[發明專利]一種氣固兩相換熱儲熱型太陽能集熱系統及方法

有效

• 申請號: 201610364741.7
• 申請日: 2016-05-27
• 公開（公告）號: CN106052159B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 張良;張曉鵬;華蒙;王宇飛;胡亞才
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F24J2/34
• 分類號: F24J2/34;F24J2/06;F28D20/00;F28D7/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 張法高,傅朝棟

技術領域

本發明涉及太陽能及蓄熱技術，尤其設計一種氣固兩相換熱儲熱型太陽能集熱系統及方法。

背景技術

太陽能作為地球上儲量最豐富的可再生能源，其高效、經濟利用一直是人類能源可持續發展的戰略選擇之一。

光熱太陽能發電技術是太陽能高效利用的主流技術之一，目前主要包括槽式、塔式、碟式和菲涅耳聚光四種技術。與光伏太陽能技術相比，光熱太陽能技術通過儲能技術的結合可以實現連續穩定的供能(發電)，因此一直受到青睞和關注。現有的儲熱型太陽能集熱系統主要采用加熱-蓄熱-加熱的二次換熱方式。例如，對于塔式、槽式、菲涅耳系統而言，通常是將熔鹽(導熱油)直接輸送到吸熱腔(集熱管)加熱后再流入蓄熱罐儲存，在通過蓄熱罐與交換器之間的熱交換產生蒸汽最終滿足發電所需要的功率，這種方式的難點在于在夜間等太陽輻照低的工況下需要維持管道內的熔鹽和導熱油的溫度，以保證流體狀態防止管道堵塞；而且二次加熱的形式也導致換熱系統比較復雜。

因此，如何實現光熱系統的蓄熱與換熱系統的高效化和結構的簡單化一直是光熱發電系統優化發展的重點之一。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提出一種氣固兩相換熱儲熱型太陽能集熱系統及方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種氣固兩相換熱儲熱型太陽能集熱系統，包括風機、主送風道閥、主送風道、顆粒給料機、聚光吸熱腔、主熱風道、主熱風道閥、送風旁路管道、送風旁路閥、分離蓄熱器、分離蓄熱器出口閥、熱風連接管、熱風旁路閥、熱風旁路連接管、主換熱器；分離蓄熱器包括熱風進口、換熱管束、風門、換熱管束進口連接管、蓄熱顆粒填充床、旋風分離器、熱風出口、換熱管束出口連接管、圍護結構和顆粒卸料口。風機經主送風道與聚光吸熱腔相連，主熱風道的進出口分別與聚光吸熱腔出口和分離蓄熱器的熱風進口相連，熱風連接管的進出口分別與分離蓄熱器的熱風出口和主換熱器相連構成主換熱通路；主送風道上安裝有主送風道閥，聚光吸熱腔的頂端與顆粒給料機相連，主熱風道的末端安裝有主熱風道閥，分離蓄熱器的出口安裝有分離蓄熱器出口閥；送風旁路管道的兩端分別與主熱風道和分離蓄熱器的換熱管束進口連接管相連，熱風旁路連接管的進出口分別與分離蓄熱器的換熱管束出口連接管和熱風連接管相連構成蓄熱換熱通路；送風旁路管道的末端安裝有送風旁路閥，熱風旁路連接管的末端安裝有熱風旁路閥。

分離蓄熱器的主體蓄熱顆粒填充床，蓄熱顆粒填充床依次設有旋風分離器和熱風出口，熱風進口經蓄熱顆粒填充床與旋風分離器和熱風出口相通；蓄熱顆粒填充床的外圍由圍護結構支撐，蓄熱顆粒填充床的內部布置有換熱管束，換熱管束的兩端分別與換熱管束進口連接管和換熱管束出口連接管相連，換熱管束進口連接管和換熱管束出口連接管上分別設有風門；分離蓄熱器底部設有顆粒卸料口。

所述的顆粒給料機和蓄熱顆粒填充床內的顆粒為石墨、碳化硅或金屬粉末，其粒徑范圍為20～200微米。

一種利用所述系統的氣固兩相換熱儲熱型太陽能集熱換熱方法，當太陽光輻照凈加熱功率大于主換熱器需求功率時，主送風道閥、主熱風道閥和分離蓄熱器出口閥開啟，其他閥門關閉，風機經主送風道將冷風送入聚光吸熱腔內與顆粒給料機投入的蓄熱顆粒混合后，被聚焦太陽光加熱升溫后，經主熱風道進入分離蓄熱器，氣固兩相流體通過分離蓄熱器的旋風分離器實現氣體與顆粒的分離，熱風氣體經熱風出口流入熱風連接管流入主換熱器實現最終的熱交換，顆粒則落入蓄熱顆粒填充床逐漸將換熱管束之間的間隙填充覆蓋形成蓄熱堆，實現對多余熱能的存儲；此時，當輻照出現波動時，則通過控制顆粒給料機中蓄熱顆粒的流量，調節蓄熱量實現進而保證進入主換熱器的熱風的溫度和流量；當太陽能輻照凈加熱功率小于主換熱器需求功率時，關閉顆粒給料機，吸熱腔僅加熱空氣達到設計溫度后經分離蓄熱器和熱風連接管流入主換熱器實現最終的熱交換；當太陽能輻照凈加熱功率小于主換熱器需求功率時，空氣經聚光吸熱腔加熱后已無法達到設計的溫度參數要求，顆粒給料機不再投放蓄熱顆粒，同時開啟送風旁路閥和熱風旁路閥，關閉調節主熱風道閥和分離蓄熱器出口閥并調節風門的開度，使得經聚光吸熱腔加熱的熱風在蓄熱顆粒填充床(20)內被進一步升溫后，再經旁路和熱風連接管流入主換熱器實現熱交換。

本發明與現有技術相比，具有如下優點：

(1)本發明的吸熱腔采用一種氣固兩相換熱方式，通過調節顆粒濃度改變換熱系數方法實現不同輻照條件下的集熱器腔內的換熱平衡的調節優化。