[發(fā)明專利]一種高溫儲熱蒸發(fā)一體化裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110089465.5
• 申請日: 2011-04-11
• 公開（公告）號: CN102162636A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發(fā)明（設計）人: 常春;王志峰;李鑫;白鳳武;王艷;菅泳仿;張強強
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: F22B1/02
• 分類號: F22B1/02;F28D20/00;F28D20/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發(fā)明涉及一種儲熱蒸發(fā)一體化裝置。

背景技術

由于可以通過儲熱來實現持續(xù)穩(wěn)定的電力供應，聚光型太陽能熱發(fā)電在當今被世界各國公認為極具潛力的可再生能源發(fā)電技術。儲熱方式以及儲熱材料性能和成本對于太陽能熱發(fā)電站建設和運行成本關系重大。用于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的儲熱材料需要具備如下特點：高的儲能密度；儲熱材料與熱交換液體應該有良好的熱量交換性能；儲熱材料應該具備良好的穩(wěn)定性；儲熱材料和系統(tǒng)設備之間應該有良好的化學相容性；儲熱放熱循環(huán)應可逆；高的性價比。當前儲熱方式主要有潛熱儲熱、顯熱儲熱和化學能儲熱三種方式。潛熱是指在溫度保持不變的條件下，物質在從某一個相轉變?yōu)榱硪粋€相的相變過程中所吸入或放出的熱量，潛熱儲熱就是利用材料在固相、液相、氣相之間相互轉變時吸收或放出的潛熱來實現熱能的存放，這個過程是可逆的，可以雙向多次重復，該技術當前研究和應用廣泛。常用的潛熱儲熱材料有水、各種水合鹽、混合鹽等。儲熱量巨大，但是儲熱溫度受儲熱材料的種類和物性限制。顯熱是指當此熱量加入或移去后，會導致物質溫度的變化，而不發(fā)生相變。顯熱儲熱是最為簡單和成熟的技術，常用的顯熱儲熱材料有水、熔融鹽、導熱油、混凝土、卵石等。儲熱所需物質的量較大。化學能是物體發(fā)生化學反應時所釋放的能量，化學能儲熱比顯熱和潛熱儲熱的熱流密度都大，但是技術復雜，目前尚無工業(yè)應用。在太陽能熱發(fā)電站中已經應用或在文獻專利中報道的儲熱系統(tǒng)類型和特點如下：(1)“高溫鹽罐+低溫鹽罐”的雙罐儲熱系統(tǒng)。文獻1(Ulf?Hermann，Bruce?Kelly，Henry?Price.Two-tank?molten?salt?storage?for?parabolic?trough?solar?power?plants，Energy，2004，(29)：883-893)報告了熔融鹽雙罐儲熱系統(tǒng)在槽式太陽能熱發(fā)電站的應用。熔融鹽作為傳熱、儲熱一體化工質。熔融鹽有較強的腐蝕性，但是相比導熱油而言，熔融鹽儲熱具有低成本的優(yōu)勢。而且根據熔融鹽種類的不同，儲熱系統(tǒng)的工作溫度范圍可在200℃-560℃，工作溫度上限較高，有利于提高蒸汽發(fā)電機組的工作參數，進而實現較高的發(fā)電效率，但該方案需要制造兩個熔融鹽儲熱罐，熔融鹽使用量也很大。(2)斜溫層熔融鹽單罐儲熱系統(tǒng)。文獻2(Robert?J.Copeland，Lakewood，Colo.，US?patent(No.4523629))報道了一種利用熔融鹽液相顯熱儲熱的斜溫層單罐儲熱裝置，其特點是在熔融鹽罐中設置了擋板，抑制熔融鹽罐內的冷鹽與熱鹽混合，促進熔融鹽罐上下段溫度分層。文獻3(左遠志，楊曉西，丁栴，丁靜，楊建平，中國發(fā)明專利(ZL200710028077.X))報道了一種熔融鹽中高溫斜溫層混合儲熱裝置，在熔融鹽罐中裝入相變材料，依靠顯熱換熱及相變換熱進行儲熱。與雙罐儲熱系統(tǒng)和熔融鹽單罐儲熱系統(tǒng)比較而言，可以進一步降低儲熱成本。(3)“砂石+導熱油”單罐儲熱系統(tǒng)。文獻4(M.Castro，J.L.Presa，J.Díaz，J.Peire，A.F.Baker，S.E.Faas，L.G.Radosevich，A.C.Skinrood.C.R.S.receiver?and?storage?systems?evaluation(J)，Solar?Energy，1991，47(3)：197-207)報道了“砂石+導熱油”單罐儲熱系統(tǒng)的結構特點，在換熱、導熱油污染、低溫難啟動等方面還存在需要解決的問題。(4)混凝土儲熱模塊。文獻6(Ulf?Herrmann，David?Wearney.Survey?of?thermal?energy?storage?for?parabolic?trough?power?plants(J)，Journal?of?solar?energy?engineering，2002，124：145-152)通過比較分析幾種儲熱材料的發(fā)電成本，得出混凝土儲熱模塊性價比最好。中國專利ZL200610112004.4提出了一種利用混凝土的高溫儲熱器及儲熱方法，使用重力熱管解決腐蝕和凍結問題，但是金屬管與混凝土膨脹率不同，熱脹冷縮會對混凝土結構造成裂紋，金屬管與混凝土之間的接觸熱阻也較大。此外以上文獻中報道的儲熱方式，存在成本高，且不能低溫啟動的難題。另外，上述裝置在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中應用時，還需要配備一臺蒸發(fā)器，才能實現為汽輪發(fā)電機組提供運轉所需蒸汽。在儲熱和蒸汽發(fā)生的方式上均不能進一步大幅降低成本，提高系統(tǒng)效率和穩(wěn)定性。

發(fā)明內容