專(zhuān)利名稱(chēng)：一種腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域的太陽(yáng)能接收器，尤其涉及的是一種腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能接收器是太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一。按照聚焦方式的不同，太陽(yáng)能熱發(fā)電主要有拋物槽式系統(tǒng)，線性菲涅爾反射式系統(tǒng)(CLFR)，中心塔式系統(tǒng)和碟式/斯特林系統(tǒng)；對(duì)應(yīng)的接收器也有所不同，其中槽式和線性菲涅爾反射式主要是聚焦線式或管式接收器，一般采用金屬吸熱芯的真空管或熱管真空管，碟式則一般采用空腔式或熱管式接收器。拋物槽式系統(tǒng)和線性菲涅爾反射式系統(tǒng)由于采用線式管式接收器，接收器熱損失較大，聚光比一般比塔式和碟式低，載熱介質(zhì)的溫度也受到限制(一般不超過(guò)400°C )，整體的效率不高；碟式/斯特林系統(tǒng)單體功率小，更適合于分布式系統(tǒng)，且造價(jià)在三種太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中最為昂貴；中心塔式系統(tǒng)被業(yè)界認(rèn)為是未來(lái)最有發(fā)展前途的大型太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的聚焦方式，美國(guó)、以色列、西班牙等西方國(guó)家先后投入大量資金對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究，并已有Solar One>SoIar Two和PSlO等10兆瓦級(jí)大型試驗(yàn)電站問(wèn)世。其中，作為塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)核心部件的太陽(yáng)能接收器是試驗(yàn)電站研究的重點(diǎn)之一。本發(fā)明主要涉及的是一種中心塔式系統(tǒng)的太陽(yáng)能接收器。目前開(kāi)發(fā)的塔式太陽(yáng)能接收器主要有間接照射接收器，其代表為類(lèi)似美國(guó)SolarOne和Solar Two的管式接收器。該類(lèi)接收器主要特點(diǎn)是接收器向載熱工質(zhì)的傳熱過(guò)程不發(fā)生在太陽(yáng)照射面，工作時(shí)聚焦入射的太陽(yáng)能先加熱受熱面，受熱面升溫后再通過(guò)壁面將熱量向另一側(cè)的工質(zhì)傳遞；傳熱介質(zhì)可以是水、熔鹽或其它流體；流體溫度一般在100 600°C間，壓力< 120atm，能承受的太陽(yáng)能能量密度為1000kW/m2。另一類(lèi)塔式太陽(yáng)能接收器是直接照射太陽(yáng)能接收器，也稱(chēng)空腔式接收器，共同特點(diǎn)是接收器向工質(zhì)傳熱與入射陽(yáng)光加熱受熱面在同一表面發(fā)生，同時(shí)，空腔式接收器內(nèi)表面具有幾近黑體的特性，可有效吸收入射的太陽(yáng)能，從而避免了選擇性吸收涂層的問(wèn)題；根據(jù)是否具有承壓能力又分為無(wú)壓腔體式接收器和有壓腔體式接收器兩種；一般采用空氣作為傳熱介質(zhì)；無(wú)壓式接收器內(nèi)的空氣近乎層流流動(dòng)，因此所承受的太陽(yáng)能能量密度受到一定限制，最高不超過(guò)800kW/m2，流體溫度一般不超過(guò)600°C ;有壓式與無(wú)壓式的結(jié)構(gòu)主要區(qū)別是輻射接受面增加了一個(gè)透明耐高溫的石英玻璃窗口，從而形成耐壓封閉腔，目前國(guó)外開(kāi)發(fā)的高溫有壓腔體式接收器所能承受的壓力可達(dá)15 30atm，能承受的太陽(yáng)能能量密度為5000 10000kW/m2，可將空氣加熱到1200°C以上。高溫有壓腔體式接收器雖然具有較高的吸熱效率(最高可達(dá)80%以上)，但由于采用空氣作為載熱介質(zhì)，而空氣熱容量小的特點(diǎn)使得采用該接收器的大型太陽(yáng)能電站，其單體接收器必須做得很大或者需要多臺(tái)接收器，其系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性都需要重新評(píng)估，因此目前的IOMW級(jí)大型太陽(yáng)能熱電站，普遍采用了間接照射式接收器。傳統(tǒng)管式太陽(yáng)能接收器存在熱損失大的缺陷，因此，在西班牙的PSlO和在建的PS20均采用了間接照射式接收器，其接收器吸收了空腔式接收器的特點(diǎn)，采用了腔體式結(jié)構(gòu)，腔體式結(jié)構(gòu)的采用一定程度上減少了間接接收式吸熱器的輻射和對(duì)流損失，然單室腔體式結(jié)構(gòu)由于僅一面接收鏡場(chǎng)輻射，接收輻射的角度偏小，當(dāng)太陽(yáng)能電站容量較大時(shí)必須將接收塔做得比較高以接收比較大面積的鏡場(chǎng)輻射，而用在多塔式接收模式中采用該種接收器時(shí)也對(duì)鏡場(chǎng)場(chǎng)地利用率不利。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中各種太陽(yáng)能鍋爐系統(tǒng)存在的效率不高、造價(jià)昂貴，以及能承受的太陽(yáng)能能量密度受限等技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，其中，包括太陽(yáng)能接收器和鍋爐汽包，所述太陽(yáng)能接收器設(shè)置為扇形腔體式，所述扇形腔體的內(nèi)壁為膜式壁，所述膜式壁中設(shè)置有輻射換熱管；所述太陽(yáng)能接收器的底部設(shè)置有輻射板；所述鍋爐汽包上設(shè)置有多個(gè)上升管和下降管；所述輻射換熱管的上端通過(guò)連接管道連接至鍋爐汽包的上升管，所述輻射換熱管的下端通過(guò)連接管道連接至鍋爐汽包的下降管。所述的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，其中，所述膜式壁包括立面膜式壁和傾斜頂部膜式壁，所述立面膜式壁豎直設(shè)置在所述太陽(yáng)能接收器內(nèi)側(cè)，所述傾斜頂部膜式壁傾斜設(shè)置在所述太陽(yáng)能接收器腔體內(nèi)的頂部。所述的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，其中，所述鍋爐汽包上還設(shè)置有主蒸汽管接口、加藥管接口、給水管接口、排汽管接口、排污管接口、緊急放水管接口，蒸汽加熱管接口，壓力表接口、安全閥和液位計(jì)。所述的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，其中，所述連接管道包括上集管、上集總管、下集管和下集總管；所述輻射換熱管的上端連接上集管，所述上集管連接上集總管，所述上集總管再連接至鍋爐汽包的上升管，所述輻射換熱管的下端連接下集管，所述下集管連接下集總管，所述下集總管再連接至鍋爐汽包的下降管，下集總管還設(shè)有排污管。所述的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，其中，所述輻射換熱管和膜式壁表面進(jìn)行了發(fā)黑處理，有利于對(duì)可見(jiàn)光的吸收；所述輻射板涂覆有耐高溫且對(duì)紅外輻射具有高吸收率和低反射率的選擇性涂層。所述的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，其中，所述太陽(yáng)能接收器成弧形均勻圍繞鍋爐汽包布置。本發(fā)明通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)，使得水/蒸汽在鍋爐汽包和太陽(yáng)能接收器膜式壁的輻射換熱管內(nèi)(依靠重力差)進(jìn)行自然循環(huán)，不斷的將輻射換熱管內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽輸送到鍋爐汽包中，從而達(dá)到系統(tǒng)內(nèi)的蒸汽始終處于飽和狀態(tài)的目的。采用本發(fā)明提供的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，可產(chǎn)生1. 27 5. 88MPa的低壓至次高壓飽和蒸汽，膜式壁輻射接受面可承受最高800kW/m2的熱流密度；由于采用了飽和蒸汽系統(tǒng)，降低了太陽(yáng)能鍋爐輻射接受面的材質(zhì)耐溫要求，從而降低了鍋爐造價(jià)。


圖1是本發(fā)明中腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐的俯視圖。圖3是本發(fā)明中腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐的立體示意圖。圖4是本發(fā)明中腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐的接收器腔室截面示意圖。圖5是本發(fā)明中腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐的接收器膜式壁及保溫層結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I為來(lái)自鏡場(chǎng)反射的太陽(yáng)光、2為太陽(yáng)能接收腔室、3為汽包、4為上集總管、5為上集管、6為下集管、7為下集總管、8為立面膜式壁、9為傾斜頂部膜式壁、10為輻射地板、11為耐熱層、12為保溫層、13為鍋爐底座、14為塔座、15為外護(hù)板、16為鍍鋅鉛絲網(wǎng)、17為耐熱可塑料。汽包管接口標(biāo)號(hào)及對(duì)應(yīng)管口名稱(chēng)a_出汽管、b_上升管、C-下降管、d-上水管、e-安全閥接口、f-排汽管、g-加熱管、h-壓力表管接口、j-加藥管、k-連排管接口、P-緊急放水管。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1本發(fā)明中腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖所示，本發(fā)明提供的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐包括太陽(yáng)能接收器2和鍋爐汽包3。太陽(yáng)能接收器2設(shè)置為腔室結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)能接收器2的吸熱面由膜式壁構(gòu)成并設(shè)置在腔室結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)。膜式壁包括立面膜式壁8和傾斜頂部膜式壁9，在本實(shí)施例中，立面膜式壁8的數(shù)量設(shè)置為3個(gè)且豎直設(shè)置太陽(yáng)能接收器2的腔室內(nèi)，傾斜頂部膜式壁9的數(shù)量設(shè)置為I個(gè)且傾斜設(shè)置在太陽(yáng)能接收器3的腔室頂部，傾斜面結(jié)構(gòu)有利于其內(nèi)部蒸汽的及時(shí)導(dǎo)出。太陽(yáng)能接收器2的底部設(shè)置有輻射板10，輻射板10表面涂有選擇性涂層，能將太陽(yáng)能接收器2腔室內(nèi)高溫氣流獲得的熱量和紅外輻射熱量反射到太陽(yáng)能接收器2的吸熱面，并且該選擇性涂層本身具有低吸收性特點(diǎn)。立面膜式壁8和傾斜頂部膜式壁9都由一組輻射換熱管及管間壁板組成，輻射換熱管上端接上集管5，上集管5再接上集總管4 ;輻射換熱管的下端接下集管6，下集管6再接下集總管7，下集總管7設(shè)有排污管口(圖中未示出);上集總管4通過(guò)上升管b(或稱(chēng)導(dǎo)汽管)與鍋爐汽包3相連，下集總管7通過(guò)下降管c與鍋爐汽包3相連，鍋爐汽包3可采用常規(guī)鍋爐汽包；汽包上除了設(shè)置有多個(gè)上升管b和下降管c接口外，還有主蒸汽管接口 a和加藥管j、給水管d、排汽管f、排污管g、緊急放水管P和蒸汽加熱管e等管接口，以及就地壓力表接口 h、安全閥3和液位計(jì)等裝置。所有膜式壁及輻射換熱管均設(shè)Z型彎自然補(bǔ)償段，以補(bǔ)償吸熱面及輻射換熱管的熱膨脹；膜式壁外側(cè)為輕質(zhì)耐熱材料11和保溫材料12，有效減少鍋爐散熱。如圖2本發(fā)明中腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐的俯視圖所示，太陽(yáng)能接收器2成弧形混勻圍繞鍋爐汽包3設(shè)置，太陽(yáng)能接收器2本身設(shè)置為扇形腔體結(jié)構(gòu)，扇形腔體結(jié)構(gòu)有利于減少對(duì)外輻射損失和對(duì)流散熱損失，可以接收(聚焦)180° 270°周向定日鏡場(chǎng)的太陽(yáng)輻射。如圖3本發(fā)明中腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐的立體示意圖所示，本發(fā)明提供的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐還包括鍋爐底座13和塔座14，鍋爐底座13設(shè)置在塔座14上，太陽(yáng)能接收器2和鍋爐汽包3均設(shè)置在鍋爐底座13上。如圖4和圖5本發(fā)明中腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐的接收器腔室截面示意圖所示，太陽(yáng)能接收器2由外至內(nèi)依次為外護(hù)板15、保溫層12、鍍鋅鉛絲網(wǎng)16、耐熱層
11、耐熱可塑料17和立面膜式壁8。如圖5本發(fā)明中腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐的接收器膜式壁及保溫層結(jié)構(gòu)示意圖所示，膜式壁鑲嵌在耐熱層11和耐熱可塑料17中，耐熱層11與保溫層12之間鑲嵌有鍍鋅鉛絲網(wǎng)16 ;可塑料的作用是避免耐熱層與膜式壁直接接觸時(shí)由于熱膨脹不同而產(chǎn)生縫隙和裂縫，影響保溫效果；耐熱層和可塑料均為輕質(zhì)耐熱物料。本發(fā)明的工作原理如圖1所示，來(lái)自鏡場(chǎng)(圖中未示出)的太陽(yáng)輻射光I從腔式太陽(yáng)能接收器2的扇形開(kāi)口窗進(jìn)入其腔室，輻射直接投射到輻射接收面(立面膜式壁8和傾斜頂部膜式壁9)上并將輻射接收面加熱升溫，輻射面將熱量傳遞到輻射換熱管內(nèi)將管內(nèi)工質(zhì)加熱(這里的工質(zhì)是水或蒸汽/水混合物)，換熱管內(nèi)受熱后的水達(dá)到飽和并蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽和飽和水形成汽水混合物匯集到上集管5后再匯集到上集總管4后通過(guò)上升管b進(jìn)入鍋爐汽包3，汽水混合物在鍋爐汽包3內(nèi)進(jìn)行分離，分離出的飽和蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)等動(dòng)力模塊(圖中未示出)進(jìn)行透平做功發(fā)電；經(jīng)過(guò)動(dòng)力模塊冷凝器和除氧器除氧的凝結(jié)水用泵輸送到鍋爐汽包3 ;汽包內(nèi)的水在重力作用下通過(guò)下降管c流到下集總管7后自行分配到各膜式壁的下集管6。本發(fā)明提供的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，水/蒸汽在鍋爐汽包3和太陽(yáng)能接收器2膜式壁的輻射換熱管內(nèi)(依靠重力差)進(jìn)行自然循環(huán)，不斷的將輻射換熱管內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽輸送到鍋爐汽包3中。從而使得該系統(tǒng)內(nèi)的蒸汽始終處于飽和狀態(tài)。采用本發(fā)明提供的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，可產(chǎn)生1. 27
5.88MPa的低壓至次高壓飽和蒸汽，膜式壁輻射接受面可承受最高800kW/m2的熱流密度；由于采用了飽和蒸汽系統(tǒng)，降低了太陽(yáng)能鍋爐輻射接受面的材質(zhì)耐溫要求，從而降低了鍋爐造價(jià)。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，其特征在于，包括太陽(yáng)能接收器和鍋爐汽包，所述太陽(yáng)能接收器設(shè)置為扇形腔體式，所述扇形腔體的內(nèi)設(shè)置有膜式壁，所述膜式壁中設(shè)置有輻射換熱管；所述太陽(yáng)能接收器的底部設(shè)置有輻射板；所述鍋爐汽包上設(shè)置有多個(gè)上升管和下降管，分別與各扇形腔室接收器的上集總管和下集總管連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，其特征在于，所述膜式壁包括立面膜式壁和傾斜頂部膜式壁，所述立面膜式壁豎直設(shè)置在所述太陽(yáng)能接收器內(nèi)側(cè)，所述傾斜頂部膜式壁傾斜設(shè)置在所述太陽(yáng)能接收器腔體內(nèi)的頂部，所述膜式壁采用了 Z型彎自然補(bǔ)償段或類(lèi)似可進(jìn)行自然熱補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，其特征在于，所述鍋爐汽包上還設(shè)置有主蒸汽管接口、加藥管接口、給水管接口、排汽管接口、排污管接口、緊急放水管接口，蒸汽加熱管接口，壓力表接口、安全閥和液位計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，其特征在于，所述連接管道包括上集管、上集總管、下集管和下集總管；所述輻射換熱管的上端連接上集管，所述上集管連接上集總管，所述上集總管再連接至鍋爐汽包的上升管，所述輻射換熱管的下端連接下集管，所述下集管的連接下集總管，所述下集總管再連接至鍋爐汽包的下降管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，其特征在于，所述輻射換熱管和膜式壁進(jìn)行了表面發(fā)黑處理；所述底板表面涂覆有耐高溫且對(duì)紅外輻射具有高吸收率和低反射率的選擇性涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，其特征在于，所述太陽(yáng)能接收器由多個(gè)扇形腔體式接收器組成，成弧形均勻圍繞鍋爐汽包設(shè)置；汽包位于太陽(yáng)能接收器的上部，鍋爐為依靠汽水混合物和水的重力差提供循環(huán)動(dòng)力的自然循環(huán)鍋爐。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，包括太陽(yáng)能接收器和鍋爐汽包，所述太陽(yáng)能接收器由多個(gè)腔體式接收器組成，腔體為扇形截面，所述腔體內(nèi)設(shè)置有膜式壁，所述膜式壁中設(shè)置有輻射換熱管；所述腔體式接收器底部設(shè)置有輻射板；所述鍋爐汽包上設(shè)置有上升管和下降管；所述輻射換熱管的上端通過(guò)連接管道連接至鍋爐汽包的上升管，所述輻射換熱管的下端通過(guò)連接管道連接至鍋爐汽包的下降管。采用本發(fā)明提供的腔體式自然循環(huán)式太陽(yáng)能飽和蒸汽鍋爐，可產(chǎn)生1.27～5.88MPa的低壓至次高壓飽和蒸汽，膜式壁輻射接受面可承受最高800kW/m2的熱流密度；由于采用了飽和蒸汽系統(tǒng)，降低了太陽(yáng)能鍋爐輻射接受面的材質(zhì)耐溫要求，從而降低了鍋爐造價(jià)。
文檔編號(hào)F24J2/00GK103062743SQ201310007868
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月9日
發(fā)明者涂愛(ài)民, 陳恩鑒 申請(qǐng)人:北京世紀(jì)源博科技股份有限公司