線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能光-熱利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于社會(huì)發(fā)展對(duì)于能源需求日益增加，加之化石能源對(duì)于環(huán)境污染問題的日益加劇，大力發(fā)展可再生能源已經(jīng)成為我國當(dāng)前的迫切需求。
[0003]中溫太陽能光熱利用是可再生能源利用領(lǐng)域的重要組成部分，主要包括太陽能熱化學(xué)利用與太陽能熱發(fā)電利用等，具體是指將太陽輻射聚焦成為300?500°C的熱源，通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化為燃料或者加熱蒸汽通過汽輪機(jī)發(fā)電進(jìn)行利用。
[0004]目前，拋物槽式是最為成熟的一種中溫太陽能熱利用技術(shù)，已在熱化學(xué)與熱發(fā)電領(lǐng)域有所應(yīng)用。其聚焦形式屬于線聚焦，光學(xué)聚光比范圍大致為20?90。該技術(shù)用于熱化學(xué)領(lǐng)域，多涉及醇類或烷類的重整與熱解反應(yīng)，制取合成氣后再進(jìn)行進(jìn)一步分離或直接使用，重整與熱解反應(yīng)均需要催化劑參與。但由于反應(yīng)物沿管程逐漸減少，分壓力降低、導(dǎo)致反應(yīng)趨緩問題；同時(shí)，聚焦太陽能熱量消耗減少，反應(yīng)溫度逐漸上升，催化劑性能降低，進(jìn)一步導(dǎo)致反應(yīng)效率降低。該技術(shù)用于熱發(fā)電時(shí)多采用導(dǎo)熱油作為傳熱工質(zhì)，但導(dǎo)熱油高溫分解限制(< 400°C)限制了過熱蒸汽參數(shù)，進(jìn)而制約了系統(tǒng)發(fā)電效率；也有直接采用水作為工質(zhì)的，但該新型技術(shù)尚未成熟，存在系統(tǒng)可靠性差、汽-液兩相流動(dòng)控制難度大以及集熱管周向熱應(yīng)力等問題。另外，槽式集熱器還存在風(fēng)阻過大、抗風(fēng)性差的問題。目前，上述涉及到的集熱反應(yīng)問題在拋物槽式技術(shù)中均未得到完善解決。
[0005]線性菲涅爾聚焦技術(shù)是近年來快速發(fā)展的一種新型聚焦形式，其利用菲涅爾反光鏡組進(jìn)行聚光后集熱。由于拋物槽式及線性菲涅爾式在聚焦形式上同屬線聚焦，工作原理相同，因而具有相似的性能和應(yīng)用場(chǎng)合。同時(shí)，該種技術(shù)又具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì):一方面，與拋物槽式集熱器相比，線性菲涅爾式集熱器的集熱管固定不動(dòng)，反光鏡組置于近地面位置，因而具有運(yùn)行可靠性高、抗風(fēng)性好的顯著優(yōu)點(diǎn)；另一方面，由于菲涅爾反光鏡組由面積較小的平面鏡平行陣列組成且成組聯(lián)動(dòng)工作，因而調(diào)整流程前后的反光鏡組平面鏡個(gè)數(shù)原則上不會(huì)增加任何成本，所以可以通過靈活調(diào)節(jié)聚光比及接收輻照量沿管程分布，使之與管內(nèi)具體反應(yīng)特性、工質(zhì)狀態(tài)等參數(shù)合理匹配，實(shí)現(xiàn)能量高效轉(zhuǎn)化及傳遞，減少損失。
[0006]鑒于此，本發(fā)明將線性菲涅爾技術(shù)進(jìn)行變反光鏡面積與變集熱管管經(jīng)的改進(jìn)，并推廣至太陽能熱化學(xué)/熱發(fā)電應(yīng)用領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一 )要解決的技術(shù)問題
[0008]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置，以拓展線性菲涅爾聚焦技術(shù)的應(yīng)用范圍，并解決常規(guī)線性菲涅爾聚焦技術(shù)在熱化學(xué)/集熱過程中局部能量供給與需求不匹配的問題。
[0009]( 二)技術(shù)方案
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置，包括變面積線性菲涅爾反光鏡組I與變徑集熱反應(yīng)管2，其中:該變徑集熱反應(yīng)管2固定于該變面積線性菲涅爾反光鏡組I中各反光鏡的焦線位置，該變徑集熱反應(yīng)管2沿管程進(jìn)行變管徑布置，該變面積線性菲涅爾反光鏡組I的鏡面積沿管程非均勻布置。
[0011]上述方案中，所述變面積線性菲涅爾反光鏡組I和所述變徑集熱反應(yīng)管2的沿管程變化規(guī)律相互匹配，共同實(shí)現(xiàn)沿管程調(diào)節(jié)聚光比及接收輻照量。
[0012]上述方案中，所述變面積線性菲涅爾反光鏡組I的鏡面積，是通過改變一組內(nèi)反光鏡個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)鏡面積沿管程非均勻布置的。
[0013]上述方案中，當(dāng)應(yīng)用于太陽能熱化學(xué)系統(tǒng)時(shí)，該線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置作為反應(yīng)裝置。該線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置中，變面積線性菲涅爾反光鏡組I的線性菲涅爾反光鏡的面積沿管程逐漸減少，且該變徑集熱反應(yīng)管2的管徑沿管程逐漸減小，以適應(yīng)局部反應(yīng)速率沿管程逐漸減小的特點(diǎn)。
[0014]上述方案中，當(dāng)應(yīng)用于太陽能直接蒸汽熱發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，該線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置作為集熱裝置。該線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置中，變面積線性菲涅爾反光鏡組I的線性菲涅爾反光鏡的面積沿管程先增大后減少，且該變徑集熱反應(yīng)管2的管徑沿管程先增大后減小，以適應(yīng)局部換熱系數(shù)在預(yù)熱段、蒸發(fā)段及過熱段沿管程先增大后減小的特點(diǎn)。
[0015](三)有益效果
[0016]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]1、本發(fā)明提供的線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置，其線性菲涅爾反光鏡面積和集熱反應(yīng)管管徑可沿管程變化，從而調(diào)節(jié)聚光比及接收輻照量沿管程分布，與管內(nèi)具體反應(yīng)特性、工質(zhì)狀態(tài)等參數(shù)合理匹配，實(shí)現(xiàn)能量高效轉(zhuǎn)化及傳遞，減少損失。
[0018]2、本發(fā)明提供的線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置，可在不增加成本的前提下實(shí)現(xiàn)聚焦太陽能的沿管程重新分配，從而靈活高效地實(shí)現(xiàn)流程重構(gòu)和優(yōu)化。
[0019]3、本發(fā)明提供的線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置，其集熱反應(yīng)管固定不動(dòng)，對(duì)于管內(nèi)存在催化反應(yīng)、氣液兩相流等復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)合，可大大提高系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)定性，并且有利于進(jìn)一步流程優(yōu)化。
[0020]4、本發(fā)明提供的線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置，由于反光鏡為平面鏡平行陣列且成組聯(lián)動(dòng)工作，因而相對(duì)拋物槽式技術(shù)單位鏡面積成本更低。
[0021]5、本發(fā)明提供的線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置，由于反光鏡陣列緊密分布，因而相對(duì)拋物槽式技術(shù)系統(tǒng)布置更加緊湊，提高了單位建筑面積利用率。
[0022]6、本發(fā)明提供的線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置，由于反光鏡均鋪設(shè)于近地面位置，因而相對(duì)拋物槽式技術(shù)可顯著減小迎風(fēng)面積，從而降低風(fēng)阻系數(shù)。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明提供的線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置的示意圖；其中，各部件及相應(yīng)標(biāo)記為:1_變面積線性菲涅爾反光鏡；2_變徑集熱反應(yīng)管。
[0024]圖2為依照本發(fā)明實(shí)施例的線性菲涅爾式太陽能醇類重整熱化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行示意圖；其中，各部件及相應(yīng)標(biāo)記為:1-線性菲涅爾式反應(yīng)裝置；2_回?zé)崞鳎?_冷凝器；4-冷卻塔；5_氣液分離器；6_循環(huán)泵；7_蒸發(fā)器。
[0025]圖3為依照本發(fā)明實(shí)施例的線性菲涅爾式太陽能直接蒸汽熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行示意圖；其中，各部件及相應(yīng)標(biāo)記為:1_線性菲涅爾式集熱裝置；2_汽輪機(jī)；3_發(fā)電機(jī)；4-冷凝器；5_冷卻塔；6_除氧器；7_預(yù)熱器；8_加壓循環(huán)泵。
[0026]圖4為依照本發(fā)明實(shí)施例的一種線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，各部件及相應(yīng)標(biāo)記為:1_變面積線性菲涅爾反光鏡；2_變徑集熱管；3_復(fù)合拋物面反光鏡；4_玻璃蓋；5_選擇吸收性涂層；6_不銹鋼管；7_催化劑。
[0027]圖5為依照本發(fā)明實(shí)施例的另一種線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，各部件及相應(yīng)標(biāo)記為:1_變面積線性菲涅爾反光鏡；2_變徑集熱管；3_玻璃套管；4_真空層；5_選擇吸收性涂層；6_不銹鋼管；7_催化劑。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029]圖1為本發(fā)明提供的線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置的示意圖，該線性菲涅爾式太陽能集熱反應(yīng)裝置包括變面積線性菲涅爾反光鏡組I和變徑集熱反應(yīng)管2，該變徑集熱反應(yīng)管2固定于該變面積線性菲涅爾反光鏡組I中各反光鏡的焦線位置，該變徑集熱反應(yīng)管2沿管程進(jìn)行變管徑布置，該變面積線性菲涅爾反光鏡組I的鏡面積沿管程非均勻布置。變面積線性菲涅爾反光鏡組I和變徑集熱反應(yīng)管2的沿管程變化規(guī)律相互匹配，共同實(shí)現(xiàn)沿管程調(diào)節(jié)聚光比及接收輻照量的目的。
[0030]參照?qǐng)D1，變面積線性菲涅爾反光鏡組I的鏡面積，是通過改變一組內(nèi)反光鏡個(gè)數(shù)來使鏡面積沿管程非均勻布置的。處于同一流程位置上的一組菲涅爾反光鏡通過聯(lián)動(dòng)裝置共同進(jìn)行太陽輻射追蹤，反光鏡組面積沿管程可發(fā)生變化，即通過改變一組內(nèi)反光鏡個(gè)數(shù)使鏡面積沿管程非均勻布置。該變徑集熱反應(yīng)管2固定于該變面積線性菲涅爾反光鏡組I中各反光鏡的焦線位置，管徑沿管程可發(fā)生變化，即該變徑集熱反應(yīng)管2沿管程