多模式塔式太阳能热发电装置
专利汇可以提供多模式塔式太阳能热发电装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 多模式塔式 太阳能 热发电装置采用特种陶瓷太阳能接收器，以“流沙”替代 导热油 或熔盐等 传热 储热介质，借助流沙携带的 显热 和高温 辐射 实现超临界二 氧 化 碳 布雷顿热发电；在创新熔盐储热技术的 基础 上，实现了与有机郎肯热发电、溴化锂 空调 、 生物 质 能等技术互补，在减少冷却用 水 、降低成本、延长发电时数、扩大使用范围上做了大胆尝试，为最终替代化石 能源 发电奠定技术基础。该装置属太阳能热发电技术领域。，下面是多模式塔式太阳能热发电装置专利的具体信息内容。
1.多模式塔式太阳能热发电装置包括定日镜聚光阵列，太阳能接收塔，太阳能接收器，金属换热管、催化器、涂覆耐高温隔热涂料的保温材料，动力工质、储气罐，燃气燃油锅炉、动力发电装置；流沙、流沙热交换器、流沙储热室、流沙控制器、储沙室、流沙提升装置、流沙导流器；用来固定太阳能接收器的金属框架，聚光阵列和发电控制装置；储热装置、乏气换热器；空气进、出口；空气冷却装置，有机郎肯发电装置，溴化锂空调机组；其中流沙导流器、太阳能接收器、流沙储热室、流沙热交换器、储沙室、流沙提升装置设置于太阳能接收塔塔身内；太阳能接收器位于太阳能接收塔顶部；太阳能接收器上端连接流沙导流器，下端连接流沙储热室；流沙经太阳能接收器加热后进入流沙储热室，流沙储热室下端连接流沙热交换器，流沙经流沙热交换器进入储沙室；储沙室设置流沙提升装置；流沙提升装置将流沙提升到太阳能接收塔顶部的流沙导流器，经流沙导流器再次进入太阳能接收器完成传热循环；流沙热交换器连接以开式或闭式布雷顿循环原理运行的动力发电装置；动力发电装置通过内部的乏气换热器或冷凝散热器连接有机郎肯热发电装置实现梯级发电，或空气冷却装置；或由溴化锂空调机组直接替代冷凝散热器；将催化器安装在太阳能接收器内，成为太阳能化学重整的高温催化装置，重整产出的合成气可储存，也可用于布雷顿循环发电；定日镜聚光阵列围绕太阳能接收塔布置；
1)所述太阳能接收器包括陶瓷型砖，涂覆耐高温隔热涂料的保温材料，陶瓷换热管，用来固定太阳能接收器的金属框架，控制流沙进出口流量和速度的控制端口；由陶瓷型砖构筑的太阳能接收器受热墙体；
2)所述陶瓷型砖是指由导热性能优异的特种陶瓷如碳化硅类陶瓷或氮化硅类陶瓷或氧化硅类陶瓷或氧化铝类陶瓷或氮化铝类陶瓷材料制作的成长方体的型砖；陶瓷型砖面对定日镜光辐照一侧外表面沉积涂覆耐高温热吸收涂层；陶瓷型砖中心制作流沙管道；流沙管道为垂直或倾斜的圆筒形管道；或为长方形流沙管道，管道内壁设置导热翅板，或垂直或倾斜排列；倾斜设置圆筒形流沙管道的陶瓷型砖在上下组装后流沙管道成“之”字状；为便于墙体组装，陶瓷型砖左右、上下两端均设立便于整体插装固定的连接隼和隼槽；
3)所述陶瓷换热管是由导热性能优异的碳化硅或氮化硅或氧化硅或氧化铝或氮化铝或氮化硼制作的陶瓷管，安装在陶瓷型砖的管道内；为便于陶瓷换热管吸热和装配，在陶瓷型砖面对定日镜光辐照面开口，其宽度或等于或小于陶瓷换热管外径；陶瓷换热管外沉积涂覆热吸收涂层；陶瓷换热管是直管或“之”字状弯曲管；陶瓷换热管内壁设置若干突起或凹进的螺旋槽线或若干翅片；在组装太阳能接收器时将陶瓷换热管顺序插装在陶瓷型砖预留的管道内；陶瓷换热管两端设置对应连接的螺旋槽口或卡口；
4)所述催化器用于太阳能重整生物质气、二氧化碳气或水蒸气；催化器包括金属外管、涂覆多元催化载体的蜂窝陶瓷、进出气口端盖；催化器插入陶瓷型砖预留管道内，催化器在太阳能接收器上或并联或串联；
5)在低纬度地区，太阳能接收器在塔身顶部呈圆周设置，用于圆周安装的陶瓷型砖具有一定弧度；在纬度稍高的地区，太阳能接收器设置在塔身顶部一侧太阳能辐照窗口内；涂覆耐高温隔热涂料的保温材料紧贴陶瓷型砖墙体背面；用来固定太阳能接收器的金属框架安装在太阳能接收塔的塔顶；
6)所述流沙是石英砂粒或玻璃微珠或碎玻璃砂粒或碎陶瓷砂粒或金属珠粒或陶粒砂或石墨颗粒或玄武岩砂粒，或导热球形氧化铝珠粒，或混合了石墨的玻璃、陶瓷砂粒；选自沙漠的固体流沙；为提高上述砂粒的热吸收性能，对砂粒做黑化处理；
7)所述流沙热交换器是管壳式或板式金属热交换器或碳化硅陶瓷热交换器；流沙热交换器垂直放置在流沙储热室下端；为保证流沙均匀流经流沙热交换器，流沙热交换器流沙进口端成锅盖状；为防止流沙冲击流沙金属热交换器管道焊接端口，用陶瓷材料整体制作或分体拼接成对应的成锅盖状的流沙进口端盖，覆盖并套装在流沙金属热交换器进口上端，端盖上的每一个管道进口均成漏斗型与每一个流沙金属热交换器换热管口对应，防止流沙对流沙金属热交换器金属换热管焊口的冲击磨损；流沙热交换器换热端连接动力发电装置；流沙经流沙热交换器流入下方的储沙室；流沙热交换器金属传热管内壁涂覆耐磨涂料以延长使用寿命；
8)所述流沙储热室是具有保温功能并存储高温流沙的储藏室，流沙储热室进出口均设置流沙控制器，控制流沙流出速度和流量；
9)所述流沙提升装置由动力装置、金属链条、金属链斗和流沙管道组成；流沙下落进入储沙室后由动力装置带动金属链条和金属链斗通过流沙管道将流沙提升至顶部的流沙导流器；或设置电葫芦提升装置；
10)所述动力发电装置是开式或闭式布雷顿循环热发电装置，或郎肯循环热发电装置；
布雷顿循环热发电装置包括流沙热交换器、补热器、涡轮机、燃烧室、乏气换热器、压气机、发电机、冷凝散热器、气体储罐；空气进、出口；动力工质；在光照充足时，经压缩的动力工质气体经流沙热交换器升温成超临界气体进入涡轮机膨胀做功，排出的高温乏气进入补热器，经补热器进入冷凝散热器，冷凝后的动力工质气体经压气机进入补热器补热，经压缩和补热的动力工质气体再次进入流沙热交换器，实现布雷顿热发电循环；无光照或光照不足时动力工质气体转换进入储热装置继续保持发电状态；或开启生物质气阀门和空气进口，令开式布雷顿循环热发电装置运行燃气布雷顿循环热发电模式；排出的高温乏气进入流沙热交换器或储热装置放热后排出至大气，实现布雷顿动力循环双模式共同运行；
11)所述动力发电装置上的冷凝散热器冷凝端进出口分别连接有机郎肯热发电装置或溴化锂空调机组的热交换器进出口，或由溴化锂空调机组完全替代冷凝散热器作为冷凝换热终端；或在涡轮机出气口端专门设置乏气换热器连接有机郎肯热发电装置，以实现太阳能热能高效利用；
12)所述动力工质为空气或二氧化碳气或氮气或一氧化氮气或氦气或烷烃类气体；或生物质气化气、沼气；或天然气、可燃冰气或液化石油气；或醇类燃料如甲醇、乙醇、二甲醚；
或燃油如柴汽油、煤油、重油。
2.多模式塔式太阳能热发电装置包括定日镜聚光阵列、太阳能接收塔、太阳能接收器、聚光阵列和发电控制装置，流沙热交换器、动力工质、储热装置、储气罐；燃气燃油锅炉，动力发电装置；空气进口；生物质气发生装置、有机郎肯发电装置、溴化锂空调机组；选择太阳能和生物质能互补布雷顿动力发电技术，一是生物质能与流沙传热塔式太阳能热发电技术互补；二是生物质能与塔式太阳能接收器直接传热模式互补；三是太阳能和生物质能同时做功发电；四是关闭太阳能系统，仅依赖生物质能发电；针对第一种情况选择两种技术措施，一是单独设立一个燃气燃油锅炉，燃气管道连接燃烧室的燃气喷嘴进口；燃气燃油锅炉的换热端与流沙热交换器气体进出口端并联连接；或燃气燃油锅炉串联在流沙热交换器和涡轮机之间；二是对布雷顿循环热发电装置进行改进，使其成为同轴、且开式燃气布雷顿循环和闭式超临界布雷顿循环共同做功的一体化布雷顿循环动力发电装置；或根据动力发电装置和动力工质的性质，开式布雷顿循环热发电装置选择生物质气，而闭式超临界布雷顿循环热发电装置选择二氧化碳气或一氧化氮气为动力工质；第二种情况，布雷顿循环热发电装置上的涡轮机进气口和补热器出口连接太阳能接收器进出口，燃气燃油锅炉并联或串联其间；上述两种情况太阳能充足则关闭生物质气阀门，太阳能不足或没有光照则关闭太阳能管路，开启生物质气阀门和燃气燃油锅炉；第三种情况，有光照但不很充足则选择双能源同时做功发电；第四种情况在太阳能光照长期不足则关闭太阳能管路，完全依靠生物质气发电；生物质气发生装置气体出口或储气罐气体出口通过控制阀门连接布雷顿循环涡轮机燃烧室的燃气喷嘴进口，或连接燃气燃油锅炉燃气喷嘴进口；燃气燃油锅炉排气口连接流沙热交换器的流沙进口，燃气燃油锅炉燃烧的高温气经排气口进入流沙热交换器为闭式超临界布雷顿动力发电装置提供热源；或燃气燃油锅炉排气口连接储热装置，经储热装置循环放热后排至大气；
1)为实现热能梯级利用，布雷顿循环热发电装置上的冷凝散热器冷凝一侧的进出口连接有机郎肯热发电装置，或由溴化锂空调机组完全替代冷凝散热器作为冷凝换热终端；或在涡轮机出气口端专门设置乏气换热器，涡轮机排出的乏气经乏气换热器进入补热器；乏气换热器另一端连接有机郎肯热发电装置；储热装置接入热动力工质循环回路，发挥太阳能热发电的储能优势；
2)所述动力工质为空气或二氧化碳气或氮气或一氧化氮气或氦气或烷烃类气体；或生物质气化气、沼气；或天然气、可燃冰气或液化石油气；或醇类燃料如甲醇、乙醇、二甲醚；或燃油如柴汽油、煤油、重油；
3)所述储气罐是用来储存二氧化碳气或氮气或一氧化氮气或氦气或烷烃类气体；生物质气化气、沼气、天然气、可燃冰气的储气容器；或改为储液罐，储存醇类燃料或燃油；
4)所述生物质气发生装置是指生物质气化发生装置或沼气发生装置；或用天然气、液化石油气供气装置替代；
5)在太阳能与生物质气互补发电模式下，光照充足时选择太阳能超临界布雷顿循环发电；无光照或储热温度低于一定值时选择生物质气在燃气燃油锅炉内为动力工质提供外燃高温热源；
6)所述动力发电装置为开式燃气布雷顿循环和闭式超临界布雷顿循环同轴紧密连接、共同做功的一体化布雷顿循环动力发电装置，主要包括同轴的用于开式和闭式工况的两组压气机、涡轮机；补热器、冷凝器分别设置或共用一组；太阳能运行闭式超临界布雷顿循环，生物质气运行开式布雷顿循环；两种布雷顿循环气密分割，或设置同轴离合器，既可共同运行，也可独立运行；或设置两套独立的布雷顿循环热发电装置；一套为开式燃气布雷顿循环热发电装置，另一套为闭式超临界布雷顿循环热发电装置，两套布雷顿循环热发电装置分别独立运行；在无光照时，开启开式燃气布雷顿循环热发电装置替代超临界布雷顿循环热发电运行；为充分利用燃气热能，开式布雷顿循环热发电装置的涡轮机出口通过补热器连接流沙热交换器的流沙管道进口，即高温燃气乏气需经由流沙热交换器的流沙管道排至大气；或燃气涡轮机出口通过补热器连接储热装置，通过在储热装置中放热排气的过程为闭式超临界布雷顿循环提供热源；或采用太阳能重整生物质气和二氧化碳工艺技术，产出的合成气经储气罐供开式布雷顿循环动力发电；
7)所述空气进、出口是专为布雷顿循环热发电装置在单独使用生物质气燃气发电时设置的；采用开式燃气布雷顿循环发电方式则开启空气进口；采用闭式布雷顿循环热发电方式则关闭空气进口；
8)在生物质气独立发电模式中，选择开式布雷顿循环发电方式；经压气机压缩的空气与生物质气混合后进入燃烧室燃烧，燃气进入涡轮机膨胀做工；涡轮机排出的高温乏气经补热器后直接送入乏气换热器经换热驱动有机郎肯热发电装置，再送溴化锂空调机组排出机外；或涡轮机排出的高温乏气进入补热器后直接送入溴化锂空调机组，经溴化锂空调机组排至机外；压气机通过空气进口吸入空气压缩后顺序进入补热器、涡轮机，开始新的开式布雷顿循环热发电；或开启燃气燃油锅炉，由生物质气或其它动力工质在燃气燃油锅炉内燃烧为闭式超临界布雷顿循环热发电装置提供热源；
9)所述储热装置是指熔盐储热装置和陶瓷蜂窝储热装置，均采用单罐储热技术；其中熔盐储热装置包括罐体、储热换热器、换热管、熔盐、固体储热介质及容器、传输管道；其中储热换热器置于罐体内，采用耐腐蚀、耐高温合金金属，或特种陶瓷制作；储热换热器的换热管为高温合金金属或特种陶瓷管；换热管为波节管或管外侧带翅片的强化换热管；固体储热介质及容器是为减少熔盐使用量，提高储热效率设置；固体储热介质选择石英或玻璃或陶瓷或石墨，和熔盐共同组成储热介质；固体储热容器采用特种陶瓷制作，为圆柱箱体，长方箱体，环形箱体，固体储热容器外壁设熔盐液体流通孔洞，孔洞直径以小于固体储热介质为限；固体储热容器与换热管交错布置；陶瓷蜂窝储热装置包括罐体、陶瓷蜂窝蓄热体，换热管；换热管一端为进气口另一端为出气口，陶瓷蜂窝蓄热体主要由特种陶瓷、普瓷、堇青石、莫莱石、刚玉莫来石、氧化铝、钛酸铝、锂辉石、磷酸锆钠、锆英石、锆铬刚玉材质制作；
陶瓷蜂窝蓄热体与换热管交错排列贯通，陶瓷蜂窝储热装置内也可填充熔盐；储热装置为开式布雷顿循环热发电装置排气，或为燃气燃油锅炉高温排气设立独立的循环放热排气管道。
多模式塔式太阳能热发电装置
技术领域
背景技术
发明内容
其中储热换热器置于罐体内，采用耐腐蚀、耐高温合金金属，或特种陶瓷制作；储热换热器的换热管为高温合金金属或特种陶瓷管；换热管为波节管、或管外侧带翅片的强化换热管；
固体储热介质及容器是为减少熔盐使用量，提高储热效率设置；固体储热介质选择石英、或玻璃、或陶瓷、或石墨，和熔盐共同组成储热介质；固体储热容器采用特种陶瓷制作，为圆柱箱体，长方箱体，环形箱体，固体储热容器外壁设熔盐液体流通孔洞，孔洞直径以小于固体储热介质为限；固体储热容器与换热管交错布置有利于强化换热效果；陶瓷蜂窝储热装置包括罐体、陶瓷蜂窝蓄热体，换热管；换热管一端为进气口另一端为出气口；陶瓷蜂窝蓄热体主要由特种陶瓷、普瓷、堇青石、莫莱石、刚玉莫来石、氧化铝、钛酸铝、锂辉石、磷酸锆钠、锆英石、锆铬刚玉材质制作；陶瓷蜂窝蓄热体与换热管交错排列，确保高温气流通畅，换热效率高；陶瓷蜂窝储热装置内也可填充熔盐；储热装置或为开式布雷顿循环热发电装置设立独立的燃气循环换热管道。储热装置为开式布雷顿循环热发电装置排气，或为燃气燃油锅炉高温排气设立独立的循环放热排气管道。
5，经流沙导流器5再次进入太阳能接收器3完成传热循环。
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