属珠粒、或陶瓷砂粒、或石墨颗粒、或玄武岩微珠，或上述沙粒的混合物。
4.根据权利要求1所述的采用流沙储热传热的一体化塔式太阳能热发电装置，其特征在于：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，流沙储热室出口设置流沙控制器，控制流沙流出速度。
5.根据权利要求1所述的采用流沙储热传热的一体化塔式太阳能热发电装置，其特征在于：所述蒸汽发生器包括饱和蒸汽发生器和过热蒸汽发生器，还包括流沙进出口和水汽分离装置；其中蒸汽管道呈纵向设置，或横向、或对称倾斜设置；水汽分离装置设置在饱和蒸汽发生器和过热蒸汽发生器之间；除氧去离子水经管道进入饱和蒸汽发生器，产生的饱和汽经过水汽分离后进入过热蒸汽发生器；产生的过热蒸汽通过蒸汽管道连接涡轮蒸汽发电装置；流沙进口设置在蒸汽发生器上端，采用流沙直接灌注方式需设置单个或多个流沙进口；采用纵向设置锅炉蒸汽管道时需配置旋转流道，流沙经旋转流道进入储沙室；储沙室出口设置流沙控制器。
6.根据权利要求1所述的采用流沙储热传热的一体化塔式太阳能热发电装置，其特征在于：所述流沙提升装置由金属链斗和流沙管道组成；从蒸汽发生器流出的流沙进入储沙室，由设置在储沙室的金属链斗通过流沙管道从太阳能接收塔底部将流沙提升至顶部的流沙导流器，完成流沙的储热传热循环流程。
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