塔式太阳能悬浮粒子接收器和定日镜聚光阵列的制作方法

本发明塔式太阳能悬浮粒子接收器和定日镜聚光阵列选择三面体受热结构以及相对应的定日镜聚光阵列，有利于最大限度接收太阳能红外辐射热能，特别是根据距离远近有区别选择定日镜面积，同时相应改变定日镜聚光阵列布局方式，在简化结构、降低成本和减少硬件投资上开创了全新的技术模式。该发明属太阳能热发电技术领域。

背景技术：

塔式太阳能技术随着美国伊万帕和新月沙丘电站的运行，成为光热发电技术路线的重要选项。但是塔式太阳能技术有两个难以克服的先天缺陷，一是定日镜面积和风荷载成正比，面积越大定日镜抖动越严重，导致光照不稳定，接收器受热能流急剧变化甚至下降；其次是不稳定的聚光焦斑会导致接收器表面局部温度骤然升高，甚至超过熔盐流体气化点而导致爆管，引发破坏性事故。为克服这两个弊端和进一步提升塔式工作介质温度，上世纪80年代出现的悬浮粒子传热和储热技术重新回到人们的视野。目前美欧都在竞相开发悬浮粒子光热发电技术，虽然接收器设计有了颠覆性突破，但是定日镜聚光阵列并没有实质性改变。发明人在专利201310180471.0和201510039873.8中设计了适应悬浮粒子的单面陶瓷墙体接收器，但不能充分发挥其技术优势，很有必要对其进行改进。

技术实现要素：

本发明是对中国专利201310180471.0和201510039873.8进行的改进，在保留原有技术特点的基础上兼顾成本效率最优化。

本发明是通过以下技术方案实现的：

塔式太阳能悬浮粒子接收器和定日镜聚光阵列由陶瓷型砖构筑的接收墙体、悬浮粒子传送装置和对应的定日镜聚光阵列以及控制装置组成，其特征在于：塔式太阳能悬浮粒子接收器由面朝东、北、西的三面接收墙体构成，并设置于塔顶端，其南面设置悬浮粒子传送装置；相对应的定日镜聚光阵列分别面朝不同朝向的接收墙体设置，分为三个定日镜聚光阵列。

1)所述塔式太阳能悬浮粒子接收器接受墙体由陶瓷型砖构筑，成正方形体或长方形体；由受热体、储热体和保温体构成；该陶瓷型砖面对定日镜光辐照一侧受热体外表面沉积涂覆耐高温热吸收涂层，内壁依次加装固体储热和保温材料；

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、氮化硅类陶瓷、氧化硅类陶瓷、氧化铝类陶瓷、氮化铝类陶瓷材料制作的成长方体或正方体的型砖；陶瓷型砖中心制作悬浮粒子沉降管道；悬浮粒子沉降管道为垂直、或倾斜的圆筒状；或为长方形沉降管道，管道内壁设置导热翅板，或垂直、或倾斜排列；圆筒型沉降管道上下连接后成“之”字状，其作用是在悬浮粒子沉降时减缓降落速度，以增加热辐射量；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；悬浮粒子陶瓷沉降换热管安装在陶瓷型砖墙体预留的墙孔内，受辐照一面涂敷耐高温热吸收涂料；由陶瓷型砖构筑的太阳能受热墙体可高效率吸收光热辐照并转化成热能，同时太阳能受热墙体兼具储热以及缓冲保温作用；

3)所述塔式太阳能悬浮粒子接收器三面接收墙体外均设置对开的保护金属保温门，有光照时打开，无光照时关闭以保护陶瓷接收墙体；金属门内壁包裹岩棉保温材料；接收墙体还包括用来固定陶瓷型砖的金属框架；

4)塔式太阳能悬浮粒子接收器南端设置悬浮粒子传送装置，在其顶端设置控制悬浮粒子进口方向、速度和量的控制端口；

5)所述定日镜聚光阵列按接收墙体受热方向布局，分为东、北、西三个定日镜聚光阵列；

6)所述定日镜聚光阵列按聚光镜反射面积布局，并根据距离远近，依次设置不同面积的定日镜；最接近太阳能接收塔的定日镜最小面积为20平方米，距离最远端的定日镜面积应是最小定日镜面积的n倍，实际应用可根据电站发电规模分别选择20、28、50、90、120平方米等不同面积的定日镜组成聚光阵列；所述定日镜面积并非绝对面积，而应以能够获得的最大银镜为基础进行无缝隙拼接组合后的面积为准，只要符合这一理念即可；

由于塔式太阳能采用的是汇聚聚光技术，不同于槽式镜像聚焦技术，因此聚光比和反射效能成为重要选项，特别是远端定日镜受红外辐射远距离衰减制约，若发挥其与近距离定日镜同等效能就必须增大面积；设置不同面积的定日镜有利于优化成本结构，有利于降低初始投资和镜场建造费用；

7)定日镜聚光阵列控制装置采用专利201010576009.9的无线通信或有线载波以及跟踪控制技术，并作为本发明重要组成部分；

8)所述悬浮粒子首选燃煤发电废弃物粉煤灰或水泥熟料，经球磨后粒径为5微米至500微米，优选100至350微米，以适应超临界循环流化床锅炉；悬浮粒子或选择废弃陶瓷研磨粉末，石英砂粉，碳化硅陶粒砂，石墨粉粒，玄武岩粉粒，导热球形氧化铝珠粒，或混合了石墨的陶瓷粉粒及其上述物质粉末的混合体；

9)上述超临界循环流化床锅炉是经改造后不包括脱硫除尘设备的闭式循环锅炉；经放热沉降的悬浮粒子如粉煤灰通过传输装置重新送回塔式太阳能接收器；该锅炉即可以配置朗肯蒸汽动力循环发电，也可以应用在超临界二氧化碳热动力循环发电。

该发明有益之处在于有效规避塔式太阳能热发电技术天然缺陷，最大限度发挥塔式太阳能悬浮粒子接收器辐射受热效能，进一步提高定日镜抗风荷性能，减少定日镜抖动，稳定聚光焦斑能流密度，提高悬浮粒子受热温度和光热转换效率，同时对定日镜结构和布局进行优化，降低初始投资成本。上述发明同样适用于水工质和熔盐塔式太阳能电站。

附图说明

图1是本发明塔式太阳能悬浮粒子接收器示意图

图2是本发明定日镜聚光阵列布局示意图

其中：1塔式太阳能悬浮粒子接收器、2陶瓷型砖接收墙体、3金属保温门、4定日镜聚光阵列、5定日镜、6悬浮粒子传送装置

具体实施方式

塔式太阳能悬浮粒子接收器1由陶瓷型砖构筑的接收墙体2、悬浮粒子传送装置6和金属保温门3组成，塔式太阳能悬浮粒子接收器1由面朝东、北、西的三面接收墙体2构成，并设置于塔顶端，其南面设置悬浮粒子传送装置6；相对应的定日镜聚光阵列4分别面朝不同朝向的接收墙体2设置，分为三个朝向不同的定日镜聚光阵列4；定日镜聚光阵列4中的定日镜5为大面积玻璃银镜无缝隙拼接构成，且由近及远、由小到大选择定日镜5面积，距离接收塔较近的选择小面积定日镜5，距离较远的选择大面积定日镜5，最大定日镜5的选择要充分考虑风荷载，例如在中国西部则应选择20、28、50平方米等不同面积的定日镜5；但在实际应用中并不限于所述绝对面积，而应以能够获得的最大银镜为基础进行无缝隙拼接组合，只要符合这一理念即可；悬浮粒子首选粉煤灰或水泥熟料，经球磨后粒径为5微米至500微米，优选100至350微米，以满足循环流化床锅炉需要。本发明同样适用于水工质和熔盐塔式太阳能电站，其中悬浮粒子换热管道可参照专利201310180471.0改由高温镍基不锈钢管替代。

技术特征：

技术总结
本发明塔式太阳能悬浮粒子接收器和定日镜聚光阵列选择三面体受热结构以及相对应的定日镜聚光阵列，有利于最大限度接收太阳能红外辐射热能，特别是根据距离远近有区别选择定日镜面积，同时相应改变定日镜聚光阵列布局方式，在简化结构、降低成本和减少硬件投资上开创了全新的技术模式。

技术研发人员：张建城
受保护的技术使用者：张建城
技术研发日：2016.10.28
技术公布日：2018.08.07