[發明專利]一種直接產生蒸汽的高溫混凝土儲熱器

有效

• 申請號: 201110096656.4
• 申請日: 2011-04-18
• 公開（公告）號: CN102168848A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 菅泳仿;王志峰;王艷;白鳳武;徐超;李鑫
• 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
• 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

本發明涉及一種高溫儲熱器，特別涉及使用高溫混凝土作為儲熱材料的直接產生蒸汽的儲熱器。

背景技術

太陽能熱發電站通常包括4個部分：聚光系統、吸熱系統、儲熱系統以及熱功轉換系統，其中儲熱系統是太陽能熱發電站實現大規模商業化運行的關鍵部分。按儲熱原理劃分，儲熱分為顯熱儲熱、潛熱儲熱和化學反應儲熱三種主要形式，其中顯熱儲熱由于技術簡單成熟，成本較低，因此在太陽能熱發電系統中應用最為廣泛。潛熱儲熱的單位體積熱容量較大，相變時溫度基本保持不變，是目前研究最多的儲熱方式，但潛熱儲熱在換熱器的設計及儲熱材料的選擇上存在較大困難，而且經多次循環后儲熱材料的相變性能會發生退化，因而在太陽能電站中尚未得到應用?；瘜W反應儲熱由于技術較為復雜，成本較高，工業上尚無大規模應用實例。用于太陽能熱發電站中的顯熱儲熱材料包括液體材料(如水，導熱油和熔融鹽等)和固體材料(如鑄鐵、鐵礦石、卵石、砂石、陶瓷，高溫混凝土等)。熔融鹽具有較強的腐蝕性，對儲熱系統中的換熱管道有非常強的破壞性，同時熔融鹽的凝固溫度較高，需要增加額外的設施防止熔融鹽凝固，提高了系統的成本。導熱油由于使用溫度限制，無法用于400℃以上溫度的熱量儲存，且工質造價和系統成本均較高，大規模應用的經濟性不佳。高溫混凝土具有高溫性能穩定、投資成本低、運行維護方便、使用壽命長等優點，具有廣闊的應用前景。國內外已開展了諸多高溫混凝土儲熱技術方面的研究，中國專利CN200610112004.4提出將熱管埋置于混凝土儲熱塊中，熱管的冷熱端分別浸入冷熱流體池中，利用熱管為混凝土儲熱塊進行充放熱。中國專利CN200910272709.6提出了一種新的混凝土儲熱塊管道布置方式，其換熱管道的按正方形排列，并從混凝土儲熱材料的制備方面提出了提高混凝土材料熱傳導率的材料配方及澆注方法。美國專利US20090294092提出在以導熱油為傳熱工質的混凝土蓄熱器的換熱鋼管外涂上一層低熔點的涂料，解決混凝土與換熱鋼管熱膨脹率不匹配的問題。德國專利DE102009036550將混凝土浸泡在一種傳熱工質中，充放熱管路中的流體通過換熱鋼管以及傳熱工質與混凝土儲熱塊進行熱交換，該蓄熱器的特點是拆卸方便，同時可有效避免換熱鋼管與混凝土儲熱塊間出現開裂的問題。這些關于混凝土儲熱專利均采用充熱流體和放熱流體為同一工質的儲熱系統，需要另設蒸汽發生器以產生蒸汽，使得系統較為復雜，系統熱效率較低，成本較高。

發明內容

本發明的目的是克服現有高溫混凝土儲熱系統充熱與放熱過程使用同一工質的不足，提供一種結構簡單，成本低廉的可直接產生蒸汽的高溫混凝土儲熱器。本發明采用高溫混凝土作為儲熱材料，工作溫度為400-600℃。充熱流體可以為熔融鹽、導熱油、高壓水、過熱蒸汽等工質，放熱流體為水/蒸汽，可以直接產生蒸汽，儲熱器可實現充熱與放熱過程同時運行和充熱、放熱過程單獨運行。

本發明的高溫混凝土儲熱器包括高溫混凝土儲熱塊、充熱管路和放熱管路。充熱管路和放熱管路相互獨立，采用兩種不同的傳熱流體進行充熱和放熱。

所述的高溫混凝土儲熱塊由高溫混凝土材料澆注而成，是高溫混凝土儲熱器的主體部分，位于儲熱器的中心位置。

所述的高溫混凝土儲熱器包括充熱和放熱兩套相互獨立的管路，采用兩種不同的傳熱流體進行充熱和放熱。所述的充熱管路主要由充熱管組成，充熱管水平埋置于高溫混凝土儲熱塊中，呈正三角形排列。充熱管可以是金屬管、陶瓷管或預成型的高溫混凝土流道，充熱流體可以是熔融鹽、導熱油、高壓水、過熱蒸汽等。放熱管路由給水管、給水閥、給水泵、給水進口閥、水進口管、放熱循環管、豎直放熱管、蒸汽出口閥、蒸汽出口管、汽水分離母管、循環水泵、回流水罐、回流進口管、回流進口閥、回流出口管、回流出口閥等部件組成。汽水分離母管安裝于高溫混凝土儲熱塊的頂部，豎直放熱管豎直埋置于高溫混凝土儲熱塊中，與充熱管呈平行交叉排列，放熱循環管位于高溫混凝土儲熱塊的左側，與豎直放熱管的一端相連。豎直放熱管和放熱循環管的另一端與汽水分離母管的底部相連，形成連通的U型管。豎直放熱管和放熱循環管為承壓鋼管，放熱流體為水/蒸汽。循環水泵位于放熱循環管的中部，通過放熱循環管與汽水分離母管相連。蒸汽出口管位于汽水分離母管的頂部，通過蒸汽出口閥與汽水分離母管相連。水進口管與汽水分離母管的底部相連，放熱流體水依次經過給水管、給水閥、給水泵、給水進口閥、水進口管后進入到汽水分離母管中。回流進口管位于回流水罐的頂部，通過回流進口閥與放熱循環管的底部相連，回流出口管位于回流水罐的底部，通過回流出口閥與給水泵相連。