[實用新型]一種太陽能高溫熱化學氣化反應(yīng)器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520382191.2
• 申請日: 2015-06-04
• 公開（公告）號: CN204779494U
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉啟斌;金紅光;白章
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: C10J3/00
• 分類號: C10J3/00;C10J3/66;C10J3/72
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及高溫太陽能熱化學利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種太陽能高溫熱化學氣化反應(yīng)器。

背景技術(shù)

為應(yīng)對高速的經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，能源需求量逐年增大，能源短缺以及因大量燃用化石能源所產(chǎn)生的環(huán)境污染等問題與日凸顯。為此太陽能和生物質(zhì)等可再生清潔能源將在未來扮演越來越重要的角色。

太陽能作為一種清潔的可再生能源，以輻射的形式投射至地球表面，是人類可以利用的最豐富的能源，具有一些普通能源無法比擬的優(yōu)點，如清潔、資源量巨大等。目前太陽能的利用技術(shù)主要包括太陽能光伏利用技術(shù)和太陽能光熱利用技術(shù)。其中太陽能光伏利用技術(shù)，是利用半導體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電技術(shù)，發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池板組件、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機械部件，核心部件為太陽能電池。截止2014年底，中國光伏發(fā)電累計裝機容量2805萬千瓦，其中光伏電站2338萬千瓦，分布式467萬千瓦，年發(fā)電量約250億千瓦時。而太陽能光熱技術(shù)，是利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽熱能，并獲得一定溫度熱能的應(yīng)用技術(shù)，常規(guī)的太陽能光熱發(fā)電技術(shù)則將通過換熱裝置生產(chǎn)蒸汽，結(jié)合傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機的工藝，最終生產(chǎn)電能。采用太陽能光熱發(fā)電技術(shù)，避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，可以大大降低太陽能發(fā)電的成本，同時太陽能的利用效率也將有所提高。而且，太陽能光熱利用技術(shù)能夠借助儲熱裝置來延長太陽能利用系統(tǒng)的工作時間。

常用的太陽能集熱裝置可分為線聚焦和點聚焦兩大類，其中線聚焦太陽能集熱裝置主要包括拋物槽式和線性菲涅爾式，而點聚焦太陽能集熱裝置則主要包括塔式和碟式。因聚光裝置的結(jié)構(gòu)有所差異，不同類型集熱器的聚光比和與之對應(yīng)的集熱溫度也將有所區(qū)別，其中拋物槽式和線性菲涅爾式的集熱溫度一般在450℃以下，而塔式和碟式集熱裝置的集熱溫度甚至能超過1000℃。

傳統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電技術(shù)，通過太陽能集熱裝置獲取高溫熱能，并生產(chǎn)作為做功工質(zhì)的高溫高壓蒸汽。通常拋物槽式集熱裝置以合成油作為導熱介質(zhì)，受導熱油熱穩(wěn)定性的影響，蒸汽溫度一般為370℃，而以熔鹽作為導熱介質(zhì)的塔式太陽能熱發(fā)電站的蒸汽溫度也僅為500℃左右，利用較低溫度的蒸汽難以提高太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的整體性能，而且太陽能還具有間歇性和周期性的變化特性，如何實現(xiàn)發(fā)電裝置的連續(xù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)仍然是該類發(fā)電技術(shù)的難點之一。為此，太陽能熱化學利用技術(shù)逐漸被重視，通過利用高溫太陽能驅(qū)動某些吸熱型的熱化學反應(yīng)，例如利用中溫太陽能驅(qū)動甲醇重整/裂解反應(yīng)，以及利用高溫太陽能驅(qū)動H₂O分解制氫等。通過將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能，不僅實現(xiàn)了太陽能的能量形式轉(zhuǎn)化，有利于太陽能的長期穩(wěn)定存儲，同時將太陽能轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的化學能，也有助于實現(xiàn)能量的高效利用并拓展太陽能的利用途徑。

相對而言，高溫太陽能水分解制氫作為太陽能熱化學利用技術(shù)的長遠目標，目前仍存在效率低且技術(shù)要求苛刻等問題，為此利用太陽能驅(qū)動煤炭、石油焦和生物質(zhì)等燃料進行氣化的利用技術(shù)將作為太陽能熱化學的近中期發(fā)展目標。這種多能源相集成的利用方式具有較高的能源利用效率，同時反應(yīng)所需的溫度等條件會有所降低。

煤炭和生物質(zhì)等化石燃料的氣化過程主要包括熱解和殘?zhí)繗饣@兩部分，現(xiàn)有的常規(guī)氣化方式通常將這兩組主反應(yīng)置于一體，如果利用太陽能驅(qū)動固體燃料的氣化過程仍采用這種技術(shù)方式，不僅降低太陽能的有效利用率，增加集熱過程的不可逆損失，同時產(chǎn)生的合成氣中的焦油含量也會偏高。為此本實用新型將提出一種更加高效，且適用于太陽能熱化學利用技術(shù)的氣化反應(yīng)裝置。

實用新型內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種太陽能高溫熱化學氣化反應(yīng)器，以實現(xiàn)煤炭和生物質(zhì)等固體燃料的高效氣化，減少聚光和反應(yīng)過程的不可逆損失，并降低氣化合成氣中的焦油含量。

(二)技術(shù)方案

為達到上述目的，本實用新型提供了一種太陽能高溫熱化學氣化反應(yīng)器，該太陽能高溫熱化學氣化反應(yīng)器為柱形回轉(zhuǎn)式反應(yīng)裝置，包括黑體空腔1、反應(yīng)腔室2、光線入射孔3、導流柱4、氣態(tài)氣化劑導管5、固態(tài)原料導管6、合成氣輸出導管7、導流柱支撐結(jié)構(gòu)8、驅(qū)動軸9、支撐軸承10、閉鎖裝置11和第一至第三伺服電機(12、13、14)，其中：

所述黑體空腔1為圓柱空腔結(jié)構(gòu)，在其頂部設(shè)置有用以保證照射的太陽光順利進入腔體內(nèi)的光線入射光孔3，黑體空腔1底部安裝于驅(qū)動軸9上，驅(qū)動軸9連接有第三伺服電機14，黑體空腔1通過第三伺服電機14和驅(qū)動軸9進行轉(zhuǎn)動；