塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電用空氣吸熱器研究綜述

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1、第37卷第9期華電技術(shù)V01．37No．92015年9月HuadianTechnologySep．2015塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電用空氣吸熱器研究綜述王沛，劉德有，許昌，郭蘇(河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院，南京210098)摘要：塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)相對(duì)管式吸熱器而言具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高參數(shù)、高效率、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。其主要傳熱過(guò)程發(fā)生在吸熱器內(nèi)部的多孔介質(zhì)吸熱體內(nèi)，經(jīng)過(guò)聚光的入射輻射加熱多孔介質(zhì)，再通過(guò)對(duì)流傳熱將空氣加熱。介紹了塔式空氣吸熱器的原理、特點(diǎn)、分類情況以及發(fā)展現(xiàn)狀，論述了以空氣為傳熱介質(zhì)的不同類型空氣吸熱器內(nèi)對(duì)流一輻射耦合傳熱過(guò)

2、程的特點(diǎn)，指出了塔式空氣吸熱器技術(shù)的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱發(fā)電；塔式系統(tǒng)；空氣吸熱器；對(duì)流傳熱；熱輻射中圖分類號(hào)：TK513文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674—1951(2015)09—0068—04熱后送入蒸發(fā)器、再熱器、回?zé)崞?、省煤器加熱蒸?引言參與朗肯循環(huán)。閉式循環(huán)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的空氣塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電是以中央集熱系統(tǒng)(CRS)為進(jìn)入有壓腔體內(nèi)預(yù)熱，然后送入燃燒室混合燃燒再核心的一種熱發(fā)電模式，其吸熱器通過(guò)定日鏡群將送至燃汽輪機(jī)參與布雷頓循環(huán)。根據(jù)工程熱力學(xué)原低密度的太陽(yáng)光熱輻射能聚焦并轉(zhuǎn)化為傳熱工質(zhì)的理，吸熱器

3、空氣出口溫度越高，整個(gè)系統(tǒng)效率越高。內(nèi)能，最終僅工質(zhì)進(jìn)入透平做功產(chǎn)生電能。吸熱器原有的金屬結(jié)構(gòu)吸熱體由于極限溫度的限制逐漸被運(yùn)行的熱效率和穩(wěn)定性直接決定了塔式太陽(yáng)能熱發(fā)泡沫陶瓷(SiSiC，re—SiC)吸熱體取代。泡沫陶瓷具電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。有耐高溫、抗氧化、抗熱震性好，比表面積大，換熱效率高的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被廣泛用作吸熱器內(nèi)的熱交換1塔式系統(tǒng)空氣吸熱器的種類載體。目前，世界上主要空氣吸熱器特征參數(shù)見(jiàn)表吸熱器按照傳熱工質(zhì)來(lái)區(qū)分主要有熔融鹽、水1。M．Romero等對(duì)目前主流的塔式集熱系統(tǒng)進(jìn)和空氣3種，對(duì)應(yīng)的裝置結(jié)構(gòu)、

4、運(yùn)行模式和傳熱特性行了回顧和總結(jié)。都具有明顯的區(qū)別。2開(kāi)式循環(huán)空氣吸熱器的研究以熔融鹽作為吸熱器工作介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)主要有：系統(tǒng)無(wú)壓運(yùn)行，提高了運(yùn)行的安全性；工質(zhì)在整個(gè)熱R．D．Skocypec等較早設(shè)計(jì)了一種多孔陶瓷材力循環(huán)中不產(chǎn)生相變；熱容大，使受熱面能承受較高料吸熱器，由Sandia實(shí)驗(yàn)室制造并在PSA進(jìn)行了測(cè)的熱流密度，從而優(yōu)化了吸熱器的整體結(jié)構(gòu)，減少了試J，由于選擇性涂料影響了孔隙結(jié)構(gòu)的通透性，降制造成本，同時(shí)降低了熱損；由于熔融鹽本身具有優(yōu)低了總體傳熱效率。德國(guó)航空航天中心(DLR)的M．良的蓄熱特性，使熱力系統(tǒng)的傳

5、熱、蓄熱可共用同一Btihmer等使用熱物性更佳的滲硅碳化硅(SiSiC)材料工質(zhì)，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了一種吸熱器，由Hoechst-CeramTec公司制造完以蒸汽為工質(zhì)的吸熱器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)由成，該吸熱器采用了吸熱塊錯(cuò)列分布的結(jié)構(gòu)減小輻射聚焦太陽(yáng)能為熱源的蒸汽鍋爐。產(chǎn)生的高壓蒸汽直熱損。A．Carotenuto等采用相同結(jié)構(gòu)的錯(cuò)列陶瓷棒接推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，省去了換熱器，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。由吸熱體，給出了測(cè)試結(jié)果與理論分析的比較。Pitz-于基于傳統(tǒng)的鍋爐原理，最早的商業(yè)化電站即是以Paal等提出了一種在吸熱體外表面添加玻璃

6、窗的水為工質(zhì)的西班牙PS10電站?！斑x擇性”空氣吸熱器，測(cè)試結(jié)果顯示，出口空氣溫度以空氣為介質(zhì)的吸熱器按熱力循環(huán)類型又可分超過(guò)600oC，該措施可減小吸熱體表面向外的輻射熱為開(kāi)式和閉式2種?。開(kāi)式循環(huán)，吸入的空氣經(jīng)加損，顯著提高吸熱器熱效率。HiTRec—I和HiTRec—II型吸熱器采用了多個(gè)杯狀單元分離式的設(shè)收稿日期：2015—03—30；修回日期：2015—08—03計(jì)]，該結(jié)構(gòu)一方面使低溫空氣回到吸熱體表面重項(xiàng)目基金：國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(973計(jì)劃)新加熱，另一方面使模塊的拆卸更為方便，吸熱體材(2010

7、CB227102)；江蘇省自然科學(xué)基金料也改進(jìn)為再結(jié)晶碳化硅(re—SiC)。SOLAIR一200(BK20131369)和SOLAIR一3000型吸熱器采用了同樣的設(shè)計(jì)方案，第9期王沛，等：塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電用空氣吸熱器研究綜述·69·表1現(xiàn)有容積式空氣吸收器的主要特征參數(shù)空氣循環(huán)倍率增至52％。70％左右，空氣出口溫度均接近1000℃，達(dá)到開(kāi)式系統(tǒng)的2倍，且循環(huán)效率更高，系統(tǒng)光一電轉(zhuǎn)換效率3有壓腔體空氣吸熱器的研究的總效率更高。然而，引入玻璃窗為設(shè)計(jì)運(yùn)行帶來(lái)有壓腔體吸熱器又稱為閉式循環(huán)吸熱器，它引了很多問(wèn)題，例如，需要考

8、慮玻璃窗的承壓性、面積入了玻璃窗結(jié)構(gòu)使吸熱腔封閉，隔離腔體與大氣以受到的限制、光學(xué)性能要求高、在一定溫度范圍內(nèi)要產(chǎn)生循環(huán)所需的壓比，并且減小內(nèi)腔與外部的輻射保持較高的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性及無(wú)應(yīng)力安裝等。熱損。由表1可見(jiàn)，開(kāi)式系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)朗因此，腔體內(nèi)部良好的流動(dòng)結(jié)構(gòu)和吸熱體傳熱特性對(duì)肯循環(huán)的蒸汽輪