一种腔式太阳能直流蒸汽锅炉制造技术

本发明专利技术公开了一种腔式太阳能直流蒸汽锅炉，以腔体式太阳能吸收器作为炉膛，所述炉膛的腔体壁面由外层至内层依次包括有腔体外壁、耐火保温材料层和腔体内壁；所述炉膛腔体的入射窗呈喇叭口状，在所述入射窗的喇叭口底部设有石英玻璃，所述石英玻璃的上方设有预热盘管；所述炉膛的腔体内于石英玻璃下方设有与预热盘管连接的螺旋水冷壁管，所述螺旋水冷壁管的下端连接有锥状开口布置的过热蒸汽管；在靠近所述炉膛内腔周边填装有大比热容的高温蓄热介质。该直流蒸汽锅炉结构紧凑、高效环保，特别适用于碟式或塔式太阳能聚光集热装置，有利于高效、低成本、规模化聚焦太阳能热转化为高品质蒸汽的实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能热利用
，涉及一种能将太阳光能转化成热能的太阳能 锅炉，尤其是一种腔式太阳能直流蒸汽锅炉。
技术介绍
能源短缺和化石燃料引起的环境问题已经成为制约全球经济和社会发展的长期、 重大瓶颈；节约一次能源，加强环境保护，减少有害气体的排放，降低地球的温室效应，已越 来越受到国内外的高度重视，因此加速可再生能源的开发和利用迫在眉睫。太阳热利用是 可再生能源利用的一个重要方面。美国能源部主持的研究表明，在大规模太阳能热发电方 面，塔式太阳能热发电将是所有太阳能发电技术中成本最低的一种方式。高温太阳能接收 器是影响塔式太阳能发电效率的核心部件，它集吸热、传热和储热三项功能为一体。吸热器 吸收通过入射窗的太阳光反射器反射的太阳能，一部分能量直接传递给循环工质，剩余能 量利用相变蓄热材料储存起来；在太阳辐照阴影期，蓄热材料向循环工质放热，保证系统在 太阳辐照下降或乌云遮挡情况下正常运行。国际上现有的塔式太阳能接收器主要分为间接 照射接收器和直接照射接收器两大类。间接照射接收器向载热工质的传热过程不发生在太 阳照射面，工作时聚焦入射的太阳能先加热受热面，受热面升温后再通过壁面将热量向另 一侧的载热工质传递。管状接收器即为间接式。直接照射接收器也称空腔式接收器，特点 是接收器向载热工质的传热与入射阳光加热受热面在同一表面发生，由于特定形状的内表 面具有几近黑体的特性，可有效吸收入射的太阳能。太阳能锅炉适合采用间接照射空腔吸 收器，开发大规模、高效、低成本适合多碟或塔式集热器的太阳能接收器对我国能源发展具 有战略意义。常规锅炉主要是通过煤炭、石油、天然气等化石能源作为燃料在炉膛中燃烧加热 锅炉中的水产生热水或蒸汽，不但资源有限，而且会造成环境污染等问题。而太阳能锅炉设 计原理是由太阳能低温或中高温集热器收集清洁可再生的太阳能作为“燃料”替代炉膛产 生热量，用一个装置将热能最大程度地吸收和储存，并通过控制来获得所需热水或蒸汽的 装置，因为它无排放、无污染，属于环保节能设备，社会效益显著因而是实现减排目标的最 优选择之一。直流锅炉是指靠给水泵压力，使给水顺序通过省煤器、蒸发受热面(水冷壁)、 过热器并全部变为过热水蒸气的锅炉。由于给水在进入锅炉后，水的加热、蒸发和水蒸气的 过热，都是在受热面中连续进行的，不需要在加热中途进行汽水分离。因此，它没有自然循 环锅炉的汽包。在省煤器受热面、蒸发受热面和过热器受热面之间没有固定的分界点，随锅 炉负荷变动而变动。它可用于一切压力，特别是在临界压力及以上压力范围内广泛应用。因 为它没有汽包，所以加工制造方便，金属消耗量小；水冷壁布置比较自由，不受水循环限制； 调节反应快，负荷变化灵活；启、停迅速；最低负荷通常低于汽包锅炉。由于直流锅炉的这 些优点，因此特别适合与太阳能腔式吸收器结合应用。技术ZL 02245350. 4提出一种太阳能蒸汽锅炉，由加装透光盖的凹面聚光 锅聚焦太阳光加热位于焦点位置的保温箱，保温箱中装有水汽管产生蒸汽。专利技术专利CN3101U6553A提出一种太阳能锅炉，采用槽式太阳聚光镜将太阳辐射反射集聚到其轴线处的 吸热管上，由循环热管输送热能到用热换热器。专利CN 10U66077提出一种折射聚光、高 温蓄热式太阳能锅炉，由平板聚光板、高温集热管组件、蓄热箱、中高温相变材料、辅助加热 炉等组成，可获得高温热水、蒸汽。专利CN 1766460A提出了一种太阳能聚集系统的腔式吸 收器，采用梨形腔式吸收器，可以实现腔式吸收器内部壁面上安装的管道表面热流等值分 布。专利CN101504331A提供一种太阳能腔式吸热器的模拟装置，采用六棱柱状吸热腔体， 腔内布置沸腾管和过热管，二者与锅筒连接，采用电加热模拟太阳能辐照加热。目前槽式太 阳能聚光集热系统研究较多，而适用于碟式或塔式定日镜聚光器大规模、高效热利用的腔 式太阳能蒸汽锅炉研究成果较少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种腔式太阳能直流蒸汽锅 炉，该装置结构紧凑、高效环保，特别适用于碟式或塔式太阳能聚光集热装置，有利于高效、 低成本、规模化聚焦太阳能热转化为高品质蒸汽的实现。本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的这种腔式太阳能直流蒸汽锅炉，以腔体式太阳能吸收器作为炉膛，所述炉膛的腔 体壁面由外层至内层依次包括有腔体外壁、耐火保温材料层和腔体内壁；所述炉膛腔体的 入射窗呈喇叭口状，在所述入射窗的喇叭口底部设有石英玻璃，所述石英玻璃的上方设有 预热盘管；所述炉膛的腔体内于石英玻璃下方设有与预热盘管连接的螺旋水冷壁管，所述 螺旋水冷壁管的下端连接有过热蒸汽管；在靠近所述炉膛内腔周边填装有大比热容的高温 蓄热介质。进一步，以上锅炉还设有一台为锅炉提供去离子水的给水泵；所述给水泵的出口 通过管道连接至所述预热盘管的入口。上述螺旋水冷壁管是由内螺纹无缝钢管制成；螺旋水冷壁管紧凑布置在炉膛腔体 内壁用以充分吸收太阳聚焦热流，同时降低炉膛腔体内壁面温度。上述预热盘管、螺旋水冷壁管和过热蒸汽管的表面均附着太阳光选择性吸收涂层。上述过热蒸汽管采用锥形螺旋管结构，与炉膛腔体同轴布置，并且在靠近炉膛上 端入射窗位置的锥口直径较大，在靠近炉膛腔体底部的锥口直径较小。上述高温蓄热介质是高温相变蓄热介质。高温蓄热介质是熔融盐或高温导热油。在炉膛腔体的各金属受热面焊接热电偶监测壁面温度，防止超温爆管；在所述螺 旋水冷壁管和过热蒸汽管的出口均插入铠装热电偶。本专利技术中采用多碟聚光集热器或塔式定日镜集热器聚焦太阳光并使焦斑正对炉 膛腔体的入射窗。相比于现有技术，本专利技术具备以下有益效果(1)本专利技术的结构紧凑、操作简单、环保高效由于没有汽包，加工制造方便，金属 消耗量小；水冷壁布置比较自由，不受水循环限制；调节反应快，负荷变化灵活；启、停迅 速；最低负荷通常低于汽包锅炉，能将太阳能转化为高品质的蒸汽。(2)本专利技术的炉膛入射窗采用透光性能好的石英玻璃密封既可以极大地减少腔体内部与外部环境的自然对流换热损失，又可以在密闭的腔体内部通入温室气体如CO2，增强 吸热换热效果，达到减少热损失的目的。(3)本专利技术炉膛腔体喇叭口布置预热盘管一方面冷却保护腔口不被烧坏，另一方 面充分吸收因太阳光余弦效应未能进入入射窗的散光；采用螺旋水冷壁管紧凑布置在太阳 能吸收器腔内侧面作为蒸发受热面，可以极大降低腔体内壁面温度，从而减少腔体壁面导 热损失及重辐射损失。(4)本专利技术利用太阳光为“燃料”，不存在常规锅炉使用中出现的烟气颗粒磨损、腐 蚀管道等问题，因此使用寿命大大延长。附图说明图1是本专利技术的腔式太阳能直流蒸汽锅炉一种实施例结构示意图。其中1、预热盘管；2、石英玻璃；3、螺旋水冷壁管；4、过热蒸汽管；5、耐火保温材 料层；6、高温蓄热介质；7、腔体外壁；8、给水泵；9腔体内壁。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述参见图1，本专利技术的腔式太阳能直流蒸汽锅炉是以腔体式太阳能吸收器作为炉膛， 其中炉膛的腔体壁面由外层至内层依次包括有腔体外壁7、耐火保温材料层5和腔体内壁 9。炉膛腔体的入射窗呈喇叭口状，在所述入射窗的喇叭口底部设有高透光的石英玻璃2， 石英玻璃2的上方设有预热盘管1。炉膛的腔体内于石英玻璃2下方设有与预热盘本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种腔式太阳能直流蒸汽锅炉，其特征在于：以腔体式太阳能吸收器作为炉膛，所述炉膛的腔体壁面由外层至内层依次包括有腔体外壁（７）、耐火保温材料层（５）和腔体内壁（９）；所述炉膛腔体的入射窗呈喇叭口状，在所述入射窗的喇叭口底部设有石英玻璃（２），所述石英玻璃（２）的上方设有预热盘管（１）；所述炉膛的腔体内于石英玻璃（２）下方设有与预热盘管（１）连接的螺旋水冷壁管（３），所述螺旋水冷壁管（３）的下端连接有过热蒸汽管（４）；在靠近所述炉膛内腔周边填装有大比热容的高温蓄热介质（６）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭烈锦，廖波，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87