一種管子背面聚光塔式太陽能吸熱器受熱面模塊的製作方法

2023-12-11 22:29:07 1

本發明涉及一種塔式太陽能電站吸熱器受熱面模塊的排布結構，屬於塔式太陽能熱發電技術領域。

背景技術：

太陽能高溫熱發電技術是太陽能規模利用的一個重要方向，對人類解決化石能源危機、空氣汙染等問題具有深遠的意義。根據聚焦方式的不同，太陽能高溫熱發電可分為碟式、槽式、塔式三種方式 ；採用的工質有水 ( 水蒸汽 )、熔鹽、空氣、導熱油、液態金屬、其他有機物等。塔式聚焦由於具有大容量、高參數等優點而受到世界多國的關注。

塔式熱發電技術在國外已經處於商業化運營的初期階段，已建或在建的大規模商業化項目幾乎遍布了各大洲，該技術路線已展示出強大的市場及生命力。尤其是帶有儲熱的太陽能熱發電技術，由於具有更長的發電時長及更穩定的電能輸出，因此具有廣闊的應用前景。我國的塔式熱發電事業目前還處於示範化運營階段，近年來先後建成的一批示範電站有力促進了太陽能熱發電事業在我國的開展，一旦獲得國家政策的穩定支持，我國的太陽能熱發電事業將迎來一個快速發展期。

吸熱器是塔式太陽能熱電站的核心設備之一，它將定日鏡捕捉、反射、聚焦的太陽光接收並轉化為工質的內能，為發電機組提供所需的能量，進而實現太陽能熱發電的過程。

對於塔式太陽能熱發電吸熱器，不論是外表面受熱型、還是腔體式內表面受熱型，其受熱面通常採用管壁式結構，即吸熱介質在管子內流動，管子排列成平面或圓弧面。根據塔式太陽能電站聚光比高的特點，吸熱器受熱管的向光面需要承受較高的熱負荷，而背部通常是絕熱保溫結構。例如，對於吸熱工質為熔鹽的情況，局部熱流密度能達到 1000kW/m2以上。因此，單側受熱的吸熱管內外側存在較大溫差。在熱流密度高的區域，吸熱管的內外側溫差會超過200℃，由此導致吸熱器受熱面管屏的嚴重變形。在吸熱器結構的約束下，吸熱器吸熱管需要承受很高的應力。再加上太陽能間歇性、多變性（雲量等因素的影響等）等固有特點，容易造成吸熱器管屏的破裂及失效，從而影響到整個塔式太陽能熱發電系統的安全運行。

技術實現要素：

本發明的目的在於：提供一種塔式太陽能吸熱器受熱面模塊，用以減輕吸熱器受熱面因管子向光側和背光側受熱條件差別過大而引起的嚴重變形和承受應力過高的問題，進而增加吸熱器的安全裕度。

本發明的技術方案：一種管子背面聚光塔式太陽能吸熱器受熱面模塊，包括下集箱、下連接管排、上連接管排、上集箱、和吸熱管屏。所述吸熱管屏下端與下集箱通過下連接管排連接。所述吸熱管屏中相鄰管子之間留有一定間隙。所述吸熱管屏的每根管子的背光面設有各自的對來光具有反射功能的內凹曲面。

作為優選，所述吸熱管屏的管子以一定間隔平行並排布置。

作為優選，所述內凹曲面沿著管子軸線方向延伸充滿吸熱管屏部分整個長度。

作為優選，所述內凹曲面的頂點至相鄰管子內切面（相鄰管子背光側頂點的連線直線在沿管子中心線方向構成的平面）的距離不超過管子外半徑。

作為優選，所述內凹曲面的最凹點至相鄰管子內切面的距離不超過管子外半徑。

與現有塔式太陽能吸熱器受熱面結構相比，本發明由於在吸熱管屏各個管子背光側設置了相應的對來光具有反射功能的內凹曲面，使得原本通過管間部分從管子左（右）側端部傳導的能量通過合理的引導投射到管子的背光側，增加了管子沿周向的實際受熱面積，減小了管子的受熱集中度，從而減小了管子向光側和背光側受熱的差別，緩解了因管子向光側和背光側受熱不均勻引起的嚴重變形和承受應力過高的問題。同時，由於一部分能量從管子背光側傳遞，而背光側受熱面對管子正面點附近區域的影響較管子左（右）側端部弱不少，因此本發明還能夠降低管子正面點區域的管壁溫度，從而增加了受熱面運行的安全裕度。

同時，通過合理設計內凹曲面的形狀，可以將來光通過曲面的反射以一定集中度投射到管子的背光側表面，除了上述能夠緩解因管子向光側和背光側的受熱不均勻所引起的問題外，還能夠減少熱損失以及避免來光反射的逃逸。

對於工質為水/水蒸氣的塔式太陽能吸熱器，其受熱面通常分為蒸發段和過熱段兩個部分。

蒸發段受熱面通常採用帶有鰭片的膜式管壁。當本發明專利應用到蒸發段受熱面時，實際上是用管子背光側的內凹曲面替了管間的鰭片。這一改變的效果是由原來通過鰭片吸收的熱量通過管子左（右）側端部傳遞給管子變為經過反射塊將這部分熱量通過管子背光側受熱面傳遞給管子。這一改變減小了管子的受熱集中度，緩解了因管子受熱不均勻引起的變形和應力問題。而採用管子背光側的內凹曲面來代替管間的鰭片也避免了因鰭片所產生的溫差問題和應力問題。

當本發明專利應用到過熱段受熱面時，將原有的密排管（管間無間隙）結構變為具有一定管間間隔的管排結構。這一改變將一部分能量通過管子背光側受熱面傳遞給管子，緩解了因管子受熱不均勻引起的變形和應力問題，同時還降低了管子正面點區域的管壁溫度，從而增加了受熱面運行的安全裕度。在管屏寬度一定的情況下，將管屏改為具有一定管間間隔的管排結構不可避免地減少管子根數，單根管子的工質流量有所增加，從而增加了工質對管子的冷卻能力。這也有利於進一步降低管子壁溫。

無論蒸發段受熱面還是過熱段受熱面，本發明專利的應用均能夠進一步減少受熱面表面的散熱損失。

對於工質為熔鹽的塔式太陽能吸熱器，其受熱面結構通常採用密排管型式，與水/水蒸氣工質太陽能吸熱器的過熱段受熱面類似。因此，本發明專利的應用效果與上述水/水蒸氣工質太陽能吸熱器的過熱段受熱面的效果類似。

附圖說明

圖1為本發明專利的吸熱器受熱面模塊示意圖

圖2為本發明專利的吸熱管屏結構的橫截面示意圖。

圖中：O-管子中心；R-管子外半徑；D1-內凹曲面的頂點至相鄰管子內切面的距離；D2-內凹曲面的最凹點至相鄰管子內切面的距離。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明專利作進一步的說明，但並不作為對本發明專利限制的依據。

本發明專利的實施例：

一種塔式太陽能吸熱器蒸發模塊，包括下集箱、下連接管排、上連接管排、上集箱、和吸熱管屏（如圖1所示）。所述吸熱管屏下端與下集箱通過下連接管排連接。所述吸熱管屏上端與上集箱通過上連接管排連接。所述吸熱管屏中相鄰管子中心線的距離為3.2R（R為管子外半徑）。所述吸熱管屏的每根管子的背光面設有各自的對來光具有反射功能的如圖2所示的內凹曲面。所述吸熱管屏結構的橫截面示意圖如圖2所示。

所述吸熱管屏的管子以一定間隔平行並排布置。

所述內凹曲面表面沿著管子軸線方向延伸充滿吸熱管屏部分整個長度。

所述內凹曲面的頂點至相鄰管子內切面（相鄰管子背光側頂點的直線連線在沿管子中心線方向構成的平面）的距離為R。

所述內凹曲面的最凹點至相鄰管子內切面的距離為0.25R。

所述內凹曲面內部設為保溫層。

該實施例應用於工質為水/蒸汽的塔式太陽能吸熱器的蒸發段受熱面。與傳統的帶鰭片的膜式壁相比，該實施例所述的管屏結構減小了管子的受熱集中度，緩解了因管子向光側和背光側受熱不均勻引起的引起的嚴重變形和承受應力過高的問題。同時，實施例還降低了管子正面點區域的管壁溫度，從而增加了受熱面運行的安全裕度。在管屏寬度一定的情況下，將管屏改為具有一定管間間隔的管排結構不可避免地減少管子根數，單根管子的工質流量有所增加，從而增加了工質對管子的冷卻能力。這也有利於進一步降低管子壁溫。合理的內凹表面可以將來光通過反射以合理的集中度投射到管子的背光側表面，除了能夠緩解因管子向光側和背光側的受熱不均勻所引起的問題外，還能夠減少熱損失以及徹底避免來光反射的逃逸。

由於太陽能吸熱器受熱管屏所接收到的太陽光來自不同角度鏡面對太陽光的反射，因此在同一時刻吸熱器管屏的管子及其間隔所接受的太陽光來自各個不同的角度，並不是原始的平行太陽光。因此，此處不同方向的光線示意是恰當的，符合吸熱器的實際工作條件。