吸热器综述讲解

Solar Two硝酸盐吸热器
入口温度设计为290℃，出口温度设计为565 ℃; 平均太阳辐射能流密度为430 kW/m2时，额定吸收功率为42 MW
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反射塔式熔融盐吸热器
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空气吸热器
优点：1）从大气来，到大气去；取之不尽，用之不绝；不 污染环境；2)没有因相变带来的麻烦；3)允许很高的工作温 度；4)易于运行和维护，启动快，无须附加的保温和冷启动 加热系统。
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四、碟式太阳能电站吸热器
腔体吸热器的形式
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James A与 Terry G在其 1985年在SOLAR ENERGY上发表的论文中 分别研究了圆柱形、平顶 锥形、椭圆形、球形以及 复合平顶锥形等5种腔式 吸热器的热性能，研究结 果表明，吸热器腔体的形 状对系统的能量分布有很 大的影响，但对吸热器的 热效率影响很小。
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吸热器研究进展报告
崔福庆，殷欣
2009.07.30
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一、背景介绍
在太阳能利用系统中，吸热器组件是实现光 热转化的重要组件，其效率的高低对于系统 的效率有着重要的影响。故在太阳能研究中， 吸热器的研究有着重要的意义。
平板式吸热器
低温应用
吸热器
管式吸热器
中、低温应用
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熔盐系统、空气系统、饱和蒸汽系统
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熔盐吸热器
优点：系统无压运行，安全性提高；传热工质在整个吸热、 传热循环中无相变，且熔盐热容大，吸热器可承受较高的热 流密度，从而使吸热器可做得更紧凑，减少制造成本，降低 热损；整个太阳能热力系统的传热、蓄热可共用同一工质， 使系统极大的简化。
3. 内壁平均温度、腔口直径、腔内平均直径等决定着对流 热损失的大小。尽可能小的腔口直径、内壁温度以及合理 的腔内平均直径式减少对流热损失的关键，但又受制造条 件、焦平面的能流分布及使用所需要腔口直径等因素的影 响，故要综合考虑。
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4. 需优化腔体保温材料厚度，在腔体外径均大于临界热绝 缘直径的情况下,增加保温材料厚度可减小导热热损失 。
水蒸汽吸热器
优点：水的热导率高，无毒，无腐蚀，易于输运，产生的高 压蒸汽可以直接推动气轮机发电 。
技术难点：水蒸汽在高温时有高压问题；工作介质在吸热过 程中存在两相流问题；蒸汽的热容很小，蒸汽段管路易发生 过热烧蚀。故在实际使用时系统温度和压力不能太高。
采用水蒸汽吸热器的系统：Solar One和西班牙的CESA-1试 验电站，以及世界上第一座塔式太阳能商业电站，由西班牙 Solucar公司建造、并于2007年初投入商业运行的11 MW的 PS10电站都采用了水蒸汽式吸热器。北京电工所王志峰老师 的DAHAN塔式电站也采用水蒸汽吸热器。
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复合吸热器
发挥空气吸热器和水蒸汽吸热器的共有长处，将两种吸热形 式结合起来的吸热器称为复合吸热器。在这种复合吸热器中， 管式水蒸汽吸热器主要用于产生蒸汽，空气吸热器产生的高 温气体对蒸汽进行二次加热，使蒸汽过热并驱动汽轮机发电。
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塔式高温化学反应器
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REFOS吸热器
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REFOS塔式吸热 组合效果图
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二级聚光器CPC 工质流道布置
DIAPR有压腔体式吸热器
研制单位：以色列 Weizmann 研究所 最高加热空气温度： 1300℃ 工作压力：1.5-3MPa 耐受辐射热流密度： 4-8MW/m2 热效率：最高可达 80%
文献中的数值模拟工作
实物模型
物理模型
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几何尺寸
模拟所得速度场
空气流过针肋区域
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模拟所得温度场
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流体温度分布
空气沿程被针肋加热 气流入口处的高温区
固体区域温度分布
沿程针肋温度升高 针肋顶端的高温区
美国
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TSA 西班牙
（图为TSA的吸热器）
2000年后塔式太阳能发电站示范工程
PS10
西班牙 （效果图）
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Solar Tres
西班牙 （效果图）
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三、塔式太阳能电站吸热器
在各类吸热与热能传递系统中，最具商业化 潜力且研究得最多的是 ：
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张春平所建的吸热器物理模型
热损形式
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分析及提出的改进意见
1.腔口直径直接决定着反射热损失的大小；提高壁面吸收率, 以减小反射热损失；开口面积等于腔体内表面积时,反射热 损失最大 。
2. 壁温对辐射热损失影响最大，因此及时将输入的太阳辐 射能由工作介质输出,成为降低壁温的关键。
5. 吸热腔体的辐射热损失、对流热损失及导热热损失随着 腔体内表面温度升高而增大,其中辐射热损失增幅最大,而反 射热损失与腔体内表面温度无关,只与腔体内表面对太阳辐 射的吸收率有关。吸热腔体的热效率随着内壁温度升高而 降低 。
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N.Sendhil Kumar在他Comparison of Receivers for Solar Dish Collector System和Numerical Investigation of Natural Convection Heat Loss in Modified Cavity Receiver for Fuzzy Focal Solar Dish Concentrator文章中以一个模糊聚焦碟式太阳 能集热系统为例，比较了三种形式的吸热器性能。经比较得 出结论是改进型腔体吸热器的效率最高，热损最小。
吸热器结构
吸热单元SiC
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早期西班牙TSA 吸热器
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金属密网吸热
金属密网工作温 度为700℃
空气流经金属密网为 层流，换热较弱。且 由于局部过高热应力 限制，工作热流密度 一般为500KW/m2
容积式闭路空气吸热器
特点：加装透明石英玻璃窗口，提高工质工作压力；增加压 力带来的湍流强化了换热，减小系统热应力，进一步提高了 系统换热效率。
韩国能源研究所详细分析了平顶锥形和半球圆柱复合形的腔 式吸热器的热性能，计算结果表明平顶锥形比半球圆柱混合 形吸热器的热性能好。
中国科学院工程热物理研究所的张春平等也对平顶锥形腔式 吸热器进行了热性能分析和实验研究，计算了在各种温度下 各项热损失所占的比重及吸热器的总效率，并实验给出了加 热功率与腔式吸热器的热功率的关系，实验表明，平顶锥形 腔式吸热器具有良好的热性能。
腔体式吸热器
中、高温应用
吸热器主要研究问题
吸热器内部的传热过程及其强化 吸热器结构的优化 吸热器所用新型材料的研究 吸热器新型形式的构建
本课题的关注点：极高温度、极高热流密度下的 辐射－导热－对流耦合的复杂传热规律的研究
针对本课题的研究重点，主要对中高温应用的碟 式及塔式太阳能热发电吸热器进行了文献调研。
缺点：熔盐在高温时有分解和腐蚀问题。
采用熔盐吸热器的系统：Solar Two试验电站、建设中的 Solar Tres试验电站
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材料： 316H不锈钢
吸热器热流回路
吸热器高和直径： 6.1m ,5.2m
Pyromark 涂料
管外径和壁厚： 20.06mm ,1.2mm
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主要组件
2.耐高压熔 融石英玻璃
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1.耐高温陶 瓷针肋
3.二级聚 光器系统
DIAPR的改进
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空气气流组织的优化
单级向多级发展
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初级预热器管道
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Cavity
Semi-cavity
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Modified cavity
改良型腔体吸热器为最佳选择
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二、塔式太阳能发电系统
塔式太阳能发电系统的三大组成部分： •定日镜系统 •吸热与热能传递系统 •发电系统
吸热与热能传递系统
定日镜系统
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发电系统
塔式太阳能发电系统的研究始于20世纪50年代， 由于其巨大的商业应用前景，吸引了大量的科研人 员对其进行研究，一大批塔式电站相继投入试运行 。
大量的实验和运行数据证明了塔式电站技术上的 可行性，以及具有广阔的商业发电应用前景。
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80年代塔式太阳能发电站示范工程
EURELIOS
意大利
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Solar One
美国
CESA-1
西班牙
90年代塔式太阳能发电站示范工程
Solar Two
缺点：存在流动不均匀及局部过热与失效问题
采用空气吸热器的系统：TSA、SOLAIR-3000、REFOS等
以空气为吸热与传热介质 的塔式太阳能热发电系统
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容积式开路空气吸热器 容积式闭路空气吸热器
容积式开路空气吸热器
工作原理
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