一種直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，適合于高溫儲能、太陽能熱發(fā)電、工業(yè)余熱發(fā)電和高溫化學(xué)反應(yīng)儲能等領(lǐng)域，特別是高效率、高運(yùn)行溫度、低成本的帶儲能系統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域。高溫固體顆粒在重力作用下掉落，與高壓蒸氣發(fā)生器內(nèi)噴淋的小液滴直接接觸換熱產(chǎn)生蒸氣，蒸氣在向上運(yùn)動過程中繼續(xù)與高溫顆粒交換熱量形成過熱蒸氣輸出，用于熱利用或推動蒸氣透平做功發(fā)電。為了保持蒸氣發(fā)生器內(nèi)壓力的穩(wěn)定以及高溫顆粒的連續(xù)輸入，在蒸氣發(fā)生器進(jìn)口和出口增加高溫顆粒預(yù)儲罐和低溫顆粒預(yù)儲罐，通過周期性順序控制閥門的開合來實現(xiàn)過熱蒸氣的平穩(wěn)輸出。本發(fā)明的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器具有成本低，換熱溫差小，換熱效率高，管道磨損小等特點，可以促進(jìn)高溫顆粒儲能技術(shù)在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用。
【專利說明】一種直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫儲能、太陽能熱發(fā)電、工業(yè)余熱發(fā)電和高溫化學(xué)反應(yīng)儲能等領(lǐng)域，尤其適用于顆粒流化太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，是一種利用存儲的高溫流化顆粒與工作介質(zhì)流體直接接觸換熱產(chǎn)生高壓過熱蒸氣，并輸出過熱蒸氣進(jìn)行熱利用或發(fā)電的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]太陽能熱發(fā)電技術(shù)利用太陽能集熱裝置(塔式、槽式或蝶式)聚集太陽光并加熱吸熱介質(zhì)，通過換熱器/蒸發(fā)器將吸熱介質(zhì)存儲的熱量傳遞給發(fā)電工質(zhì)來進(jìn)行發(fā)電。在太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中為了提高熱利用效率，同時也實現(xiàn)在晚上或者太陽輻射不足時候的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)電過程，常采用高溫儲熱裝置存儲富余的熱量并在需要的時候釋放出來。當(dāng)前的太陽能熱發(fā)電技術(shù)主要吸熱介質(zhì)主要采用空氣、水、導(dǎo)熱油和熔融鹽等，而儲熱材料主要為熔融鹽、水/水蒸汽、耐高溫混凝土等，然而這些材料在工程應(yīng)用過程中都存在各自的缺陷，如空氣儲能密度低，導(dǎo)熱油成本較高且易燃，耐高溫混凝土最高儲熱溫度低、導(dǎo)熱系數(shù)低且與換熱管道間膨脹系數(shù)差別大，水的高蒸汽壓限制了其儲熱溫度，目前已成功應(yīng)用的熔融鹽則存在成本高、腐蝕性強(qiáng)以及因熔點高導(dǎo)致的輔助熱源熱損失問題，并且在高溫容易分解。在換熱過程中，大多數(shù)設(shè)計都采用間接換熱過程，不僅增加了系統(tǒng)復(fù)雜度，設(shè)備成本，同時由于換熱溫差大，降低了換熱效率。這些儲熱材料和換熱過程中存在的問題都制約了太陽能熱發(fā)電的效率提高和大規(guī)模推廣應(yīng)用。
[0003]砂粒作為一種成本低廉易得、能耐1000°C以上高溫、儲熱密度高、大規(guī)模存儲結(jié)構(gòu)簡單的儲熱材料，開始引起越來越多的關(guān)注?，F(xiàn)有技術(shù)中，比較多的涉及顆粒流化吸熱器的設(shè)計，而對于如何將高溫顆粒內(nèi)儲存的大量熱量傳遞到發(fā)電工質(zhì)上則很少涉及，多是采用目前火電技術(shù)中現(xiàn)有的間接接觸式飽和蒸汽發(fā)生器和過熱蒸汽發(fā)生器，其設(shè)計主要目的是用于兩種流體之間的換熱。而對于高度離散不連續(xù)的高溫流化顆粒來說，該設(shè)計對于如何克服磨損，如何保證穩(wěn)定高效運(yùn)行，如何提高換熱效率，如何克服離散顆粒換熱帶來的局部過熱問題是一個很大的挑戰(zhàn)。另外，用于流化高溫顆粒的氣體進(jìn)一步增加了電力損耗以及能量損耗，這些因素都直接影響了高溫顆粒流化技術(shù)在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域的成功應(yīng)用和推廣。因此，專門設(shè)計一個高效穩(wěn)定運(yùn)行的顆粒流化蒸氣發(fā)生器是非常迫切的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，本發(fā)明旨在提供一種直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣蒸氣發(fā)生器，其帶有高溫顆粒預(yù)儲罐、低溫顆粒預(yù)儲罐、高壓蒸氣發(fā)生器、工質(zhì)預(yù)熱裝置、顆粒分流裝置、液態(tài)工質(zhì)分流器、噴淋裝置、高溫閥門等部件，可以將常壓下大規(guī)模儲存的高溫顆粒在高壓小容積蒸氣發(fā)生器內(nèi)與噴淋水直接接觸換熱產(chǎn)生過熱蒸氣，并從過熱蒸氣出口輸出，從而推動蒸氣透平發(fā)電或者用于其他熱利用。
[0005]本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，包括通過連接管道依次連接的高溫顆粒預(yù)儲罐、高壓蒸氣發(fā)生器和低溫顆粒預(yù)儲罐，設(shè)置在所述高溫顆粒預(yù)儲罐和低溫顆粒預(yù)儲罐的進(jìn)、出口處的連接管道上均設(shè)置有用于控制高溫顆粒進(jìn)出的高溫閥門，其特征在于，所述高溫顆粒預(yù)儲罐、高壓蒸氣發(fā)生器和低溫顆粒預(yù)儲罐在空間布置上高度依次降低，所述高溫顆粒預(yù)儲罐中的顆?？梢揽恐亓Φ袈渲了龈邏赫魵獍l(fā)生器內(nèi)，所述高壓蒸氣發(fā)生器中的低溫固體顆?？梢揽恐亓Φ袈渲了龅蜏仡w粒預(yù)儲罐內(nèi)；
[0007]—所述高壓蒸氣發(fā)生器包括蒸氣發(fā)生器本體、顆粒分流裝置、液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置、液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置和顆粒減速裝置，其中，所述顆粒分流裝置設(shè)置在所述蒸氣發(fā)生器本體內(nèi)腔頂部的顆粒進(jìn)口位置處，并基本覆蓋所述蒸氣發(fā)生器本體的整個頂部，使得從所述高溫顆粒預(yù)儲罐內(nèi)掉落的常壓高溫固體顆粒在蒸氣發(fā)生器本體內(nèi)均勻灑落；所述液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置設(shè)置于所述蒸氣發(fā)生器本體的頂部或靠近頂部的側(cè)壁上，所述液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置的進(jìn)水口與所述液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置的出水口連通；所述液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置布置在所述蒸氣發(fā)生器本體底部的低溫顆粒層內(nèi)，其進(jìn)水口與外部供水裝置連通；所述顆粒減速裝置在空間上分布在所述蒸氣發(fā)生器本體的內(nèi)腔中。
[0008]本發(fā)明的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，在蒸氣發(fā)生的過程中，高溫顆粒預(yù)儲罐內(nèi)的高溫固體顆粒在高溫閥門控制下經(jīng)顆粒分流裝置均勻落入高壓蒸氣發(fā)生器內(nèi)，液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置布置于高壓蒸氣發(fā)生器底部的低溫顆粒層內(nèi)，高壓低溫工質(zhì)通過預(yù)熱裝置預(yù)熱以后從液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置中噴出，與高溫顆粒直接接觸換熱產(chǎn)生蒸氣，蒸氣在向上運(yùn)動過程中繼續(xù)與高溫顆粒交換熱量形成過熱蒸氣然后輸出。在蒸氣發(fā)生器內(nèi)部還包括了減緩顆粒下落速度的顆粒減速裝置以提高換熱效果。
[0009]進(jìn)一步地，整個直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器的容器和連接管道外部均包覆保溫層。
[0010]進(jìn)一步地，所述蒸氣發(fā)生器本體頂部上設(shè)置過熱蒸氣出口，該過熱蒸氣出口的進(jìn)氣端設(shè)置過濾裝置，出氣端設(shè)置控制閥門。
[0011]優(yōu)選地，所述直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器中設(shè)置多個高溫顆粒預(yù)儲罐，各所述高溫顆粒預(yù)儲罐的出口均通過設(shè)置有高溫閥門的連接管道與所述高壓蒸氣發(fā)生器的進(jìn)口連通。即所述高溫顆粒預(yù)儲罐可采用多儲罐設(shè)計，使得高壓蒸氣發(fā)生器的運(yùn)行更加平穩(wěn)，并且減少高溫閥門開合頻率，延長使用壽命。
[0012]優(yōu)選地，所述直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，其高溫顆粒預(yù)儲罐和低溫顆粒預(yù)儲罐體積相對于所述高壓蒸氣發(fā)生器較小，優(yōu)選地，所述高溫顆粒預(yù)儲罐和低溫顆粒預(yù)儲罐容積為所述高壓蒸氣發(fā)生器容積的50%以下，高溫閥門的開啟不會導(dǎo)致高壓蒸氣發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生大的壓力波動。
[0013]優(yōu)選地，所述直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，其高壓蒸氣發(fā)生器本體外殼承受高溫高壓，材料為如鋼、鈦、鋁合金、陶瓷、氧化鋁、耐高溫混凝土等材料的一種或者至少兩種的復(fù)合材料，高溫顆粒預(yù)儲罐外殼承受高溫高壓，材料為如鋼、鈦、鋁合金、陶瓷、氧化鋁、耐高溫混凝土等材料的一種或者至少兩種的復(fù)合材料，低溫顆粒預(yù)儲罐外殼承受低溫高壓，材料為如鋼、鈦、鋁合金、陶瓷、氧化鋁、耐高溫混凝土等材料的一種或者至少兩種的復(fù)合材料。
[0014]優(yōu)選地，高壓蒸氣發(fā)生器采用耐高溫高壓不銹鋼材料，高溫顆粒預(yù)儲罐采用陶瓷內(nèi)襯耐高溫高壓不銹鋼材料，低溫顆粒預(yù)儲罐采用預(yù)應(yīng)力耐高溫混凝土材料；
[0015]優(yōu)選地，所述液態(tài)工質(zhì)為液態(tài)水、液態(tài)導(dǎo)熱油、液態(tài)金屬、液態(tài)熔融鹽、液態(tài)二氧化碳、液態(tài)空氣、液氮或化學(xué)反應(yīng)液體。優(yōu)選地，液態(tài)工質(zhì)采用高壓液態(tài)水。
[0016]優(yōu)選地，所述固體顆粒為顆粒狀耐高溫固體材料如普通砂粒、陶瓷球、石英砂、SiC顆粒、Al2O3顆粒、Si3N4顆粒、封裝的相變顆粒、化學(xué)反應(yīng)顆粒、化學(xué)催化顆粒等其中一種或至少兩種的混合物，直徑大小在0.0lmm至50mm。優(yōu)選地，固體顆粒選用粒徑為0.5mm的球形石英砂顆粒。
[0017]優(yōu)選地，所述保溫層為適用于高溫、導(dǎo)熱系數(shù)低的保溫材料，如巖棉、珠光砂、玻璃纖維氈等其中一種或多種的混合物。
[0018]優(yōu)選地，在高溫顆粒預(yù)儲罐、蒸氣蒸氣發(fā)生器、低溫顆粒預(yù)儲罐的外殼以及連接管道周圍包覆玻璃纖維氈保溫層。
[0019]優(yōu)選地，在所述高壓蒸氣發(fā)生器本體內(nèi)靠近頂部位置還布置有蒸氣再熱裝置，所述蒸氣再熱裝置與外部透平連通。外部透平出口低溫蒸氣從進(jìn)口進(jìn)入蒸氣再熱裝置管道內(nèi)與高壓蒸氣發(fā)生器頂部的高溫蒸氣、高溫固體顆粒交換熱量，再熱后的高溫蒸氣從蒸氣再熱裝置出口輸出用于推動下一級透平做功。
[0020]優(yōu)選地，所述液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置的預(yù)熱管道和/或蒸氣再熱裝置的再熱管道，可以為蛇形管、螺旋管、盤管、水平管束、垂直管束的一種或者至少兩種以上的組合，多個預(yù)熱管道的布置形式可以為獨(dú)立布置或者交叉布置，預(yù)熱管道之間留有足夠的空間供低溫顆粒下落。優(yōu)選地，預(yù)熱管道采用多個蛇形管道均勻分布于高壓蒸氣發(fā)生器底部低溫顆粒層內(nèi)。優(yōu)選地，再熱管道采用多個蛇形管道均勻分布于高壓蒸氣發(fā)生器頂部。
[0021]優(yōu)選地，所述液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置包括多個噴嘴并置于高壓蒸氣發(fā)生器容器本體的頂部或四周，各所述噴嘴伸入長度可以保持一致或者長短不等，噴淋方向可以保持水平或者與水平位置保持一定的角度。
[0022]優(yōu)選地，所述液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置布置在高壓蒸氣發(fā)生器本體周圍，噴淋裝置與水平方向及切線方向呈一定角度。
[0023]優(yōu)選地，所述液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置出口和高溫蒸氣出口安裝過濾裝置或旋風(fēng)分離器，防止固體顆粒堵塞噴嘴和進(jìn)入發(fā)電系統(tǒng)。
[0024]優(yōu)選地，所述顆粒減速裝置可以為一系列圓錐形，傾斜平板，多孔板，格柵，順排圓管陣列、叉排圓管陣列、順排橢圓管陣列和叉排橢圓關(guān)陣列等。減速裝置材料可以為耐高溫陶瓷、鋼、鈦、A1203、MgO和耐高溫多孔介質(zhì)材料等的一種或者至少兩種的混合物。優(yōu)選地，減速裝置采用叉排的圓錐陶瓷陣列。
[0025]本發(fā)明的高溫顆粒流化直接接觸蒸氣發(fā)生器的使用流程為:
[0026]1.在高溫顆粒預(yù)儲罐內(nèi)和低溫顆粒預(yù)儲罐內(nèi)為常壓、高壓蒸氣發(fā)生器內(nèi)為高壓的狀態(tài)下，關(guān)閉高壓蒸氣發(fā)生器上方進(jìn)口處的高溫閥門和下方出口處的高溫閥門，關(guān)閉低溫預(yù)儲罐底部出口處的高溫閥門，打開高溫顆粒預(yù)儲罐頂部進(jìn)口處的高溫閥門，高溫固體顆粒從高溫顆粒進(jìn)口依靠重力掉落高溫預(yù)儲罐內(nèi)至預(yù)定高度。
[0027]2.關(guān)閉高溫顆粒預(yù)儲罐頂部高溫閥門，從高壓工質(zhì)進(jìn)口處向預(yù)熱管道內(nèi)通入高壓液態(tài)工質(zhì)，經(jīng)過預(yù)熱后的液態(tài)工質(zhì)從液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置中向高壓蒸氣發(fā)生器內(nèi)噴淋。同時打開高壓蒸氣發(fā)生器頂部高溫閥門，高溫顆粒持續(xù)下落至高壓蒸氣發(fā)生器內(nèi)，掉落的高溫顆粒通過顆粒分流裝置和顆粒減速裝置降速并均勻灑落整個蒸氣發(fā)生器內(nèi)，高溫固體顆粒與噴淋的工質(zhì)液滴直接接觸換熱產(chǎn)生飽和蒸氣，飽和蒸氣在向上運(yùn)動過程中進(jìn)一步與頂部的高溫顆粒交換熱量形成過熱蒸氣，打開蒸氣出口閥門使得蒸氣通過過濾裝置過濾凈化后輸出。部分未完全被加熱為蒸氣的工質(zhì)液滴下落至高壓蒸氣發(fā)生器底部與依然高溫的固體顆粒繼續(xù)換熱，直到完全蒸發(fā)為止，此時在高壓蒸氣發(fā)生器底部沉積一層溫度較低但仍高于蒸氣飽和溫度的低溫顆粒。
[0028]3.在卸料階段，關(guān)閉高壓蒸氣發(fā)生器頂部高溫閥門和低溫顆粒預(yù)儲罐底部高溫閥門，打開低溫顆粒預(yù)儲罐頂部高溫閥門，蒸氣發(fā)生器底部低溫顆粒層內(nèi)的低溫顆粒通過重力下落，存積在低溫顆粒預(yù)儲罐內(nèi)至一定位置，然后關(guān)閉低溫顆粒預(yù)儲罐頂部開關(guān)閥門。
[0029]4.打開低溫顆粒預(yù)儲罐底部開關(guān)閥門，低溫顆粒從低溫顆粒預(yù)儲罐內(nèi)通過低溫顆粒出口卸放。
[0030]本發(fā)明的直接接觸式顆粒流化蒸氣發(fā)生器具有結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，可靠性高，效率高，熱能品味高，特別適合于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中。采用砂粒為工質(zhì)能夠大幅降低儲能材料成本，另外顆粒流化直接接觸式換熱設(shè)計能夠大大減少裝置體積，管道數(shù)量，減少熱損失，避免局部過熱發(fā)生。本發(fā)明為高溫顆粒儲能技術(shù)、工業(yè)余熱發(fā)電、太陽能顆粒流化熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展起到了非常積極的促進(jìn)作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明實施例1的單高溫顆粒預(yù)儲罐的高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明實施例2的帶再熱裝置的高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖3為本發(fā)明實施例3的雙高溫顆粒預(yù)儲罐的高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4為本發(fā)明實施例4的多個高溫顆粒預(yù)儲罐的高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖5為本發(fā)明實施例5的多高壓蒸氣發(fā)生器并聯(lián)的高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0036]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0037]實施例1
[0038]如圖1所示，為本發(fā)明的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)，該直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，包括通過連接管道依次連接的高溫顆粒預(yù)儲罐2、高壓蒸氣發(fā)生器5和低溫顆粒預(yù)儲罐10，設(shè)置在高溫顆粒預(yù)儲罐2和低溫顆粒預(yù)儲罐10進(jìn)、出口處的連接管道上均設(shè)置有用于控制高溫顆粒進(jìn)出的高溫閥門12、13、19、20，高溫顆粒預(yù)儲罐2、高壓蒸氣發(fā)生器5和低溫顆粒預(yù)儲罐10在空間布置上高度依次降低，高溫顆粒預(yù)儲罐2中的顆粒可依靠重力掉落至高壓蒸氣發(fā)生器5內(nèi)，高壓蒸氣發(fā)生器5中的低溫固體顆粒可依靠重力掉落至低溫顆粒預(yù)儲罐10內(nèi)。
[0039]高壓蒸氣發(fā)生器5包括蒸氣發(fā)生器本體、顆粒分流裝置18、液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置16、液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置7和顆粒減速裝置17，顆粒分流裝置18設(shè)置在蒸氣發(fā)生器本體內(nèi)腔頂部的顆粒進(jìn)口 I位置處，并基本覆蓋蒸氣發(fā)生器本體的整個頂部，使得從高溫顆粒預(yù)儲罐2內(nèi)掉落的常壓高溫固體顆粒在蒸氣發(fā)生器5本體內(nèi)均勻灑落；液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置16包括多個噴嘴并置于高壓蒸氣發(fā)生器5本體的靠近頂部的側(cè)壁上，各噴嘴伸入長度基本保持一致，噴淋方向為與水平位置保持一向上傾斜的角度，液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置16的進(jìn)水口通過液體分流裝置15與液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置7的出水口連通；液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置7為多個蛇形預(yù)熱管道，預(yù)熱管道之間留有足夠的空間供低溫顆粒下落，并均勻布置在蒸氣發(fā)生器5本體底部的低溫顆粒層內(nèi)，其進(jìn)水口與外部供水裝置連通；顆粒減速裝置17采用叉排的圓錐陶瓷陣列，在空間上分布在蒸氣發(fā)生器6本體的內(nèi)腔中。在高溫顆粒預(yù)儲罐2、高壓蒸氣發(fā)生器5、低溫顆粒預(yù)儲罐10的外殼以及連接管道周圍包覆保溫層14。
[0040]此實施例中，液態(tài)工質(zhì)為高壓液態(tài)水，采用單個高溫顆粒預(yù)儲罐2、單個低溫顆粒預(yù)儲罐10和單個高壓蒸氣發(fā)生器5。高壓蒸氣發(fā)生器5本體頂部上設(shè)置過熱蒸氣出口 3，其進(jìn)氣端設(shè)置過濾裝置4，出氣端設(shè)置控制閥門。
[0041]使用流程為:
[0042]1.關(guān)閉高壓蒸氣發(fā)生器5上方和下方管道上的高溫閥門13、19，關(guān)閉低溫顆粒預(yù)儲罐底部高溫閥門12，打開高溫顆粒預(yù)儲罐2頂部高溫閥門20，高溫顆粒6從高溫顆粒進(jìn)口 I依靠重力掉落高溫顆粒預(yù)儲罐2內(nèi)至預(yù)定高度。
[0043]2.關(guān)閉高溫顆粒預(yù)儲罐2頂部高溫閥門20，從液態(tài)工質(zhì)進(jìn)口 8處向預(yù)熱管道7內(nèi)通入高壓液態(tài)水，經(jīng)過預(yù)熱后的液態(tài)水從液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置16中形成液滴噴入高壓蒸氣發(fā)生器5。同時打開高壓蒸氣發(fā)生器5上方管道上的高溫閥門19，高溫顆粒6掉落高壓蒸氣發(fā)生器5內(nèi)，掉落的高溫顆粒6通過顆粒分流裝置18和減速裝置17降速并均勻灑落在整個高壓蒸氣發(fā)生器5內(nèi)，高溫顆粒6與噴淋的霧狀液滴直接接觸換熱產(chǎn)生飽和蒸氣，飽和蒸氣在向上運(yùn)動過程中進(jìn)一步與頂部的高溫顆粒6換熱形成過熱蒸氣,打開蒸氣出口閥門3使得過熱蒸氣經(jīng)過濾裝置4過濾凈化后輸出。部分未完全被加熱為蒸氣的水滴下落至高壓蒸氣發(fā)生器5底部與依然高溫的顆粒6繼續(xù)換熱，直到完全蒸發(fā)為止，此時在高壓蒸氣發(fā)生器5底部沉積一層溫度較低但仍高于蒸氣飽和溫度的低溫顆粒層9。
[0044]3.在卸料階段，打開低溫顆粒預(yù)儲罐10頂部高溫閥門13，高壓蒸氣發(fā)生器5底部低溫顆粒層9內(nèi)的低溫顆粒通過重力下落，存積在低溫顆粒預(yù)儲罐10內(nèi)至一定位置，然后關(guān)閉低溫顆粒預(yù)儲罐10頂部高溫閥門13。
[0045]4.打開低溫顆粒預(yù)儲罐10底部開關(guān)閥門12，低溫顆粒從低溫顆粒預(yù)儲罐10內(nèi)通過低溫顆粒出口 11卸放。
[0046]實施例2
[0047]如圖2所示，為本發(fā)明的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器的實施例2，為實施例I的改進(jìn)，在高壓蒸氣發(fā)生器5本體內(nèi)腔頂部增加一個或一個以上的蒸氣再熱裝置34，各級透平出口低溫蒸氣從再熱裝置進(jìn)口 35進(jìn)入再熱裝置管道內(nèi)與高壓蒸氣發(fā)生器5頂部的高溫蒸氣/高溫顆粒交換熱量，再熱后的高溫蒸氣從再熱裝置出口 36輸出用于推動下一級透平做功。
[0048]實施例3
[0049]如圖3所示，為本發(fā)明的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器的實施例3，為實施例I的改進(jìn)。此實施例中包括了兩個高溫顆粒預(yù)儲罐2、23，一個高壓蒸氣發(fā)生器5和一個低溫顆粒預(yù)儲罐10。通過周期順序開合高溫閥門12、13、19、20、22、24，可以實現(xiàn)更為持續(xù)、平穩(wěn)的過熱蒸氣輸出，同時能夠減少高溫閥門的開合頻率，延長使用壽命。
[0050]實施例3工作流程為:
[0051]1.關(guān)閉高溫顆粒預(yù)儲罐23底部高溫閥門22、高溫顆粒預(yù)儲罐2頂部高溫閥門20、低溫顆粒預(yù)儲罐10頂部和底部高溫閥門13、12。打開高溫預(yù)儲罐23頂部高溫閥門24，高溫顆粒6從高溫顆粒進(jìn)口 25依靠重力掉落高溫顆粒預(yù)儲罐23內(nèi)，同時打開高溫預(yù)儲罐2底部高溫閥門19，高溫預(yù)儲罐2內(nèi)高溫顆粒依靠重力持續(xù)下落至高壓蒸氣發(fā)生器5內(nèi)。高溫顆粒預(yù)儲罐23內(nèi)存積高溫顆粒達(dá)到預(yù)定高度后關(guān)閉高溫閥門24 ；
[0052]2.從液態(tài)工質(zhì)進(jìn)口 8處向預(yù)熱管道7內(nèi)通入高壓液態(tài)水，經(jīng)過預(yù)熱后的液態(tài)水從噴淋裝置16中變成液滴進(jìn)入蒸氣發(fā)生器5，噴淋液滴與經(jīng)過顆粒分流裝置18分流后均勻掉落的高溫顆粒6直接接觸換熱產(chǎn)生飽和蒸氣,飽和蒸氣在向上運(yùn)動過程中進(jìn)一步與頂部高溫顆粒6換熱形成過熱蒸氣，打開蒸氣出口閥門3使得過熱蒸氣經(jīng)過濾裝置4過濾凈化后輸出。部分未完全被加熱為蒸氣的水滴下落至高壓蒸氣發(fā)生器底部與依然高溫的顆粒6繼續(xù)換熱，直到完全蒸發(fā)為止，此時在蒸氣發(fā)生器底部沉積一層溫度較低但仍高于蒸氣飽和溫度的低溫顆粒層9 ；
[0053]3.當(dāng)高溫顆粒預(yù)儲罐2內(nèi)儲存的高溫顆粒全部掉落后關(guān)閉高溫閥門19，打開高溫閥門22，高溫顆粒預(yù)儲罐23內(nèi)的高溫顆粒6開始掉落，掉落的高溫顆粒通過顆粒分流裝置21分流后均勻進(jìn)入高壓蒸氣發(fā)生器5內(nèi)，與噴淋的液滴換熱產(chǎn)生飽和蒸氣。飽和蒸氣在向上運(yùn)動過程中進(jìn)一步與頂部高溫顆粒換熱形成過熱蒸氣，打開蒸氣出口閥門3使得過熱蒸氣通過濾裝置4過濾凈化后輸出，如此完成高壓蒸氣發(fā)生器5內(nèi)高溫顆粒的持續(xù)輸入和過熱蒸氣的持續(xù)平穩(wěn)輸出。同時打開高溫顆粒預(yù)儲罐2、頂部高溫閥門20，高溫顆粒通過高溫顆粒進(jìn)口 I依靠重力掉落高溫顆粒預(yù)儲罐2內(nèi)至預(yù)定高度然后關(guān)閉高溫閥門20，如此完成高溫顆粒的循環(huán)補(bǔ)充。
[0054]4.在卸料階段，打開低溫顆粒預(yù)儲罐10頂部高溫閥門13，高壓蒸氣發(fā)生器5底部低溫顆粒層9內(nèi)的低溫顆粒通過重力下落，存積在低溫顆粒預(yù)儲罐10內(nèi)至一定位置，然后關(guān)閉低溫顆粒預(yù)儲罐10頂部高溫閥門13。
[0055]5.打開低溫顆粒預(yù)儲罐10底部高溫閥門12，低溫顆粒從低溫顆粒預(yù)儲罐10內(nèi)通過低溫顆粒出口 11卸放。
[0056]實施例4
[0057]如圖4所示，為本發(fā)明的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器的實施例4，為實施例3的改進(jìn)，有兩個以上的高溫顆粒預(yù)儲罐，如實施例4中為三個高溫顆粒預(yù)儲罐2、23、28，三個高溫顆粒預(yù)儲罐的出口通過一個匯流器30匯集后共用一個管道連接高壓蒸氣發(fā)生器5內(nèi)的顆粒分流裝置18。該設(shè)計適用于大功率、多高溫顆粒預(yù)儲罐的高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器系統(tǒng)，可以減少高壓蒸氣發(fā)生器5頂部的開孔數(shù)量，增加顆粒在整個高壓蒸氣發(fā)生器5內(nèi)分布的均勻程度。
[0058]在工作過程中，可以通過周期順序開合高溫閥門19、20、22、24、26、27實現(xiàn)對高壓蒸氣發(fā)生器5內(nèi)的高溫顆粒6的持續(xù)輸入以及各高溫顆粒預(yù)儲罐2、23、28內(nèi)高溫顆粒的循環(huán)補(bǔ)充。
[0059]在工作過程中，可以為單個預(yù)儲罐如高溫顆粒預(yù)儲罐2對高壓蒸氣發(fā)生器5內(nèi)輸入高溫顆粒，其余儲罐如高溫顆粒預(yù)儲罐23、28處于補(bǔ)充高溫顆粒階段和等待階段；或者有一個以上的預(yù)儲罐如高溫顆粒預(yù)儲罐2、23向高壓蒸氣發(fā)生器5內(nèi)輸入高溫顆粒，其余預(yù)儲罐如高溫顆粒預(yù)儲罐28處于補(bǔ)充顆粒和等待階段。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)不同功率的靈活調(diào)節(jié)，降低高溫閥門的開合頻率并延長其使用壽命。同時多預(yù)儲罐設(shè)計能夠起到相互備份作用，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)在高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器正常運(yùn)行狀態(tài)下對預(yù)儲罐及其附件進(jìn)行檢修和設(shè)備更換工作。
[0060]實施例5
[0061]如圖5所示，為本發(fā)明的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器的實施例5，為實施例I的改進(jìn)，有兩個或者兩個以上的高壓蒸氣發(fā)生器5、31并聯(lián)運(yùn)行，產(chǎn)生的過熱蒸氣匯合后從高溫蒸氣出口閥門3輸出，從而滿足過熱蒸氣的平穩(wěn)輸出和滿足大功率發(fā)電機(jī)組的需求，多高壓蒸氣發(fā)生器并聯(lián)還能夠起到相互備份作用。
[0062]在工作過程中，高溫顆粒6通過高溫顆粒進(jìn)口 I后經(jīng)分流器33分流后進(jìn)入多個高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器如實施例4中以高溫顆粒預(yù)儲罐22、高壓蒸氣發(fā)生器31和低溫顆粒預(yù)儲罐32構(gòu)成的高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器I和以高溫顆粒預(yù)儲罐2、高壓蒸氣發(fā)生器5和低溫顆粒預(yù)儲罐10構(gòu)成的高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器II。高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器I和II可以單獨(dú)運(yùn)行或者聯(lián)合運(yùn)行，聯(lián)合運(yùn)行時可以同步運(yùn)行或者異步運(yùn)行。
[0063]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，包括通過連接管道依次連接的高溫顆粒預(yù)儲罐、高壓蒸氣發(fā)生器和低溫顆粒預(yù)儲罐，設(shè)置在所述高溫顆粒預(yù)儲罐和低溫顆粒預(yù)儲罐的進(jìn)、出口處的連接管道上均設(shè)置有用于控制高溫顆粒進(jìn)出的高溫閥門，其特征在于，所述高溫顆粒預(yù)儲罐、高壓蒸氣發(fā)生器和低溫顆粒預(yù)儲罐在空間布置上高度依次降低，所述高溫顆粒預(yù)儲罐中的顆?？梢揽恐亓Φ袈渲了龈邏赫魵獍l(fā)生器內(nèi)，所述高壓蒸氣發(fā)生器中的低溫固體顆?？梢揽恐亓Φ袈渲了龅蜏仡w粒預(yù)儲罐內(nèi)； --所述高壓蒸氣發(fā)生器包括蒸氣發(fā)生器本體、顆粒分流裝置、液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置、液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置和顆粒減速裝置，其中，所述顆粒分流裝置設(shè)置在所述蒸氣發(fā)生器本體內(nèi)腔頂部的顆粒進(jìn)口位置處，并基本覆蓋所述蒸氣發(fā)生器本體的整個頂部，使得從所述高溫顆粒預(yù)儲罐內(nèi)掉落的常壓高溫固體顆粒在蒸氣發(fā)生器本體內(nèi)均勻灑落；所述液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置設(shè)置于所述蒸氣發(fā)生器本體的頂部或靠近頂部的側(cè)壁上，所述液態(tài)工質(zhì)噴淋裝置的進(jìn)口通過液體分流裝置與所述液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置的出口連通；所述液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置布置在所述蒸氣發(fā)生器本體底部的低溫顆粒層內(nèi)，其進(jìn)口與外部供液裝置連通；所述顆粒減速裝置在空間上分布在所述蒸氣發(fā)生器本體的內(nèi)腔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，其特征在于，在高溫顆粒預(yù)儲罐、高壓蒸氣發(fā)生器、低溫顆粒預(yù)儲罐的外殼以及連接管道周圍包覆保溫層，優(yōu)選地，所述保溫層為巖棉、珠光砂、玻璃纖維氈等其中一種或多種的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，其特征在于，所述高壓蒸氣發(fā)生器本體頂部上設(shè)置過熱蒸氣出口，該過熱蒸氣出口的進(jìn)氣端設(shè)置過濾裝置，出氣端設(shè)置控制閥門。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，其特征在于，所述直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器中設(shè)置一個或多個高溫顆粒預(yù)儲罐，各所述高溫顆粒預(yù)儲罐的出口均通過設(shè)置有高溫閥門的連接管道與所述高壓蒸氣發(fā)生器的一對應(yīng)進(jìn)口連通，各所述對應(yīng)進(jìn)口處均設(shè)置顆粒分流裝置；或，各所述高溫顆粒預(yù)儲罐的出口均通過設(shè)置有高溫閥門的連接管道與所述高壓蒸氣發(fā)生器的一共同進(jìn)口連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，其特征在于，所述高溫顆粒預(yù)儲罐和低溫顆粒預(yù)儲罐體積相對于所述高壓蒸氣發(fā)生器較小，優(yōu)選地，所述高溫顆粒預(yù)儲罐和低溫顆粒預(yù)儲罐容積為所述高壓蒸氣發(fā)生器容積的50%以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，其特征在于，所述高溫顆粒預(yù)儲罐、蒸氣發(fā)生器本體和低溫顆粒預(yù)儲罐外殼材料均為鋼、鈦、鋁合金、陶瓷、氧化鋁、耐高溫混凝土等材料的一種或者至少兩種的復(fù)合材料。優(yōu)選地，所述蒸汽發(fā)生器本體采用耐高溫高壓不銹鋼材料，高溫顆粒預(yù)儲罐采用陶瓷內(nèi)襯耐高溫高壓不銹鋼材料，低溫顆粒預(yù)儲罐采用預(yù)應(yīng)力耐高溫混凝土材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，其特征在于，所述液態(tài)工質(zhì)為液態(tài)水、液態(tài)導(dǎo)熱油、液態(tài)金屬、液態(tài)熔融鹽、液態(tài)二氧化碳、液態(tài)空氣、液氮或化學(xué)反應(yīng)液體。優(yōu)選地，液態(tài)工質(zhì)采用高壓液態(tài)水。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，其特征在于，所述固體顆粒為顆粒狀耐高溫固體材料如普通砂粒、石英砂、陶瓷顆粒、SiC顆粒、Al2O3顆粒、Si3N4顆粒、封裝的相變顆粒、化學(xué)反應(yīng)顆粒、化學(xué)催化顆粒等其中一種或至少兩種的混合物，直徑大小在0.0lmm至50mm。優(yōu)選地，固體顆粒選用粒徑為0.5mm的球形石英砂顆粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，其特征在于，在所述高壓蒸氣發(fā)生器本體內(nèi)靠近頂部位置還布置有蒸氣再熱裝置，所述蒸氣再熱裝置與外部透平連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的直接接觸式高溫顆粒流化蒸氣發(fā)生器，其特征在于，所述液態(tài)工質(zhì)預(yù)熱裝置的預(yù)熱管道和/或蒸氣再熱裝置的再熱管道，為蛇形管、螺旋管、盤管、水平管束、垂直管束的一種或者至少兩種以上的組合。優(yōu)選地，所述預(yù)熱管道的布置形式為獨(dú)立布置或者交叉布置，預(yù)熱管道之間留有足夠的空間供低溫顆粒下落。優(yōu)選地，預(yù)熱管道采用多個蛇形管道均勻分布于高壓蒸氣發(fā)生器底部低溫顆粒層內(nèi)。優(yōu)選地，再熱管道采用多個蛇形管道均勻分布于高壓蒸氣發(fā)生器頂部。
【文檔編號】F22G1/16GK104266157SQ201410535691
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月12日
【發(fā)明者】林曦鵬, 王亮, 陳海生, 謝寧寧 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所