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现场涂覆塔式太阳能接收器的方法
申请号	CN201180066008.2	申请日	2011-12-29	公开(公告)号	CN103502746A	公开(公告)日	2014-01-08
申请人	阿文戈亚太阳能新技术公司;			发明人	E·P·克拉维霍·里韦拉; N·马丁内斯·桑斯索; V·费尔南德斯·克罗; J·巴拉甘·希梅内斯;
摘要	本发明涉及一种在现场为塔式接收器涂覆涂层以用于保护接收器表面避免发生腐蚀并且提高接收器的吸收率的方法，其通过几个步骤实施：表面处理，涂覆涂层，固化，可选的玻璃化以及受控冷却。表面处理根据接收器的尺寸在多个区域上进行，一种方法使得设置的涂层涂覆能够使腐蚀的风险最小化。固化阶段通过供应蒸汽到接受器管的内部而实现，并且所需的温度高于锅炉的运行极限，其通过作为支撑系统的太阳能阵列而被调节。玻璃化使用饱和蒸汽使其通过接收器管并且将太阳辐射聚集在接收器表面上而完成。
权利要求	1.用于现场涂覆塔式太阳能接收器的方法，包括如下步骤： a)接收器的表面处理； b)涂覆涂层； c)采用循环蒸汽使其通过接收器的内部来固化涂层； d)接收器的受控固化。 2.根据权利要求1所述的涂覆方法，其特征在于，在进行表面处理之前，接收器的表面被限定成数个区域。 3.根据权利要求2所述的涂覆方法，其特征在于，步骤a）和b）在被限定出的接收器表面的区域中进行，所述步骤被设置用于最小化两个步骤之间的时间。 4.根据权利要求3所述的涂覆方法，其特征在于，在接收器的每个区域涂覆涂层，进行过预处理的接收器表面在执行表面处理之后的八个小时之内进行涂覆。 5.根据权利要求1所述的涂覆方法，其中表面处理通过采用加压研磨材料对表面进行喷砂处理而实现。 6.根据权利要求1所述的涂覆方法，其特征在于，涂层的涂覆采用无气喷涂进行。 7.根据权利要求1所述的涂覆方法，其特征在于，在接收器的固化步骤之后以及受控冷却步骤之前，通过供给蒸汽使其流经接收器的内部并且通过在所述接收器表面聚集来自太阳光反射装置阵列的太阳辐射，而实现涂层膜的玻璃化步骤。 8.根据权利要求7所述的涂覆涂层的方法，其特征在于，在玻璃化步骤中，通过聚焦太阳能阵列的太阳光反射装置以实现接收器上的辐射聚集，使其以受控的方式采用5MWt每 10分钟的热输入率朝向接收器聚焦，直到达到由涂层制造商推荐的适于该操作的玻璃化温度。 9.根据权利要求1所述的涂覆涂层的方法，其中固化过程除了通过供应蒸汽使其通过接收器的内部以外，还使用太阳能阵列作为支撑系统来维持稳定不变的朝向接收器的热输入，直到达到由涂层制造商推荐的用于该操作的温度。 10.根据权利要求1所述的涂覆涂层的方法，其中通过控制太阳能阵列的太阳光反射装置的散焦，以实现接收器的受控冷却，并且在移除热输入之后，冷流体通过接收器的循环开始进行。 11.根据权利要求10所述的涂覆涂层的方法，其中太阳光反射装置的散焦使得热输入以5MWt每10分钟的速率减小，并且冷流体流经接收器的再循环采用再循环泵执行直到表面温度低于100℃，当泵断开连接，接收器被冷却到室温。
说明书全文	现场涂覆塔式太阳能接收器的方法技术领域 [0001] 本发明属于涉及将液体或其它流体涂覆到预先处理过的表面上的程序的技术领域。更具体地，其涉及为塔式太阳能接收器涂覆吸收涂层的涂覆方法。该方法包括表面处理，涂覆涂层，固化，以及接收器的现场玻璃化。背景技术 [0002] 在塔式太阳能接收器系统中，太阳光反射装置或移动反射镜根据太阳的位置定位，反射太阳辐射以将其聚集在位于塔顶的接收器。接收器负责将接收到的热量传递给工作流体，例如水，熔盐，等等，用于在连接到发电机的涡轮机中产生蒸汽。这些接收器具有提升由太阳光反射装置聚集的太阳辐射的吸收率的特殊涂层。塔作用于支撑接收器，接收器必须设置在太阳光反射装置水平高度上方的一个特定高度上以提高余弦效应，余弦效应由入射光线沿着垂直于太阳光发射装置的方向形成的角度而产生并且其减少了反射镜的有效反射表面。 [0003] 在涂层市场中供应有大量的可能用于塔式太阳能接收器中的工业用涂层；然而，特定地适用于所述应用的只有很少的一部分，并且由此，在所述太阳能组件上对这些涂层进行了测试。 [0004] 因此，关于涂层涂覆方法与太阳能技术应用结合的经验的文件仍然很稀少。主要的参考文献如下： [0005] 专利文件DE2734604A1（太阳能电池板的涂层工艺）公开了一种可应用于太阳能技术以提高由太阳能组件所吸收的热量的涂层的构成。还有，专利文件FR2399289A1示出一种具有黑色颜料的漆，其可以沉积在太阳能集热器中并且形成的膜的厚度在5到30微米之间。 [0006] 专利文件US005562953A示出通过在传统涂层上添加不饱和胺，能够提高涂层在暴露于UV辐射或太阳光时的固化速率。这里提出的固化由此采用非聚集的太阳辐射或采用UV辐射而实现。 [0007] 专利文件WO2009/146161A1提出了一种涂覆太阳能集热器的方法，其中固化采用聚集的太阳辐射而实现。 [0008] 在塔式太阳能接收器中使用最多的涂层为 2500；然而，当暴露于接收器的工作条件时，所述产品存在耐久性问题。其它可能应用于太阳能技术中的产品是那些推荐用于锅炉，换热器，航空工业，涡轮机，以及其它类似的领域中的产品，其中设备材料的表面持续暴露在高温下。 [0009] 不考虑产品类型，保证涂层耐久性的唯一方法是通过使用表面处理，涂覆，以及固化技术，尤其是发展用于太阳能技术中的这些技术。根据前述，我们研发了一种程序，其能够获得相对于工艺条件具有改进的性能的一流质量的涂层。该方法能够保证沉积膜的耐久性，并且由此保护表面免受腐蚀同时提高表面的吸收率。 [0010] 通常，高温涂层还需要进行高温固化，因此在涂覆涂层以后还必须提高表面的温度。这个过程适于在烤箱中实现上述目的。对于太阳能接收器来说，它们的尺寸和安装的复杂性使得吸收涂层的更新和固化变得困难，这是由于还需要将接收器从塔顶处卸载和移动至烤箱，烤箱的尺寸需要作调整以适配接收器的尺寸。 [0011] 因此，本发明提供一种为塔式太阳能接收器涂覆涂层的方法，其使用太阳能技术进行固化以使得整个过程能在现场进行，也就是说，在塔顶部安装有接收器的太阳能电站进行，而不需要拆下太阳能组件，先在工厂涂覆接着再运送到电站，并且由此避免在所述过程直到安装期间涂层发生变质。发明内容 [0012] 塔式太阳能接收器通过太阳光反射装置阵列聚集太阳辐射。这些接收器中流通有工作流体，需要在它们的表面上涂覆吸收涂层。涂层除了提高表面的吸收率，还能保护接收器对抗环境因素和腐蚀。 [0013] 当前用在接收器中的吸收涂层为硅基涂层，它们对于具有良好的抗高温性，具有提高吸收性能的黑色颜料。 [0014] 由于采用涂层对表面进行保护取决于表面处理并且取决于沉积过程（沉积膜的厚度，连续性，涂覆方法），除了产品本身的特征，在涂覆过程的所有步骤中使用的方法都需要具体化。 [0015] 涂覆塔式太阳能接收器所使用的产品具有的耐久性低的问题的解决方法在其涂覆方法中被发现。本发明所提出的步骤能够克服主要问题，例如在涂层中出现的贯穿到达管表面的开裂，使其暴露并且容易受到腐蚀过程的影响，以及在特定区域中出现的涂层剥落，其降低接收器的热吸收由此以可观的方式减小了电站的效率。 [0016] 本发明提出的涂覆塔式太阳能接收器的程序包括如下步骤，它们全部都能现场在太阳能接收器上进行： [0017] i)表面处理：采用研磨材料对需要涂覆的表面进行喷砂处理，以使涂层获得合适的涂料附着力，研磨材料例如是细砂。 [0018] ii)涂覆涂层：采用无气喷涂沉积必要的涂层。 [0019] iii)固化：提高涂覆表面的温度以去除易挥发组分，并且由此形成固体涂层膜。 [0020] iv)玻璃化（可选）：在固化步骤之后以及接收器的受控冷却之前，可以进行可选的玻璃化步骤，其在于将被涂覆表面的温度提高到高于固化温度且接近接收器的运行温度。 [0021] v)接收器受控冷却直到其达到室温。 [0022] 与材料处理以及涂覆涂层相对应的步骤在某一区域中以交替或插入的形式进行，也就是说，接收器的一个区域进行喷砂处理并且接着涂层被涂覆到相同的区域，接收器根据其尺寸被分割成不同数量的区域。 [0023] 这种交替，而不是在整个表面进行表面处理并且接着在整个表面涂覆涂层的目的，作为本领域先进的程序，是为了防止接收器由于其巨大的尺寸而在步骤之间发生氧化。 [0024] 固化通过向接收器管的内部输送蒸汽而实现。蒸汽可以来自辅助锅炉，由在先的太阳能加热步骤产生。为了使涂层获得正确的固化并且避免后面的开裂问题，必须保证向接收器提供不变且连续的热量输入直到达到由涂层制造商推荐的用于这种操作的温度。为了实现上述内容，固化步骤还将太阳能阵列集成在该过程中作为辅助支撑系统，其将在蒸汽没有成功送入接收器管内部的情况下使用。 [0025] 通过循环蒸汽使其通过接收器管的内部来实现固化，这相对于从外部来实现固化的系统具有显著的优点，由此，以这种方式，涂层的固化从最内层（与接收器接触的层）朝向最外层进行。这种方式，内层挥发组分的蒸发和排出在外层固化之前发生，这意味着所述挥发组分被释放进入到环境空气中而不会有任何问题。如果固化从外部进行，第一个硬化的层为外部的层，这意味着内层的挥发组分当它们由于热量输入而蒸发时不能释放到环境中，并且保留在涂层内部成为闭塞的气泡，提高了所述涂层的孔隙率。这些闭塞气泡，使得涂层有瑕疵并且不均匀，导致诸如穿孔，坑，或开裂等缺陷的发生，如上面所说明的，这些缺陷引起后面的氧化的发生或者接收器吸收率的减小。 [0026] 就涂层的玻璃化（可选步骤，取决于涂覆的涂层的类型）来说，其通过提高已经固化的被涂覆表面的温度来实现。在该步骤，涂层暴露在与接收器的运行条件相类似的环境中，使涂层的温度升高到400℃以上。该温度升高通过使蒸汽循环通过管的内部，加上在太阳光光反射装置的接收器上聚集太阳辐射而获得。 [0027] 对接收器进行受控冷却直到其达到室温的步骤在涂覆过程中是必不可少的，该步骤可以避免形成快速的开裂，这种开裂在新涂覆的涂层经受突然的温度变化时产生。为了获得所述的逐步冷却，太阳光反射装置首先散焦以使得它们停止在接收器的表面上聚集热量。接着，一组接收器的循环泵被连接起来，它们使流体在受控温度下通过接收器管的内部直到达到100℃。接着，它们被关闭并且空气被留下以完全冷却。 [0028] 本领域中存在的问题采用前述步骤通过在现场进行的更有效的程序被解决掉，也就是说，在接收器安装在塔顶的情况下进行。附图说明 [0029] 为了便于理解本发明，下面的几幅图以示意而非限制的方式示出： [0030] -在图1中，示出采用中心塔技术的太阳能电站的总体示意图； [0031] -在图2中，示出塔式太阳能接收器的面板的总体示意图。 [0032] 在所述附图中，出现的不同参考标记具有下面的含义： [0033] (1)提供给辅助锅炉的能量 [0034] (2)辅助锅炉 [0035] (3)供应再沸器的辅助蒸汽流 [0036] (4)塔 [0037] (5)再沸器 [0038] (6)来自再沸器提供给涡轮机的过热蒸汽 [0039] (7)供应接收器的饱和蒸汽流 [0040] (8)辅助泵 [0041] (9)接收器 [0042] (10)入射到接收器上的辐射，被太阳光反射装置反射 [0043] (11)入射到太阳光反射装置上的辐射 [0044] (12)太阳光反射装置 [0045] (13)再沸器供应流 [0046] (14)供应给接收器的饱和蒸汽供应流 [0047] (15)接收器的输出饱和蒸汽流 [0048] (16)入口集管 [0049] (17)出口集管 [0050] (18)塔式太阳能接收器的面板 [0051] (19)接收器的第一涂层区域 [0052] (20)接收器的第二涂层区域 [0053] (21)接收器的第三涂层区域 [0054] (22)接收器的第四涂层区域具体实施方式 [0055] 本发明提出的塔式太阳能接收器的涂覆涂层程序的优选而非限制实施例描述如下： [0056] 该过程包括如下步骤： [0057] a)将接收器分成多个区域 [0058] 考虑到接收器的尺寸，涂层的表面处理和涂覆必须通过将接收器表面划分为几个区域而进行，在优选的实施例中，建立了四个区域19,20,21,22。在对每个区域进行喷砂处理之后涂覆涂层，采用这种划分通过设置两个程序以最小化整个接收器的喷射处理和涂覆的时间。 [0059] b)第一区域的表面处理 [0060] 位于塔4顶部的接收器9的表面被处理以提高涂层与所述表面的附着。从第一区域开始，如果合适的话，去除前涂层，以及可能影响沉积的涂层质量的杂质（氧化物和其它腐蚀产物）。这种表面处理确保表面没有油脂，灰尘，油，污垢，前涂层，氧化物，腐蚀产物，以及其它类型的沉积杂质。用于处理表面的过程为喷砂处理，通过使用增压磨料（沙子）来去除包含在区域中的任何物质。接着，用在喷砂处理过程中的材料余渣必须采用在处理过的表面上施加增压空气来去除。 [0061] 考虑到接收器位于塔顶，具有脚手架以允许操作人员开展工作以接近接收器，使得它们能够设置在被处理表面的前面，这对于喷砂处理和涂覆涂层来说是必须的。脚手架还帮助工人与接收器保持固定的距离，由此有利于接收器整个表面处理的一致性。 [0062] 喷砂处理过程使用精细硅砂，获得涂层的最佳附着轮廓。在完成表面处理过程之后对所述轮廓进行检查。 [0063] 在喷砂之后，表面变得容易受腐蚀过程开始的影响，因此在喷砂处理和涂覆涂层之间消耗的时间不能超过8小时。 [0064] 在表面处理完成之后，对其进行肉眼检查以核对没有旧的涂层（如果涂覆过涂层）或者可以用肉眼发现的留存的腐蚀产物。 [0065] c)向第一区域涂覆涂层 [0066] 在完成第一区域19的喷砂处理之后，使用无气喷涂设备涂覆制造商推荐的涂层的层数并且遵从同样由制造商限定的每层之间所需要的干燥时间。 [0067] 最后，检查多个层的均匀性和气泡以及开裂的出现。 [0068] 无气喷涂用于涂覆涂层。采用这种方法，涂层被推动以非常高的压力通过一个孔。这具有能够避免使用溶剂降低产品的粘性，或者如果合适的话，能够使用很小数量的溶剂；另一方面，这导致膜的厚度比其它方法的更厚，并且具有更大的覆盖范围，以及在难以访问的区域中增强的涂覆。 [0069] 在涂覆涂层之后，并且一旦经过由制造商推荐的空气干燥时间，检查得到的膜的厚度使其必须位于由涂层制造商指定的范围之内。对区域中的几个点通过使用干燥层厚度测量仪测量，获得平均值。 [0070] d)对接收器的其它区域重复过程b)和c)。 [0071] 相同的过程在第二区域20，第三区域21，和第四区域22中执行。 [0072] e)采用使蒸汽循环通过接收器内部的方式来固化涂层。 [0073] 接收器的固化通过提高接收器管的表面温度直到达到固化温度（根据涂层的特性而定），并且通过在由涂层制造商推荐的时间期间维持所述条件而实现。 [0074] 在塔式太阳能接收器的情况下，固化系统包括如下部分：i)用于具有工作流体通道的接收器的温度增高系统；以及ii)确保为接收器表面持续提供热能的支撑系统。 [0075] i)用于具有工作流体通道的接收器的温度升高系统：通过使饱和蒸汽通道从辅助锅炉2或从其它热源中出来，流过管的内部直到达到正确的温度，使得管的外表面的温度被升高直到达到固化温度。所述温度在两个小时内达到并且在制造商规定的时间期间内必须保持在该温度。 [0076] ii)用于固化过程的支撑系统：为了确保在固化过程开始之后具有稳定不变的热量输入，使接收器的温度不发生下降，太阳光反射装置阵列12应该保持在可操作且准备就绪的状态，以使得其能够根据接收器表面的温度需求而工作。如果所需的固化温度高于接收器由于锅炉的运行限制而能够达到的温度（大约320℃），或者如果蒸汽输入被中断，太阳光反射装置必须以受控的方式聚焦直到达到所述固化温度。玻璃化步骤可以在固化之后进行。 [0077] f)涂层的玻璃化（可选步骤） [0078] 过热蒸汽塔式太阳能接收器工作在大约为540℃的最大蒸汽温度。由于太阳辐射聚集在接收器的表面上，在操作过程中能够将温度维持稳定不变。在这种情况下，一些涂层制造商推荐进行玻璃化操作以提高对涂层的保护对抗热冲击。 [0079] 涂覆到塔式太阳能接收器的涂层的玻璃化操作通过使来自再沸器5的饱和蒸汽流经管的内部，并且以受控方式聚焦太阳能阵列的太阳光反射装置12使其以5MWt每10分钟的热输入率朝向接收器聚焦，直到达到玻璃化温度，由此获得50℃/h的温度升高速度。一旦达到最大辐射输入点，以及玻璃化温度，所述条件在由涂层制造商推荐的时间期间被维持。 [0080] 将太阳能阵列整合到涂覆程序中能够将接收器的表面温度提高到锅炉的极限温度之上。此外，通过玻璃化步骤，涂层所经受的条件与采用受控方式的操作条件相类似，由此确保形成的膜层能够承受接收器的操作条件。 [0081] g)接收器的受控冷却 [0082] 在完成玻璃化之后，反射装置的散焦还可以以特定的散焦率进行，该特定的散焦率允许热输入以5MWt每10分钟的速率减小。一旦阵列整体上散焦，并且为了避免发生突然的温降，接收器的再循环泵8被打开，直到接收器表面的温度低于100℃。一旦泵被关闭，接收器被冷却到室温。 [0083] 本程序对于任何需要高温用于其固化和玻璃化的工业用涂层来说都是适用和合适的，并且这些涂层被用作塔式太阳能接收器的吸收涂层。其还可以应用在任意的规模中，在塔式接收器中可以应用在试验性规模以及工业规模。 [0084] 本发明所提出的程序的优点之一在于允许在现场执行整个涂层涂覆过程，由此避免了在其它设备中进行的困难的拆卸操作以及采用传统的程序执行固化过程（接收器面板被送入大型火炉，在其中以传统方式提高温度）。此外，通过采用由在接收器内部循环的蒸汽所提供的热量从接收器内部执行固化，涂层中最接近于接收器表面的层在涂层的最外层之前被固化，由此避免形成闭塞的溶剂气泡以及在涂层的最内层产生缺陷。 [0085] 另一方面，采用来自太阳光反射装置的聚焦后的太阳辐射来执行玻璃化，涂层改进了相对于操作条件有利的表面状态，由此提高了涂层的耐久性。 [0086] 最后，本发明使用的方法能够最小化在形成的膜中产生具有不期望的特性的部分固化的风险，确保在整个固化步骤中为接收器提供稳定不变的热输入。

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