塔式太阳能热发电用空气吸热器研究综述

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1、第37卷第9期华电技术V01．37No．92015年9月HuadianTechnologySep．2015塔式太阳能热发电用空气吸热器研究综述王沛，刘德有，许昌，郭苏(河海大学能源与电气学院，南京210098)摘要：塔式太阳能热发电系统相对管式吸热器而言具有结构简单、高参数、高效率、易于维护等优点。其主要传热过程发生在吸热器内部的多孔介质吸热体内，经过聚光的入射辐射加热多孔介质，再通过对流传热将空气加热。介绍了塔式空气吸热器的原理、特点、分类情况以及发展现状，论述了以空气为传热介质的不同类型空气吸热器内对流一辐射耦合传热过

2、程的特点，指出了塔式空气吸热器技术的发展方向。关键词：太阳能热发电；塔式系统；空气吸热器；对流传热；热辐射中图分类号：TK513文献标志码：A文章编号：1674—1951(2015)09—0068—04热后送入蒸发器、再热器、回热器、省煤器加热蒸汽0引言参与朗肯循环。闭式循环，经压缩机压缩后的空气塔式太阳能热发电是以中央集热系统(CRS)为进入有压腔体内预热，然后送入燃烧室混合燃烧再核心的一种热发电模式，其吸热器通过定日镜群将送至燃汽轮机参与布雷顿循环。根据工程热力学原低密度的太阳光热辐射能聚焦并转化为传热工质的理，吸热器

3、空气出口温度越高，整个系统效率越高。内能，最终仅工质进入透平做功产生电能。吸热器原有的金属结构吸热体由于极限温度的限制逐渐被运行的热效率和稳定性直接决定了塔式太阳能热发泡沫陶瓷(SiSiC，re—SiC)吸热体取代。泡沫陶瓷具电系统的经济性和可靠性。有耐高温、抗氧化、抗热震性好，比表面积大，换热效率高的优点，近年来被广泛用作吸热器内的热交换1塔式系统空气吸热器的种类载体。目前，世界上主要空气吸热器特征参数见表吸热器按照传热工质来区分主要有熔融盐、水1。M．Romero等对目前主流的塔式集热系统进和空气3种，对应的装置结构、

4、运行模式和传热特性行了回顾和总结。都具有明显的区别。2开式循环空气吸热器的研究以熔融盐作为吸热器工作介质的优点主要有：系统无压运行，提高了运行的安全性；工质在整个热R．D．Skocypec等较早设计了一种多孔陶瓷材力循环中不产生相变；热容大，使受热面能承受较高料吸热器，由Sandia实验室制造并在PSA进行了测的热流密度，从而优化了吸热器的整体结构，减少了试J，由于选择性涂料影响了孔隙结构的通透性，降制造成本，同时降低了热损；由于熔融盐本身具有优低了总体传热效率。德国航空航天中心(DLR)的M．良的蓄热特性，使热力系统的传

5、热、蓄热可共用同一Btihmer等使用热物性更佳的渗硅碳化硅(SiSiC)材料工质，极大地简化了系统。设计了一种吸热器，由Hoechst-CeramTec公司制造完以蒸汽为工质的吸热器实质上就是一个由成，该吸热器采用了吸热块错列分布的结构减小辐射聚焦太阳能为热源的蒸汽锅炉。产生的高压蒸汽直热损。A．Carotenuto等采用相同结构的错列陶瓷棒接推动汽轮机发电，省去了换热器，简化了系统。由吸热体，给出了测试结果与理论分析的比较。Pitz-于基于传统的锅炉原理，最早的商业化电站即是以Paal等提出了一种在吸热体外表面添加玻璃

6、窗的水为工质的西班牙PS10电站。“选择性”空气吸热器，测试结果显示，出口空气温度以空气为介质的吸热器按热力循环类型又可分超过600oC，该措施可减小吸热体表面向外的辐射热为开式和闭式2种⋯。开式循环，吸入的空气经加损，显著提高吸热器热效率。HiTRec—I和HiTRec—II型吸热器采用了多个杯状单元分离式的设收稿日期：2015—03—30；修回日期：2015—08—03计]，该结构一方面使低温空气回到吸热体表面重项目基金：国家重点基础研究发展计划项目(973计划)新加热，另一方面使模块的拆卸更为方便，吸热体材(2010

7、CB227102)；江苏省自然科学基金料也改进为再结晶碳化硅(re—SiC)。SOLAIR一200(BK20131369)和SOLAIR一3000型吸热器采用了同样的设计方案，第9期王沛，等：塔式太阳能热发电用空气吸热器研究综述·69·表1现有容积式空气吸收器的主要特征参数空气循环倍率增至52％。70％左右，空气出口温度均接近1000℃，达到开式系统的2倍，且循环效率更高，系统光一电转换效率3有压腔体空气吸热器的研究的总效率更高。然而，引入玻璃窗为设计运行带来有压腔体吸热器又称为闭式循环吸热器，它引了很多问题，例如，需要考

8、虑玻璃窗的承压性、面积入了玻璃窗结构使吸热腔封闭，隔离腔体与大气以受到的限制、光学性能要求高、在一定温度范围内要产生循环所需的压比，并且减小内腔与外部的辐射保持较高的机械强度和热稳定性及无应力安装等。热损。由表1可见，开式系统是利用太阳能驱动朗因此，腔体内部良好的流动结构和吸热体传热特性对肯循环的蒸汽轮