一種太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)氣化反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及高溫太陽(yáng)能熱化學(xué)利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)氣化反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]為應(yīng)對(duì)高速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，能源需求量逐年增大，能源短缺以及因大量燃用化石能源所產(chǎn)生的環(huán)境污染等問(wèn)題與日凸顯。為此太陽(yáng)能和生物質(zhì)等可再生清潔能源將在未來(lái)扮演越來(lái)越重要的角色。
[0003]太陽(yáng)能作為一種清潔的可再生能源，以輻射的形式投射至地球表面，是人類可以利用的最豐富的能源，具有一些普通能源無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如清潔、資源量巨大等。目前太陽(yáng)能的利用技術(shù)主要包括太陽(yáng)能光伏利用技術(shù)和太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)。其中太陽(yáng)能光伏利用技術(shù)，是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N發(fā)電技術(shù)，發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池板組件、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件，核心部件為太陽(yáng)能電池。截止2014年底，中國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量2805萬(wàn)千瓦，其中光伏電站2338萬(wàn)千瓦，分布式467萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量約250億千瓦時(shí)。而太陽(yáng)能光熱技術(shù)，是利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽(yáng)熱能，并獲得一定溫度熱能的應(yīng)用技術(shù)，常規(guī)的太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)則將通過(guò)換熱裝置生產(chǎn)蒸汽，結(jié)合傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)的工藝，最終生產(chǎn)電能。采用太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)，避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，可以大大降低太陽(yáng)能發(fā)電的成本，同時(shí)太陽(yáng)能的利用效率也將有所提高。而且，太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)能夠借助儲(chǔ)熱裝置來(lái)延長(zhǎng)太陽(yáng)能利用系統(tǒng)的工作時(shí)間。
[0004]常用的太陽(yáng)能集熱裝置可分為線聚焦和點(diǎn)聚焦兩大類，其中線聚焦太陽(yáng)能集熱裝置主要包括拋物槽式和線性菲涅爾式，而點(diǎn)聚焦太陽(yáng)能集熱裝置則主要包括塔式和碟式。因聚光裝置的結(jié)構(gòu)有所差異，不同類型集熱器的聚光比和與之對(duì)應(yīng)的集熱溫度也將有所區(qū)另IJ，其中拋物槽式和線性菲涅爾式的集熱溫度一般在450°C以下，而塔式和碟式集熱裝置的集熱溫度甚至能超過(guò)1000°C。
[0005]傳統(tǒng)的太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)，通過(guò)太陽(yáng)能集熱裝置獲取高溫?zé)崮?，并生產(chǎn)作為做功工質(zhì)的高溫高壓蒸汽。通常拋物槽式集熱裝置以合成油作為導(dǎo)熱介質(zhì)，受導(dǎo)熱油熱穩(wěn)定性的影響，蒸汽溫度一般為370°C，而以熔鹽作為導(dǎo)熱介質(zhì)的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站的蒸汽溫度也僅為500°C左右，利用較低溫度的蒸汽難以提高太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的整體性能，而且太陽(yáng)能還具有間歇性和周期性的變化特性，如何實(shí)現(xiàn)發(fā)電裝置的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)仍然是該類發(fā)電技術(shù)的難點(diǎn)之一。為此，太陽(yáng)能熱化學(xué)利用技術(shù)逐漸被重視，通過(guò)利用高溫太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)某些吸熱型的熱化學(xué)反應(yīng)，例如利用中溫太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)甲醇重整/裂解反應(yīng)，以及利用高溫太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)H2O分解制氫等。通過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，不僅實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能的能量形式轉(zhuǎn)化，有利于太陽(yáng)能的長(zhǎng)期穩(wěn)定存儲(chǔ)，同時(shí)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的化學(xué)能，也有助于實(shí)現(xiàn)能量的高效利用并拓展太陽(yáng)能的利用途徑。
[0006]相對(duì)而言，高溫太陽(yáng)能水分解制氫作為太陽(yáng)能熱化學(xué)利用技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，目前仍存在效率低且技術(shù)要求苛刻等問(wèn)題，為此利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)煤炭、石油焦和生物質(zhì)等燃料進(jìn)行氣化的利用技術(shù)將作為太陽(yáng)能熱化學(xué)的近中期發(fā)展目標(biāo)。這種多能源相集成的利用方式具有較高的能源利用效率，同時(shí)反應(yīng)所需的溫度等條件會(huì)有所降低。
[0007]煤炭和生物質(zhì)等化石燃料的氣化過(guò)程主要包括熱解和殘?zhí)繗饣@兩部分，現(xiàn)有的常規(guī)氣化方式通常將這兩組主反應(yīng)置于一體，如果利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)固體燃料的氣化過(guò)程仍采用這種技術(shù)方式，不僅降低太陽(yáng)能的有效利用率，增加集熱過(guò)程的不可逆損失，同時(shí)產(chǎn)生的合成氣中的焦油含量也會(huì)偏高。為此本實(shí)用新型將提出一種更加高效，且適用于太陽(yáng)能熱化學(xué)利用技術(shù)的氣化反應(yīng)裝置。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0009]有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)氣化反應(yīng)器，以實(shí)現(xiàn)煤炭和生物質(zhì)等固體燃料的高效氣化，減少聚光和反應(yīng)過(guò)程的不可逆損失，并降低氣化合成氣中的焦油含量。
[0010](二）技術(shù)方案
[0011]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)氣化反應(yīng)器，該太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)氣化反應(yīng)器為柱形回轉(zhuǎn)式反應(yīng)裝置，包括黑體空腔1、反應(yīng)腔室2、光線入射孔3、導(dǎo)流柱4、氣態(tài)氣化劑導(dǎo)管5、固態(tài)原料導(dǎo)管6、合成氣輸出導(dǎo)管7、導(dǎo)流柱支撐結(jié)構(gòu)8、驅(qū)動(dòng)軸9、支撐軸承10、閉鎖裝置11和第一至第三伺服電機(jī)（12、13、14)，其中：
[0012]所述黑體空腔1為圓柱空腔結(jié)構(gòu)，在其頂部設(shè)置有用以保證照射的太陽(yáng)光順利進(jìn)入腔體內(nèi)的光線入射光孔3，黑體空腔1底部安裝于驅(qū)動(dòng)軸9上，驅(qū)動(dòng)軸9連接有第三伺服電機(jī)14，黑體空腔1通過(guò)第三伺服電機(jī)14和驅(qū)動(dòng)軸9進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0013]所述反應(yīng)腔室2為圓柱空腔結(jié)構(gòu)，安裝于黑體空腔1內(nèi)，左右兩側(cè)分別與氣態(tài)氣化劑導(dǎo)管5和合成氣輸出導(dǎo)管7連接，氣態(tài)氣化劑導(dǎo)管5和合成氣輸出導(dǎo)管7通過(guò)支撐軸承10固接于黑體空腔1，氣態(tài)氣化劑導(dǎo)管5的入口側(cè)安裝有第一伺服電機(jī)12，合成氣輸出導(dǎo)管7出口側(cè)安裝有第二伺服電機(jī)13，第一和第二伺服電機(jī)（12、13)驅(qū)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)反應(yīng)腔室2的回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0014]所述導(dǎo)流柱4為圓柱空腔結(jié)構(gòu)，安裝于反應(yīng)腔室2內(nèi)，通過(guò)導(dǎo)流柱支撐結(jié)構(gòu)8與反應(yīng)腔室2固定連接并實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)；導(dǎo)流柱4 一端連接有固態(tài)原料導(dǎo)管6，固態(tài)原料導(dǎo)管6設(shè)置于合成氣輸出導(dǎo)管7內(nèi)。
[0015]上述方案中，所述導(dǎo)流柱4與反應(yīng)腔室2同步轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)固體反應(yīng)物與油氣產(chǎn)物的分層隔離；反應(yīng)腔室2內(nèi)部劃分為氣化段、熱解段和預(yù)熱段，反應(yīng)產(chǎn)生的高溫合成氣由導(dǎo)流柱4外側(cè)的通道送出，并利用送出的高溫合成氣顯熱為熱解和預(yù)熱段提供熱量，實(shí)現(xiàn)固體燃料的分級(jí)獨(dú)立轉(zhuǎn)化。
[0016]上述方案中，該太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)氣化反應(yīng)器采用回轉(zhuǎn)式的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，以改善反應(yīng)腔室2內(nèi)所輸入固體燃料的傳熱傳質(zhì)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性，由此提高燃料的氣化反應(yīng)速率。
[0017]上述方案中，所述黑體空腔1借助伺服電機(jī)14驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)小幅轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整光線入射光孔3的位置，從而能與太陽(yáng)能聚光裝置相互配合以高效利用不同時(shí)段和光照條件下的太陽(yáng)能。
[0018]上述方案中，所述固態(tài)原料導(dǎo)管6中還設(shè)置有防止氣體產(chǎn)物從該通道逸出并阻礙固態(tài)原料送入的閉鎖裝置11。
[0019](三)有益效果
[0020]從上述技術(shù)方案可看出，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0021]1、本實(shí)用新型提供的太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)氣化反應(yīng)器，基于“溫度對(duì)口，梯級(jí)利用”的能源利用原理，充分利用設(shè)備結(jié)構(gòu)使用不同品位的太陽(yáng)能，提高系統(tǒng)能的利用效率，降低系統(tǒng)的不可逆損失。
[0022]2、本實(shí)用新型提供的太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)氣化反應(yīng)器，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在不同腔室內(nèi)分別實(shí)現(xiàn)煤炭和生物質(zhì)等固體燃料的熱解和氣化反應(yīng)，以提高固體燃料的轉(zhuǎn)換效率。
[0023]3、本實(shí)用新型提供的太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)氣化反應(yīng)器，主要利用高溫聚光太陽(yáng)能提供氣化部分所需的熱量，而固體燃料熱解部分的反應(yīng)熱則主要來(lái)自于氣化產(chǎn)物的高溫顯熱，同時(shí)也以聚光太陽(yáng)能作為輔助熱源，這實(shí)現(xiàn)了熱能利用過(guò)程的合理匹配，并減少高溫聚光太陽(yáng)能的設(shè)備容量，降低設(shè)備初投資。
[0024]4、本實(shí)用新型提供的太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)氣化反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)了在單一設(shè)備內(nèi)獨(dú)立完成固體燃料的熱解和氣化反應(yīng)過(guò)程，能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)，提供系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性。
[0025]5、本實(shí)用新型提供的太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)氣化反應(yīng)器，獨(dú)立地完成固體燃料的熱解和氣化反應(yīng)過(guò)程，即可在氣化段中充分分解在干餾段所產(chǎn)生的焦油，由此可降低合成氣中的焦油含量。
[0026]6、本實(shí)用新型提供的太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)氣化反應(yīng)器，采用回轉(zhuǎn)式的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，能改善反應(yīng)腔室內(nèi)所固體燃料與氣化劑之間的的傳熱傳質(zhì)特性和動(dòng)力學(xué)反應(yīng)特性，由此提高燃料的氣化反應(yīng)速率。
[0027]7、本實(shí)用新型提供的太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)氣化反應(yīng)器，反應(yīng)腔室的外壁面能均勻受熱，減少熱應(yīng)力產(chǎn)生，并能夠延長(zhǎng)反應(yīng)器的使用壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為依據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的太陽(yáng)能高溫?zé)峄瘜W(xué)氣化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]其中:1-黑體空腔、2-反應(yīng)腔室、3-光線入射孔、4-導(dǎo)流柱、5-氣態(tài)氣化劑導(dǎo)管、6-固態(tài)原料導(dǎo)管、7-合成氣輸出導(dǎo)管、8-導(dǎo)流柱支撐結(jié)構(gòu)、9-驅(qū)動(dòng)軸、10-支撐軸承、11-閉鎖裝置、12-第一伺服電機(jī)、13-第二伺服電機(jī)和14-第三伺服電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[