一種直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及高溫儲(chǔ)能、太陽(yáng)能熱發(fā)電、工業(yè)余熱發(fā)電和高溫化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)能等領(lǐng)域，尤其適用于顆粒流化太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，是一種利用存儲(chǔ)的高溫流化顆粒與工作介質(zhì)流體直接接觸換熱產(chǎn)生高壓過(guò)熱蒸氣，并輸出過(guò)熱蒸氣進(jìn)行熱利用或發(fā)電的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]蒸氣太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)利用太陽(yáng)能集熱裝置(塔式、槽式或蝶式)聚集太陽(yáng)光并加熱吸熱介質(zhì)，通過(guò)換熱器/蒸發(fā)器將吸熱介質(zhì)存儲(chǔ)的熱量傳遞給發(fā)電工質(zhì)來(lái)進(jìn)行發(fā)電。在太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中為了提高熱利用效率，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)在晚上或者太陽(yáng)輻射不足時(shí)候的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)電過(guò)程，常采用高溫儲(chǔ)熱裝置存儲(chǔ)富余的熱量并在需要的時(shí)候釋放出來(lái)。當(dāng)前的太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)主要吸熱介質(zhì)主要采用空氣、水、導(dǎo)熱油和熔融鹽等，而儲(chǔ)熱材料主要為熔融鹽、水/水蒸氣、高溫混凝土等，然而這些材料在工程應(yīng)用過(guò)程中都存在各自的缺陷，如空氣儲(chǔ)能密度低，導(dǎo)熱油成本較高且易燃，高溫混凝土最高儲(chǔ)熱溫度低、導(dǎo)熱系數(shù)低且與換熱管道間膨脹系數(shù)差別大，水的高蒸氣壓限制了其儲(chǔ)熱溫度，目前已成功應(yīng)用的熔融鹽則存在成本高、腐蝕性強(qiáng)以及因熔點(diǎn)高導(dǎo)致的輔助熱源熱損失問(wèn)題，并且在高溫容易分解。在換熱過(guò)程中，大多數(shù)設(shè)計(jì)都采用間接換熱過(guò)程，不僅增加了系統(tǒng)復(fù)雜度，設(shè)備成本，同時(shí)由于換熱溫差大，降低了換熱效率。這些儲(chǔ)熱材料和換熱過(guò)程中存在的問(wèn)題都制約了太陽(yáng)能熱發(fā)電的效率提高和大規(guī)模推廣應(yīng)用。
[0003]砂粒作為一種成本低廉易得、能耐1000°C以上高溫、儲(chǔ)熱密度高、大規(guī)模存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的儲(chǔ)熱材料，開(kāi)始引起越來(lái)越多的關(guān)注?，F(xiàn)有技術(shù)中，比較多的涉及顆粒流化吸熱器的設(shè)計(jì)，而對(duì)于如何將高溫顆粒內(nèi)儲(chǔ)存的大量熱量傳遞到發(fā)電工質(zhì)上則很少涉及，多是采用目前火電技術(shù)中現(xiàn)有的間接接觸式飽和蒸氣發(fā)生器和過(guò)熱蒸氣發(fā)生器，其設(shè)計(jì)主要目的是用于兩種流體之間的換熱。而對(duì)于高度離散不連續(xù)的高溫流化顆粒來(lái)說(shuō)，該設(shè)計(jì)對(duì)于如何克服磨損，如何保證穩(wěn)定高效運(yùn)行，如何提高換熱效率，如何克服離散顆粒換熱帶來(lái)的局部過(guò)熱問(wèn)題是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。另外，用于流化高溫顆粒的氣體進(jìn)一步增加了電力損耗以及能量損耗，這些因素都直接影響了高溫顆粒流化技術(shù)在太陽(yáng)能熱發(fā)電領(lǐng)域的成功應(yīng)用和推廣。因此，專門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)高效穩(wěn)定運(yùn)行的顆粒流化蒸氣發(fā)生器是非常迫切的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本實(shí)用新型旨在提供一種直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣蒸氣發(fā)生器，其帶有高溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐、低溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐、高壓蒸氣發(fā)生器、工質(zhì)預(yù)熱管道、顆粒分流裝置、液態(tài)工質(zhì)分流器、噴淋裝置、高溫閥門(mén)等部件，可以將常壓下大規(guī)模儲(chǔ)存的高溫顆粒在高壓小容積蒸氣發(fā)生器內(nèi)與噴淋水直接接觸換熱產(chǎn)生過(guò)熱蒸氣，并從過(guò)熱蒸氣出口輸出，從而推動(dòng)蒸氣透平發(fā)電或者用于其他熱利用。
[0005]本實(shí)用新型為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，包括通過(guò)連接管道依次連接的高溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐、高壓蒸氣發(fā)生器和低溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐，設(shè)置在所述高溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐和低溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐的進(jìn)、出口處的連接管道上均設(shè)置有用于控制高溫顆粒進(jìn)出的高溫閥門(mén)，其特征在于，所述高壓蒸氣發(fā)生器包括蒸氣發(fā)生器本體、顆粒分流裝置、液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置、液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置和顆粒減速裝置，其中，所述顆粒分流裝置設(shè)置在所述蒸氣發(fā)生器本體內(nèi)腔頂部的顆粒進(jìn)口位置處，并基本覆蓋所述蒸氣發(fā)生器本體的整個(gè)頂部；所述液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置設(shè)置于所述蒸氣發(fā)生器本體的頂部或靠近頂部的側(cè)壁上，所述液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置的進(jìn)口通過(guò)液體分流裝置與所述液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置的出口連通；所述液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置布置在所述蒸氣發(fā)生器本體底部的低溫顆粒層內(nèi)，其進(jìn)口與外部供液裝置連通；所述顆粒減速裝置在空間上分布在所述蒸氣發(fā)生器本體的內(nèi)腔中。
[0007]優(yōu)選地，在高溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐、高壓蒸氣發(fā)生器、低溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐的外殼以及連接管道周圍包覆保溫層。
[0008]優(yōu)選地，所述蒸氣發(fā)生器本體頂部上設(shè)置過(guò)熱蒸氣出口，該過(guò)熱蒸氣出口的進(jìn)氣端設(shè)置過(guò)濾裝置，出氣端設(shè)置控制閥門(mén)。
[0009]優(yōu)選地，所述直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)高溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐，各所述高溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐的出口均通過(guò)設(shè)置有高溫閥門(mén)的連接管道與所述高壓蒸氣發(fā)生器的一對(duì)應(yīng)進(jìn)口連通，各所述對(duì)應(yīng)進(jìn)口處均設(shè)置顆粒分流裝置；或，各所述高溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐的出口均通過(guò)設(shè)置有高溫閥門(mén)的連接管道與所述高壓蒸氣發(fā)生器的一共同進(jìn)口連通。
[0010]優(yōu)選地，所述高溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐和低溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐容積為所述高壓蒸氣發(fā)生器容積的50%以下。
[0011]優(yōu)選地，所述高溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐、高壓蒸氣發(fā)生器本體和低溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐外殼材料均為鋼、鈦、鋁合金、陶瓷、氧化鋁、高溫混凝土等材料的一種或者至少兩種的復(fù)合材料。
[0012]優(yōu)選地，所述液態(tài)工質(zhì)為液態(tài)水、液態(tài)導(dǎo)熱油、液態(tài)金屬、液態(tài)熔融鹽、液態(tài)二氧化碳、液態(tài)空氣、液氮或化學(xué)反應(yīng)液體。
[0013]優(yōu)選地，所述固體顆粒為顆粒狀耐高溫固體材料為普通砂粒、石英砂、SiC顆粒、Al2O3顆粒、Si3N4顆粒、封裝的相變顆粒、化學(xué)反應(yīng)顆粒、化學(xué)催化顆粒等其中一種或至少兩種的混合物。
[0014]優(yōu)選地，在所述高壓蒸氣發(fā)生器本體內(nèi)靠近頂部位置還布置有蒸氣再熱器，所述蒸氣再熱器與外部透平連通。
[0015]優(yōu)選地，所述液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置的預(yù)熱管道和/或蒸氣再熱器的再熱管道，為蛇形管、螺旋管、盤(pán)管、水平管束、垂直管束的一種或者至少兩種以上的組合。
[0016]本實(shí)用新型的高溫顆粒流化直接接觸蒸氣發(fā)生器的使用流程為:
[0017]1.在高溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐內(nèi)和低溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐內(nèi)為常壓、蒸高壓汽發(fā)生器內(nèi)為高壓的狀態(tài)下，關(guān)閉高壓蒸氣發(fā)生器上方進(jìn)口處的高溫閥門(mén)和下方出口處的高溫閥門(mén)，關(guān)閉低溫預(yù)儲(chǔ)罐底部出口處的高溫閥門(mén)，打開(kāi)高溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐頂部進(jìn)口處的高溫閥門(mén)，高溫固體顆粒從高溫顆粒進(jìn)口依靠重力掉落高溫預(yù)儲(chǔ)罐內(nèi)至預(yù)定高度。
[0018]2.關(guān)閉高溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐頂部高溫閥門(mén)，從高壓工質(zhì)進(jìn)口處向預(yù)熱管道內(nèi)通入高壓液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)過(guò)預(yù)熱后的液態(tài)工質(zhì)從液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置中向高壓蒸氣發(fā)生器內(nèi)噴淋。同時(shí)打開(kāi)高壓蒸氣發(fā)生器頂部高溫閥門(mén)，高溫顆粒持續(xù)下落至高壓蒸氣發(fā)生器內(nèi)，掉落的高溫顆粒通過(guò)顆粒分流裝置和顆粒減速裝置降速并均勻?yàn)⒙湔麄€(gè)蒸氣發(fā)生器內(nèi)，高溫固體顆粒與噴淋的工質(zhì)液滴直接接觸換熱產(chǎn)生飽和蒸氣，飽和蒸氣在向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)一步與頂部的高溫顆粒交換熱量形成過(guò)熱蒸氣，打開(kāi)蒸氣出口閥門(mén)使得蒸氣通過(guò)過(guò)濾裝置過(guò)濾凈化后輸出。部分未完全被加熱為蒸氣的工質(zhì)液滴下落至高壓蒸氣發(fā)生器底部與依然高溫的固體顆粒繼續(xù)換熱，直到完全蒸發(fā)為止，此時(shí)在高壓蒸氣發(fā)生器底部沉積一層溫度較低但仍高于蒸氣飽和溫度的低溫顆粒。
[0019]3.在卸料階段，關(guān)閉高壓蒸氣發(fā)生器頂部高溫閥門(mén)和低溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐底部高溫閥門(mén)，打開(kāi)低溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐頂部高溫閥門(mén)，蒸氣發(fā)生器底部低溫顆粒層內(nèi)的低溫顆粒通過(guò)重力下落，存積在低溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐內(nèi)至一定位置，然后關(guān)閉低溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐頂部閥門(mén)。
[0020]4.打開(kāi)低溫顆粒預(yù)儲(chǔ)罐底部閥門(mén)，低溫顆粒從低溫顆粒預(yù)