CN105716297B - 一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温方法及其装置。当发生云遮挡，太阳直射辐射低于一定阈值时，在吸热器外壁面布置丝网，并从顶端释放颗粒，使颗粒堆积在丝网内，形成由丝网包裹下的颗粒保温层，由于颗粒导热系数小，从而降低了吸热器的热损失，减小了吸热器壁温度波动，延长吸热器寿命，防止吸热器内熔盐工质发生凝固，提高系统的安全性；当云遮挡消失时，收回丝网，释放丝网内部的颗粒，使得堆积在吸热器外壁面的颗粒落下，将颗粒收集并通过颗粒输送系统返回吸热器顶部，重复利用。本发明可以使吸热器外壁面覆盖较厚的保温颗粒，保温效果好、反应迅速、可靠性高。

Description

一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温方法及装置

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温方法及装置。

背景技术

全球太阳能辐射总量约1.7×10¹⁷W，其中我国约占1％(1.8×10¹⁵W，相当于1.9万亿吨标煤/年)，是我国目前年能耗总量的680倍。电力是世界上消耗量最大的二次能源，太阳能发电技术是缓解当前能源危机的有效手段，应用前景极广。太阳能热发电主要包括槽式、碟式和塔式三种方式，其中塔式热发电系统主要由定日镜场、吸热器、熔盐储罐、换热器以及发电系统组成。

对于塔式太阳能热发电系统，吸热器是光热转换的关键设备，而且工作环境恶劣，承受高强度辐射能流、高温及温度分布不均。此外由于启停以及云遮挡引起的吸热器材料热疲劳对吸热器寿命有至关重要的影响。

目前大型塔式热发电站的吸热器多为裸露式，即吸热器外壁面同时为聚光接收面和大气交界面。太阳辐射的大小受天气状况和云层等不可控因素的影响，使系统温度不稳定。当发生云遮挡时，吸热器接收太阳辐射能量急剧减小，而此时吸热器的对外散热却一直发生，因此吸热器壁面温度将急剧下降，严重时可能导致吸热器中熔盐工质的凝固，对吸热器造成致命损伤。当云遮挡消失时，吸热器接收太阳辐射能量突然增大，吸热器壁面温度因此也急剧升高。因此云遮挡造成吸热器剧烈的降温和升温，减短寿命，甚至出现损坏，引发安全事故。本发明提出一种塔式太阳能热发电的吸热器颗粒保温方法，当发生云遮挡时可以快速做出反应，将颗粒覆盖于吸热器表面，减少吸热器表面热损失，减缓吸热器温度下降速度，对吸热器起到保温作用；当云遮挡结束时，颗粒层快速降落，吸热器壁面重新接收太阳辐射，因此可以降低吸热器壁面温度波动，延长吸热器寿命，防止发生安全事故。

发明内容

本发明目的在于缓解目前塔式吸热器在云遮挡时造成吸热器壁面剧烈的温度波动，延长寿命，提高运行的安全性，提出一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温方法。本发明的具体技术方案如下：

当发生云遮挡，太阳直射辐射低于一定阈值时，在吸热器外壁面布置丝网覆盖装置，并从顶端释放颗粒，使颗粒堆积在丝网覆盖装置的丝网内，形成由丝网包裹下的颗粒保温层，由于颗粒导热系数小，从而降低了吸热器的热损失，减小了吸热器壁温度波动，延长吸热器寿命，防止吸热器内熔盐工质发生凝固，提高系统的安全性；当云遮挡消失时，收回丝网覆盖装置，释放丝网内部的颗粒，使得堆积在吸热器外壁面的颗粒落下，将颗粒收集并通过颗粒输送系统返回吸热器顶部，重复利用。

进一步的，所述的丝网覆盖装置的丝网一端由一根保温的绳索牵引，另一端与吸热器下部连接，太阳直射辐射低于一定阈值时，丝网一端被绳索向上提起，丝网分布在吸热管两侧，当颗粒从顶部落下时，颗粒落入丝网中，使得颗粒覆盖于吸热器外壁面。

进一步的，所述的吸热器上部布置若干个丝网，丝网一端固定在吸热器上端，另外一端可在绳索的约束下垂落或升起，丝网中间用于填充保温颗粒，当太阳直射辐射低于一定阈值时，丝网被迅速放下，颗粒从顶部落入丝网内，覆盖于吸热器外壁面。

进一步的，位于吸热器顶端的颗粒利用吸热器出口热工质进行加热，使得颗粒温度与吸热器壁面温度相近，当颗粒下落覆盖吸热器表面时，能够更好地稳定吸热器壁面温度。

本发明还公开了一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温装置，其技术方案为：在吸热器外壁面顶端上部设有颗粒上储箱，颗粒上储箱下部设有阀门，吸热器外壁面底端设有用于收集颗粒的颗粒下储箱，颗粒下储箱通过颗粒输送系统向颗粒上储箱输送颗粒，颗粒上储箱和颗粒下储箱之间设置有丝网覆盖装置，所述丝网覆盖装置用于在吸热器外壁面上堆积保温颗粒。

优选的，所述颗粒上储箱以及颗粒下储箱有保温装置。所使用保温颗粒为实心或空心，保温颗粒表面是平整的或凹凸的，保温颗粒材质包括Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、SiC或沥青质。丝网覆盖装置包括丝网和绳索，绳索外部有保温层，保温层外表面有反射膜，内部通冷却液。

根据本发明的一种丝网覆盖装置的实施例，所述的丝网一端由一根保温的绳索牵引，一端与吸热器下部连接。

根据本发明的另一种丝网覆盖装置的实施例，所述的丝网一端固定在吸热器上端，另外一端可在绳索的约束下垂落或升起，丝网中间用于填充保温颗粒。

本发明的有益效果是：

本发明以颗粒作为保温材料，材料成本低、系统控制简单，可以迅速实现覆盖以及掉落，发生云遮挡时，通过熔盐流速单元以及颗粒覆盖单元协调控制，颗粒以指定的厚度覆盖到吸热器外表面上，减少吸热器温度波动；本发明相对于裸露的吸热器，采用颗粒保温措施，吸热管外侧换热壁面平均温度从500℃下降到230℃的时间增加了3-15倍。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明相对于裸露的吸热器，采用颗粒保温措施，可以大幅降低吸热器表面热损失，减小因云遮挡造成吸热器壁面剧烈的温度波动带来的吸热器材料热疲劳，防止吸热器内熔盐工质的凝固，延长寿命，提高运行安全性。

2、采用丝网包裹颗粒，使吸热器外壁面覆盖较厚的保温颗粒，保温效果好，丝网升降速度快，颗粒可以实现快速堆积以及掉落，因而可以迅速做出动作以应对复杂多变的云遮挡，反应迅速、可靠性高

3、颗粒材料、粒径、密度多样，适合不同结构的吸热器，而且导热率低，保温效果好，成本低，可重复利用。

附图说明

图1是塔式吸热器示意图；

图2是本发明采用上拉式丝网的单侧截面示意图；

图3是本发明采用下落式丝网的单侧截面示意图；

图4是换热面平均温度变化对比图。

图中：吸热器上保温盖1、吸热管2、吸热器下保温盖3、颗粒上储箱4、颗粒下储箱5、阀门6、阀门7、颗粒8、颗粒输送装置9、丝网10、绳索11、漏斗12、滑轮13。

具体实施方式

实施方式1：

如图1所示，吸热器由众多吸热管2排列围绕成圆柱形，吸热管外表面为吸热器外壁面。吸热器外壁面接收太阳辐射，将太阳能辐射转化为热能，传递给吸热管2内的工质，提高工质温度，吸热器的上下还有保温作用的上保温盖1和下保温盖3。本实施例采用一种基于颗粒的丝网保温方法，使得颗粒覆盖于吸热器表面，当发生云遮挡时可以降低管壁对外散热，减小其温度波动。

如图2所示，本实施例采用丝网作为辅助结构将颗粒覆盖于吸热器表面。由于装置对称，因此图2只画了一侧的截面图。丝网10一端由一根保温的绳索11牵引，一端与吸热器下部连接。当发生云遮挡时，阀门7关闭，丝网10被绳索11向上提起，阀门6打开，颗粒8从颗粒上储箱4落下，下落颗粒8落入丝网10中，待颗粒充满丝网，阀门6关闭，颗粒覆盖于吸热器外壁面，形成一层颗粒保温层，减小吸热器对外的散热损失。当云遮挡消失，阀门7打开，颗粒在重力作用下通过漏斗12下落到颗粒下储箱5中，并通过颗粒输送装置9重新返回颗粒上储箱4中重复使用，丝网10落至原位置。

如图4所示，采用颗粒保温与无颗粒保温的吸热器换热面平均温度对比图。

本实施例采用丝网作为辅助结构将颗粒覆盖于吸热器表面，可以使吸热器外壁面覆盖较厚的保温颗粒，保温效果好、反应迅速、可靠性高。本实施例与吸热管外侧无保温颗粒相比，吸热管外侧换热壁面平均温度从500℃下降到230℃的时间增加了5-15倍以上。

实施方式2：

如图3所示，丝网10一端固定在吸热器上端，另外一端可在绳索11的约束下垂落或升起，丝网10中间可以填充保温颗粒。当发生云遮挡时，阀门7关闭，绳索11通过滑轮13迅速从集热器顶端放下，阀门6打开，颗粒8从颗粒上储箱4中落下，落入丝网10中，待颗粒充满丝网，阀门6关闭，下落颗粒8在丝网的包裹下覆盖吸热管，形成一层颗粒保温层，减小吸热器对外的散热损失。当云遮挡消失，当云遮挡消失，阀门7打开，颗粒通过漏斗12下落到颗粒下储箱5中，并通过颗粒输送装置9重新返回颗粒上储箱4中重复使用。绳索11通过滑轮13拉升，在绳索11的牵引下，丝网10升至原位置。

本实施例采用丝网作为辅助结构将颗粒覆盖于吸热器表面，丝网中间填充保温颗粒，覆盖在吸热器外侧，充当保温层，保温效果好，机械运动简单。吸热管外侧换热壁面平均温度从500℃下降到230℃的时间增加了3-10倍以上。

Claims (10)

1.一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温方法，其特征在于当发生云遮挡，太阳直射辐射低于一定阈值时，在吸热器外壁面布置丝网覆盖装置，并从顶端释放颗粒，使颗粒堆积在丝网覆盖装置的丝网内，形成由丝网包裹下的颗粒保温层，由于颗粒导热系数小，从而降低了吸热器的热损失，减小了吸热器壁温度波动，延长吸热器寿命，防止吸热器内熔盐工质发生凝固，提高系统的安全性；当云遮挡消失时，收回丝网覆盖装置，释放丝网内部的颗粒，使得堆积在吸热器外壁面的颗粒落下，将颗粒收集并通过颗粒输送系统返回吸热器顶部，重复利用。

2.根据权利要求1所述的一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温方法，其特征在于丝网覆盖装置的丝网一端由一根保温的绳索牵引，另一端与吸热器下部连接，太阳直射辐射低于一定阈值时，丝网一端被绳索向上提起，丝网分布在吸热管两侧,当颗粒从顶部落下时，颗粒落入丝网中，使得颗粒覆盖于吸热器外壁面。

3.根据权利要求1所述的一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温方法，其特征在于所述的吸热器上部布置若干个丝网，丝网一端固定在吸热器上端，另外一端可在绳索的约束下垂落或升起，丝网中间用于填充保温颗粒，当太阳直射辐射低于一定阈值时，丝网被迅速放下，颗粒从顶部落入丝网内，覆盖于吸热器外壁面。

4.根据权利要求1所述的一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温方法，其特征在于位于吸热器顶端的颗粒利用吸热器出口热工质进行加热，使得颗粒温度与吸热器壁面温度相近，当颗粒下落覆盖吸热器表面时，能够更好地稳定吸热器壁面温度。

5.一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温装置，其特征在于在吸热器外壁面顶端上部设有颗粒上储箱，颗粒上储箱下部设有阀门，吸热器外壁面底端设有用于收集颗粒的颗粒下储箱，颗粒下储箱通过颗粒输送系统向颗粒上储箱输送颗粒，颗粒上储箱和颗粒下储箱之间设置有丝网覆盖装置，所述丝网覆盖装置用于在吸热器外壁面上堆积保温颗粒；当发生云遮挡，太阳直射辐射低于一定阈值时，在吸热器外壁面布置丝网覆盖装置，并从顶端释放颗粒，使颗粒堆积在丝网覆盖装置的丝网内，形成由丝网包裹下的颗粒保温层。

6.根据权利要求5所述的一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温装置，其特征在于颗粒上储箱以及颗粒下储箱有保温装置。

7.根据权利要求5所述的一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温装置，其特征在于所使用保温颗粒为实心或空心，保温颗粒表面是平整的或凹凸的，保温颗粒材质包括Al₂O₃、SiO₂、Fe₂O₃、SiC或沥青质。

8.根据权利要求5所述的一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温装置，其特征在于丝网覆盖装置包括丝网和绳索，绳索外部有保温层，保温层外表面有反射膜，内部通冷却液。

9.根据权利要求8所述的一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温装置，其特征在于所述的丝网一端由一根保温的绳索牵引，一端与吸热器下部连接。

10.根据权利要求8所述的一种基于颗粒的塔式太阳能热发电的丝网保温装置，其特征在于所述的丝网一端固定在吸热器上端，另外一端可在绳索的约束下垂落或升起，丝网中间用于填充保温颗粒。