[實用新型]一種直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發生器

有效

• 申請號: 201420588836.3
• 申請日: 2014-10-12
• 公開（公告）號: CN204285410U
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 林曦鵬;王亮;陳海生;謝寧寧
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F22B1/02
• 分類號: F22B1/02;F22G1/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及高溫儲能、太陽能熱發電、工業余熱發電和高溫化學反應儲能等領域，尤其適用于顆粒流化太陽能熱發電系統，是一種利用存儲的高溫流化顆粒與工作介質流體直接接觸換熱產生高壓過熱蒸氣，并輸出過熱蒸氣進行熱利用或發電的裝置。

背景技術

蒸氣太陽能熱發電技術利用太陽能集熱裝置(塔式、槽式或蝶式)聚集太陽光并加熱吸熱介質，通過換熱器/蒸發器將吸熱介質存儲的熱量傳遞給發電工質來進行發電。在太陽能熱發電系統中為了提高熱利用效率，同時也實現在晚上或者太陽輻射不足時候的持續穩定發電過程，常采用高溫儲熱裝置存儲富余的熱量并在需要的時候釋放出來。當前的太陽能熱發電技術主要吸熱介質主要采用空氣、水、導熱油和熔融鹽等，而儲熱材料主要為熔融鹽、水/水蒸氣、高溫混凝土等，然而這些材料在工程應用過程中都存在各自的缺陷，如空氣儲能密度低，導熱油成本較高且易燃，高溫混凝土最高儲熱溫度低、導熱系數低且與換熱管道間膨脹系數差別大，水的高蒸氣壓限制了其儲熱溫度，目前已成功應用的熔融鹽則存在成本高、腐蝕性強以及因熔點高導致的輔助熱源熱損失問題，并且在高溫容易分解。在換熱過程中，大多數設計都采用間接換熱過程，不僅增加了系統復雜度，設備成本，同時由于換熱溫差大，降低了換熱效率。這些儲熱材料和換熱過程中存在的問題都制約了太陽能熱發電的效率提高和大規模推廣應用。

砂粒作為一種成本低廉易得、能耐1000℃以上高溫、儲熱密度高、大規模存儲結構簡單的儲熱材料，開始引起越來越多的關注?，F有技術中，比較多的涉及顆粒流化吸熱器的設計，而對于如何將高溫顆粒內儲存的大量熱量傳遞到發電工質上則很少涉及，多是采用目前火電技術中現有的間接接觸式飽和蒸氣發生器和過熱蒸氣發生器，其設計主要目的是用于兩種流體之間的換熱。而對于高度離散不連續的高溫流化顆粒來說，該設計對于如何克服磨損，如何保證穩定高效運行，如何提高換熱效率，如何克服離散顆粒換熱帶來的局部過熱問題是一個很大的挑戰。另外，用于流化高溫顆粒的氣體進一步增加了電力損耗以及能量損耗，這些因素都直接影響了高溫顆粒流化技術在太陽能熱發電領域的成功應用和推廣。因此，專門設計一個高效穩定運行的顆粒流化蒸氣發生器是非常迫切的。

發明內容

為克服現有技術的缺點和不足，本實用新型旨在提供一種直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣蒸氣發生器，其帶有高溫顆粒預儲罐、低溫顆粒預儲罐、高壓蒸氣發生器、工質預熱管道、顆粒分流裝置、液態工質分流器、噴淋裝置、高溫閥門等部件，可以將常壓下大規模儲存的高溫顆粒在高壓小容積蒸氣發生器內與噴淋水直接接觸換熱產生過熱蒸氣，并從過熱蒸氣出口輸出，從而推動蒸氣透平發電或者用于其他熱利用。

本實用新型為解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發生器，包括通過連接管道依次連接的高溫顆粒預儲罐、高壓蒸氣發生器和低溫顆粒預儲罐，設置在所述高溫顆粒預儲罐和低溫顆粒預儲罐的進、出口處的連接管道上均設置有用于控制高溫顆粒進出的高溫閥門，其特征在于，所述高壓蒸氣發生器包括蒸氣發生器本體、顆粒分流裝置、液態工質噴淋裝置、液態工質預熱裝置和顆粒減速裝置，其中，所述顆粒分流裝置設置在所述蒸氣發生器本體內腔頂部的顆粒進口位置處，并基本覆蓋所述蒸氣發生器本體的整個頂部；所述液態工質噴淋裝置設置于所述蒸氣發生器本體的頂部或靠近頂部的側壁上，所述液態工質噴淋裝置的進口通過液體分流裝置與所述液態工質預熱裝置的出口連通；所述液態工質預熱裝置布置在所述蒸氣發生器本體底部的低溫顆粒層內，其進口與外部供液裝置連通；所述顆粒減速裝置在空間上分布在所述蒸氣發生器本體的內腔中。

優選地，在高溫顆粒預儲罐、高壓蒸氣發生器、低溫顆粒預儲罐的外殼以及連接管道周圍包覆保溫層。

優選地，所述蒸氣發生器本體頂部上設置過熱蒸氣出口，該過熱蒸氣出口的進氣端設置過濾裝置，出氣端設置控制閥門。

優選地，所述直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發生器中設置一個或多個高溫顆粒預儲罐，各所述高溫顆粒預儲罐的出口均通過設置有高溫閥門的連接管道與所述高壓蒸氣發生器的一對應進口連通，各所述對應進口處均設置顆粒分流裝置；或，各所述高溫顆粒預儲罐的出口均通過設置有高溫閥門的連接管道與所述高壓蒸氣發生器的一共同進口連通。

優選地，所述高溫顆粒預儲罐和低溫顆粒預儲罐容積為所述高壓蒸氣發生器容積的50％以下。

優選地，所述高溫顆粒預儲罐、高壓蒸氣發生器本體和低溫顆粒預儲罐外殼材料均為鋼、鈦、鋁合金、陶瓷、氧化鋁、高溫混凝土等材料的一種或者至少兩種的復合材料。