一种固定式高温固体颗粒换热器及其工作方法与流程

本发明属于太阳能热发电，具体涉及一种固定式高温固体颗粒换热器及其工作方法。

背景技术：

1、太阳能热发电技术清洁低碳，并且自带储热系统，可以作为调节电源，是促进风电、光伏等可再生能源的大规模消纳和电力行业低碳化发展的重要方式。固体颗粒作为太阳能热发电系统的一种新型储热介质，具有价格低廉、储热温度高(高达1000℃)以及性能稳定等优点，可以提高太阳能热发电效率、降低发电成本，在太阳能热发电领域具有广阔应用前景。

2、但是，由于固体颗粒硬度较高，流化态的固体颗粒流过换热器管壳壁面会造成较大的磨损，且固体颗粒质量较大，利用斗提机将固体颗粒从低位冷罐提高到高位热罐需要消耗大量电能，从而降低系统效率。所以，如何解决磨损及效率降低等问题是固体颗粒储热方式快速发展面临的难题。

技术实现思路

1、为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种固定式高温固体颗粒换热器及其工作方法，能够提高换热器运行的安全性和稳定性，减少换热器的系统功耗。

2、本发明通过以下技术方案来实现：

3、本发明公开的一种固定式高温固体颗粒换热器，包括高温进口/低温出口集箱、高温出口/低温进口集箱、壳体、层间集箱和若干绝热板；

4、若干绝热板将壳体内部分隔为若干级层室；每级层室包括管束上集箱、管束下集箱和若干管束，若干管束的两端分别与管束上集箱和管束下集箱连通，层室内填充有固体颗粒；相邻层室的管束上集箱与管束下集箱通过层间集箱连通；高温进口/低温出口集箱与最上级层室的管束上端连通，高温出口/低温进口集箱与最下级层室的管束下端连通。

5、优选地，壳体为耐高温材质，壳体外部设有保温层。

6、优选地，壳体的横截面为圆角矩形。

7、优选地，层间集箱外部设有保温层。

8、优选地，固体颗粒的粒径≤0.5mm，材质为sio2、mgo、al2o3或sic。

9、优选地，每级层室的高度相等。

10、优选地，层室中相邻管束的间距为20～40mm。

11、优选地，每级层室中，若干管束平行排布构成一级管屏，若干级管屏平行设置。

12、进一步优选地，每级管屏中相邻管束的间距相等，相邻管屏的间距相等。

13、本发明公开的上述固定式高温固体颗粒换热器的工作方法，包括

14、储热时，高温气体由高温进口/低温出口集箱进入，自上而下流过每级层室中的管束管束，加热每级层室中的固体颗粒；固体颗粒吸热后温度上升，将热量进行存储；高温气体放热后由高温出口/低温进口集箱流出；由于高温气体流动，固体颗粒静止，高温气体放热后温度在所述固定式高温固体颗粒换热器中自上而下逐渐降低，层室中固体颗粒的温度自上而下呈阶梯降低分布；

15、放热时，低温气体由高温出口/低温进口集箱进入，自下而上流过每级层室中的管束，低温气体吸收固体颗粒的热量后，由高温进口/低温出口集箱流出；每级层室中的固体颗粒放热后温度均降低，层室中固体颗粒的温度自上而下仍呈阶梯降低分布。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

17、本发明公开的一种固定式高温固体颗粒换热器，该换热器被绝热板分成多级层室，换热器由上到下每层分别存储温度依次降低的固体颗粒，密集管束竖直埋于固体颗粒中，流体流过管束与固体颗粒换热。固体颗粒静止于每一层，通过温度的升高和降低实现储热和放热。该系统的固体颗粒呈静止状态，能够避免对换热器壁面的磨损，提高换热器运行的安全性和稳定性，增加换热器使用寿命；同时无须改变固体颗粒的高度位置，避免了因克服固体颗粒重力势能而需要消耗额外能量，减少了换热器系统功耗。

18、进一步地，壳体外部设有保温层，能够有效防止热量散失。

19、进一步地，壳体的横截面为圆角矩形，便于管束进行布置。

20、进一步地，层间集箱外部设有保温层，能够有效防止热量散失。

21、进一步地，固体颗粒的粒径≤0.5mm，能够保证固体颗粒在层室中具有较高的填充度，进而保证固体颗粒具有较高的能量存储密度。

22、进一步地，每级层室的高度相等，能够保证每级层室存储的能量近似相等，进而保证每级层室在换热过程的温度变化趋势近似相等。

23、进一步地，层室中相邻管束的间距为20～40mm，能够保证层室在存储较多固体颗粒的同时，管束与固体颗粒具有较大的传热面积。

24、本发明公开的上述固定式高温固体颗粒换热器的工作方法，运行简单，安全性和稳定性好，对能量的利用率高、功耗小。

技术特征：

1.一种固定式高温固体颗粒换热器，其特征在于，包括高温进口/低温出口集箱(1)、高温出口/低温进口集箱(2)、壳体(3)、层间集箱(5)和若干绝热板(4)；

2.根据权利要求1所述的固定式高温固体颗粒换热器，其特征在于，壳体(3)为耐高温材质，壳体(3)外部设有保温层。

3.根据权利要求1所述的固定式高温固体颗粒换热器，其特征在于，壳体(3)的横截面为圆角矩形。

4.根据权利要求1所述的固定式高温固体颗粒换热器，其特征在于，层间集箱(5)外部设有保温层。

5.根据权利要求1所述的固定式高温固体颗粒换热器，其特征在于，固体颗粒(6)的粒径≤0.5mm，材质为sio2、mgo、al2o3或sic。

6.根据权利要求1所述的固定式高温固体颗粒换热器，其特征在于，每级层室的高度相等。

7.根据权利要求1所述的固定式高温固体颗粒换热器，其特征在于，层室中相邻管束(7)的间距为20～40mm。

8.根据权利要求1所述的固定式高温固体颗粒换热器，其特征在于，每级层室中，若干管束(7)平行排布构成一级管屏，若干级管屏平行设置。

9.根据权利要求8所述的固定式高温固体颗粒换热器，其特征在于，每级管屏中相邻管束(7)的间距相等，相邻管屏的间距相等。

10.权利要求1～9所述的固定式高温固体颗粒换热器的工作方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开的一种固定式高温固体颗粒换热器及其工作方法，属于太阳能热发电技术领域。包括高温进口/低温出口集箱、高温出口/低温进口集箱、壳体、层间集箱和若干绝热板；若干绝热板将壳体内部分隔为若干级层室；每级层室包括管束上集箱、管束下集箱和若干管束，若干管束的两端分别与管束上集箱和管束下集箱连通，层室内填充有固体颗粒；相邻层室的管束上集箱与管束下集箱通过层间集箱连通；高温进口/低温出口集箱与最上级层室的管束上端连通，高温出口/低温进口集箱与最下级层室的管束下端连通。本发明能够提高换热器运行的安全性和稳定性，减少换热器的系统功耗。

技术研发人员：张旭伟,乔永强,张天宇,白文刚,李红智,顾正萌,杨玉
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13