一种塔式太阳能热发电的吸热器颗粒保温方法及其装置

摘要

本发明公开了一种塔式太阳能热发电的吸热器颗粒保温方法及其装置。当发生云遮挡，太阳直射辐射低于一定阈值时，从吸热器外壁面顶端释放颗粒，颗粒通过重力作用、电作用或者磁作用，堆积在吸热器外壁面处，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，通过震动或者撤销施加的电作用或者施加的磁作用，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。本发明避免了高温下复杂的机械运动，适应性好、可靠性高。

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，特别是一种塔式太阳能热发电的吸热器颗粒保温方法 及其装置。

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，提出一种塔式太阳能热发电的吸热器颗粒保温方法。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，从吸热器外壁面顶端释放颗粒，颗粒通 过重力作用、电作用或者磁作用，堆积在吸热器外壁面处，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，通过震动或者撤销施加的电作用或者施加的 磁作用，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。

优选的，所述的电作用是指将颗粒带电，并在电场的作用下覆盖于吸热器外壁面。所述 的磁作用是指磁性颗粒在磁场的作用下覆盖于吸热器外壁面。

所述的吸热器的管外壁上布置纹路或翅片，当颗粒从顶部落下时，经过导流板引导，落 入构件上搁置起来，进而使得颗粒覆盖于吸热器外壁面。

所述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塔式太阳能热发电的吸热器颗粒保温装置，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外 部有保温装置，颗粒上储箱和颗粒下储箱之间设置有颗粒覆盖装置，所述颗粒覆盖装置用于 在吸热器外壁面上堆积颗粒。

所述的颗粒覆盖装置为布置在吸热器中部的磁铁、使颗粒和吸热器外壁面带异性电荷的 电场装置或设置在吸热器外壁面上的机械部件。

所述的机械部件为设置在吸热器外壁面上的纹路或翅片。

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；吸热管外表面覆盖平均1mm-3mm厚度保温颗粒时，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2-10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、由于颗粒可以快速堆积以及掉落，因而可以迅速做出动作以应对复杂多变的云遮挡， 无复杂机械运动过程，温度对于覆遮过程没有影响。

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是塔式吸热器颗粒保温原理示意图；

图2是本发明采用磁作用装置的单侧截面示意图；

图3是本发明采用电作用装置的单侧截面示意图；

图4是本发明采用重力作用的单侧截面示意图；

图5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、磁铁4、阴极线5、颗粒上储 箱6、阀门7、颗粒8、颗粒下储箱9、颗粒输送装置10、翅片11、导流挡板12。

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。本实施例采用磁作用使得 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，本实施例采用磁作用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，为了更加清晰的说明颗粒循环的过程，将颗粒循环系统单独提取出来。 当发生云遮挡时，阀门7打开，颗粒8从颗粒上储箱6落下。该种颗粒采用磁性材料制作， 因此在下落的过程中由于受到磁铁4的吸引作用，因此吸附到吸热管2的壁面，形成一层颗 粒保温层，减小吸热器对外的散热损失。

当云遮挡消失时，可以采用两种方式使得颗粒掉落：由于磁铁4采用的电磁铁，因此切 断电磁铁的电流，磁性消失，颗粒掉落；另一种方式为，由于磁性物质存在居里温度，即高 于居里温度时磁性消失，因此利用该种特性，当云遮挡消失时，由于太阳能辐射增强，覆盖 在吸热管2壁面上的颗粒被加热，当高于居里温度时，磁性消失，受重力作用而下落。掉落 的颗粒收集在颗粒下储箱9中，并通过颗粒输送装置10重新返回颗粒上储箱6中重复使用。

如图5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。

本实施例采用磁作用将颗粒覆盖于吸热器表面，具有操作简单，便于控制的优点，当磁 铁4采用电磁铁时，通过调节电流大小改变磁场强弱，进而调节保温颗粒覆盖在吸热器外表 面的厚度。吸热管外表面平均覆盖1-3mm厚度保温颗粒时，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3-7倍以上。

实施方式2：

如图3所示，本实施例采用电作用将颗粒覆盖于吸热器表面。当发生云遮挡时，阀门7 打开，颗粒8从颗粒上储箱6落下。在吸热管2与阴极线5之间形成高压电场区，阴极线为 负极，吸热管为正极并接地，形成电晕放电。下落颗粒8进入电场区域时带电，并在下落过 程中在电场力作用下覆盖于吸热管2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，撤销施加的电场，颗粒在重力作用下或在吸热器施加外力的拍打振动下 掉落。掉落的颗粒收集在颗粒下储箱9中，并通过颗粒输送装置10重新返回颗粒上储箱6中 重复使用。

本实施例采用电作用将颗粒覆盖于吸热器表面，通过调节正负电极之间的电势差使保温 颗粒以不同的厚度覆盖到吸热器外表面。吸热管外表面平均覆盖1-3mm厚度保温颗粒时，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2-5倍以上。

实施方式3：

如图4所示，本实施例采用重力作用将颗粒覆盖于吸热器表面。采用翅片作为辅助结构， 当发生云遮挡时，阀门7打开，颗粒8从颗粒上储箱6落下。由于翅片11以特定的形状和结 构作用在吸热管外壁面上。下落颗粒8经导流挡板12导流，下落过程中在翅片11的机械作 用下覆盖于吸热管2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，颗粒在在吸热器施加外力的拍打振动下掉落。掉落的颗粒收集在颗粒下 储箱9中，并通过颗粒输送装置10重新返回颗粒上储箱6中重复使用。

本实施例采用重力作用将颗粒覆盖于吸热器表面，通过改变翅片的之间的间距以及翅片 的长度，使保温颗粒可以以指定的厚度覆盖到吸热器外表面，结构简单，效果明显。吸热管 外表面平均覆盖平均1-3mm厚度保温颗粒时，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。